As células-tronco embrionárias: aspectos positivos, negativos e duvidosos dos projetos de pesquisas

Noções Gerais

Para que se tenha uma compreensão mais aprimorada sobre células-tronco

embrionárias torna-se imperioso uma pré-compreensão dos diferentes tipos de células-

tronco já identificados pela ciência.

Assim é possível informar que as células-tronco caracterizam-se por duas propriedades fundamentais: a primeira delas consiste na capacidade que elas têm de se autoperpetuar ou se auto-replicar, dividindo-se a partir delas mesmas, dando origem a outras células com características idênticas;a segunda propriedade representa o principal interesse dos cientistas nas pesquisas em células-tronco humanas e consiste na habilidade que algumas apresentam de, em determinadas circunstâncias, se converterem em outros tipos celulares especializados, responsáveis pela formação dos mais diferentes órgãos do corpo humano.1

A respeito de sua capacidade de diferenciação, as células-tronco podem ser:

totipotentes, pluripotentes, multipotentes e unipotentes.

As células-tronco totipotentes são aquelas que apresentam a capacidade de se desenvolver em um embrião e em tecidos e membranas extra-embrionárias. Contribuem para a formação de todos os tecidos celulares de um organismo adulto.

A totipotência é a capacidade funcional de uma células de gerar um indivíduo completo após um processo de desenvolvimento normal (...) No embrião humano, parece que são totipotentes apenas os blastômeros até o estágio de mórula de 16 células.

As células-tronco pluripotentes, presentes nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário, podem gerar todos os tipos de células no feto e no adulto são capazes de auto-renovação, no entanto, não são capazes de se desenvolver em um organismo completo, isto é, não dão origem a um embrião nem tampouco aos anexos embrionários.

Já a multipotência é a característica presente nos tecidos e órgãos adultos, apropriadamente também chamadas de células somáticas, porque não são, necessariamente, coletadas de um corpo adulto, podem ser extraídas de uma criança, do sangue do cordão umbilical, etc. [...]

Muitos utilizam o termo plasticidade ao se referirem às células-tronco somáticas, a plasticidade equivale, pois, à capacidade funcional que uma célula tem de gerar algumas linhagens celulares, mas não todas.

Por último, os pesquisadores destacam as células-tronco unipotentes, que apresentam a capacidade de se converter em

2

apenas um tipo de célula, mas que possuem a habilidade de se auto-renovar, o que as distingue das células que não são células-tronco.2

Para que se possa ilustrar a utilização de alguns tipos de células-tronco,

destacam-se aquelas encontradas no cordão umbilical e na placenta, as quais podem

tratar muitas patologias, “sobretudo, em crianças portadoras da doença de Gunther, as

síndromes de Hunter, de Hurler e a leucemia linfócita aguda.”3 Este uso se tornou tão

comum, que hoje existem muitos bancos de armazenamento de sangue do cordão

umbilical.

No entanto, é na pesquisa científica em células-tronco oriundas do embrião

humano que se encerra o problema fundamental da fonte de células-tronco.

É no embrião que são encontradas, em abundância, as células-tronco embrionárias humanas, também conhecidas como células ES ( Embryo Stem Cell) dotadas de pluripotência, ou seja, capazes de se converterem em outros tipos celulares e de serem utilizadas na reparação de tecidos específicos, ou mesmo, na produção de órgãos.4

Segundo Marília Bernardes Marques

O óvulo fecundado inicia seu processo de divisão celular e, pelo menos até o estágio em que atinge oito células, denominado mórula, considera-se que as primeiras células resultantes dessa divisão possuem capacidade para diferenciação total (totipotência) [...] entre cinco e sete dias, segue-se o estágio denominado blastócito, quando o conjunto dessas células precoces ganham forma de uma bola com uma cavidade interna. Nesse blastócito, as células se agruparão em uma camada mais externa, de nome troboflasto. É nesse conjunto denominado troboflasto que dará origem à placenta e aos anexos embrionários. Outras células se agruparão em uma capa que reveste a cavidade interna do blastócito, formando uma espécie de parede interna, com cerca de trinta células-tronco ditas embrionárias. Será a partir dessa camada de células mais interna que se dará o processo comumente denominado organogênese, ou seja, de gênese de vários órgãos que um organismo adulto possui. São, portanto, células dotadas de pluripotência, de capacidade de engendrar as mais de duas centenas de tecidos que compõem o corpo de um embrião humano, menos a placenta e os demais anexos embrionários e fetais, que por isso são ditas pluripotentes e não totipotentes. Essas são as células-tronco embrionárias com as quais muitos almejam realizar pesquisas.5

Do raciocínio que se tem do supratranscrito nota-se que as células-tronco

embrionárias, derivadas de embriões humanos são geneticamente manipuláveis, podendo

ser congeladas e clonadas. Ou seja, de uma única célula embrionária pode-se criar uma

colônia de células geneticamente idênticas, com as mesmas propriedades da célula

original, “ a serem induzidas a se proliferar ou se diferenciar”6, podendo ser utilizadas, de

acordo com os cientistas, na reparação de tecidos específicos e na produção de órgãos.

3

Todo o conteúdo introdutório até aqui exposto visa dar sustento teórico, ainda que

superficial, para a tomada de um posicionamento acerca da liberação das pesquisas em

células-tronco embrionárias no Brasil.

O principal foco atual de interesse da terapia celular é a medicina regenerativa, em que se busca a substituição de células ou tecidos lesados, senescentes ou perdidos, para restaurar sua função. Isso explica a atenção que desperta, porque as moléstias que são alvos desses tratamentos constituem causas de morte e de morbidade das sociedades modernas, como as doenças cardíacas, diabete melito, câncer, pneumopatias e doenças genéticas.7

O potencial positivo do desenvolvimento dos projetos de pesquisa em

células-tronco embrionárias

Vislumbra-se, em todo e qualquer projeto, o seu potencial positivo, até porque,

muitas vezes, os aspectos negativos são desconhecidos no momento de implementá-los;

os inconvenientes aparecem no decorrer da pesquisa científica.O desenvolvimento de

uma pesquisa precisa ser viável e interessante a sociedade, a fim de que os avanços

científicos se tornem realidade, o que se dá através da aquisição de conhecimento.O

conhecimento do corpo humano tem se mostrado limitado a cada dia com as novas

descobertas, algumas nunca antes imaginadas.A engenharia genética se apresenta como

a área do conhecimento capaz de apresentar as soluções para diversos problemas do

homem através da manipulação das células-tronco embrionárias.

Segundo ensina Maria Helena Diniz

A engenharia genética, ou tecnologia do DNA recombinante, é um conjunto de técnicas que possibilita a identificação, o isolamento e a multiplicação de genes dos mais variados organismos. É uma tecnologia utilizada em nível laboratorial, pela qual o cientista poderá modificar o genoma de uma célula viva para a produção de produtos químicos ou até mesmo de novos seres, ou seja, organismos geneticamente modificados.8

Assim, é correto afirmar que a engenharia genética é uma técnica que, associada

ao procedimento de fertilização in vitro, “torna possível a manipulação de células-tronco

germinais humanas, compreendendo a totalidade das técnicas capazes de interferir,

alterar ou modificar a carga hereditária da espécie humana”.9

As técnicas de engenharia genética são variadas e desenvolvidas para o

conhecimento, prevenção e melhoramento dos sintomas de diversas doenças. Dentre as

técnicas mais utilizadas, podemos destacar: o diagnóstico genético pré-implantacional, a

terapia gênica e a clonagem terapêutica.

O diagnóstico genético pré-implantacional consiste na retirada de célula de um

embrião com 8 a 16 células, com a finalidade de executar exames capazes de

diagnosticar patologias genéticas hereditárias. É uma espécie de biópsia da célula

embrionária.

4

“O procedimento permite ao me dico analisar o material genético e chegar ao

diagnóstico de mais de três mil doenças congênitas, entre elas a anemia falciforme, a

doença de Tay-Sachs, a talessemia, a anencefalia, a miopatia de Duchenne, etc.”10

A técnica descreve, portanto, um procedimento screening11 de embriões, o que acaba por suscitar relevantes questionamentos jurídicos e éticos, pois embora o diagnóstico genético pré-implantacional tenha como fim diagnosticar moléstias com grandes chances de comprometer o feto durante o processo de gestação, ou mesmo após o nascimento,no decorrer de sua vida.12

A biópsia embrionária só é permitida pelo Conselho Federal de Medicina quando

há forte suspeita de doença grave, como hemofilia, e o procedimento se verifica “por

intermédio de uma micropipeta que, associada a uma sonda genética, emite um sinal

fluorescente quando identificado o cromossomo que possui a doença congênita”.13

A partir daí, entre em cena a terapia gênica ou geneterapia.

A terapia genética ou geneterapia consiste na “supressão, alteração ou troca do

gene relacionado ao aparecimento de determinadas enfermidades, por outro,

geneticamente modificado”.14Segundo Eliane Azevêdo, na geneterapia os cientistas

utilizam “[...] genes em lugar de drogas para tratamento de doenças genéticas e não

genéticas”.15

A geneterapia pode ser realizada em células somáticas, assim entendidas

aquelas que possuem vinte e três pares de cromossomos e que não intervem na

reprodução e em células germinativas, que são as células reprodutivas, tanto masculinas

como femininas.

A terapia genética de célula somática tem como finalidade terapêutica

Possibilitar que as células cumpram a função para a qual foram destinadas desde o início e que, por falhas na informação hereditária, não puderam se desenvolver. Portanto, por não comprometer o patrimônio genético das futuras gerações e por se traduzir em uma prática que visa proporcionar ao paciente uma melhor qualidade de vida, revela-se jurídica e eticamente aceitável.16

Já a terapia genética em célula germinativa realiza-se na fase pré-implantatória do

embrião, ou mesmo antes da fertilização “atuando sobre o espermatozóide ou sobre o

óvulo, tendo por finalidade o tratamento das patologias nele identificadas.”17

Contudo, a interferência nos gametas masculinos e femininos, bem como nas fases iniciais do desenvolvimento embrionário, resultaria em uma modificação não só do indivíduo, mas também alcançaria seus descendentes, posto que interfere na constituição de seu código genético.18

5

Com efeito, a manipulação genética em célula germinativa interferiria de maneira

irreversível no patrimônio genético da humanidade, ameaçando o futuro da humanidade,

razão pela qual, no Brasil, somente é lícita a terapia genética em células somáticas,

vedando-se a manipulação genética de células germinativas humanas.19

Outro campo em que a liberação das pesquisas em células-tronco embrionárias

mostra-se promissora é na clonagem terapêutica.

De acordo com Roger Abdelmassih, a clonagem se verifica

[...] sem a contribuição dos dois gametas: trata-se, portanto, de uma reprodução assexuada e agâmica. A fecundação propriamente dita é substituída pela “fusão” de um núcleo retirado de uma célula somática de um indivíduo adulto que se deseja clonar, ou da própria célula somática, com o óvulo desprovido de núcleo, ou seja, do genoma de origem materna.20

A clonagem terapêutica, ou a transferência celular de célula somática, também

designada pela sigla NTSC é

[...] a técnica realizada com o escopo de produzir o cultivo de tecidos ou órgãos, para o tratamento de doenças, partindo de embriões ou células stem, que são as células-tronco embrionárias humanas pluripotentes, bem como de células-tronco somáticas, que são as células encontradas no cordão umbilical, na placenta, no tecido fetal e no indivíduo adulto.21

Assim, Marília Bernardes Marques pontua que “em toda parte, muitos não hesitam

em afirmar que as células-tronco embrionárias oferecem as maiores promessas para o

desenvolvimento de novos tratamentos na, assim chamada, medicina

regenerativa”.22 Isso graças a pluripotencialidade que possuem, ou seja, graças a

possibilidade de transformação nos mais diversos órgãos e tecidos humanos.

O potencial negativo e os argumentos duvidosos do desenvolvimento dos

projetos de pesquisa em células-tronco embrionárias

A pesquisa em células-tronco embrionárias é tema bastante recente nas

discussões científicas, religiosas, éticas e jurídicas. É certo que os mesmos projetos que

apresentam tantos resultados positivos apresentam também alguns riscos. Alguns riscos

são previsíveis e outros sequer são pensados ou almejados no momento da

implementação e do desenvolvimento dos projetos.

Muitas das questões que continuam sendo levantadas no meio científico, jurídico,

filosófico, religioso estão sem resposta, suscitando sérias dúvidas sobre a pertinência e

interesse das pesquisas.Estar-se-á tentando brincar de Deus? Esta é a pergunta que

muitos estudiosos se fazem diante das interferências que serão possíveis através da

terapia genética.

O grande receio é que, se a terapia genética somática em seres humanos é aceita pela medicina, haverá grandes motivos para

6

estender a terapia genética também as células germinativas. Embora as terapias de células germinativas e de zigotos sejam muito promissoras para o futuro, incertezas técnicas, o abuso da tecnologia do DNA para fins não terapêuticos levanta sérias questões éticas acerca da nossa relação com a posteridade. Técnicas de junção de genes podem ser usadas para eugenia positiva a fim de mudar características básicas da natureza humana em vez de para curar desordens cromossômicas. Podem além disso, tornar-se um instrumento de malevolência tirânica que manipule seres humanos para fins políticos e sociais.23

Como possível consequência da manipulação genética, da pesquisa em células-

tronco embrionárias para a criação de novos órgãos e tecidos capazes de substituir

aqueles que apresentam anomalias, pode-se visualizar o fim da diversidade humana.

Muitas vezes a diversidade humana pode ser oriunda de problemas genéticos.

Ao tentar imaginar o mundo sem esta diversidade, um mundo de melhoria genética mas de padrão único, é possível visualizar outros perigos, como por exemplo, a incapacidade ou falta de resistência destes seres a determinadas enfermidades ou bactérias que venham a acometê-los. Não menos preocupante é o desenvolvimento de bactérias super-resistentes e para as quais talvez não haja tratamento algum.24

Questão não menos suscitada pelos estudiosos do biodireito é a possibilidade do

surgimento de um mercado de embriões assim como existem rumores sobre o mercado

de órgãos para transplante. Com a liberação das pesquisas em células-tronco

embrionárias abre-se a possibilidade da criação de embriões para o único fim de pesquisa

, desviando-se do seu objetivo principal, qual seja, a reprodução humana. Assim estar-se-

ia diante de de um certo aspecto mercadológico, o da industrialização da vida.25

A lei de Biossegurança prevê comissões de controle e fiscalização mas não

estipula quem fará parte dela e como será seu funcionamento. Por isso da possibilidade

do surgimento de um mercado de embriões.

