Genética e evolução, Notas de estudo de Química
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Genética e evolução, Notas de estudo de Química

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ÓTIMA APOSTILA DE GENÉTICA E EVOLUÇÃO - USP - 40 PÁGINAS - MÓDULO 2
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biologia_mod2.p65

Nome do Aluno

Genética e Evolução

Organizadores Paulo Takeo Sano Lyria Mori

Elaboradores Cristina Yumi Miyaki Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Biologia

2 módulo

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

Governador: Geraldo Alckmin

Secretaria de Estado da Educação de São Paulo

Secretário: Gabriel Benedito Issac Chalita

Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas – CENP

Coordenadora: Sonia Maria Silva

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Reitor: Adolpho José Melfi

Pró-Reitora de Graduação

Sonia Teresinha de Sousa Penin

Pró-Reitor de Cultura e Extensão Universitária

Adilson Avansi Abreu

FUNDAÇÃO DE APOIO À FACULDADE DE EDUCAÇÃO – FAFE

Presidente do Conselho Curador: Selma Garrido Pimenta

Diretoria Administrativa: Anna Maria Pessoa de Carvalho

Diretoria Financeira: Sílvia Luzia Frateschi Trivelato

PROGRAMA PRÓ-UNIVERSITÁRIO

Coordenadora Geral: Eleny Mitrulis

Vice-coordenadora Geral: Sonia Maria Vanzella Castellar

Coordenadora Pedagógica: Helena Coharik Chamlian

Coordenadores de Área

Biologia:

Paulo Takeo Sano – Lyria Mori

Física:

Maurício Pietrocola – Nobuko Ueta

Geografia:

Sonia Maria Vanzella Castellar – Elvio Rodrigues Martins

História:

Kátia Maria Abud – Raquel Glezer

Língua Inglesa:

Anna Maria Carmagnani – Walkyria Monte Mór

Língua Portuguesa:

Maria Lúcia Victório de Oliveira Andrade – Neide Luzia de Rezende – Valdir Heitor Barzotto

Matemática:

Antônio Carlos Brolezzi – Elvia Mureb Sallum – Martha S. Monteiro

Química:

Maria Eunice Ribeiro Marcondes – Marcelo Giordan

Produção Editorial

Dreampix Comunicação

Revisão, diagramação, capa e projeto gráfico: André Jun Nishizawa, Eduardo Higa Sokei, José Muniz Jr. Mariana Pimenta Coan, Mario Guimarães Mucida e Wagner Shimabukuro

Cartas ao Aluno

Carta da Pró-Reitoria de Graduação

Caro aluno,

Com muita alegria, a Universidade de São Paulo, por meio de seus estudantes e de seus professores, participa dessa parceria com a Secretaria de Estado da Educação, oferecendo a você o que temos de melhor: conhecimento.

Conhecimento é a chave para o desenvolvimento das pessoas e das nações e freqüentar o ensino superior é a maneira mais efetiva de ampliar conhecimentos de forma sistemática e de se preparar para uma profissão.

Ingressar numa universidade de reconhecida qualidade e gratuita é o desejo de tantos jovens como você. Por isso, a USP, assim como outras universidades públicas, possui um vestibular tão concorrido. Para enfrentar tal concorrência, muitos alunos do ensino médio, inclusive os que estudam em escolas particulares de reconhecida qualidade, fazem cursinhos preparatórios, em geral de alto custo e inacessíveis à maioria dos alunos da escola pública.

O presente programa oferece a você a possibilidade de se preparar para enfrentar com melhores condições um vestibular, retomando aspectos fundamentais da programação do ensino médio. Espera-se, também, que essa revisão, orientada por objetivos educacionais, o auxilie a perceber com clareza o desenvolvimento pessoal que adquiriu ao longo da educação básica. Tomar posse da própria formação certamente lhe dará a segurança necessária para enfrentar qualquer situação de vida e de trabalho.

Enfrente com garra esse programa. Os próximos meses, até os exames em novembro, exigirão de sua parte muita disciplina e estudo diário. Os monitores e os professores da USP, em parceria com os professores de sua escola, estão se dedicando muito para ajudá-lo nessa travessia.

Em nome da comunidade USP, desejo-lhe, meu caro aluno, disposição e vigor para o presente desafio.

Sonia Teresinha de Sousa Penin.

Pró-Reitora de Graduação.

Carta da Secretaria de Estado da Educação

Caro aluno,

Com a efetiva expansão e a crescente melhoria do ensino médio estadual, os desafios vivenciados por todos os jovens matriculados nas escolas da rede estadual de ensino, no momento de ingressar nas universidades públicas, vêm se inserindo, ao longo dos anos, num contexto aparentemente contraditório.

Se de um lado nota-se um gradual aumento no percentual dos jovens aprovados nos exames vestibulares da Fuvest — o que, indubitavelmente, comprova a qualidade dos estudos públicos oferecidos —, de outro mostra quão desiguais têm sido as condições apresentadas pelos alunos ao concluírem a última etapa da educação básica.

Diante dessa realidade, e com o objetivo de assegurar a esses alunos o patamar de formação básica necessário ao restabelecimento da igualdade de direitos demandados pela continuidade de estudos em nível superior, a Secretaria de Estado da Educação assumiu, em 2004, o compromisso de abrir, no programa denominado Pró-Universitário, 5.000 vagas para alunos matriculados na terceira série do curso regular do ensino médio. É uma proposta de trabalho que busca ampliar e diversificar as oportunidades de aprendizagem de novos conhecimentos e conteúdos de modo a instrumentalizar o aluno para uma efetiva inserção no mundo acadêmico. Tal proposta pedagógica buscará contemplar as diferentes disciplinas do currículo do ensino médio mediante material didático especialmente construído para esse fim.

O Programa não só quer encorajar você, aluno da escola pública, a participar do exame seletivo de ingresso no ensino público superior, como espera se constituir em um efetivo canal interativo entre a escola de ensino médio e a universidade. Num processo de contribuições mútuas, rico e diversificado em subsídios, essa parceria poderá, no caso da estadual paulista, contribuir para o aperfeiçoamento de seu currículo, organização e formação de docentes.

Prof. Sonia Maria Silva

Coordenadora da Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas

Apresentação

Antes de virar estas páginas, faça uma pausa...

Você se dá conta que, nesse exato momento, enquanto seus olhos percor- rem cada letra deste texto, milhões de informações chegam até você pela reti- na? Pense nisso! Pense também que essas informações, para saírem do papel e alcançarem as células nervosas de seu cérebro, percorrem um caminho longo e fantástico! Caminho que pode começar muito antes do que a gente vê... Pode começar quando essa folha de papel era ainda uma árvore, que fazia parte de uma floresta, que por sua vez abrigava outras árvores e inúmeros animais... Você consegue enxergar tudo isso através dessas páginas? Sim? Não? Vamos ajudá-lo: é sobre essas coisas tão próximas de você que vamos falar aqui...

Você vai saber um pouco mais sobre a célula e seus componentes; sobre o funcionamento de cada uma e do organismo que elas compõem. Aprenderá a respeito de como os seres vivos se organizam e se distribuem nesse nosso planetinha azul. Vamos falar de plantas e de bichos, de vírus e bactérias, de fungos e do ser humano. Sim, do ser humano, de você inclusive! Como você funciona por dentro e por fora. Como suas ações podem ter resultados que vão muito além daqueles que se espera.

E já que falamos de resultados, esperamos que os seus, durante a vida, sejam os melhores! Estamos aqui para colaborar com isso... Porém, não se esqueça: depende muito mais de você! Nós, aqui, só vamos direcionar um pouco seu olhar para algumas coisas importantes, mas quem vai enxergar, de fato, é você! Portanto, não confie só no que está ao longo dessas páginas. Vá além! Leia muito! Jornais, revistas, coisas sobre ciências e sobre o mundo - afinal, ele é grande demais para caber em alguns fascículos! Não se esqueça que acumular conhecimento é o ganho mais efetivo que se pode ter: não se desgasta e ninguém nos tira!

Conte conosco durante essa tarefa. Pode estar certo: torcemos por você!

da área

Seria ousado demais imaginar que ao longo de todo o tempo, desde que a Terra veio a existir, talvez milhões de eras antes do começo da história da

humanidade, que todos os animais de sangue quente surgiram de um só filamento vivo [...] dotado da faculdade de se aperfeiçoar continuamente

por sua própria atividade inerente, e de transferir esses aperfeiçoamentos por geração à sua posteridade, por todo o sempre!

