Bio CAA 2a vol3 - edisciplinas.usp.br

Caro(a) aluno(a),

No volume anterior, o Caderno do Aluno abordou o tema da herança biológica, explorando a variabilidade genética e a hereditariedade.

Agora, com este volume 3, você terá oportunidade de relacionar e aprofundar essa temática em Situações de Aprendizagem que abordam os seguintes conteúdos:

•estruturaquímicadoDNA;

•modelodeduplicaçãodoDNA:ahistóriadadescobertadomodelo;

•RNA:atraduçãodamensagem;

•códigogenéticoefabricaçãodeproteínas.

Suasaulassetornarãoaindamaisdinâmicassevocêeseuscolegascontribuíremcomsuasexperiênciasdevidaecooperaremnarealizaçãodasatividadespropostas. Nas aulas, seu professor irá orientar, mediar e incrementar os debates e as pesquisas sobreessesassuntos,apoiando-onaconstruçãodeargumentosparadiscutirosavanços,riscosebenefíciosdaCiênciaedaTecnologiaemrelaçãoaosconteúdos tratados neste volume.

Os conceitos e conhecimentos científicos explorados nos conteúdos desteCaderno têm o propósito de aprimorar suas competências e habilidades, permitindosuaformaçãocomoalunoatento,atualizado,beminformado,articulado,participativoecrítico.

Este Caderno é um convite para que você mergulhe no universo das ciências e entenda o verdadeiro sentido da vida. Bons estudos.

EquipeTécnicadeBiologiaÁrea de Ciências da Natureza

Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas – CENPSecretariadaEducaçãodoEstadodeSãoPaulo

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Biologia 2ª série Volume 3

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TEMA:

DODNAÀPROTEíNA:OSfuNDAMENTOSDAviDA

Acompreensãoatualsobreofuncionamentodosseresvivosbaseia-seemalgunsfundamentos,sendoqueumdelesestabelecequeasproteínas,macromoléculasdeaminoácidos,sãoresponsáveispor muitas das atividades das células e dos organismos.

!?

SiTuAçãODEAPRENDizAgEM1 AESTRuTuRADODNA

você,provavelmente,jáconheceasiglaDNA.Sejaporquejáouviufalardelanaescola,sejaporqueleualgumanotíciaouassistiuaumprogramadetelevisãoquecitavaasigla.NestaSituaçãode Aprendizagem, você vai se familiarizar com esta molécula, com as diferentes formas de representá-laecomsuaorganizaçãomolecular.

Para começo de conversa

• OquevocêconhecesobreoDNA?

Leitura e Análise de Imagem

Analiseafiguranapáginaseguinteedepoisrespondaàsquestões.

1.ComoaimagemdoDNAfoicompostanacapadarevista?

2.Nasuaopinião,oquesignificaestaimagemnacapadeumarevistaquetratasobreosequenciamentodogenomahumano?

3.QuaiscaracterísticasdamoléculadeDNApodemserobservadasnessaimagem?



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Capa da revista Nature,de15defevereirode2001,anunciandoosequenciamentodogenomahumano.ReprintedbypermissionfromMacmillanPublishersLtd:Nature409,6822(15february2001)Cover.


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5

1.Qualéarelaçãodeparentescoentreaspersonagensdacanção?Justifiquecomelementospresentes no texto.

Quando você nasceu ouvi seu gritoEmbora longe muito longe de vocêMeucoraçãobateutamboraflitoTamboraflitoetontodebater

DetantoserdemaisDetantoseralémDetantobemeeunãoterpazumraioquandocaiNo medo que me fezNãomesentircapazdeserseupai

Anos se passaram pela vida e te criaramNoites de lembrar e de esquecerSonhosquenãoseimeesconderameme

mostraram Esse dia em que eu te encontrei moça e

mulher

E ali em frente a mim você me disseQue a falta que eu nunca te fiz então

se fezEdesabandocomoumedifícioAbria um abismo a nossos pés

vocênosviutãobemNo fundo de ninguémE o que se revelava a sós:Que elo nos valeuQue elo, ela e euE a lua absurda sobre nós

DNA,DNADançasuadançaDançaemespiraisDNA,DNAPonte indecifrável Ondenoslevais?Seja onde for

Onda do marMágicatãofrágil

Ser e nada maisDNA,DNADaniela

©MaiangaEdiçõesMusicais

Leitura e Análise de Texto

Agora você vai ler a letra da música DNA,deJoséMiguelWisnik,pararesponderàsquestões.