Outra questão que se discute é a rejeição do organismo receptor da célula-tronco

embrionária.

Em discurso na Câmara de Deputados, o médico e deputado Elimar Máximo

Damasceno expôs o estudo da pesquisadora da Universidade Federal de São Paulo,

Alice Teixeira Ferreira, a qual teria afirmado que o receptor de uma célula-tronco

embrionária estaria obrigado a tomar substâncias imunosupressoras o resto da vida,a fim

de impedir a rejeição, acrescentando que haveria grande probabilidade de geração de

tumores em decorrência de alteração do material genético das células embrionárias,

sendo o risco de desenvolvimento dos tumores ainda maior quando as células provêm de

embriões chamados de inviáveis pelo art. 5º, I, da lei de Biossegurança.26

Em que pese as divergências e incertezas acerca da liberação das pesquisas em

células-tronco embrionárias no Brasil temos que ter claro que o caráter promissor destas

7

pesquisas decorre do potencial regenerativo das células totipotentes para o tratamento ou

cura de diversas doenças, hoje com poucos recursos, como é o caso de diferentes tipos

de câncer ou de doenças genéticas.

BLOCO 4: HEREDITARIEDADE E DIVERSIDADE DA VIDA

Os ácidos nucléicos - DNA

Os ácidos nucléicos são as maiores moléculas encontradas no mundo vivo

responsáveis pelo controle dos processos vitais básicos de todos os seres vivos. Nos

seres vivos existem dois tipos básicos de ácidos nucléicos: o acido desoxirribonucléico,

representado pela sigla DNA e o acido ribonucléico, representado pela sigla RNA.

Cada molécula de DNA é formada pela reunião de grupos menores, chamados

nucleotídeos. O nucleotídeo é formado por:

• Uma molécula de fosfato

• Uma molécula de açúcar

• Uma molécula de base nitrogenada O açúcar é sempre uma pentose chamada desoxirribose. As bases nitrogenadas podem

ser de quatro tipos diferentes: Adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).

O modelo da estrutura de DNA foi proposto em 1953 por James Watson e Francis Crick.

Segundo este modelo cada molécula de DNA é uma dupla hélice formada por duas

cadeias ou fitas compostas de vários nucleotídeos.As duas cadeias de nucleotídeos são

mantidas unidas por ligações denominadas pontes de hidrogênio que se formam entre as

bases nitrogenadas (desenho A). Essas bases não se unem ao acaso: A sempre se

emparelha com T, e G sempre com C (desenho A). Nesse emparelhamento, forma-se a

estrutura em dupla hélice da molécula de DNA (desenho B)

(Desenho A)

8

a) Quais os componentes de um nucleotídeo?

b) Descreva a estrutura da molécula de DNA.

c) A analise química em amostras de cinco lâminas com ácidos nucléicos apresentou os

seguintes resultados:

1 lâmina: ribose

2 lâmina: uracila

3 lâmina: dupla

hélice

4 lâmina: timina

(Desenho B)

9

Entre essas lâminas quais se referem ao DNA?

Duplicação da molécula de DNA

A célula antes de se dividir deve duplicar seu material genético de maneira a transmiti-lo

adequadamente as células filhas. O modo como o DNA sofre duplicação é que garante esse

processo.

A duplicação do DNA é chamada semiconservativa, ou seja, a partir de uma molécula de

DNA formam-se duas outras iguais a ela, e nesse processo cada novo DNA mantém uma das

cadeias da molécula-mãe. Na duplicação uma enzima chamada DNA polimerase, sintetiza a

cadeia nova, usando a cadeia mãe como molde.

a) Como se duplica uma molécula de DNA? Por que essa duplicação é semiconservativa?

b) Se numa molécula de DNA a seqüência de bases nitrogenadas é G A C A T G A C G A G C

T, qual seria a seqüência de bases da cadeia complementar?

Enzimas

Sabe-se que as reações químicas celulares são catalisadas por enzimas especificas e que as

DNA mãe

Molécula filha Molécula filha

10

enzimas são moléculas de proteínas (formada por uma seqüência específica de aminoácidos).

A síntese de proteínas é controlada pelo RNA e este por sua vez é sintetizado a partir de uma

molécula de DNA. Existe, portanto correlação entre DNA e proteína.

O DNA está no núcleo e a proteína é sintetizada no citoplasma (ribossomo). O agente

intermediário na síntese protéica é o RNA. O RNA é também uma molécula formada por vários

nucleotídeos. Os nucleotídeos do RNA possuem os mesmos constituintes do DNA. Quanto ás

bases nitrogenadas do RNA verifica-se a presença de uracila em vez de timina, as demais são

as mesmas.

A produção de uma proteína é processada em duas fases: transcrição do código genético e

tradução desse código, representado pelas seqüências de bases nitrogenadas constituintes de

determinados genes. GENE (DNA) Transcrição RNA Tradução PROTEINA

A transcrição é o processo de formação da molécula de RNA a partir de uma molécula de

DNA. O trecho da molécula de DNA abre-se e inicia-se o emparelhamento de nucleotídeos do

RNA por ação da enzima RNA-polimerase. Completando o emparelhamento, o RNA se solta.

Na formação do RNA, o emparelhamento de nucleotídeos ocorre de forma definitiva, pois as

bases nitrogenadas são complementares. Assim se um trecho de DNA tiver a seqüência

ATCG, o RNA que se formará terá a seqüência UAGC.

O processo da síntese de proteínas denomina-se tradução e dele participam três tipos de

RNA:

• RNA ribossômico – ocorre associado a proteínas e forma os ribossomos

• RNA mensageiro – é formado por um filamento simples que contém várias seqüências

de três bases nitrogenadas, sendo o conjunto de cada três bases chamadas códon. (figura a).

O RNA mensageiro leva a informação do DNA.

Transcrição

RNA- m

Uma das

cadeias de

DNA

Códons (Figura a)

Transcrição do RNA m

Códons

Transcrição

RNA- m

Uma das

cadeias de

DNA

Códons (Figura a)

Transcrição do RNA m

Códons

11

• RNA transportador – tem o formato de folha de trevo. Em uma de suas extremidades

há sempre a seqüência ACC de bases nitrogenadas, onde o aminoácido se liga, e no outro

extremo da molécula há uma seqüência de três base denominadas anticódon, que reconhece a

posição do aminoácido no RNA mensageiro e une-se ao códon do RNA mensageiro. (figura

b):

Cada conjunto de 3 nucleotídeos

do RNA mensageiro é chamado

cóndon (figura a) e representa

um determinado aminoácido.

Suponha que um segmento de

fita do DNA com seqüências de

nucleotídeos AAC TTG ACA

GGT . Então a fita de RNA

mensageiro terá a seguinte

seqüência de nucleotídeos: UUG

AAC UGU CCA. Por sua vez, o polipeptídio será formado por quatro aminoácidos dispostos

nesta seqüência: leucina, asparagina, cisteína e prolina.

DNA RNAm Aminoácidos

AAC UUG Leucina

TTG AAC Asparagina

ACA UGU Cisteína

GGT CCA Prolina

Síntese protéica

A tradução do código genético é um conjunto de processos que ocorrem nos ribossomos,

culminando com a síntese de uma proteína. Tais processos estão representados na figura (ver

anexo I) e envolvem três processos.

1. Um ribossomo se liga a uma extremidade

do RNA mensageiro, abrangendo alguns

segmentos com três bases nitrogenadas

(códons). Aí se prende um RNA transportador,

ligado ao seu aminoácido, pelas sua três

bases livres (anticódon). Essas três bases

livres vão se parear com as três bases do

Nessa extremidade

liga-se a molécula de

aminoácido (Figura b – RNA t)

12

RNA mensageiro, na combinação Adenina com Uracila e Citosina com Guanina.

2. O ribossomo se desloca sobre o RNA mensageiro, abrangendo as três bases nitrogenadas

seguintes. Entra novo RNA transportador trazendo outro aminoácido. Os dois aminoácidos se

ligam por meio de ligação peptídica. Solta-se o primeiro RNA transportador.

3. Cada vez que o ribossomo se desloca sobre o RNA mensageiro, abrangendo novo grupo de

três bases, entra um novo aminoácido, construindo assim a proteína.

Responda:

a) Na síntese protéica, o que se entende por transcrição e por tradução?

b) Uma cadeia de RNA foi produzida tendo como molde o filamento de DNA esquematizado

abaixo:

G A C A T G A C G A G C T A T

Qual a seqüência de bases nesse RNA?

Quais os códons que este RNA possui? O

código genético esta decifrado, isto é,

sabe-se quais as trincas no DNA

correspondem a quais aminoácidos nas

proteínas que se formarão.

De acordo com a tabela:

Se um RNA mensageiro tem seqüência de

trincas UUA UUU CUU GUU UCU GGC,

qual será a seqüência dos aminoácidos no polipeptídio correspondente?

GENÉTICA

Histórico: O trabalho de Mendel

Há muito tempo, o homem sabia que muitas características eram herdadas, mas ignorava

como seriam herdadas. Perguntava-se, portanto, por que motivo certas crianças se

assemelhavam mais ao pai e outras se assemelhavam mais à mãe. A ignorância a respeito de

hereditariedade provinha do desconhecimento a respeito da reprodução.

Foi em 1865 que um monge Austríaco chamado Gregor Mendel, realizando uma série de

cruzamentos com ervilhas de cheiro, descobriu os princípios que regulam a hereditariedade

das características dos organismos.

Seqüência do DNA Aminoácidos

AGA Serina

CAA Valina

AAA Fenilalanina

AAT Leucina

CCG Glicina

GAA leucina

13

Para que você possa entender o mecanismo da hereditariedade, consideramos importante o

entendimento de alguns conceitos básicos:

• Gen – constituído por um segmento de DNA, que contem a informação para a síntese

de uma determinada proteína.

• Cromossomos – filamentos formados por uma seqüência de gens. Cada cromossomo

possui vários gens.

• Lócus gênico – local do cromossomo onde cada gen se situa.

• Cromossomos homólogos – são pares de cromossomos que possuem a mesma

seqüência de gens. Eles apresentam gens para as mesmas características na mesma posição.

• Gens alelos – são aqueles que ocupam a mesma posição em cromossomos

homólogos.

• Gen dominante – é o gen que tem o poder de manifestar no individuo a característica

que ele determina. É representado pela letra maiúscula.

• Gen recessivo – é o gen que só manifesta sua característica na ausência do alelo

dominante. É representado pela letra minúscula. Em geral, a letra usada para representar os

gens dominantes e recessivos é a letra inicial da característica recessiva.

• Exemplo: Gen a – olhos azuis (característica recessiva)

Gen A – olhos castanhos (característica dominante)

• Gens letais – são aqueles que condicionam a morte do indivíduo no estagio embrionário

ou após o nascimento.

• Genótipo: é o conjunto de gens que o indivíduo recebe do pai e da mãe no momento da

fecundação.

• Fenótipo – é a manifestação da característica do indivíduo. São exemplos de fenótipo:

cor de olhos, forma do nariz, cor da pele, etc.

• Homozigotos – são aqueles que apresentam gens alelos iguais para uma determinada

característica. Ex: AA, aa

• Heterozigotos – são aqueles que apresentam gens alelos diferentes para uma

determinada característica. Ex: Aa

A primeira Lei de Mendel

Os conhecimentos atuais a respeito da transmissão das características hereditárias devem-se

em grande parte, aos experimentos realizados por Mendel, hoje considerado o pai da genética.

Em um dos seus experimentos, Mendel cruzou dois tipos de ervilhas de linhagem pura: uma

que formava sementes lisas (RR) com outra que formava sementes rugosas (rr). A essas

14

plantas ele denominou geração parental ou geração P. As ervilhas descendentes desta

geração apresentavam sementes lisas (Rr) e ele as denominou geração F1. A característica

lisa era dominante sobre a característica rugosa.

Em seguida ele realizou cruzamentos entre indivíduos de geração F1, ou permitiu que se

autofecundassem. Nessa geração, denominada F2, ele obteve a maioria (cerca de 75%) de

plantas com sementes lisas (RR e Rr) e a minoria (cerca de 25%) de plantas com sementes

rugosas (rr). A característica rugosa voltou a aparecer na geração F2.

Mendel explicou os resultados obtidos da seguinte maneira: em cada planta cruzada devem

existir dois fatores de determinam a forma das sementes. Durante a formação dos gametas na

meiose, esses fatores se separam indo um para cada gameta. Na fecundação esses fatores

novamente se juntam, conferindo a característica ao novo ser.

Considerando o fator recessivo como r (semente rugosa) e o fator dominante como R

( semente lisa) , teremos as plantas da geração parental como RR e rr.

Com a fecundação cruzada, formam-se os F1, que são Rr os chamados híbridos ou

heterozigotos. As plantas RR só transmitem os fatores R aos seus descendentes e as plantas

rr transmitem apenas o fator r. As plantas Rr transmitem os fatores R e r. Com o

desenvolvimento da genética e da citologia, sabemos que os fatores mencionados por Mendel

são os gens, transmitidos de pais para filhos através do gametas.

Resultados das proporções obtidas em F1 e F2:

F1 – proporção genotípica – 100% Rr

Proporção fenotípica – 100% sementes lisas

F2 – proporção genotípica – 25% RR, 50% Rr, 25% rr ou 1:2: 1

Proporção fenotípica – 75% sementes lisas, 25% sementes rugosas ou 3:1

E assim Mendel postulou a sua 1ª lei, que diz o seguinte: “Cada característica é condicionada

por um para de fatores (gens alelos) que se separam durante a formação dos gametas, indo

apenas um fator para cada gameta”.

Exercício Comentado:

Um homem albino, cujos pais têm pigmentação normal na pele, casou-se com uma mulher de

pele normal. O casal teve um filho albino:

a) qual o caráter dominante

15

b) quais os genótipos de todos os indivíduos citados

c) qual a probabilidade do casal ter uma criança de pele normal

Resolução: quando um casal com fenótipos iguais origina um filho com fenótipo diferente,

pode-se deduzir que o fenótipo do casal é dominante.