Erasmus Darwin,

Zoonomia, 1794

Minha letra é igual à do meu avô.

Charles Darwin,

Rabisco no caderno M, 1838

No presente módulo discutiremos alguns aspectos da Genética e da Evolu- ção que fazem parte de nossas vidas. Esperamos que você enxergue a beleza dessas duas áreas ao longo desse nosso estudo. O material apresentado aqui está organizado de forma que você deve lê-lo criticamente durante a aula. Pare para pensar e procure discutir suas dúvidas com os colegas e com o monitor. Temos algumas atividades e várias perguntas e você deve trabalhar buscando sempre raciocinar sobre o problema proposto. Além disso, o monitor proporá algumas Questões de Execução (QE) que devem ser discutidas em pequenos grupos de alunos e com ele próprio, monitor. Esperamos muito que você termine o módulo se sentindo satisfeito com sua aprendizagem. Bons estudos!

Apresentação do módulo

Unidade 1

Genética clássica

Organizadores Paulo Takeo Sano

Lyria Mori

Elaboradores Cristina Yumi Miyaki

Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Provavelmente você já ouviu alguém dizer: “Fulano tem os olhos da mãe e o nariz do pai”. Você já parou para pensar que isso tem tudo a ver com os experimentos de cruzamento de plantas de ervilha realizados pelo monge Gregor Mendel em 1866? Pois é, existe sim uma relação. Além disso, você já parou para pensar por que irmãos que têm a mesma mãe e o mesmo pai po- dem ser tão diferentes? Isso também está relacionado às Leis de Hereditarie- dade que Mendel propôs. Por isso, vamos iniciar nossos estudos de Genética desvendando juntos essas leis tão elegantes!

Você sabe qual foi a motivação de Mendel para iniciar seus experimentos? Ele estava interessado nas discussões sobre evolução biológica e percebeu que seria fundamental conhecer os fundamentos da herança biológica para compre- ender a evolução. Na Unidade 3 deste módulo veremos mais sobre isso.

Em seus experimentos, Mendel utilizou ervilhas como modelo experimen- tal, pois elas são fáceis de cultivar, têm ciclo de vida relativamente curto, pos- suem variedades com características contrastantes, os descendentes de cruza- mentos entre as suas variedades são férteis, reproduzem-se por autofecunda- ção, mas também pode ser feita fertilização cruzada.

Mendel selecionou algumas variedades de plantas de ervilha que diferiam quanto a sete características, cada uma com dois estadoscontrastantes (veja a Tabela 1).

Tabela 1 – Variedades de ervilhas utilizadas por Mendel.

QE 1: Por que você acha que essas características seriam importantes nos experimentos

de Mendel?





Mendel cultivou exemplares de cada uma dessas variedades e verificou que muitas mantinham suas características invariáveis de uma geração para a outra. Por exemplo, plantas que produziam sementes verdes sempre origina- vam descendentes produtores de sementes verdes. O monge chamou essas plantas, cujas características não variavam ao longo das gerações, de plantas puras. Linhagens de plantas puras (parentais ou P) com estados contrastantes de uma determinada característica foram cruzadas por Mendel produzindo plantashíbridas (da primeira geração ou F

1 ). Veja o esquema de um desses

cruzamentos na Figura 1.

Figura 1 – Esquema de um dos cruzamentos realizados por Mendel.

QE 2: Analisando a Tabela 1, você entendeu a diferença entre o que seriam as caracterís-

ticas e seus estados? Explique a diferença.

QE 3: Como essas características e seus estados se relacionam ao termo fenótipo (que

Mendel não usou, mas que utilizamos hoje)?

QE 4: Você acha que os termos plantas puras e plantas híbridas usados por Mendel

têm alguma relação com os termos atuais indivíduos homozigóticos e indivíduos

heterozigóticos? Justifique sua resposta.

P: Plantas puras Plantas puras ervilha rugosa ervilha lisa

F1: Plantas híbridas 100% ervilha lisa

F2:

X

autofecundação

75% ervilha lisa

25% ervilha rugosa

Para verificar como cada um desses estados era herdado na descendência (F

1 ), Mendel fez esses cruzamentos entre plantas puras com dois estados

contrastantes de uma mesma característica.

Observe novamente a Figura 1. As plantas F 1 foram autofecundadas e ge-

raram as plantas da segunda geração ou F 2 . Você percebeu que o estado “ru-

goso” da característica “textura da semente”, que havia desaparecido em F 1 ,

reapareceu em F 2 ? Você sabe como Mendel descreveu isso?

QE 5: No esquema da Figura 1, poderia estar representado o cruzamento entre plantas

com estados contrastantes de qualquer uma das características descritas na Tabela 1.

Monte os outros seis esquemas de cruzamentos no seu caderno.

QE 6: Observe a Figura 1 novamente. A planta híbrida possui estado diferente ou inter-

mediário aos estados de seus dois parentais? Como você explica tal resultado?



  -   

Ele assumiu que o estado de uma característica que ocorre no híbrido (F 1 )

deveria ser denominado dominante, e o estado que está latente no híbrido seria designado recessivo. Esse estado recessivo estaria retraído ou ausente no híbrido, mas reaparecia sem mudanças na descendência do híbrido (F

2 ).

Mendel contou o número de indivíduos com cada estado da característica em F

2 . Por exemplo, o resultado do cruzamento esquematizado na Figura 2

foi de 5.474 sementes lisas e 1.850 rugosas. Se dividirmos 5.474 por 1.850, teremos 2,96; ou seja, uma proporção de 2,96 ervilhas lisas para cada 1 ervi- lha rugosa obtida. Essa proporção, muito próxima de 3:1 entre o estado do- minante e o recessivo, foi encontrada para todas as características listadas na Tabela 1. Interessante, né? Mendel então buscou uma explicação para escla- recer a origem dessa proporção.

Para Mendel, as plantas possuíam entidades denominadas “fatores” (hoje conhecidas como “genes”) que determinavam as características hereditárias e eram transmitidas de uma geração para outra por meio dos gametas. Mendel representou esses fatores hipotéticos por letras, sendo a forma maiúscula para o fator determinante do estado dominante e minúscula o do estado recessivo.

Além disso, Mendel concluiu que os fatores para os dois estados de uma característica não se misturavam no híbrido, pois na descendência do híbrido aparecia um estado ou outro em cada indivíduo, e nunca estados intermediári- os. Finalmente, Mendel postulou que os dois tipos de fatores presentes no indi- víduo deveriam se separar (segregar) na formação dos gametas. Assim, cada gameta teria apenas um fator. Hoje sabemos que essa formação de gametas se dá por meiose. Vamos fazer a atividade a seguir para compreender isso melhor.

QE 7: Seguindo o raciocínio de Mendel, uma planta de ervilha necessariamente possui

dois fatores para cada característica. Como você justifica isso?

QE 8: Como o termo fator se relaciona com o termo genótipo?

ATIVIDADE 1

Meiose e segregação de genes

Faça grupo com 4-5 colegas.

1) Faça 4 rolinhos de papel de 5 cm de comprimento para representar cromossomos.

Pinte os centrômeros, representando cromossomos metacêntricos. Escreva A em 2

rolinhos e a em outros 2 rolinhos.

2) Desenhe no seu caderno um círculo para representar o limite de uma célula e

coloque um cromossomo com A e o seu homólogo com a.

3) Antes de iniciar a meiose os cromossomos são duplicados. Como você representaria

essa duplicação usando os rolinhos prontos? O resultado dessa duplicação é uma figura

na qual os cromossomos (cromátides-irmãs) estão unidos pelo centrômero. Você pode

representar isso unindo os rolinhos de papel com fita adesiva.

4) A meiose constitui-se de duas divisões celulares. No final da primeira divisão, os

cromossomos homólogos são separados em 2 células diferentes. Represente esse

resultado no seu caderno. Ao final da segunda divisão, as cromátides-irmãs são separa-

das e resultam em 4 gametas. Represente esse resultado no seu caderno.

5) Faça agora 4 rolinhos de 3 cm. Pinte os centrômeros representando cromossomos

acrocêntricos e escreva B em 2 rolinhos e b nos outros 2.