DNAJoséMiguelWisnik


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2.Aspersonagensdacançãoapresentamumeloquenãoéaconvivência.Deacordocomacanção,queeloéeste?

3.Localize,notexto,todasassequênciasdasletras“D”,“N”e“A”apresentadasnastrêsúltimasestrofes.Listeaspalavrasqueapresentamastrêsletrassimultaneamente.

4.Comaspalavraslistadasnaquestãoanterior,oautordamúsica,JoséMiguelWisnik,criaumefeitosimilaraumadascaracterísticasdamoléculadeDNA,observávelnacapadarevista.Quecaracterísticaéesta?

Revelando a organização da molécula de DNA

Asubstânciaácidodesoxirribonucleico(ADNouDNA)éumpolímerodenucleotídeos.identifiqueeescrevaosnomesdoscomponentesdeumnucleotídeonailustraçãoaseguir.

Nucleotídeo

Leitura e Análise de Texto e Imagem

O modelo da molécula da vida

Em1953,francisCrickeJamesWatsonpublicaramumartigonarevistaNature no qualsugeriamummodeloparaamoléculadoDNA.Segundoessemodelo,amoléculadeDNAseriaconstituídapordoispolímerosdenucleotídeos organizados em forma de uma duplahélice,comoumaescadaretorcida.Oscorrimãosdessaescadasãoformadosdeaçúcar e fosfato.

A novidade da estrutura proposta, além do formato em duplahélice, estava relacionadaprincipalmenteàmaneiracomooselementosestavamdispostosnoDNA.Deacordocom o modelo, as duas cadeias eram mantidas juntas por quatro bases nitrogenadas, duas

Nucleotídeo de DNA

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Consolidando os conceitos

purinas (adenina e guanina) e duas pirimidinas (timina e citosina), arranjadas aos pares e dispostas perpendicularmente ao eixo da molécula.

Estas bases nitrogenadas estariam unidas aos pares por pontes de hidrogênio. Os pares seriam específicos,pois as pontes de hidrogênio só poderiam ocorrer entre uma purina e uma pirimidina. Assim, a adenina (purina) sópodeseligaràtimina(pirimidina),eaguanina(purina)sóseligaàcitosina(pirimidina).istosignificavaque,se em uma das cadeias a base era uma adenina, o elemento correspondente na outra cadeia deveria ser uma timina. O mesmo ocorreria para o par guanina e citosina.

Observeelocalizenaimagemasestruturasqueestãosublinhadas no texto.

ilustraçãoesquemáticadeumamoléculadeDNA.

MapadeconceitossobreaestruturadoDNA.

Você já viu um mapa de conceitos? É um esquema que explica por meio de texto, imagem e fluxodesetasoqueacontece em um determinado fenômeno.

No mapa de conceitos proposto, estão faltando alguns elementos. Converse com seus colegas e descubra a melhor maneira de completálo.

Cadeia de açúcar e fosfato

Adenina

Timina

guanina

Citosina

© S

amue

l Silv

a

ácidodesoxirribonucleico

polímerodupla-hélice

fosfatos

açúcar

bases nitrogenadas

adenina citosina

guanina

forma par com forma par com

nãoestãoligados(as)com

são

ligamse entre si por meio deestãoligados(as)com

estãoligados(as)com

quesãoformadospor

sãoumtipode

constituído por muitos

que se mantém

ligada por

é formado por uma

é a sigla para o

é um

Desafio!


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LiçãODECASA

utilizeasinformaçõesdomapadeconceitosquevocêcompletoucomaajudadoscolegas,paraconstruirumtextoemseucadernoexplicandooqueéecomoestáorganizadaamoléculadeDNA.

Depoisdeelaborarotexto,respondaàseguintequestão:

• NacapadarevistaNature(página4),asbasesnitrogenadasestãorepresentadasporcoresdiferentes.Qualéosignificadodisto?

vOCÊAPRENDEu?

1.Emumsegmentode100nucleotídeosdeumacadeiadeDNA,há25adeninase15guaninas;nosegmentocorrespondentedacadeiacomplementar,há30adeninas.Combasenestesdados,conclui-sequeessamoléculadeDNA,considerandoasduascadeias,possui:

a) 60timinas. b) 50guaninas. c) 30timinas. d) 25timinas. e) 45citosinas.