Chamando o gen para pele normal de A e o gen para o albinismo a, vamos considerar os

genótipos dos indivíduos citados. O homem sendo albino tem genótipo aa. Isso indica que ele

herdou um gen de cada um dos pais; como os pais desse homem tem pele normal deduz-se

que o genótipo de ambos são Aa. A mulher desse homem tem pele normal, é portanto

portadora do gen A. mas teve um filho aa, daí chegar-se a conclusão de que seu genótipo é

Aa.

Homem aa x mulher Aa

Gametas a a A a

Efetuando as possíveis combinações temos:

Logo existem duas possibilidades (Aa e Aa) do casal ter crianças normais em 4 casos

possíveis. Assim a probabilidade do casal ter crianças de pele normal é de 50%.

Atividades

Observe na figura a representação de vários espermatozóides tentando penetrar em um óvulo

no momento da fecundação. Representamos nestes gametas os gens para a forma do nariz

curto (“c”)- recessivo e longo (“C”)- dominante.

1 -O óvulo possui o gen c. Alguns espermatozóides

possuem o gen c e outros o gen C. Pergunta-se.

a) Qual seria o conjunto de genes (genótipo) deste

individuo se um espermatozóide com gen C fecundasse

o óvulo?

b) Qual seria o genótipo deste individuo se um

espermatozóide com o gen c fecundasse o óvulo?

c) Como você acha que seria a forma do nariz do

indivíduo Cc?

Gametas a a

A Aa Aa

a aa aa

16

d) Que tipos de gens o indivíduo de nariz curto poderia passar para seus descendentes?

e) para a característica forma do nariz, quais são os possíveis genótipos?

2 -Suponhamos que em uma planta a cor vermelha da flor seja condicionada por um gen

dominante B, e a cor branca pelo alelo recessivo b.

a) Que tipo de gametas produzira as plantas com o genótipo Bb?

b) S e cruzarmos a planta em questão Bb, com outra da mesma espécie e com o genótipo bb,

quais os possíveis genótipos de seus descendentes?

c) Quais os fenótipos das plantas produzidas no cruzamento anterior?

3- Uma mulher de olhos castanhos, com o genótipo AA, casou-se co um homem de olhos

azuis, genótipo aa. Desse casamento nasceu uma menina, que mais tarde casou-se com um

homem de olhos castanhos, genótipo Aa. Que genótipos e fenótipos poderão apresentar os

filhos desse segundo casamento?

4 - Herança autossômica é aquela condicionada por genes que determinam herança somática,

isto é, referente à características corporais e não-sexuais. O albinismo é um exemplo desse

tipo de herança. Um homem normal, casou-se com uma mulher de pele normal. O casal teve

um filho albino.

a) quais os genótipos dos

indivíduos citados?

b) qual a probabilidade de o

casal ter uma criança de pele

normal?

Heredogramas

Na espécie humana não é

possível realizar cruzamentos

programados, como se faz em

genética experimental com

animais e plantas. A

identificação do tipo de herança é

feita através da análise de

genealogias ou heredogramas,

nos quais são observados

caracteres hereditários entre

indivíduos aparentados. Nas

17

genealogias são usados símbolos, como os que estão no quadro ao lado:

Construa um heredograma, utilizando as seguintes informações:

a) Um casal teve três filhos: duas meninas e um menino, nesta ordem.

b) A primeira filha se casou e teve três filhos

c) A segunda filha se casou e não teve filhos

d) o terceiro filho se casou e teve um casal de gêmeos univitelinos.

Grupos sanguíneos humanos – Sistema ABO

A descoberta dos diferentes grupos sanguíneos foi um importante passo para a medicina,

pois possibilitou a compreensão das transfusões de sangue, que em vários casos eram

malsucedidas. Para o grupo sanguíneo do sistema ABO (grupos A, B, AB e O) existem, na

população, dois tipos de aglutinogênios (antígenos), A e B, encontradas nas hemácias, e

existem dois tipos de aglutininas (anticorpos), Anti-A e Anti-B encontradas no plasma. Os

aglutinogênios, quando em contato com sangue de tipo diferente, podem funcionar como

corpos estranhos, sendo combatidos por anticorpos (aglutininas) existente no plasma

sangüíneo do receptor.

Explique por que as pessoas do grupo O são consideradas doadoras universais e as pessoas

do grupo AB são consideradas receptoras universais.

Existem na população humana, quatro fenótipos do sistema ABO de grupos sanguíneos. São

eles: grupos A, B, AB e O. Esses fenótipos são determinados pelos tipos de aglutinogênios

presentes nas hemácias e são condicionados por uma série gens alelos denominados IA, IB, i.

esse é um exemplo de alelos múltiplos (uma série de alelos que determinam a mesma

característica).

As pessoas que possuem o gen IA formam aglutinogênios A; as pessoas que possuem o gen

IB formam aglutinogênios B, e as pessoas que possuem o gen i não formam aglutinogênios

nem A e nem B.

A relação de dominância entre esses três gens é o seguinte: entre IA e IB não há

dominância, mas os dois são dominantes em relação ao gen i.

Portanto os possíveis genótipos e fenótipos para o sistema ABO na espécie humana são os

seguintes:

Genótipo Fenótipo

18

IAIA Grupo A (homozigoto)

IAi Grupo A (heterozigoto)

IBIB Grupo B (homozigoto)

IBi Grupo B (heterozigoto)

IAIB Grupo AB (heterozigoto)

ii Grupo O (homozigoto)

Exercício comentado

Uma mulher do grupo AB é casada com um homem do grupo O. como poderão ser os

fenótipos sanguíneos dos filhos desse casal?

A mulher do grupo AB tem genótipo IAIB . O homem do grupo O tem genótipo ii.

IAIB x ii

Resposta – Os filhos do casal poderão ser 50% do grupo A (IAi) e 50% do grupo B (IBi).

Atividades

1 - João é do grupo sanguíneo B, heterozigoto, pois sua mãe é do grupo O. a mulher de João é

do grupo AB. Quais serão os possíveis genótipos e fenótipos de seus filhos?

2 - Luciano tem sangue tipo B e sua mulher tem sangue tipo A. Um de seus filhos tem sangue

tipo O.

a) Quais os genótipos dos casais em relação aos grupos sanguíneos?

b) quais os prováveis genótipos e fenótipos de seus filhos?

3 -. Um casal em que o homem é do grupo A e a mulher do grupo B, tem um filho do grupo O.

Determine o genótipo do casal.

O sistema RH

Gametas i i

IA IAi IAi

IB IBi IBi

19

Em 1940, Landsteiner e Weiner, médicos austríacos, descobriram um outro sistema de

grupos sanguíneos. Eles faziam experiências injetando sangue de macaco de gênero Rhesus

em cobaias, e essas reagiam produzindo anticorpos. O antígeno presente no sangue do

macaco e que estimulava a produção de anticorpos foi por eles denominado fator Rh, em

homenagem ao gênero do macaco, e os anticorpos formados foram denominados Anti-Rh.

Mais tarde eles perceberam que algumas pessoas também apresentavam o fator Rh em suas

hemácias. Essas pessoas são chamadas Rh positivas. Aquelas que não possuem o fator Rh

são chamadas Rh negativas.

Logo após a descoberta do fator Rh, foi constatado que ele é responsável pela doença

hemolítica do recém-nascido, também chamada eritroblastose fetal. Essa doença caracteriza-

se pela destruição das hemácias do recém nascido, acarretando uma série de conseqüências,

que, dependendo do grau de destruição das hemácias pode provocar a morte da criança.

Eritroblastose fetal ocorre quando a mãe é Rh negativo e a criança Rh positivo.

A presença do aglutinogênio Rh nas hemácias é determinado por um gen dominante R, e seu

alelo recessivo r determina a ausência do fator Rh. Os possíveis genótipos e seus respectivos

fenótipos para este par de gens são os seguintes:

Genótipos Fenótipos

RR Grupo Rh positivo

(homozigoto)

Rr Grupo Rh positivo

(heterozigoto)

rr Grupo Rh negativo

(homozigoto)

1 - A eritroblastose fetal é um processo grave observado em recém-nascidos quando as

aglutininas do sangue materno agem sobre o feto, causando aborto ou doença hemolítica. Para

que isso ocorra que tipo de fator (Rh + ; Rh -) devem apresentar o pai, a mãe e a criança?

2 -. Um homem Rh-, casa-se com uma mulher Rh+, cujo pai era Rh-. Como poderão ser os

filhos desse casal quanto ao sistema Rh e em que proporções eles devem aparecer?

3 -. Cite os genótipos das seguintes pessoas considerando ABO e Rh.

a) Grupo A homozigoto, Rh + heterozigoto.

b) Grupo AB, Rh+ homozigoto

c) Grupo O, Rh-

d) Grupo B heterozigoto, Rh-

20

BLOCO 5 : ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIDA

Evolução é o processo pelo qual ocorrem as mudanças ou transformações (a nível de

genoma) nos seres vivos ao longo do tempo, dando origem a espécies novas.

Adaptação é a capacidade de sobrevivência e reprodução de uma espécie num determinado

ambiente.

TEORIAS EVOLUCIONISTAS

FIXISMO ou CRIACIONISMO: Propõe que as espécies foram criadas prontas por um ser

superior e não se modificam com o tempo.

PANSPERMIA: propõe que a vida não teria surgido na Terra, e sim trazida por meteoros.

BIG-BANG: Sustenta que o Universo surgiu a partir da explosão de uma única partícula - o

átomo primordial - causando um cataclismo cósmico inigualável a cerca de 13,8 bilhões de

anos.

ABIOGÊNESE ( Geração Espontânea) x BIOGÊNESE Batalha de experiências que hora

fortalecia a abiogênese e hora fortalecia a biogênese

Experiência de REDI -> Spallanzani -> Louis Pasteur (frasco pescoço de cisne)

EVOLUÇÃO QUÍMICA: Experiência de MILLER e UREY (sistema fechado com as condições

da terra primitiva produzindo aminoácidos orgânicos)

21

LAMARCKISMO

Teoria proposta por Lamarck em 1809, afirma que a evolução dos seres vivos ocorre segundo

duas leis, enunciadas a seguir:

• Lei do uso e desuso: quanto mais usadas as regiões ou órgão do corpo, mas se

desenvolvem; as partes não usadas vão se enfraquecendo e diminuindo, chegando a

desaparecer.

• Lei da herança dos caracteres adquiridos: as modificações provocadas pelo uso ou desuso

são transmitidas aos descendentes.

Essa teoria defende a idéia de que fatores ambientais novos provocam o surgimento de

modificações adaptativas, que podem ser transmitidas aos descendentes. O grave equívoco da

teoria lamarckista é o de afirmar a herança de caracteres adquiridos.

DARWINISMO

Teoria proposta por Darwin em 1859, publicada em seu livro a origem das espécies.

Defende que as modificações adaptativas das espécies são escolhidas pelo mecanismo da

seleção natural, atribuindo á ação contínua deste mecanismo a origem de novas espécies ou a

extinção de outras.

A seleção natural é determinada pelos limites impostos por condições ambientais. Na

população há indivíduos menos e outros mais adaptados. Estes últimos , com maiores chances

de sobrevivência, deixam um maior número de descendentes. A cada nova geração aumenta o

número de indivíduos melhor adaptados, sendo eliminados gradativamente aqueles menos

adaptados . O mecanismo de seleção natural , ocorrendo por gerações sucessivas, provocaria

o aperfeiçoamento das adaptações, promovendo a alteração gradativa das espécies.

Reunindo um grande número de evidencias em seu trabalho, Darwin tornou aceitável a

idéia da evolução. Entretanto não foi capaz de explicar a origem da variabilidade nas

populações naturais.As diferenças individuais, sobre as quais age a seleção natural, devem ser

obrigatoriamente hereditárias. O desconhecimento das causas e mecanismos de

22

hereditariedade levou Darwin a admitir a idéia da herança dos caracteres adquiridos,

produzidos em resposta a ambientes particulares.

EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS

Segundo as teorias evolutivas, a vida surgiu no planeta e desde então espécies têm

surgido, desaparecido e mudado ao longo do tempo. Diversas evidências sustentam esse fato

e a seguir vamos conhecer cada uma delas.

→ Evidência Fóssil

Os fósseis são restos ou vestígios de organismos preservados que possuem mais de 10

mil anos e fornecem importantes informações a respeito da vida nos tempos pretéritos e como

era o ambiente em determinada época. Ossos, marcas de dentes, pegadas e fezes petrificadas

são exemplos de fósseis.

Os fósseis são considerados evidências da evolução porque, por meio deles, é possível

observar as características de seres vivos que hoje não mais compõem a fauna e a flora do

planeta. Analisando o conjunto de organismos fósseis, é possível ver que o planeta em que

vivemos hoje é completamente diferente biologicamente do planeta de 65 milhões de anos

atrás. Assim sendo, eles comprovam que a vida surgiu e modificou-se através do tempo.

→ Evidências anatômicas e fisiológicas

Algumas espécies apresentam características anatômicas que muito se assemelham

com aquelas presentes em indivíduos de outras espécies. Apesar de muitas vezes essas

23

estruturas não apresentarem a mesma função, é possível inferir que, em algum momento,

essas espécies possuíram um ancestral comum.

Quando uma determinada espécie possui órgãos que se desenvolvem de maneira

semelhante à de outra, dizemos que elas possuem órgãos homólogos. Esses órgãos podem ou

não apresentar a mesma função. Como exemplo, podemos citar o braço de um ser humano e a

asa de um morcego.

Outras vezes, no entanto, os órgãos possuem a mesma função, mas pela análise da

anatomia, é possível verificar que a origem embrionária é diferente. Nesses casos, dizemos

que os órgãos são análogos e surgiram provavelmente como uma forma de adaptação a um

determinado ambiente. Como exemplo, podemos citar as asas das borboletas e dos pássaros.

Os órgãos vestigiais, que podem ser definidos como estruturas atrofiadas que possuem uma

função pouco expressiva, também são considerados uma evidência da evolução.

Provavelmente, esses órgãos eram importantes nos ancestrais de determinada espécie e, com

a evolução, eles se tornaram pouco funcionais e regrediram. Como exemplo de órgãos

vestigiais, podemos citar o apêndice nos humanos.