ATIVIDADE 1(CONT.)

6) Represente agora uma célula duplo-híbrida. Quantos cromossomos você deve colo-

car dentro da célula? Correto, 2 pares de cromossomos homólogos contendo alelos

diferentes em cada par.

7) Repita os passos 3 e 4.

Mendel também estudou a herança simultânea de duas ou mais caracterís- ticas, cada uma delas com estados contrastantes. Em um dos experimentos foram cruzadas plantas puras que produziam sementes lisas e amarelas com plantas puras que produziam sementes rugosas e verdes. Ou seja, essas plan- tas eram duplo-homozigóticas. Os resultados obtidos se encontram na Tabela 2. Observe que os valores das razões são próximos de 9:3:3:1.

Tabela 2 – Resultados obtidos por Mendel no cruzamento entre plantas du- plo-homozigóticas.

QE 9: Escreva na Figura 1 como Mendel representaria os fatores existentes em cada um

dos tipos de ervilha esquematizada. Faça a mesma coisa para os outros seis esquemas

que você montou para as outras características da Tabela 1. Verifique se a maneira como

você representou os fatores obedece todas as observações feitas por Mendel.

QE 10: Faça o planejamento de um experimento de cruzamento para verificar se a

composição de fatores que você propôs para o híbrido F 1 da Figura 1 está correta.

QE 11: Liste os pontos mais importantes que Mendel levantou para explicar o padrão de

herança das características que ele analisou. Tudo ficou claro?

cruzamento entre plantas puras

lisas e amarelas

X

rugosas e verdes

características de F

1

lisas e amarelas

autofecundação de F

1

lisas e amarelas

X

lisas e amarelas

características de F

2

315 lisas e amarelas

108 lisas e verdes

101 rugosas e amarelas

32 rugosas e verdes

razão entre os tipos de F

2

9,84

3,37

3,15

1

Calcule as proporções entre os estados de cada característica das sementes descritas na Tabela 2 (lisas:rugosas e amarelas:verdes).

Esse cálculo está esquematizado na Tabela 3. A característica “cor da se- mente” influencia na característica “textura da semente”? Analisando as Tabe- las 2 e 3 vemos que não há interferência. As duas características foram herda- das independentemente.

Tabela 3 – Resultados da análise independente de cada característica em F 2

do cruzamento descrito na Tabela 2.

características

textura da semente

cor da semente

razão entre os tipos de F 2

3,18 lisas: 1 rugosa

2,97 amarelas: 1 verde

plantas F 2

315 + 108 = 423 lisas

101 + 32 = 133 rugosas

315 + 101 = 416 amarelas

108 + 32 = 140 verdes



  -   

Como Mendel explicou os resultados mostrados na Tabela 3? Ele sugeriu que os fatores para essas características se segregavam independentemente na formação dos gametas. Ou seja, cada gameta produzido pelo híbrido rece- beria A ou a da textura da semente e B ou b da sua cor. Além disso, a combi- nação dos fatores para as duas características se dava ao acaso. Assim, em uma planta dihíbrida (híbrida para duas características), um gameta que rece- beu o fator A pode receber tanto o B quanto o b, do mesmo modo que um gameta que recebeu o fator a pode receber tanto o B quanto o b.

Você percebeu que todas as condições que Mendel hipotetizou para ex- plicar a herança de uma característica também foram adotadas para a herança de duas características? Em adição, no caso de fatores de duas característi- cas, eles são herdados de modo independente.

QE 12: Você sabe explicar por que os valores das razões obtidas nas Tabelas 1, 2 e 3 não

são os valores exatamente idênticos aos esperados 3:1, 9:3:3:1 e 3:1, respectivamente?

EXERCÍCIO 1

Vamos reforçar o que acabamos de discutir na Atividade 1. No esquema da página

seguinte estão representadas algumas etapas da meiose de duas células de um indiví-

duo de genótipo AaBb. Preencha os círculos indicados com as letras A, a, B e b nos 2

tipos possíveis de segregação desses 2 pares de genes.

QE 13: Volte à Tabela 2 e escreva em seu caderno quais são os genótipos das plantas

puras (P) e das plantas híbridas (F 1 ). Fácil, né? E as plantas de F

2 , você consegue determi-

nar seus genótipos e quantas plantas possuem cada um desses genótipos? Em seguida,

responda a questão da Fuvest a seguir.

Amarelas/ lisas

80

100

200

300

450

Amarelas/ rugosas

320

100

200

300

150

Verdes/ lisas

320

300

200

100

150

Verdes/ rugosas

80

300

200

100

50

a)

b)

c)

d)

e)

QUESTÃO DE VESTIBULAR

1. (Fuvest) O cruzamento entre duas linhagens de ervilhas, uma com sementes ama-

relas e lisas (VvRr) e outra com sementes amarelase rugosas (Vvrr), originou 800 indiví-

duos. Quantos indivíduos devem ser esperados para cada um dos fenótipos indicados

na tabela?





EXERCÍCIO 1(CONT.)

Fonte: Amabis e Martho, A ciência da Biologia. São Paulo, ed. Moderna, 1983

QUESTÃO DE VESTIBULAR

2. (Fuvest) A figura mostra etapas da segregação de um par de cromossomos homólogos

em uma meiose em que não ocorreu permuta.

No início da intérfase, antes da duplicação cro-

mossômica que precede a meiose, um dos re-

presentantes de um par de alelos mutou por per-

da de uma seqüência de pares de nucleotídeos.

Considerando as células que se formam no final

da primeira divisão (B) e no final da segunda divi-

são (C), encontraremos o alelo mutante em

a) uma célula em B e nas quatro em C.

b) uma célula em B e em duas em C.

c) duas células em B e em duas em C.

d) duas células em B e em duas em C.

e) duas céluas em B e nas quatro em C.



  -   

Concluindo a nossa discussão sobre os experimentos de Mendel, as sete características estudadas (Tabela 1) apresentam segregação independente entre elas. Você sabe quantos pares de cromossomos uma célula de planta de ervilha possui? São sete pares! Apesar de ainda hoje não sabermos a localização cro- mossômica de todas essas características, é possível que cada uma possa estar em um cromossomo diferente. Mendel foi ou não foi um grande cientista???

Mas ele também foi muito perspicaz na escolha das características; va- mos ver por quê. Durante a meiose pode ocorrer permuta. O que é isso? Analise a Figura 2: nela está representado um par de cromossomos homólogos, ambos com as cromátides-irmãs duplicadas. As cromátides mais internas de cada par possuem segmentos de 2 cores, em contraste com as cromátides mais externas, que possuem apenas uma cor cada.

Figura 2 – Representação de três permutações entre um par de cromossomos homólogos.

Como você interpreta a Figura 2?Houve troca de segmentos entre as cromátides internas, mas não nas cromátides externas. Assim, o resultado final será: 2 cromossomos com 1 única cor cada e 2 cromossomos com seg- mentos alternados contendo cores diferentes. A conseqüência interessante da permuta é que nos cromossomos nos quais ocorreu permuta, genes que este- jam fisicamente muito próximos na mesma molécula de DNA (cromátide) vão geralmente permanecer juntos no mesmo segmento. Já os genes que estão mais longe entre si têm, ao acaso, mais chances de haverem sofrido recombinação. Vamos ver se você entendeu, respondendo a questão a seguir.

QUESTÃO DE VESTIBULAR

3. (Fuvest) Os genes X, Y e Z de um cromossomo têm as seguintes freqüências de

recombinação:

Qual a posição relativa desses três genes no cromossomo?

a) Z X Y

b) X Y Z

c) Y Z X

d) X Z Y

e) Y X Z

Genes

X e Y

Y e Z

Z e X

Freqüência de recombinação

15%

30%

45%

Fonte: Amabis e Martho, A ciência da Biologia. São Paulo, ed. Moderna, 1983





Qual o efeito da permuta? As cromátides sem mistura de cor representam os cromossomos da maneira como foram herdados da mãe e do pai; já nas cromátides que sofreram essa troca (permuta) surge uma nova combinação desses genes! Ou seja, a permuta, em adição à segregação dos alelos e à segre- gação independente dos cromossomos, gera uma grande variabilidade genética.