2.(Enem–2004)AidentificaçãodaestruturadoDNAfoifundamentalparacompreenderseupapelnacontinuidadedavida.Nadécadade1950,umestudopioneirodeterminouaproporçãodasbasesnitrogenadasquecompõemmoléculasdeDNAdeváriasespécies.

Exemplos de materiais analisados

Bases nitrogenadas

Adenina guanina Citosina Timina

Espermatozoide humano 30,7% 19,3% 18,8% 31,2%

fígadohumano 30,4% 19,5% 19,9% 30,2%

Medulaósseaderato 28,6% 21,4% 21,5% 28,5%

Espermatozoide de ouriçodomar 32,8% 17,7% 18,4% 32,1%

Plântulasdetrigo 27,9% 21,8% 22,7% 27,6%

Bactéria Escherichia coli 26,1% 24,8% 23,9% 25,1%


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A comparaçãodasproporçõespermitiu concluirqueocorre emparelhamento entre asbasesnitrogenadas e que elas formam:

a) pares de mesmo tipo em todas as espécies, evidenciando a universalidade da estrutura do DNA.

b) pares diferentes de acordo com a espécie considerada, o que garante a diversidade da vida. c) paresdiferentesemdiferentescélulasdeumaespécie,comoresultadodadiferenciaçãocelular. d) paresespecíficosapenasnosgametas,poisessascélulassãoresponsáveispelaperpetuaçãodas

espécies. e) paresespecíficossomentenasbactérias,poisessesorganismossãoformadosporumaúnica

célula.

3.ApublicaçãodotrabalhodefrancisCrickeJamesWatsonqueestabeleceuomodelodaestruturadamoléculadeácidodesoxirribonucleico(DNA)ocorreuem1953.Entreasafirmativasabaixo,assinaleaCORRETA:

a) umacadeiasimplesdeDNAéconstituídadenucleotídeos,compostosporumadesoxirribose ligada a um fosfato e a um aminoácido.

b) Osnucleotídeossãoligadosentreofosfatoeabasenitrogenada. c) DuascadeiassimplesdeDNAformamumadupla-hélice,pormeiodaformaçãodeligações

de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. d) As duas cadeias de uma duplahélice possuem a mesma sequência de bases nitrogenadas. e) As ligações de hidrogênio mantêm o fosfato ligado ao açúcar desoxirribose.

4.(Comvest/vestibularunicamp–2005) Em 25 de abril de 1953, um estudo de uma única página na revista inglesa Nature,intitulado“Aestruturamoleculardosácidosnucleicos”,quaseignoradodeinício,revolucionouparasempretodasasciênciasdavida,sejamelasdehomem,rato,plantaoubactéria.JamesWatsonefrancisCrickdescobriramaestruturadoDNA.

a) WatsoneCrickdemonstraramqueaestruturadoDNAseassemelhaaumaescadaretorcida.Expliqueaquecorrespondemos“corrimãos”eos“degraus”dessaescada.

b) QuerelaçãoexisteentreDNA,RNAesínteseproteica?


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Leitura e Análise de Gráfico

OgráficoaseguirdescreveavariaçãodaquantidadedeDNAdeumacélulaaolongodeseu ciclo.

c) Comopodemosdiferenciarduasproteínas?

!?

SiTuAçãODEAPRENDizAgEM2 ADuPLiCAçãODODNA

umadascaracterísticasmaissurpreendentesdamoléculadeDNAésuacapacidadedesereplicarcomoauxíliodaenzimaDNApolimeraseegerarduasmoléculasidênticas.

QuantidadedeDNAaolongo do ciclo celular.

2C

C

g1 S g2 g1Tempo

Mitose

Próf

ase

Met

áfas

e

Anáf

ase

Teló

fase

eC

itoci

nese

Qua

ntid

ade

de D

NA

©L

ieK

obay

ashi

Comoauxíliodeumcolega,analiseográficoerespondaàsquestõesaseguirdescrevendooqueobservou.Considere,nesteexercício,osconteúdostrabalhadosnovolume1sobredivisãocelular.

1.Oqueestáacontecendoduranteamitose?