24

→ Evidências celulares e moleculares

A análise das células e a bioquímica dos organismos têm revelado que existe muita

semelhança entre todos os seres vivos. Esse fato sugere que, em algum ponto da história

evolutiva, tivemos um ancestral comum.

Quando analisamos as células, é possível perceber que as espécies são bastante

semelhantes entre si. A semelhança também é grande entre o código genético, uma vez que o

DNA e o RNA possuem apenas quatro bases diferentes. Essas bases são as responsáveis

pelas características de todos os seres vivos existentes no planeta.

Percebe-se, portanto, que a teoria da evolução é sustentada por diversos pilares e cada

dia é mais evidente que os seres vivos sofrem mudanças através do tempo.

MUTACIONISMO

Segundo a hipótese mutacionista, a evolução se realiza através da origem espontânea

de novos tipos, que diferem radicalmente de seus ancestrais diretos, graças à ocorrência de

macromutações genéticas. As pequenas diferenças intra-específicas devem-se às

micromutações , e a seleção natural teria somente a função negativa de eliminar os tipos

menos aptos.

Surgida logo após a redescoberta das leis mendelianas da herança (1900), a corrente

mutacionista propunha que as mutações genéticas seriam a única causa da evolução.

As características estudadas por Johansen – mutacionista – apresentavam pequena

variabilidade atribuída a fatores ambientais. O conhecimento de seu conhecimento hereditário

permitiu esclarecer que tal variabilidade deve-se ao fato de haver vários pares de alelos

condicionando as características analisadas.

TEORIA SINTÉTICA DA EVOLUÇÃO ou NEODARWINISMO

Essa teoria estabelece que tanto a mutação como a seleção natural atuam no processo

seletivo. Os aspectos essenciais da teoria sintética do neodarwinismo estão relacionados a

seguir:

• As mutações são a fonte básica da variabilidade de genética das populações;

• A maioria das mutações adaptativas não produz tipos radicalmente novos; tais mutações se

somam ao conjunto gênico pré-existente;

• A seleção natural atua preservando as poucas combinações gênicas adaptativas dentre as

infinitas possibilidades inerentes ao conjunto gênico;

25

• A transformação evolutiva não depende somente do aparecimento dos genes com efeitos

novos: depende também da alteração das freqüências de todos os genes da população;

• A alteração dessas freqüências depende da ação contínua da seleção natural sobre o

conjunto gênico das populações;

• O indivíduo isolado não tem significado evolutivo. As unidades evolutivas , que se modificam

ao longo de gerações sucessivas , são as populações em que se organizam os indivíduos que

compõem a espécie.

EVOLUÇÃO HUMANA A evolução humana corresponde ao processo de mudanças que originou os seres

humanos e os diferenciou como uma espécie.As características próprias da espécie humana foram construídas ao longo de milhares de anos, com a evolução dos primatas. Charles Darwin foi o primeiro a propor a relação de parentesco da espécie humana com os grandes macacos, os antropoides.

Atualmente, os cientistas acreditam que esses antropoides e a espécie humana tiveram um ancestral comum, cerca de 8 a 5 milhões de anos atrás. A evidência desse fato é a grande semelhança entre os humanos e os macacos antropoides, como o chimpanzé.

A evolução da espécie humana foi iniciada há pelo menos 6 milhões de anos. Nesse período, uma população de primatas do noroeste da África se dividiu em duas linhagens que passaram a evoluir independentemente.

O primeiro grupo permaneceu no ambiente da floresta tropical e originou os chimpanzés. O segundo grupo se adaptou a ambientes mais abertos, como as savanas africanas, dando origem ao Homo sapiens. Por isso, o continente africano é chamado de berço da humanidade.

As etapas da Evolução Humana Os pré-australopitecos

Essas primeiras espécies viveram logo após a separação do grupo que originou os hominídeos e os chimpanzés. Sua principal característica era o modo de vida arborícola.O registro fóssil remonta algumas das espécies desse período: Sahelantropus tchadensis: Fóssil encontrado no continente africano, pertencente a uma espécie de primata. Essa espécie já possuía a postura bípede. É o mais antigo ancestral da linhagem humana. Orrorin tugenensis: Fóssil encontrado no Quênia. Também já apresentava indicações da postura bípede. Os cientistas acreditam que a espécie viveu há 6 milhões de anos atrás. Ardipithecus ramidus e Ardipithecus kadabba: Fóssil encontrado na Etiópia. Nessas espécies permanece a postura bípede. Os cientistas acreditam uma espécie do gênero Ardipithecus foi a ancestral dos australopitecos. Os australopitecos Os primeiros hominídeos pertenciam ao gênero Australopithecus. Constituíram um grupo diversificado e bem sucedido. As principais características desse grupo eram: a postura ereta, a locomoção bípede, a dentição primitiva e a mandíbula mais semelhante a da espécie humana.

26

Representação do australopiteco em museu de história natural Foram os primeiros hominídeos a dominar o fogo, o que permitiu sua expansão para outros territórios. Além da redução da musculatura da face, pois podiam cozinhar os alimentos, amaciando-os. Australopithecus africanus: O primeiro fóssil de australopiteco encontrado. Provavelmente, habitou a Terra há 2,8 a 2,3 milhões de anos atrás. Outros fósseis de australopitecos foram encontrados. Algumas espécies são: A. afarensis, A. robustus e A. boisei. Acredita-se que muitos australopitecos tenham coexistido e competido entre si. Todas as espécies foram extintas. Porém, uma delas teria sido a ancestral do gênero Homo. O gênero Homo A extinção da maioria dos australopitecos possibilitou o surgimento de uma nova linhagem. O gênero Homo se destaca pelo desenvolvimento do sistema nervoso e da inteligência. Além disso, apresentava adaptações evolutivas, como o bipedalismo. Homo habilis: Atualmente, com o estudo dos fósseis, o mais aceito é considerá-lo como australopiteco, sendo Australopithecus habilis. A espécie viveu por volta de 2 milhões de anos a 1,4 milhões de anos atrás. Homo erectus: Essa espécie se destacou pela fabricação de instrumentos e utensílios de pedra, madeira, pele e ossos. O grupos saiu da África e alcançou a Europa, a Ásia e a Oceania. Homo ergaster: Seria uma sub-espécie do H. erectus que teria migrado para a Europa e parte da Ásia, onde deu origem a várias linhagens, uma delas o Homo neanderthalensis. Homo neanderthalensis: Conhecido por neandertais, tinham o corpo adaptado ao frio, ausência de queixo, testa baixa, pernas arqueadas e cérebro maior do que os dos seres humanos atuais. Os neandertais apresentavam comunicação verbal rudimentar, organização social e sepultamento de mortos. Esse grupo conviveu com os primeiros homens modernos. Atualmente, acredita-se que o homem moderno surgiu na África entre 200 mil a 150 mil anos atrás, a partir das linhagens de H. ergaster. Saiba mais sobre o Homem na Pré-História. O homem moderno O Homo sapiens sapiens é a denominação científica do homem moderno, sendo uma subespécie do Homo sapiens.

27

A principal característica do homem moderno, comparado aos seus ancestrais, é o cérebro bem desenvolvido.

Modificações do volume craniano ao longo do processo evolutivo

Atividade de Fixação 1. Os ratos Peromyscus polionotus encontram-se distribuídos em ampla região na América

do Norte. A pelagem de ratos dessa espécie varia do marrom claro até o escuro, sendo que os ratos de uma mesma população têm coloração muito semelhante. Em geral, a coloração da pelagem também é muito parecida à cor do solo da região em que se encontram, que também apresenta a mesma variação de cor, distribuída ao longo de um gradiente sul-norte. Na figura, encontram-se representadas sete diferentes populações de P. polionotus. Cada população é representada pela pelagem do rato, por uma amostra de solo e por sua posição geográfica no mapa.

Observe o mapa com a distribuição dos ratos Peromyscus polionotus pela América do Norte

MULLEN, L. M.; HOEKSTRA, H. E. Natural selection along an environmental gradient: a classic cline in mouse pigmentation. Evolution, 2008.

O mecanismo evolutivo envolvido na associação entre cores de pelagem e de substrato é

a) a alimentação, pois pigmentos de terra são absorvidos e alteram a cor da pelagem dos roedores.

b) o fluxo gênico entre as diferentes populações, que mantém constante a grande diversidade interpopulacional.

c) a seleção natural, que, nesse caso, poderia ser entendida como a sobrevivência diferenciada de indivíduos com características distintas.

d) a mutação genética, que, em certos ambientes, como os de solo mais escuro, têm maior ocorrência e capacidade de alterar significativamente a cor da pelagem dos animais.

28

e) a herança de caracteres adquiridos, capacidade de organismos se adaptarem a diferentes ambientes e transmitirem suas características genéticas aos descendentes.

2. Alguns anfíbios e répteis são adaptados à vida subterrânea. Nessa situação,

apresentam algumas características corporais como, por exemplo, ausência de patas, corpo anelado que facilita o deslocamento no subsolo e, em alguns casos, ausências de olhos.

Suponha que um biólogo tentasse explicar a origem das adaptações mencionadas no texto utilizando conceitos da teoria evolutiva de Lamarck. Ao adotar esse ponto de vista, ele diria que

a) as características citadas no texto foram originadas pela seleção natural.

b) a ausência de olhos teria sido causada pela falta de uso dos mesmos, segundo a lei do uso e desuso.

c) o corpo anelado é uma característica fortemente adaptativa, mas seria transmitida apenas à primeira geração de descendentes.

d) as patas teriam sido perdidas pela falta de uso e, em seguida, essa característica foi incorporada ao patrimônio genético e então transmitidas aos descendentes.

e) as características citadas no texto foram adquiridas por meio de mutações e depois, ao longo do tempo, foram selecionadas por serem mais adaptadas ao ambiente em que os organismos se encontram.

3. A figura seguinte representa a experiência de Redi.

Redi colocou dentro de recipientes, substâncias orgânicas para que entrassem em

decomposição. Alguns dos recipientes (à esquerda) foram cobertos com uma gaze e os outros

deixados descobertos. Ele demonstrou que as larvas da carne podre desenvolveram-se de

ovos de moscas e não da transformação da carne. Os resultados desta experiência

fortaleceram a teoria sobre a origem da vida, denominada:

a. Hipótese autotrófica.

b. Hipótese heterotrófica.

c. Geração espontânea.

d. Abiogênese.

e. Biogênese.

1. Antes do evolucionismo, como era explicada a origem das espécies? 2. Em que suposições era baseada a teoria de Lamarck? 3. Quais são os fundamentos do Darwinismo?

29

4. Explique por que as girafas têm o pescoço grande segundo a teoria de Lamarck e segundo a teoria de Darwin?

5. Qual a relação entre darwinismo e neodarwinismo? 6. Segundo o neodarwinismo quais os fatores que possibilitam a evolução das espécies? 7. Qual a importância das mutações para a evolução das espécies? Diferencie homologia

de analogia. 8. Explique como ocorre os processos de Convergência Adaptativa e o de Irradiação

Adaptativa (especiação). 9. Explique o que são órgãos vestigiais e exemplifique. Explique como a Embriologia

comparada pode ajudar na evolução. 10. O que são fósseis? Como são formados? Qual a sua importância ma evolução?

CITOLOGIA COMPLETO

1.1. A História da Célula

De que são formadas as casas? – De tijolos. De quantos tijolos? – De muitos. Milhares!...

Exatamente assim é formado nosso corpo. Ele tem um imenso número de pequeninas

unidades microscópicas chamadas CÉLULAS.

Até o ano de 1665, nem mesmo os cientistas conheciam a existência das

células. Mas, naquele ano, um pesquisador chamado Robert Hooke (1635-

1703), na Inglaterra, aprimorou um microscópio (naquela época o

microscópio era bastante rudimentar) e resolveu examinar um pedaço de

cortiça. A cortiça é um tecido encontrado na casca do tronco de algumas

árvores. Nesse tecido, as células se cobrem de uma camada grossa de

Suberina. Essa substância impermeabiliza as células e acaba provocando a morte delas.

Depois que morrem, as células se decompõem e desaparecem. Mas, a suberina fica. E fica

formando direitinho o esqueleto do tecido. Ficam bem visíveis os espaços vazios onde antes

existiam as células. Robert Hooke, vendo aquelas cavidades microscópicas, chamou-as de

células (diminutivo de “cela”, pequeno compartimento, cubículo).

Anos depois foi que conseguiram ver células ainda vivas, com todo seu conteúdo. E, então,

observaram que a célula não é um pequeno compartimento vazio, mas um corpo cheio de

substâncias e estruturas.

Com o passar dos anos, os microscópios foram se tornando cada vez melhores, e cada vez

mais cientistas começaram a observar pedaços de seres vivos com esses aparelhos.

Em 1838. O botânico alemão Mathias Schleiden (1804-1881) concluiu que a célula era a

unidade básica de todas

30

as plantas. Um ano mais tarde, o zoólogo Theodor Schwan (1810- 1882), também alemão,

generalizou o conceito para os animais. Surgia assim a Teoria Celular, de Schleider e

Schwan, que afirma:

”Todos os seres vivos s são formados por células.

Sabe-se hoje também que as células não são espaços vazios. Elas são preenchidas com

várias substâncias diferentes (geralmente líquidas ou gelatinosas) e possuem muitas estruturas

ainda menores dentro delas.

No caso de Hooke, o que ele a cortiça observada por ele é um tecido vegetal morto, e por isso,

ele viu apenas os espaços que eram ocupados pelas células.

Ao longo do século XIX, foram descobertas várias estruturas no interior da célula. Em 1855, o

pesquisador Rudolph Virchow deu um passo adiante, declarando que toda célula surge de

outra célula preexistente.

O microscópio de Hooke e a visão dos fragmentos de cortiça mostrando as cavidades onde

anteriormente existiram células.

1.2. Características Gerais da Célula: forma e tamanho

A) Forma

As células não são todas iguais. Ao contrário, elas apresentam formas muito diferentes, de

acordo com a função que realizam no organismo (corpo) de um ser vivo. Por exemplo: as

células da nossa pele realizam funções muito diferentes das células dos nossos ossos. Sua

forma, portanto, é muito diferente. Por outro lado, os ossos de um homem e de um cachorro

são muito parecidos e realizam as mesmas funções, portanto suas células são parecidas.

B) Tamanho

31

Como vimos, a descoberta das células só foi possível após a invenção dos microscópios. Mas

por quê?