Você deve ter percebido que, em Ciência, as hipóteses são formuladas a partir do uso das informações disponíveis. Com o acúmulo de mais dados, algumas hipóteses são reforçadas e outras são abandonadas. As Leis de Here- ditariedade de Mendel continuam válidas, mas existem casos especiais que são variações. Vamos ver um exemplo disso nas questões a seguir.

QE 14: Agora podemos voltar às observações iniciais dessa Unidade. Ficou claro para

você por que filhos são parecidos com os pais e por que filhos de mesmos pais podem

ser diferentes? Explique de uma forma resumida como isso se relaciona com as leis de

hereditariedade propostas por Mendel.

QUESTÃO DE VESTIBULAR

4. (Fuvest) O daltonismo é causado por um alelo recessivo de um gene localizado no

cromossomo X. Em uma amostra representativa da população, entre 1000 homens ana-

lisados, 90 são daltônicos. Qual é a porcentagem esperada de mulheres daltônicas nessa

população?

a) 0,81% b) 4,5% c)9% d) 16% e) 83%

QUESTÃO DE VESTIBULAR

5. (Fuvest) Na genealogia abaixo, os símbolos cheios representam pessoas afetadas por

uma doença genética rara.

O padrão de herança que melhor explica o heredograma é

a) autossômico dominante, porque a doença afeta os dois sexos.

b) autossômico dominante, porque a doença aparece em todas as gerações.

c) autossômico dominante, porque aproximadamente 50% da prole é afetada.

d) dominante ligado ao sexo, porque todas as filhas de homens afetados são afetadas.

e) recessivo ligado ao sexo, porque não há transmissão de homem para homem.

Esses são exemplos de genes que se localizam em um dos cromossomos sexuais e, portanto, não possuem herança mendeliana clássica. Você pode pes- quisar nos livros outros tipos de herança não-mendelianas ou variantes dela.

Unidade 2

Genética molecular

Organizadores Paulo Takeo Sano

Lyria Mori

Elaboradores Cristina Yumi Miyaki

Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Como vimos na Atividade 1, os genes (fatores) estão localizados nos cromossomos e mais, os genes são seqüências de DNA. Cada cromossomo possui uma única molécula dupla fita de DNA (Figura 3), que é duplicada antes da divisão celular. No caso dos experimentos de Mendel, estamos fa- lando de meiose. Imagine que, se um gene de uma característica (textura da semente) se encontra em um cromossomo e o gene de uma outra caracterís- tica (cor da semente) se localiza em outro cromossomo, ao final da meiose os cromossomos se segregam independentemente e, conseqüentemente, as duas características se segregam de modo independente na formação dos gametas.

Figura 3 – Representação esquemática de DNA no cromossomo.

Atualmente sabemos por que as sementes de ervilha estudadas por Mendel podem ser lisas ou rugosas. Nas sementes lisas, uma enzima modifica molé- culas de amido. Já nas sementes rugosas, essa enzima está ausente e as se- mentes acumulam sacarose, o que leva a uma pressão osmótica maior e, conseqüentemente, ao acúmulo de maior quantidade de água e maior volu- me das sementes (esse assunto você já estudou no Módulo 1 – Biologia Celular e pode rever se necessário). Ao amadurecer, as sementes de ervilha perdem a água; assim, as rugosas, como ficaram mais inchadas, ao secar, tornam-se enrugadas, enquanto as lisas, por não terem acumulado muita água, permanecem lisas. E o que isso tem a ver com os “fatores” de Mendel? Resolva a questão a seguir para discutirmos isso.





Os fatores de Mendel, que hoje são denominados genes, são segmentos de DNA (ácido desoxirribonucléico) que são usados como modelos para pro- duzir RNA (ácido ribonucléico). No caso de genes que codificam para prote- ínas, eles serão modelos para produzir RNA mensageiros que, por sua vez, vão carregar para o citoplasma as informações (que estavam no núcleo) para a síntese de proteínas (polipeptídeos). Usando termos mais técnicos: o DNA é transcrito em RNA mensageiro, que é traduzido em um polipeptídeo. Para tornar tudo isso mais claro, resolva o exercício do Provão a seguir.

QUESTÃO DE VESTIBULAR

6. (Fuvest) Em seu trabalho com ervilhas, publicado em 1866, Mendel representou os

fatores hereditáios determinantes dos estados amarelo e verde do caráter cor da se-

mente pelas letras A e a, respectivamente. O conhecimento atual a respeito da natureza

do material hereditáio permite dizer que a letra A usada por Mendel simboliza

a) um segmento de DNA com informação para uma cadeia polipeptídica.

b) um segmento de DNA com informação para um RNA ribossômico.

c) um aminoácido em uma proteína.

d) uma trinca de bases do RNA mensageiro.

e) uma trinca de bases do RNA transportador.

PROVÃO

João trabalha em uma confeitaria cujo proprietário é alemão. Todas as manhãs este

deixa, sobre a mesa da cozinha, uma receita em português e os ingredientes de um bolo

que João deve preparar. A receita original, escrita em alemão, fica guardada no escritório

da confeitaria. Somente o patrão de João pode abrir o escritório e escrever, em portu-

guês, a receita a ser utilizada naquele dia.

1. Para explicar a leigos o funcionamento de uma célula, fazendo uma analogia com o

texto, o bolo, seus ingredientes, a receita em português e a receita em alemão corres-

ponderão, respectivamente, a:

a) aminoácido, nucleotídeos, DNA e RNA.

b) nucleotídeo, aminoácidos, RNA e DNA.

c) polipeptídeo, aminoácidos, RNA e DNA.

d) DNA, RNA, polipeptídeo e aminoácido.

e) DNA, aminoácidos, nucleotídeo e polipeptídeo.

2. Continuando a analogia, o escritório, a cozinha e João corresponderão, respectiva-

mente, aos seguintes componentes de uma célula de eucarioto:

a) citoplasma, núcleo e cromossomo.

b) núcleo, citoplasma e ribossomo.

c) citoplasma, núcleo e membrana nuclear.

d) núcleo, citoplasma e cromossomo.

e) cromossomo, membrana nuclear e citoplasma.

3. Alguns bolos são servidos assim que saem do forno, enquanto outros recebem acaba-

mento especial. Na analogia considerada, o local da confeitaria onde os bolos recebem

recheio e cobertura, corresponde:



  -   

No caso da textura das sementes de ervilha, basta uma cópia do alelo que produz a enzima que modifica o amido para que o fenótipo da semente seja liso. Esse alelo é um segmento de DNA de cerca de 3.300 pares de nucleotídeos (ou pares de bases). O outro alelo, que não produz a enzima, possui 4.100 pares de bases. Esse segmento de DNA de 800 pares de bases adicionais leva à interrupção da produção da enzima correta.

Como o maquinário celular consegue localizar quais seqüências de DNA devem ser transcritas em RNA? Existem marcas no início e no final dos genes que vão sinalizar o início e o término da síntese do RNA. Essas marcas são seqüências especiais de pares de bases que são chamadas, respectivamente, regiões promotoras e seqüências de término de transcrição.

Na Figura 4 está esquematizada a estrutura de um gene. Analise-a e veja que: 1) o DNA dupla fita representado na figura continua tanto antes da região promotora como após a seqüência de término de transcrição; 2) é na região promotora onde a enzima que produz RNA (polimerase do RNA) se encaixa para iniciar a síntese; 3) após o encaixe, a polimerase do RNA se desloca sobre o DNA, separando a dupla-hélice e sintetiza a molécula de RNA usan- do como modelo uma das cadeias de DNA (vermelha); portanto, esse RNA possui seqüência complementar à esse segmento de DNA; 4) a polimerase do RNA progride até encontrar a seqüência de término de transcrição.

Figura 4 – Representação esquemática de um gene.

PROVÃO (CONT.)

a) à mitocôndria.

b) ao retículo endoplasmático rugoso.

c) ao peroxissomo.

d) ao lisossomo.

e) ao complexo de Golgi.

QE 15: Sabendo agora que o estado da textura da semente deve-se à presença ou

ausência de uma enzima, você consegue explicar como isso se relaciona com o fenó-

tipo ser dominante ou recessivo e sua relação com o genótipo?

QE 16: Pesquise nos livros as características da estrutura do DNA e escreva-as no seu

caderno.