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2.Noperíodochamadodeintérfase(g1,Seg2),oqueaconteceucomaquantidadedeDNA?

3.Aolongodociclocelular,aquantidadedeDNAporcélulacomeçaeterminacomquevalor?Oqueissosignifica?

A duplicação do DNA

1.Combasenoquevocêeseuscolegasjáconhecem,responda:comoamoléculadeDNAconsegueseduplicar?Ascélulasformadasaotérminodamitosesãoiguaisoudiferentes?

Atividade coletiva: simulando a replicação do DNA

Nestaatividade,seuprofessorvaiorganizá-losdeacordocomasfileirasdaclasse.SigaasinstruçõesparadramatizaraduplicaçãodeumamoléculadeDNA.

Cadaalunodeveescreveremumafolhadepapelabasenitrogenadaquerepresenta.CadafileiradecarteirasseráumacadeiadeDNA.Asfileiras2e3iniciamaatividadedefinindoqualseráa

Duplicação doDNA

Aumento da massa celular

Célula

Núcleo

Divisãocelular

Início do ciclo Mitose

fase S

g1 g2

© S

amue

l Silv

a

Aumento da massa celular

uma vez concluído otrabalho, troqueo com o de outra dupla. verifique se adescrição feita pelos colegasconfere com o que está representado no esquema.

Etapas do ciclo celular.


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sequênciadebasesnitrogenadas:adenina(A),timina(T),citosina(C)ouguanina(g).vocêeseuscolegaspodemdefiniraordem,poréméimportantelembrardacomplementaridadedascadeias.

Terminadaadramatização,escrevaemseucadernoumresumodoqueocorreu.

1.Agora,retomeográficodapágina10ecompareosfenômenosqueocorremnavariaçãodeDNAdeumacélulaaolongodeseuciclodedivisãocelular(mitose)comasetapasdedramatizaçãoqueaclasseacabouderealizar.

2.Completeafiguraaseguir indicandooquerepresentacadacadeiadaimagemdeDNAemrelaçãoàsfileirasqueaclasseformouduranteadramatização.

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

fileirafileira

fileirafileirafileirafileira

fileirafileira

fileirafileira© S

amue

l Silv

a

DuplicaçãodoDNAdeacordocomadramatizaçãorealizada.

fitasoriginais

fitasderivadasdareplicação


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LiçãODECASA

1.ElaboreumtextoemseucadernoexplicandocomoacomplementaridadedasbasesnitrogenadaspermiteaduplicaçãodoDNA.

Atenção!

Neste texto, você deve apresentar:

•adescriçãodaestruturadoDNA;

•acomplementaridadedasbasesnitrogenadas;

•oprocessodeduplicaçãodoDNAduranteociclocelular;

•arelaçãoentreoseventosacimaeaproduçãodeduascélulasidênticas.

PESQuiSAiNDiviDuAL

O que é necessário para que o DNA se duplique?

ConsulteseulivrodidáticoeidentifiqueopapeldaenzimapolimerasedoDNA(emalgunslivros,vocêencontraotermoDNApolimerase)noprocessodeduplicaçãodoDNAeascondiçõespara que ela atue.

OexercícioaseguirrequerquevocêpensenoprocessodereplicaçãocomoalgodinâmicoqueocorrenainteraçãoentreoDNAediversasproteínas.Emprimeirolugar,observeoquadrocomaestimativadonúmerodeparesdebase(emmilhões)doDNAdediferentesespécies.


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Espécie Pares de base do DNA (em milhões)

Jiboia 2100000000

Ser humano 3100000000

gafanhoto 9300000000

Cebola 18000000000

Salamandra 160000000000

Ameba 670000000000

Agora, pense no seguinte problema:

ParaduplicaroDNA,antesdadivisãocelular,aenzimapolimerasedoDNAadicionanovosnucleotídeosaumavelocidadeaproximadade800nucleotídeosporsegundo.QuantosdiasseriamnecessáriosparaumacéluladecadaumadasespécieslistadasduplicaroseuDNA?