Porque as células, em geral, são tão pequenas que não é possível enxergá-las apenas com o

poder da nossa visão.

As células são tão pequenas que foi preciso criar uma unidade especial para medi-las. Esta

unidade é chamada mícron . Um mícron equivale a um milímetro dividido por mil. Lembre que

1rnm é aquela menor divisão que existe nas réguas comuns.

Para que você tenha uma idéia melhor do que isto significa, veja um exemplo: em uma simples

gota de sangue existem aproximadamente 5 milhões de células!

Quase todas as células são microscópicas, pois só é possível vê-las com auxílio dos

microscópios. Existem, porém, alguns poucos exemplos de células que podem ser vistas a

olho-nu, como, por exemplo, a gema do ovo e aquelas pequenos gominhos (alvéolos) cheios

de líquido que formam as laranjas, limões, tangerinas e outras frutas desse grupo. Estas

células são chamadas de macroscópicas.

CÉLS MACROSCÓPICAS / CÉLS MICROSCÓPICAS

1.3. Organização Celular – Acelular, Unicelular e Pluricelular

HIV (vírus causador da AIDS

Sabe-se hoje que quase todos os seres vivos da Terra são formados por

células. Os únicos seres vivos que não são formados por células

pertencem

todos a um mesmo grupo. São os vírus, micróbios que podem causar

muitas doenças, como a gripe e a AIDS. Por não serem formados por

células os vírus são chamados de ACELULARES (a = sem).

Todos os outros seres vivos do planeta se dividem em dois grupos:

32

UNICELULARES e PLURICELULARES.

A) Unicelulares

Chama-se de unicelulares os seres vivos cujo corpo é formado por apenas uma célula (uni =

um ou uma).

Exemplos: os protozoários (micróbios que podem causar doenças como a malária e o mal de

Chagas) e as bactérias (micróbios que podem causar doenças como a pneumonia e a

meningite).

B) Pluricelulares

Chama-se de pluricelulares os seres vivos cujo corpo é formado por várias células (pluri =

muitos ou muitas).

Exemplos: todos os animais (incluindo o homem) e praticamente todos os vegetais são seres

pluricelulares.

Células Procarióticas e Células Eucarióticas:

A Célula Procariótica é bastante simples, constituída pelo

mínimo de estruturas necessárias para a manutenção de sua vida.

Possui um envoltório externo que dá forma e proteção para a célula, uma membrana

plasmática, que a entrada e saída de substâncias no citoplasma, sendo este constituído de

água, sais minerais, açúcar, gorduras e proteínas - estas fabricadas pelos ribossomos.

33

O cromossomo é o filamento de DNA, material genético da célula disposto na forma de anel e

denominado Nucleóide.

A Célula Eucariòtica, por sua vez, é uma célula bem mais complexa, que pode realizar suas

funções de maneira bem mais eficiente. A característica marcante da célula eucariota é a

presença de um núcleo, envolvido por uma membrana -

Carioteca - que separa o material genético do citoplasma.

Os seres eucariotas agrupam-se nos mais diversos reinos: protistas, fungos, vegetais e

animais.

Célula Animal Célula Vegetal

Membrana Plasmática e transporte de substâncias

TRANSPORTE ATIVO E PASSIVO

Muitas das substâncias (gases, íons, açúcares, etc.) dissolvidas em nosso compartimento

intracelular ou extracelular podem atravessar a membrana celular e passar de um

compartimento a outro. Existem várias formas através das quais as diversas substâncias

podem atravessar a membrana celular. As principais e mais bem conhecidas são:

DIFUSÃO SIMPLES

Neste tipo de transporte a substância passa de um meio a outro (do intracelular para o

extracelular ou do extracelular para o intracelular) simplesmente devido ao movimento aleatório

e contínuo da substância nos líquidos corporais, devido a uma energia cinética (movimento) da

própria matéria. Em tal meio de transporte não ocorre gasto de ATP intracelular nem ajuda de

34

carreadores. EXEMPLO: Gases como oxigênio ou dióxido de carbono atravessam a

membrana celular com grande facilidade, simplesmente se dissolvendo na matriz lipídica desta

membrana (oxigênio e dióxido de carbono são lipossolúveis).

DIFUSÃO FACILITADA

Neste tipo de transporte a substância se utiliza também de seus movimentos aleatórios e

contínuos nos líquidos corporais e passa também de um lado a outro da membrana celular.

Porém, por ser insolúvel na matriz

lipídica (não lipossolúvel) e de tamanho

molecular grande demais para passar

através dos diminutos "poros" que se

encontram na membrana celular, a

substância apenas se dissolve e passa

através da membrana celular ligada a

uma proteína carreadora específica para

tal substância, encontrada na membrana celular. Em tal transporte também não há gasto de

ATP intracelular. EXEMPLO: A glicose, importante carboidrato, atravessa a membrana celular

de fora para dentro da célula (do meio de maior concentração para o meio de menor

concentração de glicose) ligada a uma proteína carreadora específica para glicose.

Difusão facilitada. Passo 1 - ligação da molécula a transportar à permease; (passos 2 e 3)

alteração conformacional da permease, para permitir a passagem da molécula através da

membrana

OSMOSE

É a passagem do solvente de uma região pouco concentrada em soluto para uma mais

concentrada em soluto, sem gasto de energia.

Podemos observar este processo quando temperamos uma salada de tomate com sal, por

exemplo. Logo após um tempo há o acúmulo de uma solução aquosa no recipiente, que é a

água que as células perderam para o meio, que estava hipertônico em relação à célula.

Para entendermos a osmose é importante

conhecermos os seguintes conceitos:

Solução hipertônica: Solução que está mais

concentrada em soluto que o meio;

Solução hipotônica: Solução que está menos

concentrada em soluto que o meio;

Solução Isotônica: Quando a concentração de soluto na célula e no meio são iguais.

35

TRANSPORTE ATIVO

Neste tipo de transporte a substância é levada de um meio a outro através da membrana

celular por uma proteína carreadora que é capaz, inclusive, de transportar esta substância

contra um gradiente de concentração, de pressão ou elétrico (a substância pode, por exemplo,

ser transportada de um meio de baixa concentração para um de alta concentração da mesma).

Nesse tipo de transporte há o gasto de energia (na forma de

ATP) e ocorre contra um gradiente de concentração, isto é,

as substâncias serão deslocadas de onde estão pouco

concentradas para onde sua concentração já é alta. O

exemplo clássico de transporte ativo é a BOMBA DE SÓDIO

E POTÁSSIO. Os íons de Na+ e K+ são importantes para o

funcionamento celular e ocorrem em concentrações

específicas dentro e fora das células. O íon Na+ se apresenta

em maior concentração no meio extracelular, enquanto o íon

K+ se encontra mais concentrado no meio intracelular. Logo

o movimento natural desses íons é : o íon Na+ entra na

célula por difusão facilitada e o K+ sai da célula pelo mesmo processo. Com isso a tendência é

haver um equilíbrio entre as concentrações interna e externa desses dois íons (o que não seria

bom para o metabolismo celular), logo a célula gasta energia, na forma de ATP, para fazer o

transporte oposto desses íons: colocar o Na+ para fora e colocar o K+ para dentro.

FAGOCITOSE E PINOCITOSE

Em algumas células ocorrem processos que permitem a entrada de partículas (sólidas ou

líquidas) do meio externo para o interior da célula. Esses processos são chamados

genericamente de endocitose e geralmente ocorrem em células que constituem organismos

unicelulares, vivendo em meio aquoso.

Algumas células de organismos multicelulares também podem realizar esses processos, mas

neste caso a função não é alimentar, e sim de defesa. A endocitose pode ocorrer de duas

maneiras: por fagocitose ou por pinocitose.

FAGOCITOSE

Processo utilizado pela célula para englobar partículas sólidas, que lhe irão servir de alimento.

A célula produz expansões da membrana plasmática (pseudópodes) que envolvem as

36

partículas e as englobam. Primeiramente, a partícula fica em uma bolsa que recebe o nome de

fagossomo. Depois esta bolsa se une ao lisossomo, (que contém as enzimas digestivas), para

que a digestão aconteça e os materiais úteis sejam aproveitados pela célula. Essa segunda

bolsa recebe o nome de vacúolo digestivo e o processo todo é chamado de digestão

intracelular heterofágica.

Quando o processo de digestão intracelular ocorre sem

que o material digerido venha de fora por meio da

fagocitose, isto é, quando ela digere material da própria

célula (como organelas velhas em processo de

degeneração) fala-se em digestão intracelular autofágica e

os vacúolos são chamados de vacúolos autofágicos. A

digestão intracelular autofágica é relacionada a um

importante mecanismo das células eucarióticas chamado

de apoptose, também chamada de suicídio celular. Este processo nada mais é do que a morte

programada de uma célula que ocorre normalmente, pois ao longo do desenvolvimento muitas

células morrem como parte normal do processo. A morte programada é essencial para o

desenvolvimento e funcionamento de vários tecidos. Quando as células que já não têm

utilidade perdem a capacidade de se autodestruir, elas perdem a função e formam massas de

células como os tumores.

Em ambos os casos, o material não digerido permanece no interior da bolsa membranosa, que

passa a se chamar vacúolo residual, podendo ser depois eliminado da célula. As amebas e

protozoários, por exemplo, utilizam-se do processo de fagocitose para capturar partículas

alimentares que, uma vez dentro da célula, são digeridas nesse processo. Em nosso

organismo, alguns glóbulos brancos utilizam a fagocitose para englobar microorganismos

invasores, como bactérias, inativando-as.

PINOCITOSE

Processo semelhante ao da fagocitose, pelo qual certas

células ingerem líquidos ou pequenas partículas através de

minúsculos canais que se formam em sua membrana

plasmática. Quando as bordas desse canal se fecham,

contendo o alimento em seu interior, forma-se uma bolsa

37

membranosa chamada de pinossomo. Posteriormente esses materiais são digeridos e

aproveitados pela célula. No organismo humano, por exemplo, é através do processo de

pinocitose que as células do intestino delgado capturam gotículas de lipídios resultantes da

digestão.

O caminho inverso também pode ser percorrido por determinadas substâncias que devem ser

eliminadas da célula, em organismos unicelulares. Isto ocorre, por exemplo, através de um

processo chamado de clasmocitose e que garante a eliminação de resíduos celulares não

digeridos. Os resíduos envoltos em uma bolsa membranosa são levados até a membrana

plasmática, onde a bolsa se funde a ela, eliminando seu conteúdo para o exterior da célula, em

meio aquoso, em um processo inverso ao que ocorre na fagocitose.

Citoplasma e suas organelas

Chama-se de Citoplasma toda a parte interna da célula localizada entre o envoltório externo e

seu núcleo. O Citoplasma é preenchido por uma substância chamada Hialoplasma ou Matriz

Citoplasmática, que na maioria das vezes é líquida, podendo também ser gelatinoso ou

mesmo sólido. Nele ficam imersas as organelas, que desempenham diversas funções vitais,

como digestão, respiração, excreção, circulação, etc.

Estas organelas, junto com o núcleo, é que permitem o funcionamento da célula.

O citoplasma é composto principalmente por água (80%), mas também contem íons, sais e

moléculas grandes, como proteínas, carboidratos e o RNA.

A) Retículo endoplasmático - (RE) é um sistema de canais e canalículos formados por

membranas, as quais possuem continuidade com o núcleo celular. Funcionam

como "túneis" sinuosos dentro da célula. Está presente apenas nos seres

eucariontes.

Ele tem várias funções, tais como: transporte e distribuição das substâncias

armazenadas no Complexo de Golgi, Síntese de esteroides e demais lipídios celulares; Síntese

de proteínas e aumento da superfície celular.

Existem dois tipos de retículo endoplasmático:

a) liso ou agranular – não possui ribossomos aderidos às suas superfícies;

38

b) rugoso ou granular ou ergatoplasma – possui ribossomos aderidos à sua superfície.

B) Complexo de Golgi

O complexo de Golgi é um conjunto de vesículas e sáculos achatados

paralelos entre si. As membranas desse conjunto são de natureza

lipoprotéica. É uma organela encontrada em quase todas as células,

exceção das células procarióticas. Sua principal função é o

armazenamento dos produtos de secreção da célula. Além disso, ele

sintetiza polissacarídeos, forma o acrossomo dos espermatozóides e os lisossomos primários.

C) Ribossomos

São organelas citoplasmáticas encontradas em procariontes e eucariontes. A principal função

dos ribossomos síntese de proteínas. Eles são encontrados nas células sob duas formas: livres

e associados ao retículo endoplasmático.

Eles existem em várias localidades dentro da célula; entretanto esta localização depende da

função da célula.

D) Lisossomos

São corpúsculos normalmente esféricos cujo interior apresenta uma grande quantidade de

enzimas que degradam (quebram em pedaços pequenos, ou seja, digerem ou destroem)

moléculas grandes ou organelas envelhecidas. Estão presentes células animais realizando a

digestão celular.

E)Centríolos

Os centríolos são organelas não envolvidas por membrana e que participam

do progresso de divisão celular.

Estruturalmente, são constituídos por um total de nove trios de microtúbulos

protéicos, que se organizam em cilindro. São auto-duplicáveis, no período que

precede a divisão celular, migrando, logo a seguir, para os pólos opostos da célula.

39

F) Mitocôndria

Para obter energia, a célula obrigatoriamente precisa de glicose. A mitocôndria

tem a função de quebrar a glicose introduzindo oxigênio no carbono, o que

resta é o gás carbônico, que sairá através da expiração. Este processo é

conhecido como respiração celular. Para que as células possam desempenhar

suas funções normalmente, elas dependem de várias reações químicas que ocorrem dentro da

mitocôndria. Quanto mais a célula necessitar de energia para realizar suas funções vitais, mais

mitocôndrias ela produzirá.

40

NÚCLEO E SUAS ESTRUTURAS

O núcleo é uma estrutura, na maioria das vezes esférica, delimitada por uma membrana chamada

CARIOTECA, cuja função é envolver o suco nuclear. É no suco nuclear que se encontra a

cromatina - material genético (DNA associado a proteínas chamadas histonas) que forma os

cromossomos.

Os cromossomos são pequenos filamentos existentes no interior

do núcleo, que possuem a “programação” da célula (DNA), ou

seja, tudo o que ela faz depende das informações vindas dos

cromossomos.