QE 17: Se a polimerase do RNA usasse como modelo a outra cadeia de DNA (verde), a

seqüência do RNA produzido seria a mesma que a seqüência da molécula de RNA

representada na Figura 4? Explique levando em conta a complementaridade das bases

nitrogenadas das duas cadeias do DNA.

Fonte: PEB II- Aperfeiçoamento de professores - Construindo Sempre - Biologia, p 37, 2002.





Você deve estar perguntando por que é necessário saber tanta coisa sobre o RNA... Olha, é ele quem carrega a informação que está no DNA e que será transformada em proteínas; e você já viu que as proteínas são muito importan- tes para manter o bom funcionamento celular e, conseqüentemente, na deter- minação das características de um indivíduo. Mas como a seqüência de DNA de um gene pode determinar a seqüência de aminoácidos de uma cadeia polipeptídica? Seguindo regras estabelecidas no código genético. Segundo o dicionário Aurélio, código é “um sistema de símbolos (letras, números ou palavras) usado para representar um certo significado preestabelecido, às ve- zes secreto”. Assim, no código genético, sabe-se que: 1) cada aminoácido de uma proteína é especificado por uma seqüência de três bases de nucleotídeos no RNA mensageiro correspondente (códon); 2) quase todos os aminoácidos possuem mais de um códon correspondente; 3) cada códon corresponde a um único aminoácido; 4) mas existem três códons sem aminoácidos associados (códons sem sentido ou de término de tradução) e que determinam o final da região da molécula de RNA mensageiro que codifica proteína; 5) todo poli- peptídeo inicia-se com um códon determinado que se localiza na extremidade inicial do RNA mensageiro (códon de início de tradução).

Só existe esse tipo de RNA que codifica para proteínas e é chamado de RNA mensageiro (RNAm)? Não, existem também: 1) os RNA ribossomais (RNAr), que se associam a proteínas formando os ribossomos (estruturas cito- plasmáticas responsáveis pela a síntese de proteínas) e 2) os RNA transpor- tadores (RNAt), que capturam aminoácidos livres na célula e os conduzem até os ribossomos; cada RNAt possui uma seqüência de três bases chamada de anticódon, que se emparelha de modo complementar com o códon no RNAm. Como você pode ver, esses tipos de RNA também são essenciais na síntese de proteínas e vamos discutir isso a seguir.

A síntese de um polipeptídeo se inicia com a associação de um ribossomo, um RNA mensageiro (RNAm) e um RNA transportador (RNAt) especial. O anticódon desse RNAt especial se emparelha com o códon de início da tradu- ção no RNAm, assim, o aminoácido inicial da cadeia polipeptídica que será sintetizada se posiciona no local correto, aguardando a ligação do próximo ami- noácido. O ribossomo possui dois compartimentos, sendo que em cada um apenas uma molécula de RNAt pode se encaixar. Vamos representar a tradu- ção com a atividade descrita a seguir.

QE 18: Procure em um livro a tabela do código genético e a analise buscando compre-

ender as regras listadas.

QE 19: Analise a seguinte frase: “Ave sem asa não voa”, ela é lógica? Se a letra “s” for

retirada ou perdida, a frase se torna: “Ave ema san aov oa”, ela continua lógica? E se dessa

frase for retirado “sa”, temos: “Ave ema nao voa”, volta a ter lógica? Será que você conse-

gue estabelecer alguma relação dessas frases e o código genético? Explique.

QE 20: Voltando para a primeira frase: “Ave sem asa não voa”, se a letra “s” for substituída

por “t”, a frase fica: “Ave tem asa não voa”. Ela tem lógica (não é o caso da ema)? Será que

você consegue estabelecer alguma relação dessas frases e o código genético? Explique.



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Figura 5 – Representação da atividade de tradução

Vamos imaginar uma seqüência de 15 bases de um gene que codifica para proteína representado pela frase: “Ave sem asa não voa”. Cada uma das bases é representada por uma letra da frase. A perda de 1 base representada pela letra “s” resulta em: “Ave ema san ãov ao” e a oração perde a coerência (e a proteína também não funcionaria bem). A substituição dessa mesma letra “s” da frase inicial por um “t” resulta em uma frase diferente e com nexo: “Ave tem asa não voa” (é o caso da ema). No caso da seqüência de bases, tanto a perda (ou ganho) quanto a substituição de base constituem mutações, ou seja, mudanças em relação ao estado inicial.

ATIVIDADE 2

Tradução (síntese de proteínas)

Faça um grupo com 4 ou 5 colegas. Corte um retângulo de papel de 15 x 3 cm e escreva

“ribossomo”. Faça uma marca bem no meio do comprimento do papel para demarcar 2

compartimentos do ribossomo (veja a Figura 5). Corte 7 retângulos de papel de 7 x 5

cm para representar 7 códons de um RNAm; coloque-os lado a lado sobre a mesa e

escreva neles: AAG, AUG, GCC, ACA, UCC, UGA e CAU. Siga essa ordem da esquerda para

a direita. O AUG é o códon de início e o UGA é o de término, sublinhe-os. Faça 4

triângulos isósceles de papel de 7 cm e escreva, em cada um, os anticódons para os

códons AUG, GCC, ACA e UCC. Corte 4 quadrados de papel de 5 cm e escreva em cada

um os nomes dos aminoácidos correspondentes a cada um desses 4 códons: met

(metionina), ala (alanina), tre (treonina) e fen (fenilalanina). Grude com fita o anticódon

e seu aminoácido. Olhe a Figura 4 e vamos simular a tradução: 1) posicione na mesa o

RNAt especial + aminoácido sobre o códon de início, sem sobrepô-lo; 2) posicione o

primeiro compartimento do ribossomo sobre o conjunto de RNAt especial + aminoácido;

3) observe o segundo códon e procure o RNAt com anticódon complementar, coloque

esse RNAt + aminoácido sobre o segundo códon e abaixo do segundo compartimento

do ribossomo; 4) ligue os 2 aminoácidos com fita e corte a fita que liga o RNAt inicial ao

seu aminoácido; 5) desloque o ribossomo para a direita de modo que o RNAt corres-

pondente ao segundo códon se posicione sob o primeiro compartimento; 6) retire o

RNAt especial que agora está fora do ribossomo; 7) repita o mesmo procedimento até

encontrar o códon de término. Deu para entender como acontece a síntese de prote-

ínas dentro da célula?





QE 21: No enunciado da questão 2 da FUVEST de 2004 que já discutimos, há a seguinte

frase “[...] um dos representantes de um par de alelos mutou por perda de uma seqüên-

cia de pares de nucleotídeos”. Agora que já vimos a ligação entre seqüência do DNA e

seqüência de proteínas, que tipos de efeitos essa perda de “[...] seqüência de pares de

nucleotídeos” pode ter ao nível da seqüência do polipeptídeo sendo sintetizado e o

fenótipo? Além da perda de pares de nucleotídeos, que outros tipos de mutações você

encontra nos livros e quais tipos de efeitos elas podem gerar ao nível da seqüência do

polipeptídeo sendo sintetizado e o fenótipo?

As mutações são eventos bons ou ruins?Depende da maneira como enca- ramos. Uma mutação em um gene pode levar a uma doença, mas a mutação traz variabilidadegenética e, sem ela, não há evoluçãobiológica e não have- ria essa diversidade de organismos que vemos hoje; até a espécie humana não estaria aqui...

Hoje temos disponível uma tecnologia que nos permite manipular o DNA de modo bem controlado. Isso se iniciou no meio da década de 1970, quando foram descobertas enzimas capazes de cortar a dupla-fita do DNA em se- qüências de pares de bases específicas. Essas enzimas foram denominadas de enzimas de restrição.

Ao cortar DNA de origens diferentes com uma mesma enzima de restri- ção, podemos combiná-los, criando moléculas novas. É assim que são cons- truídos os organismostransgênicos tão famosos... Ou seja, é possível inserir um gene de interesse em um organismo que não o possui e ele passa a produ- zir o produto desse gene. Um exemplo é o hormônio insulina, tão importante para diabéticos, que é produzido por bactérias transgênicas.