São os genes,FRAGMENTOS localizados no interior dos

cromossomos que contém as informações genéticas, isto é, características que são passadas de

geração em geração.

São os responsáveis pela coloração da nossa pele, coloração dos olhos, enfim, por todas as

características do nosso corpo.

Ou o núcleo está em interfase (período de grande atividade celular) ou está em divisão.

Nucléolo é um organóide presente em células eucarióticas, ligado principalmente à coordenação

do processo reprodutivo das células (embora desapareça logo no início da divisão celular) e ao

controle dos processos celulares básicos, pelo fato de conter trechos de RNA específicos, além

de inúmeras proteínas associadas. São corpúsculos arredondados de aspecto esponjoso,

mergulhados diretamente no nucleoplasma, uma vez que não possuem membrana envolvente.

O nucléolo tem por função a organização dos ribossomos. Quanto maior o seu número e tamanho

maior é a síntese protéica da célula.

A presença do núcleo na célula é fundamental para que haja a continuidade da vida e a

reprodução celular. Sendo assim, uma célula sem núcleo não se reproduz.

41

Se não houvesse a reprodução celular, não existiria, mais de uma geração, consequentemente,

não haveria vida.

Ácidos Nucléicos

São as substâncias responsáveis pela transmissão da herança biológica: as moléculas que

regem a atividade da matéria viva, tanto no espaço (coordenando e dirigindo a química celular por

meio da síntese de proteínas) como no tempo (transmitindo os caracteres biológicos de uma

geração a outra, nos processos reprodutivos).

Composição e natureza química.

Os ácidos nucléicos são moléculas longas e complexas, de elevados pesos moleculares,

constituídos por cadeias de unidades denominadas nucleotídeos. Estes se compõem de um

carboidrato ou açúcar de 5 átomos de carbono (uma pentose), de estrutura cíclica pentagonal, ao

qual se une por um de seus extremos uma molécula de ácido fosfórico e, por outro, uma base

nitrogenada também de estrutura fechada, seja púrica (que tem dois anéis com vários átomos de

nitrogênio unidos ao esqueleto carbonado), seja pirimidíca (que consta de um só anel hexagonal

no qual se inserem átomos de nitrogênio, oxigênio e, em alguns casos, um radical metila, -CH3).

Os componentes variáveis nos nucleotídeos são as bases, das quais há cinco tipos possíveis --

duas púricas, a adenina e a guanina, e três pirimidínicas, a citosina, a uracila e a timina --, e

nessa variabilidade reside o caráter "informativo" dos ácidos nucléicos e sua funcionalidade como

moléculas codificadoras de informação biológica.

O açúcar ou pentose pode ser de 2 classes: em forma de ribose desoxigenada ou desoxirribose,

que é a que constitui o esqueleto do DNA, ou, conhecida simplesmente como ribose, própria do

RNA. No primeiro caso, originam-se desoxirribonucleotídeos; no segundo, ribonucleotídeos.

Os nucleotídeos se unem entre si para compor, como já foi dito, longas cadeias de centenas ou

milhares de unidades que se dispõem em forma de estruturas filamentosas helicoidais, de dupla

hélice no caso de DNA e de hélice simples no RNA. A borda de cada hélice é integrada pelas

pentoses, que se engancham umas nas outras através dos restos de ácido fosfórico, enquanto o

contato entre uma hélice e outra se efetua pelo estabelecimento de enlaces por parte das bases

42

nitrogenadas, obedecendo a determinadas leis bioquímicas. Cada enlace é, pois, o resultado

da interação de um par de bases, cada uma das quais correspondente a uma das hélices.

OU SEJA: Adenina liga-se a Timina A = T e Citosina liga-se com Guanina C= T

} No DNA

Adenina liga-se a Uracila A = U e Citosina liga-se com Guanina C= T

} No RNA

Atividade de fixação

1) (UFES-90) As moléculas de glicose atravessam a membrana celular das células intestinais, combinadas com moléculas de proteínas transportadoras denominadas permeases. Esse processo é denominado: a) transporte de massa. b) difusão facilitada. c) endocitose. d) transporte ativo. e) osmose.

2) Todas as células possuem uma membrana plasmática que separa o conteúdo protoplasmático do meio extracelular. A existência e integridade da membrana é importante porque: a) regula trocas entre a célula e o meio só permitindo a passagem de moléculas de fora para dentro da célula e impedindo a passagem no sentido inverso. b) possibilita à célula manter a composição intracelular diversa da do meio ambiente. c) impede a penetração de substâncias existentes em excesso no meio ambiente. d) exige sempre consumo energético para a captação de alimentos do meio externo. e) impede a saída de água do citoplasma.

3) (FUVEST-95) Células vegetais, como as representadas na figura A, foram colocadas em uma determinada solução e, no fim do experimento, tinham aspecto semelhante ao da figura B.

Comparando as concentrações do interior da célula na situação inicial ( I ), da solução externa ( II

) e do interior da célula na situação final ( III ), podemos dizer que:

a) I é maior que II. b) I é maior que III.

43

c) I é menor que II. d) I é igual a III. e) III é maior que II.

4) (UERJ-95) Quando ganhamos flores, se quisermos que elas durem mais tempo, devemos mergulhá-las dentro d’água e cortarmos, em seguida, a ponta da sua haste. Este procedimento é feito com o objetivo de garantir a continuidade da condução da seiva bruta. Tal fenômeno ocorre graças à diferença de osmolaridade entre a planta e o meio onde ela está, que são respectivamente: a) hipotônica e isotônico. b) isotônica e hipotônico. c) hipertônica e isotônico. d) hipotônica e isotônico. e) hipertônica e hipotônico.

5) (Un-BA-90) Um peixe tipicamente marinho é introduzido em um tanque contendo água doce. Analisando o balanço osmótico, podemos dizer que: a) o corpo do peixe perde água para o meio externo. b) a perda de água do corpo do peixe para o meio externo é impedida pela presença de escamas e muco. c) a água do meio externo, menos concentrada, penetra no corpo do peixe que é mais concentrado. d) a água do meio externo, mais concentrada, penetra no corpo do peixe que é menos concentrado. e) o corpo do peixe entra automaticamente em equilíbrio com a água circundante, evitando a entrada ou a saída de água.

6) (CESGRANRIO-83) Certos tipos de moléculas atravessam isoladamente a membrana plasmática e penetram no citoplasma. Também existem processos nos quais grande quantidade de material passa para o interior da célula. Sobre estes últimos, assinale a opção correta. a) A transferência de partículas visíveis, tanto ao microscópio óptico quanto ao eletrônico, para o interior da célula é conhecida pela denominação de micropinocitose. b) Fagocitose é o termo utilizado para definir o englobamento de pequenas quantidades de líquidos pela superfície da célula. c) Na micropinocitose, para o englobamento de partículas ocorrem depressões na membrana plasmática que se transformam em vesículas muito pequenas, visíveis somente ao microscópio eletrônico. d) O englobamento de partículas sólidas visíveis, tanto ao microscópio óptico quanto ao eletrônico, recebe a denominação de pinocitose. e) Em cultura de tecidos, as células demonstram uma intensa atividade de englobamento de partículas sólidas, observáveis somente ao microscópio eletrônico e denominada de fagocitose.

7) (Un. Guarulhos-95) Batatas, antes de serem fritas, são imersas em água com sal durante alguns minutos e depois escorridas em papel absorvente. Além de realçar o sabor, qual o efeito biológico acarretado por essa providência? a) As batatas amolecem tornando-se mais fáceis de mastigar. b) A água com sal hidrata o alimento tornando-o mais volumoso. c) A água lava o alimento e elimina as bactérias alojadas nas células. d) As batatas perdem água, fritam melhor e tornam-se mais crocantes. e) A água acelera os processos mitóticos, aumentando a massa das batatas.

44

8) (FESP-PE) É prática comum temperarmos a salada com sal, pimenta-do-reino, vinagre e azeite. Porém, depois de algum tempo, observamos que as folhas vão murchando. Isto se explica porque: a) o meio é mais concentrado que as células. b) o meio é menos concentrado que as células. c) o meio apresenta concentração igual à das células do vegetal. d) as células do vegetal ficam túrgidas quando colocadas em meio hipertônico. e) por uma razão diferente das citadas acima.

9) (UFMG-MG) O esquema abaixo representa a concentração de íons dentro e fora dos glóbulos vermelhos. A entrada de K+ e a saída de Na+ dos glóbulos vermelhos pode ocorrer por:

a) transporte passivo. d) difusão.

b) plasmólise. e) transporte ativo.

c) osmose.

10) (FGV-SP) Fagocitose é: a) englobamento de partículas sólidas grandes pela célula. b) englobamento de partículas líquidas pela célula. c) processo de formação de membranas. d) um tipo de exocitose. e) um mecanismo de difusão por membranas.

✓ Divisão Celular : MITOSE E MEIOSE.

Há dois tipos de divisão celular: mitose e meiose.

45

Na mitose, a divisão de uma “célula-mãe” gera duas “células-filhas” geneticamente

idênticas e com o mesmo número cromossômico que existia na célula-mãe.Uma célula n

produz duas células n, uma célula 2n produz duas células 2n etc. Trata-se de uma divisão

equacional.

Já na meiose, a divisão de uma “célula-mãe” 2n gera “células-filhas” n, geneticamente

diferentes. Neste caso, como uma célula 2n produz quatro células n, a divisão é chamada

reducional.

A interfase – A fase que precede a mitose

A principal atividade da célula, antes de se dividir, refere-se a duplicação de seus arquivos

de comando, ou seja, à reprodução de uma cópia fiel dos dirigentes que se encontram no núcleo.

A interfase é o período que precede qualquer divisão celular, sendo de intensa atividade

metabólica. Nesse período, há a preparação para a divisão celular, que envolve a duplicação da

cromatina, material responsável pelo controle da atividade da célula. Houve época em que se

falava que a interfase era o período de “repouso” da célula. Hoje, sabemos, que na

realidade a interfase é um período de intensa atividade metabólica no ciclo celular: é nela

que se dá a duplicação do DNA, crescimento e síntese. Costuma-se dividir a interfase em

três períodos distintos: G1, S e G2.

Compare os diferentes processos de divisão celular

Mitose Meiose

- Resulta em duas células

geneticamente iguais

- Resulta em quatro células

geneticamente diferentes

- Não há redução do número de

cromossomos

- Há redução do número de cromossomos

- Não há permuta gênica entre

cromossomos homólogos

- Normalmente ocorre permuta gênica

entre os cromossomos homólogos

- Ocorre em células somáticas - Ocorre em células germinativas

- A duplicação do DNA antecede

apenas uma divisão celular

- A duplicação do DNA antecede duas

divisões celulares

- Uma célula produzida por mitose,

em geral, pode sofrer nova mitose

- Uma célula produzida por meiose não

pode sofrer meiose

- É importante na reprodução

assexuada de organismos

unicelulares e na regeneração das

células somáticas dos

multicelulares

- É um processo demorado (podendo, em

certos casos, levar anos para se

completar)

46

- Não há redução do número de

cromossomos

- Há redução do número de cromossomos

Veja o esquema abaixo:

METABOLISMO ENERGÉTICO

O metabolismo energético é o conjunto de reações químicas que produzem a energia necessária para a realização das funções vitais dos seres vivos. O metabolismo pode ser dividido em:

• Catabolismo: Reações químicas que permitem a formação de moléculas mais complexas. São reações de síntese.

47

• Anabolismo: Reações químicas para a degradação de moléculas. São reações de degradação. A glicose (C6H12O6) é o combustível energético das células. Quando ela é quebrada libera a energia de suas ligações químicas e resíduos. É essa energia que permite a realização das funções metabólicas da célula. ATP: Adenosina Trifosfato Antes de entender os processos de obtenção de energia, você deve saber como a energia fica armazenada nas células até o seu uso. Isso ocorre graças ao ATP (Adenosina Trifosfato), a molécula responsável pela captação e armazenamento de energia. Ele armazena nas suas ligações fosfatos a energia liberada na quebra da glicose. O ATP é um nucleotídeo que tem a adenina como base e a ribose com açúcar, formando a adenosina. Quando a adenosina une-se a três radicais fosfato, forma-se a adenosina trifosfato. A ligação entre os fosfatos é altamente energética. Assim, no momento em que a célula precisa de energia para alguma reação química, as ligações entre os fosfatos são quebradas e a energia é liberada. O ATP é o composto energético mais importante das células. Porém, outros compostos também devem ser destacados. Isso porque durante as reações há liberação de hidrogênio, que é transportado principalmente por duas substâncias: NAD+ e FAD. Mecanismos para obtenção de energia O metabolismo energético das células ocorre através da fotossíntese e respiração celular. Fotossíntese A fotossíntese é um processo de síntese da glicose a partir de gás carbônico (CO2) e água (H2O) na presença de luz. Ela corresponde a um processo autotrófico realizado por seres que possuem clorofila, por exemplo: plantas, bactérias e cianobactérias. Em organismos eucariontes, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos.

FOTOSSÍNTESE

A fotossíntese é um processo fotoquímico que consiste na produção de energia através da luz

solar e fixação de carbono proveniente da atmosfera.

Ela pode ser resumida como o processo de transformação da energia luminosa em energia

química. O termo fotossíntese tem como significado síntese pela luz.

As plantas, algas, cianobactérias e algumas bactérias realizam fotossíntese e são denominados

seres clorofilados, isso porque apresentam um pigmento essencial para o processo, a clorofila.

A fotossíntese é o processo básico de transformação de energia na biosfera. Ela sustenta a base

da cadeia alimentar, em que a alimentação de substâncias orgânicas proporcionadas pelas

plantas verdes produzirá o alimento para os seres heterótrofos.

Assim, a fotossíntese tem sua importância baseada em três principais fatores: • Promove a captura do CO2 atmosférico; • Realiza a renovação do O2 atmosférico; • Conduz o fluxo de matéria e energia nos ecossistemas.

48

Processo de fotossíntese

Representação do processo de fotossíntese

A fotossíntese é um processo que ocorre no interior da célula vegetal, a partir do CO2(dióxido de

carbono) e H2O (água), como forma de produzir glicose.