Outra aplicação decorrente do desenvolvimento dessas tecnologias é, por exemplo, o teste de paternidade que vemos nas novelas e programas de televi- são. Você sabe como esse teste funciona? Como vimos, um indivíduo herda seu material genético de seus pais. Metade dos cromossomos tem origem materna e metade tem origem paterna. Assim, é importante coletar amostras de células da mãe, do possível pai e do filho. Essas amostras serão fontes de material genéti- co. Para entendermos melhor, vamos resolver e discutir a questão a seguir.



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QUESTÃO DE VESTIBULAR

7. (Fuvest) Num caso de investigação de paternidade, foram realizados exames para

identificação de grupos sangüíneos e análise de DNA. A tabela abaixo resume os resul-

tados parciais da análise de grupos sangüíneos (do menino, de sua mãe e do suposto

pai) e de duas seqüências de DNA (do menino e do suposto pai), correspondentes a um

elemento localizado num autossomo e outro no cromossomo X.

Considerando apenas essa tabela, podemos afirmar que

a) os resultados dos grupos sangüíneos excluem a possibilidade do homem ser pai da

criança; os outros exames foram desnecessários.

b) os resultados dos grupos sangüíneos não excluem a possibilidade do homem ser pai

da criança, mas a seqüência de DNA do cromossomo X exclui.

c) os resultados dos grupos sangüíneos e de DNA não excluem a possibilidade do

homem ser pai da criança.

d) os três resultados foram necessários para confirmar que o homem é mesmo o pai da

criança.

e) os resultados de DNA contradizem os resultados dos grupos sangüíneos.

Exames

Grupo sangüíneo

Seqüência de DNA localizado em um autossomo

Seqüência de DNA localizado em um cromossomo X

Menino

O

AAA CCA GAG TTT GGT CTC

AAA CAG ACG TTT GTC TGC

Mãe

A

-

-

Suposto pai

B

AAA CCA GAG TTT GGT CTC

AAC CAA ACA TTG GTT TGT

Resultados

Unidade 3

Evolução

Organizadores Paulo Takeo Sano

Lyria Mori

Elaboradores Cristina Yumi Miyaki

Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Quais são as idéias apresentadas nessa imagem?

A imagem do macaco evoluindo para o homem é muito comum. Suas diversas versões brincam inclusive com o futuro da espécie humana. No en- tanto, qual é o significado do termo evolução apresentado nessa imagem?

A evolução biológica é uma forma de explicar a diversidade de seres vivos que conhecemos. Seguindo as idéias evolutivas, essa figura apresenta alguns equívocos. Um deles é que o macaco se transformou em ser humano. A transformação é uma das idéias básicas da teoria evolutiva, mas não dessa forma. A idéia de que o macaco vai melhorando até chegar ao ser humano, segundo a teoria evolutiva, também é equivocada.

Macacos e seres humanos compartilham, seguindo as idéias evolutivas, um ancestral comum. Você e seu irmão podem compartilhar ancestrais co- muns: seu pai e sua mãe. Seu tio e seu pai podem compartilhar ancestrais comuns também: seu avô e sua avó. Mas você, seu irmão, seu pai e seu tio não apresentam tantas diferenças quanto as existentes entre o ser humano e o macaco. O ancestral que eles compartilham existiu há milhões de anos atrás. Com tanto tempo, pequenas modificações foram se acumulando e resultaram em espécies tão diferentes: macacos e seres humanos.

Isso já derruba a idéia de que o ser humano é um macaco melhorado, pois os dois são resultados desse tempo de evolução. Além disso, ambos estão adaptados ao meio em que vivem. Parece até que eles foram desenhados espe- cialmente para viver onde vivem. E para você, qual é o significado do termo adaptação?



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E ao analisar essas imagens, o que é adaptação?

Se a seleção brasileira de futebol vai jogar em elevadas altitudes (na Colôm- bia, por exemplo), os jogadores chegam dias antes do jogo para se adaptar, já que teriam dificuldades na obtenção de gás oxigênio. Quando retornam ao Bra- sil, os jogadores perdem essa característica. Mesmo que continuem vivendo na Colômbia, essa característica não será transmitida aos seus futuros filhos.

No entanto, quando estudamos as idéias evolutivas, temos que utilizar um outro conceito de adaptação, no qual as características já herdadas pelo indi- víduo lhe permitem viver em um determinado habitat. Assim, tanto os maca- cos como os seres humanos estão adaptados aos ambientes em que vivem.

Essa adaptação parece ser resultado de um processo conhecido como se- leção natural. As populações biológicas apresentam pequenas variações dentre os seus indivíduos. Essas variações podem permitir que alguns indivíduos sobrevivam a variações do ambiente, por exemplo, que tolerem uma diminui- ção do pH de um lago ou tenham facilidade em conseguir alimento em perío- dos de escassez. Os indivíduos que sobrevivem às mudanças ambientais po- dem transmitir tais características à sua prole.

A sobrevivência diferencial de indivíduos ou uma vantagem reprodutiva causadas por uma característica determinada geneticamente modificam a cons- tituição de uma população. Por exemplo, uma população de orquídeas conse- gue atrair muitos insetos machos por ter uma de suas pétalas com formato e cor semelhantes a uma fêmea. Ao tentar copular com a pétala, o macho fica impregnado de pólen, que então será transportado até outras orquídeas.

No entanto, se algumas orquídeas começarem a exalar um perfume pare- cido com um feromônio (atrativo sexual), os insetos machos serão atraídos ainda mais a esses indivíduos. Com isso, as orquídeas que produzem tal odor conseguem polinizar muitas outras flores. Se essa característica for genética, depois de algumas gerações, grande parte da população de orquídeas também produzirá esse feromônio, ou seja, apresentará essa adaptação.

Essa característica das orquídeas, a produção do perfume, apareceu na população e foi transmitida para as gerações seguintes, ficando cada vez mais freqüente, ou seja, cada vez mais indivíduos apresentavam essa característica. No entanto, ela não apareceu para atrair esses insetos.

Muitas pessoas consideram que as adaptações aparecem em uma popula- ção para desempenhar uma função específica. Quando vemos os diferentes macacos, podemos pensar que uma espécie apresenta braços longos para se pendurar nos galhos ou que outra possui olhos grandes para enxergar melhor no escuro. No entanto, as características não surgem com uma ou outra fina- lidade. Ao surgir, se elas permitirem a sobrevivência dos indivíduos ou au-

Társio, espécie encontrada em áreas escuras

O macaco-aranha consegue se

pendurar em galhos durante o

deslocamento



  -   

mentarem as chances de reprodução desses indivíduos, elas se fixam na po- pulação.

Imaginar que uma espécie foi desenhada para viver em seu habitat é um equívoco segundo as idéias evolutivas, pois as populações vão sofrendo mo- dif icações ao longo do tempo, de acordo com as variações do ambiente. Outro exemplo interessante é o de bactérias.

Para combater uma infecção bacteriana, podemos utilizar um antibiótico. No entanto, dentre as diversas variações, algumas bactérias podem possuir resistência a esse antibiótico específico. Ao matarmos grande parte das bac- térias usando o antibiótico, apenas as já resistentes sobreviverão e terão mui- tos recursos disponíveis, permitindo rápida multiplicação. Praticamente to- das as bactérias descendentes dessas sobreviventes também serão resistentes ao antibiótico.

QUESTÃO DE VESTIBULAR

8. (Fuvest) A bactéria Streptococcus iniae afeta o cérebro de peixes, causando a “doen-

ça do peixe louco”. A partir de 1995, os criadores de trutas de Israel começaram a vacinar

seus peixes. Apesar disso, em 1997, ocorreu uma epidemia causada por uma linhagem

de bactéria resistente à vacina. Os cientistas acreditam que essa linhagem surgiu por

pressão evolutiva induzida pela vacina, o que quer dizer que a vacina:

a) induziu mutações específicas nas bactérias, tornando-as resistentes ao medicamento.

b) induziu mutações específicas nos peixes, tornando-os suscetíveis à infecção pela

outra linhagem de bactéria.

c) causou o enfraquecimento dos órgãos dos peixes permitindo sua infecção pela

outra linhagem de bactéria.

d) levou ao desenvolvimento de anticorpos específicos que, ao se ligarem às bactérias,

tornaram-nas mais agressivas.

e) permitiu a proliferação de bactérias mutantes resistentes, ao impedir o desenvolvi-

mento das bactérias da linhagem original.

As variações entre os indivíduos de uma população são fundamentais, mas como essas variações aparecem? Pesquise na Unidade 1 o conceito de segregação independente dos cromossomos, bem como o de permutação.

PARA PENSAR

Como você explicaria os resultados apresentados nesse gráfico?

Aumentos dos números de espécies de pragas resistentes às principais classes de inceticidas. (De R. L. Metcalf em: R. L. Metcalf e W. H. Luckman (eds.), Introduction to Insect Pest Management, 3a. edição, p. 251. Copyright 1994 de John Wiley and Sons, N.Y.J.



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Outro fator que provoca essa variação é a mutação, conceito trabalhado na Unidade 2.

Essas noções de genética e biologia molecular não eram conhecidas quando Charles Darwin apresentou sua teoria sobre a origem das espécies. Como na- turalista, Darwin foi convidado para realizar uma viagem pelo mundo a bordo do navio H.M.S. Beagle. Durante a viagem, que durou cinco anos, Darwin observou diferentes ambientes e muitas espécies animais e vegetais. Além de conhecer novas espécies, eles as coletava e as enviava para a Inglaterra. Den- tre os exemplares de besouros, lagartos e flores, Darwin coletou alguns fós- seis de preguiças e tatus gigantes extintos.

Além dos fósseis, Darwin percebeu uma diversidade de aves em um arqui- pélago chamado Galápagos. Apesar das cores parecidas, essas aves apresenta- vam bicos muito distintos. Os habitantes de Galápagos conseguiam identificar de qual ilha era a ave apenas pelo bico dela. Darwin percebia que as espécies apresentavam variações no tempo e no espaço. E esse tipo de informação foi fundamental para a idéia que Darwin viria a publicar no livro A origem das espécies.

Outra idéia importante foi obtida após a leitura do livro Ensaio sobre o princípio da população, de Thomas Malthus. No livro, o autor apontava que a população humana cresce muito mais rápido que a produção de alimentos e a de outros recursos necessários para sua sobrevivência. Além desse livro, Darwin também conheceu Princípios de geologia, de Charles Lyell. Nessa obra, o autor apresenta a idéia de que a paisagem atual da Terra é produto de transfor- mações lentas e graduais: rios e montanhas, segundo o autor, não apareciam rapidamente no ambiente.

Reunindo essas idéias, Darwin propõem um mecanismo para a origem das espécies: a seleção natural. Como não existem recursos suficientes no ambiente para a existência de todos os indivíduos possíveis de uma popula- ção, os que apresentam características adequadas para a sobrevivência nesse ambiente podem se reproduzir mais, transmitindo tal característica a seus des- cendentes. Essas características selecionadas podem se acumular ao longo de muitíssimas gerações. No entanto, a transmissão das variações selecionadas não parece garantir a formação de espécies diferentes, pois todos os indivídu- os da população sofreriam as mesmas pressões seletivas do ambiente.

E se algum evento ocorre separando a população em dois grupos diferen- tes? Esse isolamento geográfico poderia ser a formação de um rio, separando uma área seca em duas, ou o aparecimento de uma área de baixa temperatura entre duas quentes, o surgimento de uma cordilheira etc. Com esse tipo de evento, teríamos uma população separada em dois novos grupos, que sofreri- am os efeitos de modificações ambientais diferentes, ou melhor, pressões se- letivas distintas, variando e sendo selecionadas como populações distintas.

Para que isso aconteça, o isolamento deve ser suficiente para impedir a troca de material genético entre as populações, o isolamento reprodutivo. Com isso, as variações selecionadas na população em uma área serão diferen- tes das do outro local. Se as diferenças acumuladas ao longo do tempo forem suficientes para impedir que essas populações voltem a se reproduzir, mesmo voltando a ocupar uma mesma área, consideramos que duas novas espécies se formaram durante um processo de especiação.



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Outro naturalista, Jean Baptiste Lamarck, já tinha idéias sobre a transfor- mação das espécies antes de Charles Darwin. Lamarck percebeu que as espé- cies mudavam ao longo do tempo. Para explicar essas mudanças, Lamarck também destacava o papel do ambiente. No entanto, para ele, os organismos desenvolviam as características de acordo com as necessidades do meio. Es- sas características desenvolvidas para determinado fim eram transmitidas para a geração seguinte.

FUVEST – Mariposas da espécie Biston betularia de cor escura (melânicas) eram raras

em Manchester, Inglaterra, por volta de 1895. Predominavam os espécimes de cor clara,

que se camuflavam sobre os líquens das cascas das árvores. Em 1950, porém, verificou-

se que quase 90% das mariposas eram melânicas nas áreas que se tornaram industriais,

onde fuligem negra produzida pelas fábricas recobriu o tronco das árvores.

a) Explique esse aumento das mariposas melânicas entre 1895 e 1950 com base na

seleção natural.

b) Por que é possível afirmar que a coloração dessas mariposas é um caráter determina-

do geneticamente?

UNESP – Três populações de insetos, X, Y e Z, habitantes de uma mesma região e

pertencentes a uma mesma espécie, foram isoladas geograficamente. Após vários

anos, com o desaparecimento da barreira geográfica, verificou-se que o cruzamento

dos indivíduos da população X com os da população Y produzida híbridos estéreis. O

cruzamento dos indivíduos da população X com os da população Z produzia descen-

dentes férteis, e o dos indivíduos da população Y com os da população Z não produzia

descendentes.

A análise desses resultados permite concluir que:

a) X, Y e Z continuaram pertencendo à mesma espécie.

b) X, Y e Z formaram três espécies diferentes.

c) X e Z tornaram-se espécies diferentes e Y continuou a pertencer à mesma espécie.

d) X e Z continuaram a pertencer à mesma espécie e Y tornou-se uma espécie diferente.

e) X e Y continuaram a pertencer à mesma espécie e Z tornou-se uma espécie diferente.

FUVEST – “Para o homem poder suportar a intensa radiação solar nos trópicos, as

células de sua pele adquiriram a capacidade de fabricar muita melanina.”

Esta é uma frase lamarckista. Critique-a com base no pensamento darwinista.

QUESTÃO DE VESTIBULAR

9. (Fuvest) Um surfista que se expunha muito ao sol sofreu danos em seu DNA em

conseqüência de radiações UV, o que resultou em pequenos tumores na pele. Caso ele

venha a ser pai de uma criança, ela:

a) só herdará os tumores se tiver ocorrido dano em um alelo dominante.

b) só herdará os tumores se tiver ocorrido dano em dois alelos recessivos.

c) só herdará os tumores se for do sexo masculino.

d) herdará os tumores, pois houve dano no material genético.

e) não herdará os tumores.





De fato, podemos mudar nossas características. Eu posso fazer muitos exercícios físicos e melhorar meu desempenho em corridas. No entanto, essa mudança ocorre dentro de limites da minha constituição genética. E mais, meus descendentes não terão o mesmo desempenho que eu tive, exceto se treinarem como eu. No caso do surfista, ele teve uma alteração genética. Uma mutação provocou um tipo de câncer de pele. Mesmo sendo genética, essa característica adquirida não será transmitida para seu filho, pois não ocorreu nas células sexuais, os gametas.

FUVEST – Entre os cães domésticos encontramos uma grande diversidade morfológica

(p. ex.: Fox, São Bernardo, Doberman, Poodle e muitos outros). Já entre os cães selvagens

(Cachorro-do-mato, Lobo-guará), a diversidade é muito menor.

a) Como se explica, em termos evolutivos, essa diferença?

b) Por que os cães “vira-latas” são, em média, mais resistentes a doenças que os cães com

pedigree?

UNESP – Em algumas ilhas do arquipélago de Galápagos são encontrados cactos rastei-

ros, cujas flores ficam próximas ao chão, não sendo constatada a presença de iguanas

terrestres. Nas ilhas onde vivem as iguanas, os cactos são arborescentes e suas flores

encontram-se localizadas distantes do chão. Como você explica esses fatos, segundo as

teorias evolutivas de Lamarck e Darwin?

As idéiaslamarckistas e darwinistas apresentam semelhanças: ambas admitem a transformação das espécies. Até então, a maior parte das pessoas acreditava no fixismo, na qual as espécies criadas permaneceram sem modifi- cações por toda a história da vida na Terra. E qual fato você utilizaria para derrubar tal explicação?