Em resumo, podemos esclarecer o processo de fotossíntese da seguinte forma:

A H2O e o CO2 são as substâncias necessárias para realização da fotossíntese. As moléculas de

clorofila absorvem a luz solar e quebram a H2O, liberando O2 e hidrogênio. O hidrogênio une-se

ao CO2 e forma a glicose.

Esse processo resulta na equação geral da fotossíntese, a qual representa uma reação de

oxidação-redução. A H2O doa elétrons, como o hidrogênio, para a reduzir o CO2 até formar os

carboidratos na forma de glicose (C6H12O6):

A clorofila é pigmento responsável pela coloração verde dos vegetais

A fotossíntese ocorre nos cloroplastos, uma organela presente apenas nas células vegetais, e

onde é encontrado o pigmento clorofila, responsável pela cor verde dos vegetais.

Os pigmentos podem ser definidos como qualquer tipo de substância capaz de absorver luz. A

clorofila é o pigmento mais importante dos vegetais para a absorção da energia dos fótons

durante a fotossíntese. Outros pigmentos também participam do processo, como os carotenoides

e as ficobilinas.

A luz solar absorvida apresenta duas funções básicas no processo de fotossíntese: • Impulsionar a transferência de elétrons através de compostos que doam e aceitam

elétrons. • Gerar um gradiente de prótons necessário para síntese da ATP (Adenosina Trifosfato -

energia).

Porém, o processo fotossintético é mais detalhado e ocorre em duas etapas, como veremos a

seguir.

Etapas

A fotossíntese é dividida em duas etapas: a fase clara e a fase escura.

Fase clara

49

A fase clara, fotoquímica ou luminosa, como o próprio nome define, são reações que ocorrem

apenas na presença de luz e acontecem nas lamelas dos tilacoides do cloroplasto.

A absorção de luz solar e a transferência de elétrons ocorre através dos fotossistemas, que são

conjuntos de proteínas, pigmentos e transportadores de elétrons, os quais formam uma estrutura

nas membranas dos tilacoides do cloroplasto.

Fotofosforilação

A fotofosforilação é basicamente a adição de um P (fósforo) ao ADP (Adenosina difosfato),

resultando na formação de ATP.

No momento em que um fóton de luz é capturado pelas moléculas antenas dos fotossistemas, a

sua energia é transferida para os centros de reação, onde é encontrada a clorofila. Quando o

fóton atinge a clorofila, ela torna-se energizada e libera elétrons que passaram por diferentes

aceptores e formaram, juntamente com H2O, o ATP e NADPH.

A fotofosforilação pode ser de dois tipos: • Fotofosforilação acíclica: Os elétrons que foram liberam pela clorofila não retornam para

ela e sim para a do outro fotossistema. Produz ATP e NADPH. • Fotofosforilação cíclica: Os elétrons retornam para a mesma clorofila que os liberou.

Forma apenas ATP. Fotólise da água

A fotólise da água consiste na quebra da molécula de água pela energia da luz do Sol. Os

elétrons liberados no processo são usados para substituir os elétrons perdidos pela clorofila no

fotossistema II e para produzir o oxigênio que respiramos.

A equação geral da fotólise ou reação de Hill é descrita da seguinte forma:

Assim, a molécula de água é a doadora final de elétrons. O ATP e NADPH formados serão

aproveitados para a síntese de carboidratos, a partir de CO2. Porém, isso acontecerá na etapa

seguinte, a fase escura.

Fase escura

A fase escura, ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin pode ocorrer na ausência e presença de luz

e acontece no estroma do cloroplasto. Durante essa fase, a glicose será formada a partir de CO2.

Assim, enquanto a fase luminosa fornece energia, na fase escura acontece a fixação do carbono.

50

Esquema

do ciclo de Calvin

Confira um resumo de como ocorre o ciclo de Calvin:

1. Fixação do Carbono • A cada volta do ciclo, uma molécula de CO2 é adicionada. Porém, são necessárias seis

voltas completas para produzir duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato e uma molécula de glicose.

• Seis moléculas de ribulose difosfato (RuDP), com cinco carbonos, unem-se a seis moléculas de CO2, produzindo 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGA), com três carbonos.

2. Produção de compostos orgânicos • As 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGAL) são reduzidas a 12 moléculas de aldeído

fosfoglicérico.

3. Regeneração da ribulose difosfato • Das 12 moléculas de aldeído fosfoglicérico, 10 combinam-se entre si e formam 6

moléculas de RuDP. • As duas moléculas de aldeído fosfoglicérico que sobraram servem para dar início a síntese

de amido e outros componentes celulares.

A glicose produzida ao final da fotossíntese é quebrada e a energia liberada permite a realização

do metabolismo celular. O processo de quebra da glicose é a respiração celular.

Quimiossíntese

Ao contrário da fotossíntese que necessita de luz para ocorrer, a quimiossíntese acontece na

ausência de luz. Ela consiste na produção de matéria orgânica a partir de substâncias minerais.

É um processo realizado apenas por bactérias autotróficas para obtenção de energia.

51

Respiração celular A respiração celular é o processo de quebra da molécula de glicose para liberação da energia que nela se encontra armazenada. Ela ocorre na maioria dos seres vivos. Pode ser realizado de duas formas:

• Respiração aeróbica: na presença do gás oxigênio do ambiente; • Respiração anaeróbica: na ausência de gás oxigênio.

A respiração aeróbica ocorre através de três fases: Glicólise A primeira etapa da respiração celular é a glicólise, que ocorre no citoplasma das células. Ela consiste em um processo bioquímico em que a molécula de glicose (C6H12O6) é quebrada em duas moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3), liberando energia. Ciclo de Krebs

Esquema do Ciclo de Krebs O Ciclo de Krebs corresponde a uma sequência de oito reações. Ele tem a função de promover a degradação de produtos finais do metabolismo dos carboidratos, lipídios e de diversos aminoácidos. Essas substâncias são convertidas em acetil-CoA, com a liberação de CO2 e H2O e síntese de ATP. Em resumo, no processo o acetil-CoA (2C) será transformado em citrato (6C), cetoglutarato (5C), succinato (4C), fumarato (4C), malato (4C) e ácido oxalacético (4C). O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial. Fosforilação Oxidativa ou Cadeia Respiratória

52

Esquema da fosforilação oxidativa A fosforilação oxidativa é o estágio final do metabolismo energético dos organismos aeróbicos. Ela é também responsável pela maior parte da produção de energia. Durante a glicólise e ciclo de Krebs parte da energia produzida na degradação de compostos foi armazenada em moléculas intermediárias, como o NAD+ e o FAD. Essas moléculas intermediárias liberam os elétrons energizados e os íons H+ que irão passar por um conjunto de proteínas transportadoras, que constituem a cadeia respiratória. Assim, os elétrons perdem sua energia que passa a ser armazenada nas moléculas de ATP. O saldo energético dessa etapa, ou seja, o que é produzido ao longo de toda a cadeia transportadora de elétrons é 38 ATPs. Balanço energético da Respiração Aeróbia Glicólise: 4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH Ciclo de Krebs: Como existem duas moléculas de piruvato, a equação deve ser multiplicada por 2. 2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP Fosforilação Oxidativa: 2 NADH da glicólise → 6 ATP 8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP 2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP Total de 38 ATP's produzidos durante a respiração aeróbia. A respiração anaeróbica possui como exemplo mais importante a fermentação: Fermentação A fermentação consiste apenas na primeira etapa da respiração celular, ou seja, a glicólise. A fermentação ocorre no hialoplasma, quando não há disponibilidade de oxigênio. Ela pode ser dos seguintes tipos, conforme o produto formado pela degradação da glicose: Fermentação alcoólica: As duas moléculas de piruvatos produzidas são convertidas em álcool etílico, com a liberação de duas moléculas de CO2 e a formação de duas moléculas de ATP. É usado para produção de bebidas alcoólicas. Fermentação lática: Cada molécula de piruvato é convertida em ácido lático, com formação de duas moléculas de ATP. Produção de ácido lático. Ocorre nas células musculares quando há um esforço excessivo. Exercícios de Vestibular 1. (PUC - RJ) São processos biológicos relacionados diretamente a transformações energéticas celulares: a) respiração e fotossíntese. b) digestão e excreção.

53

c) respiração e excreção. d) fotossíntese e osmose. e) digestão e osmose. VER RESPOSTA a) respiração e fotossíntese.

2. (Fatec) Se as células musculares podem obter energia por meio da respiração aeróbica ou da fermentação, quando um atleta desmaia após uma corrida de 1000 m, por falta de oxigenação adequada de seu cérebro, o gás oxigênio que chega aos músculos também não é suficiente para suprir as necessidades respiratórias das fibras musculares, que passam a acumular: a) glicose. b) ácido acético. c) ácido lático. d) gás carbônico. e) álcool etílico. VER RESPOSTA c) ácido lático.

3. (UFPA) O processo de respiração celular é responsável pelo(a) a) consumo de dióxido de carbono e liberação de oxigênio para as células. b) síntese de moléculas orgânicas ricas em energia. c) redução de moléculas de dióxido de carbono em glicose. d) incorporação de moléculas de glicose e oxidação de dióxido de carbono. e) liberação de energia para as funções vitais celulares. VER RESPOSTA e) liberação de energia para as funções vitais celulares.

METABOLISMO ENERGÉTICO

O metabolismo energético é o conjunto de reações químicas que produzem a energia necessária para a realização das funções vitais dos seres vivos. O metabolismo pode ser dividido em:

• Catabolismo: Reações químicas que permitem a formação de moléculas mais complexas. São reações de síntese.

• Anabolismo: Reações químicas para a degradação de moléculas. São reações de degradação. A glicose (C6H12O6) é o combustível energético das células. Quando ela é quebrada libera a energia de suas ligações químicas e resíduos. É essa energia que permite a realização das funções metabólicas da célula. ATP: Adenosina Trifosfato Antes de entender os processos de obtenção de energia, você deve saber como a energia fica armazenada nas células até o seu uso. Isso ocorre graças ao ATP (Adenosina Trifosfato), a molécula responsável pela captação e armazenamento de energia. Ele armazena nas suas ligações fosfatos a energia liberada na quebra da glicose. O ATP é um nucleotídeo que tem a adenina como base e a ribose com açúcar, formando a adenosina. Quando a adenosina une-se a três radicais fosfato, forma-se a adenosina trifosfato. A ligação entre os fosfatos é altamente energética. Assim, no momento em que a célula precisa de energia para alguma reação química, as ligações entre os fosfatos são quebradas e a energia é liberada.

54

O ATP é o composto energético mais importante das células. Porém, outros compostos também devem ser destacados. Isso porque durante as reações há liberação de hidrogênio, que é transportado principalmente por duas substâncias: NAD+ e FAD. Mecanismos para obtenção de energia O metabolismo energético das células ocorre através da fotossíntese e respiração celular. Fotossíntese A fotossíntese é um processo de síntese da glicose a partir de gás carbônico (CO2) e água (H2O) na presença de luz. Ela corresponde a um processo autotrófico realizado por seres que possuem clorofila, por exemplo: plantas, bactérias e cianobactérias. Em organismos eucariontes, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos.

FOTOSSÍNTESE

A fotossíntese é um processo fotoquímico que consiste na produção de energia através da luz

solar e fixação de carbono proveniente da atmosfera.

Ela pode ser resumida como o processo de transformação da energia luminosa em energia

química. O termo fotossíntese tem como significado síntese pela luz.

As plantas, algas, cianobactérias e algumas bactérias realizam fotossíntese e são denominados

seres clorofilados, isso porque apresentam um pigmento essencial para o processo, a clorofila.

A fotossíntese é o processo básico de transformação de energia na biosfera. Ela sustenta a base

da cadeia alimentar, em que a alimentação de substâncias orgânicas proporcionadas pelas

plantas verdes produzirá o alimento para os seres heterótrofos.

Assim, a fotossíntese tem sua importância baseada em três principais fatores: • Promove a captura do CO2 atmosférico; • Realiza a renovação do O2 atmosférico; • Conduz o fluxo de matéria e energia nos ecossistemas.

Processo de fotossíntese

Representação do processo de fotossíntese

A fotossíntese é um processo que ocorre no interior da célula vegetal, a partir do CO2(dióxido de

55

carbono) e H2O (água), como forma de produzir glicose.

Em resumo, podemos esclarecer o processo de fotossíntese da seguinte forma:

A H2O e o CO2 são as substâncias necessárias para realização da fotossíntese. As moléculas de

clorofila absorvem a luz solar e quebram a H2O, liberando O2 e hidrogênio. O hidrogênio une-se

ao CO2 e forma a glicose.

Esse processo resulta na equação geral da fotossíntese, a qual representa uma reação de

oxidação-redução. A H2O doa elétrons, como o hidrogênio, para a reduzir o CO2 até formar os

carboidratos na forma de glicose (C6H12O6):

A clorofila é pigmento responsável pela coloração verde dos vegetais

A fotossíntese ocorre nos cloroplastos, uma organela presente apenas nas células vegetais, e

onde é encontrado o pigmento clorofila, responsável pela cor verde dos vegetais.

Os pigmentos podem ser definidos como qualquer tipo de substância capaz de absorver luz. A

clorofila é o pigmento mais importante dos vegetais para a absorção da energia dos fótons

durante a fotossíntese. Outros pigmentos também participam do processo, como os carotenoides

e as ficobilinas.

A luz solar absorvida apresenta duas funções básicas no processo de fotossíntese: • Impulsionar a transferência de elétrons através de compostos que doam e aceitam

elétrons. • Gerar um gradiente de prótons necessário para síntese da ATP (Adenosina Trifosfato -

energia).

Porém, o processo fotossintético é mais detalhado e ocorre em duas etapas, como veremos a

seguir.

Etapas

A fotossíntese é dividida em duas etapas: a fase clara e a fase escura.

Fase clara

A fase clara, fotoquímica ou luminosa, como o próprio nome define, são reações que ocorrem

apenas na presença de luz e acontecem nas lamelas dos tilacoides do cloroplasto.

A absorção de luz solar e a transferência de elétrons ocorre através dos fotossistemas, que são

conjuntos de proteínas, pigmentos e transportadores de elétrons, os quais formam uma estrutura

nas membranas dos tilacoides do cloroplasto.

Fotofosforilação

A fotofosforilação é basicamente a adição de um P (fósforo) ao ADP (Adenosina difosfato),

resultando na formação de ATP.

No momento em que um fóton de luz é capturado pelas moléculas antenas dos fotossistemas, a

sua energia é transferida para os centros de reação, onde é encontrada a clorofila. Quando o

fóton atinge a clorofila, ela torna-se energizada e libera elétrons que passaram por diferentes

aceptores e formaram, juntamente com H2O, o ATP e NADPH.

A fotofosforilação pode ser de dois tipos: • Fotofosforilação acíclica: Os elétrons que foram liberam pela clorofila não retornam para

ela e sim para a do outro fotossistema. Produz ATP e NADPH.

56

• Fotofosforilação cíclica: Os elétrons retornam para a mesma clorofila que os liberou. Forma apenas ATP. Fotólise da água

A fotólise da água consiste na quebra da molécula de água pela energia da luz do Sol. Os

elétrons liberados no processo são usados para substituir os elétrons perdidos pela clorofila no

fotossistema II e para produzir o oxigênio que respiramos.

A equação geral da fotólise ou reação de Hill é descrita da seguinte forma:

Assim, a molécula de água é a doadora final de elétrons. O ATP e NADPH formados serão

aproveitados para a síntese de carboidratos, a partir de CO2. Porém, isso acontecerá na etapa

seguinte, a fase escura.

Fase escura

A fase escura, ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin pode ocorrer na ausência e presença de luz

e acontece no estroma do cloroplasto. Durante essa fase, a glicose será formada a partir de CO2.

Assim, enquanto a fase luminosa fornece energia, na fase escura acontece a fixação do carbono.

Esquema

do ciclo de Calvin

Confira um resumo de como ocorre o ciclo de Calvin:

1. Fixação do Carbono • A cada volta do ciclo, uma molécula de CO2 é adicionada. Porém, são necessárias seis

voltas completas para produzir duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato e uma molécula de glicose.

• Seis moléculas de ribulose difosfato (RuDP), com cinco carbonos, unem-se a seis moléculas de CO2, produzindo 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGA), com três carbonos.

57

2. Produção de compostos orgânicos • As 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGAL) são reduzidas a 12 moléculas de aldeído

fosfoglicérico.

3. Regeneração da ribulose difosfato • Das 12 moléculas de aldeído fosfoglicérico, 10 combinam-se entre si e formam 6

moléculas de RuDP. • As duas moléculas de aldeído fosfoglicérico que sobraram servem para dar início a síntese

de amido e outros componentes celulares.

A glicose produzida ao final da fotossíntese é quebrada e a energia liberada permite a realização

do metabolismo celular. O processo de quebra da glicose é a respiração celular.

Quimiossíntese

Ao contrário da fotossíntese que necessita de luz para ocorrer, a quimiossíntese acontece na

ausência de luz. Ela consiste na produção de matéria orgânica a partir de substâncias minerais.

É um processo realizado apenas por bactérias autotróficas para obtenção de energia. Respiração celular A respiração celular é o processo de quebra da molécula de glicose para liberação da energia que nela se encontra armazenada. Ela ocorre na maioria dos seres vivos. Pode ser realizado de duas formas:

• Respiração aeróbica: na presença do gás oxigênio do ambiente; • Respiração anaeróbica: na ausência de gás oxigênio.

A respiração aeróbica ocorre através de três fases: Glicólise A primeira etapa da respiração celular é a glicólise, que ocorre no citoplasma das células. Ela consiste em um processo bioquímico em que a molécula de glicose (C6H12O6) é quebrada em duas moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3), liberando energia. Ciclo de Krebs

58

Esquema do Ciclo de Krebs O Ciclo de Krebs corresponde a uma sequência de oito reações. Ele tem a função de promover a degradação de produtos finais do metabolismo dos carboidratos, lipídios e de diversos aminoácidos. Essas substâncias são convertidas em acetil-CoA, com a liberação de CO2 e H2O e síntese de ATP. Em resumo, no processo o acetil-CoA (2C) será transformado em citrato (6C), cetoglutarato (5C), succinato (4C), fumarato (4C), malato (4C) e ácido oxalacético (4C). O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial. Fosforilação Oxidativa ou Cadeia Respiratória

Esquema da fosforilação oxidativa A fosforilação oxidativa é o estágio final do metabolismo energético dos organismos aeróbicos. Ela é também responsável pela maior parte da produção de energia. Durante a glicólise e ciclo de Krebs parte da energia produzida na degradação de compostos foi armazenada em moléculas intermediárias, como o NAD+ e o FAD.

59

Essas moléculas intermediárias liberam os elétrons energizados e os íons H+ que irão passar por um conjunto de proteínas transportadoras, que constituem a cadeia respiratória. Assim, os elétrons perdem sua energia que passa a ser armazenada nas moléculas de ATP. O saldo energético dessa etapa, ou seja, o que é produzido ao longo de toda a cadeia transportadora de elétrons é 38 ATPs. Balanço energético da Respiração Aeróbia Glicólise: 4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH Ciclo de Krebs: Como existem duas moléculas de piruvato, a equação deve ser multiplicada por 2. 2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP Fosforilação Oxidativa: 2 NADH da glicólise → 6 ATP 8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP 2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP Total de 38 ATP's produzidos durante a respiração aeróbia. A respiração anaeróbica possui como exemplo mais importante a fermentação: Fermentação A fermentação consiste apenas na primeira etapa da respiração celular, ou seja, a glicólise. A fermentação ocorre no hialoplasma, quando não há disponibilidade de oxigênio. Ela pode ser dos seguintes tipos, conforme o produto formado pela degradação da glicose: Fermentação alcoólica: As duas moléculas de piruvatos produzidas são convertidas em álcool etílico, com a liberação de duas moléculas de CO2 e a formação de duas moléculas de ATP. É usado para produção de bebidas alcoólicas. Fermentação lática: Cada molécula de piruvato é convertida em ácido lático, com formação de duas moléculas de ATP. Produção de ácido lático. Ocorre nas células musculares quando há um esforço excessivo. Exercícios de Vestibular 1. (PUC - RJ) São processos biológicos relacionados diretamente a transformações energéticas celulares: a) respiração e fotossíntese. b) digestão e excreção. c) respiração e excreção. d) fotossíntese e osmose. e) digestão e osmose. VER RESPOSTA a) respiração e fotossíntese.

2. (Fatec) Se as células musculares podem obter energia por meio da respiração aeróbica ou da fermentação, quando um atleta desmaia após uma corrida de 1000 m, por falta de oxigenação adequada de seu cérebro, o gás oxigênio que chega aos músculos também não é suficiente para suprir as necessidades respiratórias das fibras musculares, que passam a acumular: a) glicose. b) ácido acético. c) ácido lático. d) gás carbônico. e) álcool etílico. VER RESPOSTA c) ácido lático.

3. (UFPA) O processo de respiração celular é responsável pelo(a)

60

a) consumo de dióxido de carbono e liberação de oxigênio para as células. b) síntese de moléculas orgânicas ricas em energia. c) redução de moléculas de dióxido de carbono em glicose. d) incorporação de moléculas de glicose e oxidação de dióxido de carbono. e) liberação de energia para as funções vitais celulares. VER RESPOSTA e) liberação de energia para as funções vitais celulares.

Mutação

A mutação pode ser definida como qualquer alteração no material genético de um organismo. Essa alteração pode ocasionar uma mudança correspondente no fenótipo do indivíduo. As mutações podem ocorrer de forma espontânea ou de forma induzida. De forma espontânea, ocorre devido a erros na replicação do DNA. E de forma induzida, quando o organismo é exposto a um agente mutagênico, como a radiação. As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas. Tipos de Mutação As mutações podem ser de dois tipos: gênica ou cromossômica. Mutação Gênica A mutação gênica é caracterizada por alterações do código de bases nitrogenadas do DNA, que originam novas versões dos genes. Essa condição pode produzir novas características nos portadores da mutação. Na mutação gênica pode ocorrer substituição, eliminação ou inserção de uma ou várias bases na cadeia de DNA. Tipos de mutações gênicas por:

• Substituição: ocorre a troca de um ou mais pares de bases; • Inserção: quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA, modificando a ordem de

leitura da molécula durante a replicação ou a transcrição. • Deleção: ocorre quando uma ou mais bases são retiradas do DNA, modificando a ordem

da leitura, durante a replicação ou a transcrição. A mutação gênica pode, ainda, ser do tipo silenciosa. Essa mutação ocorre quando a substituição de um determinado nucleotídeo do DNA não provoca alterações nos aminoácidos sintetizados. Mutação Cromossômica A mutação cromossômica refere-se a qualquer alteração no número ou estrutura dos cromossomos. A mutação cromossômica pode ser de dois tipos: Mutações numéricas: podem ser classificadas em aneuploidias e euploidias. Também chamadas de aberrações numéricas.

• Aneuploidia ocorre quando há perda ou acréscimo de um ou mais cromossomos, devido a erros na distribuição dos cromossomos durante a mitose ou meiose. Este tipo de mutação é responsável por causar distúrbios e doenças em humanos,como a Síndrome de Down, Síndrome de Turner e Síndrome de Klinefelter.

• Euploidia ocorre quando há perda ou acréscimo de genomas completos. Surge quando os cromossomos se duplicam e a célula não se divide. Neste tipo de mutação podem ser formados indivíduos triplóides (3n), tetraplóides (4n), entre outros casos de poliploidia.

61

Mutações estruturais: São alterações que afetam a estrutura dos cromossomos, ou seja, o número ou o arranjo dos genes nos cromossomos. Podem ser classificadas em alguns tipos:

• Deficiência ou deleção: quando falta um pedaço ao cromossomo; • Duplicação: quando o cromossomo tem um pedaço repetido; • Inversão: quando o cromossomo tem um pedaço invertido; • Translocação: quando um cromossomo tem um pedaço proveniente de um outro

cromossomo.

NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO EM BIOLOGIA

Existem vários níveis hierárquicos de organização entre os seres vivos, começando pelos

átomos e terminando nos biomas. Cada um desses níveis é motivo de estudo para os biólogos.

Organização de um indivíduo

• Átomos: uma parte muito pequena da matéria. Os átomos são divididos

em prótons, nêutrons e elétrons. A junção desses átomos forma a matéria em seus

estados sólidos, líquidos e gasosos.

• Molécula: a molécula é uma junção de átomos. As moléculas constituem

substâncias diversas e são formadas por átomos diferentes (H2O) ou por mesmos átomos

(O2);

• Organela: pequenas estruturas similares a órgãos que estão presentes em células

animais e vegetais. Ajudam a realizar as funções vitais das células;

• Célula: as células são as unidades funcionais que constituem órgãos animais e

vegetais. Realizam respiração e reprodução além de guardar as informações genéticas

dos seres;

62

• Tecido: é a parte visível dos órgãos, formada por um agrupamento de células

vegetais ou animais. Nossa pele, por exemplo, é um tipo de tecido. Os tecidos são

responsáveis por guardarem as células, vasos sanguíneos, fazer excreções como suor.

• Órgãos: conjunto de tecidos. Os órgãos realizam vários tipos de funções: o coração

bombeia sangue, o estômago ajuda na alimentação, o intestino delgado absorve as

substâncias.

• Sistema: conjunto de órgãos interligados. Nosso sistema digestivo, por exemplo,

tem boca, língua, esôfago, estômago e intestino.

• Indivíduo: conjunto de sistemas que formam um ser vivo como, por exemplo, o ser

humano, um leão, uma planta.

Organização de um grupo de indivíduos

• Espécie: conjunto de organismos semelhantes entre si, com várias características

semelhantes. Estes organismos conseguem se reproduzir entre si e gerar novos indivíduos

férteis da mesma espécie. Quando espécies diferentes cruzam, nascem indivíduos

estéreis. Exemplo: quando uma égua cruza com um burro, nasce uma mula (que é estéril);

• População: indivíduos da mesma espécie que vivem em uma mesma área. A

população faz com que indivíduos iguais sejam capazes de interagir. Assim, eles

conseguem conviver e reproduzir, ter novos parceiros ou parceiras, serem capazes de

eleger líderes, procurar comida e proteger uns aos outros dos predadores;

• Comunidade: é formada por várias populações de espécies diferentes em um

mesmo local (habitat). Cada população é capaz de interagir entre si. Por exemplo, em uma

árvore pode existir uma comunidade com populações de formigas, cupins, macacos, aves;

• Ecossistema: conjunto de comunidades que estão em um mesmo local e suas

interações, por exemplo, uma floresta. Essas interações são as mais diversas como

competições, migrações, predações. As comunidades também ajudam na manutenção do

ecossistema de diversas maneiras como decomposição de matéria morta, equilíbrio na

quantidade de indivíduos etc;

• Biomas: conjunto de ecossistemas interligados. Há seis tipos de biomas terrestres:

tundra, taiga, floresta temperada, floresta tropical, savana e chaparral. Dos aquáticos,

temos: oceanos, mangues, pântanos e rios.

Atividade de Fixação:

Exercício 1: (UFF 2010) Os seres vivos possuem composição química diferente da composição

do meio onde vivem (gráficos abaixo). Os elementos presentes nos seres vivos se organizam,

desde níveis mais simples e específicos até os níveis mais complexos e gerais.

63

Assinale a opção que identifica o gráfico que representa a composição química média e a ordem

crescente dos níveis de organização dos seres vivos.

A) Gráfico 1, molécula, célula, tecido, órgão, organismo, população e comunidade.

B) Gráfico 1, molécula, célula, órgão, tecido, organismo, população e comunidade.

C) Gráfico 2, molécula, célula, órgão, tecido, organismo, população e comunidade.

D) Gráfico 2, molécula, célula, tecido, órgão, organismo, comunidade e população.

E) Gráfico 2, molécula, célula, tecido, órgão, organismo, população e comunidade.

Exercício 2: (UFPB 2009) A descoberta dos microscópios de luz (óptico) e eletrônico permitiu

muitos avanços nas diversas áreas da Biologia. Um microscópio de luz pode apresentar um poder

de resolução 1200 vezes maior que o do olho humano e o eletrônico, 250 mil vezes. Utilizando-se

um microscópio de luz, é correto afirmar que é possível observar os seguintes níveis de

organização da vida:

A) Populações, tecidos e átomos.

B) Populações, moléculas e órgãos.

C) Moléculas, átomos, e órgãos.

D) Moléculas, organismos e células.

E) Células, tecidos e organismos.

Gabarito 1: E

2: E