Além disso, Lamarck e Darwin não tinham clareza de como ocorria a trans- missão dos caracteres ou como a variabilidade surgia. Essas explicações só aparecem com os trabalhos de Mendel (reveja, na Unidade 1, o que motivou Mendel a trabalhar com herança biológica).

À associação das idéias de Darwin com as da Genética, damos o nome de Neodarwinismo, também conhecido como a teoria sintética da evolução. De acordo com essas idéias, as populações biológicas apresentam variações cau- sadas por segregação independente dos cromossomos, mutações ou permuta- ções. A freqüência dos diferentes alelos em uma população pode variar por ação, por exemplo, da seleção natural, já que existe uma sobrevivência ou taxa de reprodução diferencial dos indivíduos de acordo com suas caracterís- ticas genéticas.

Ainda de acordo com as idéiasneodarwinistas, as espécies surgem por um isolamento reprodutivo de populações, às vezes provocado por um isola- mento geográfico. Esse acúmulo de diferenças, ao longo do tempo, deu ori- gem à grande diversidade de formas de vida que conhecemos.

ENEM – O assunto na aula de Biologia era a evolução do Homem. Foi apresentada aos

alunos uma árvore filogenética, igual à mostrada na ilustração, que relacionava primatas

atuais e seus ancestrais.



  -   

Legenda da ilustração:

1 – Símios do Novo Mundo 5 – Gorila I – Hilobatídeos

2 – Símios do Velho Mundo 6 – Chimpanzé II – Pongídeos

3 – Gibão 7 – Homem III – Hominídeos

4 – Orangotango

“Árvore filogenética provável dos antropóides”

Após observar o material fornecido pelo professor, os alunos emitiram várias opiniões,

a saber:

I. Os macacos antropóides (orangotango, gorila e chimpanzé e gibão) surgiram na

Terra mais ou menos contemporaneamente ao Homem.

II. Alguns homens primitivos, hoje extintos, descendem dos macacos antropóides.

III.Na história evolutiva, os homens e os macacos antropóides tiveram um ancestral

comum.

IV.Não existe relação de parentesco genético entre macacos antropóides e homens.

1. Analisando a árvore filogenética, você pode concluir que:

a) todas as afirmativas estão corretas.

b) apenas as afirmativas I e III estão corretas.

c) apenas as afirmativas II e IV estão corretas.

d) apenas a afirmativa II está correta.

e) apenas a afirmativa IV está correta.

2. Foram feitas comparações entre DNA e proteínas da espécie humana com DNA e

proteínas de diversos primatas. Observando a árvore filogenética, você espera que os

dados bioquímicos tenham apontado, entre os primatas atuais, como nosso parente

mais próximo o:

a) Australopithecus.

b) Chimpanzé.

c) Ramapithecus.

d) Gorila.

e) Orangotango.

3. Se fosse possível a uma máquina do tempo percorrer a evolução dos primatas em

sentido contrário, aproximadamente quantos milhões de anos precisaríamos retroceder,

de acordo com a árvore filogenética apresentada, para encontrar o ancestral comum do

homem e dos macacos antropóides (gibão, orangotango, gorila e chimpanzé)?

a) 5 b) 10 c) 15 d) 30 e) 60



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QUESTÃO DE VESTIBULAR

10. (Fuvest) Examine a árvore filogenética adiante:

Esperamos encontrar maior semelhança entre genes de:

a) bactéria e protozoário.

b) peixe e baleia.

c) baleia e pássaro.

d) estrela-do-mar e ostra.

e) ostra e coral.

Figura – História evolutiva da vida na Terra



  -   

A noção de tempo em escala geológica (mil, milhões ou bilhões de anos) não é intuitiva. Mal conseguimos dimensionar 500 anos, imagine cerca de 3,5 bilhões de anos. Parece que foi esse o tempo que a vida teve para se diversifi- car da forma que conhecemos hoje.

Você já sabe que as pressões seletivas vão se alterando ao longo do tem- po. O surgimento dos primeiros animais terrestres e a diversidade dos mamí- feros podem ser explicados por eventos biológicos que os precederam. Que eventos seriam esses?

FATEC – A seguir temos a representação esquemática de uma população de indivíduos

A de uma determinada espécie. Nesta população surge um mutante M, cuja origem é

desconhecida.

Assinale a alternativa que se relaciona corretamente com o gráfico:

a) a mutação em M determina a manifestação de caráter indesejável, tornando o indiví-

duo menos apto a sobreviver.

b) a mutação em M melhora sua relação com as exigências do meio ambiente, tornando

o indivíduo mais apto à sobrevivência.

c) os indivíduos A foram certamente, contaminados por um vírus mutante que se de-

senvolveu nos indivíduos M, provocando sua extinção.

d) os indivíduos M foram, certamente, afetados por um vírus que os tornou também

mutantes e mais aptos a sobreviver, facilitando a sobrevivência dos indivíduos A.

e) as mutações em M tornaram, certamente, os indivíduos A estéreis, razão fundamental

de sua extinção.



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Leitura Recomendada GONICK, Larry; WHELLIS, Mark. Introdução ilustrada à genética.Editora

Harbra, 1995.

“Evolução”. Ciência hoje na escola. SBPC, 2001. v. 9.

Material consultado MIYAKI, Cristina Yumi; AMABIS, José Mariano; MORI, Lyria; MENDES DA

SILVEIRA, Rodrigo Venturoso. Módulo 1 de Biologia. Programa de Edu- cação Continuada, Programa Construindo Sempre-Aperfeiçoamento de Professores, 2003.

MARTHO, Gilberto Rodrigues; AMABIS, José Mariano. A ciência da BiologiaSão Paulo: Editora Moderna, 1988. v. 3.

Sobre os autores Cristina Yumi Miyaki

Professora de Biologia Molecular do Departamento de Biologia da Uni- versidade de São Paulo. Bacharel em Ciências Biológicas pela USP. Mestre e doutora em Biologia (Genética) também pelo Instituto de Biociências da USP. Desenvolve pesquisa em Genética e Evolução de Aves.

Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Professor de Biologia do Ensino Médio e de Ciências para o Ensino Fun- damental. Bacharel e Licenciado em Ciências Biológicas pela USP. Mestre em Biologia (Genética) também pelo Instituto de Biociências da USP dissertando sobre o Ensino de Genética. Desenvolveu materiais didáticos para Internet e cursos de formação continuada para professores.

Anexo Sugerimos que as Questões de Execução (QE) devem ser discutidas em

pequenos grupos de alunos e com o monitor. No texto está indicado em que momento seria interessante explorar as QE.

Respostas das questões da Fuvest Questão 1: d;

Questão 2: b;

Questão 3: b;

Questão 4: b;

Questão 5: d;

Questão 6: a;



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Questão 7: c. Resolução detalhada: em relação ao tipo sangüíneo, o homem pode ser pai da criança? Sim, se ele e a mãe forem heterozigotos, o filho pode ter tipo O. A seqüência de DNA de um autossomo exclui que o homem pode ser o pai? Não, pois as seqüências do homem e do menino são idênti- cas; no entanto, há algumas considerações: 1) se essa seqüência da mãe tam- bém for idêntica, não é possível confirmar a paternidade, pois não seria pos- sível determinar se o menino herdou essa seqüência da mãe ou do suposto pai; 2) tendo a seqüência desse autossomo da mãe, também seria interessante ter as seqüências do outro cromossomo homólogo para o trio (menino, mãe e suposto pai) de modo a completar a análise; assim, se a seqüência do outro autossomo da mãe for idêntica a do menino, o homem poderia ser o pai. A seqüência de DNA do cromossomo X traz alguma informação em relação à paternidade nesse caso? Não, pois o cromossomo X do menino foi herdado da mãe. Enfim, para confirmar a paternidade nesse caso seria necessário mais informações sobre outros segmentos de DNA de autossomos do trio (pai, mãe e filho). Assim, a alternativa correta é “c”.

Questão 8: e;

Questão 9: e;

Questão 10: c.

Respostas das questões do Provão Questão 1: c;

Qquestão 2: b;

Questão 3: b.

Resposta da questão da Unesp Questão 1: d.

Resposta das questões do Enem Questão 1: b;

Questão 2: b;

Questão 3: c.

Resposta da questão do Fatec Questão 1: b.

Anotações

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