Espécie Jiboia Ser humano Gafanhoto Cebola Salamandra Ameba

Dias

ÉpossívelquevocêeseuscolegasdeclassetenhamchegadoaumnúmeroelevadodediasnecessáriosparaaduplicaçãodeumacéluladeDNAdecadaumadasespécies.Sabe-se,noentanto,queotempomédiodeduplicaçãodeumacélulaeucariotaéde12horas.TendoemvistaqueaenzimapolimerasedoDNAapresentaumavelocidadedereaçãoconstanteparatodasasespéciesanalisadas,conversecomseuscolegaseapresenteumahipóteseparaexplicaressaaparentecontradição.


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vOCÊAPRENDEu?

1.Duranteaintérfasedacélula,pode-seafirmarque: a) praticamentenãoháatividademetabólicacelular. b) ocorrem alterações no formato da célula. c) ocorreduplicaçãodacélula. d) ocorreduplicaçãodoDNA. e) adupla-fitadoDNAsesepara.

2.AsequênciadenucleotídeosCTgACCTTCgformaumsegmentodeDNAdupla-héliceaoseligaràfitacomplementar:

a) CTgACCTTCg b) gCTTCCAgTC c) gACTggAAgC d) CTgACCTgCg e) AgCTTCCAgT

3.ParaduplicaroDNAantesdadivisãocelular,existeumaproteína,aenzimaDNApolimerase,cujavelocidadedereaçãoéequivalenteacercade800nucleotídeosporsegundo.Quantosdiasseriamnecessáriosparaumacélulademosca-da-frutaduplicarseuDNA,sabendoquecadacéluladestaespécieapresentacercade180milhõesdeparesdebasedeDNA?

a) 10 b) 5 c) 1 d) 7500 e) 125

4.Algumascélulasnãosemultiplicamaolongodesuavida.Entreelas,podemsercitadososneurônios.Paraestetipocelularespecífico,comoficariaográficoapresentadoaseguir?


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5.(fuvest–2004)Bactérias (Escherichia coli) foram cultivadas durante várias gerações em um meio de cultura no qual toda a fonte de nitrogênio era o isótopo pesado15N.

Deumaamostradestasbactérias (amostraA), extraiu-seoDNAque foi submetidoaumatécnicadecentrifugaçãoquepermitesepararmoléculasdeDNAdeacordocomsuadensidade.O restante das bactérias foi transferido para um meio de cultura em que todo o nitrogênio disponíveleraoisótoponormal14N.Retirou-seumasegundaamostra(amostraB),quandoasbactériascompletaramumadivisãocelularnestenovomeio,eumaterceiraamostra(amostraC),quandoasbactériascompletaramduasdivisõescelulares.ODNAdasbactériasdasamostrasBeCfoitambémextraídoecentrifugado.

AfiguramostraoresultadodacentrifugaçãodoDNAdastrêsamostrasdebactérias.

a) Porque,naamostraB,todooDNAtemumadensidadeintermediáriaentreoqueéconstituídoapenaspor14N e o que contém apenas 15N?

b) Considerandoque,naamostraC,aquantidadedeDNAseparadanafaixainferioréX,quequantidadedeDNAhánafaixasuperior?

APRENDENDOAAPRENDER

Existeumasériederecursos,disponíveisnainternet,querepresentamoprocessodeduplicaçãodoDNAdeformadinâmicaeanimada.Entreemumsite de busca e procure pelos termos:

• replicaçãoDNA;

• DNA replication animation.

DensidadedoDNAapenas com 14N

DensidadedoDNAapenas com 15N

© S

amue

l Silv

a

A B C


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!?

SiTuAçãODEAPRENDizAgEM3 DODNAÀPROTEíNA

NestaSituaçãodeAprendizagem,vocêvairelacionarascaracterísticasdamoléculadeDNAcomasíntesedeRNAsedeproteínasecompreendercomoestestrêstiposdesubstânciasestãoenvolvidoscomamanifestaçãodascaracterísticas.

PESQuiSAiNDiviDuAL

O papel das macromoléculas

Écomumreferir-seàsproteínascomocomponentesimportantesàorganizaçãoeaofuncionamentodacélula.Noentanto,paraodesenvolvimentodestaSituaçãodeAprendizagem,énecessárioteressanoçãomaisclaraeaprofundada.Para isso,pesquiseemseu livrodidáticoena internet,converse com seus colegas e preencha a tabela a seguir:

Dica!

iniciesuapesquisapelossites (acessosem:31mar.2010)

• ODNAvaiàescola.Disponívelem:<http://www.odnavaiaescola.com>.

• DNA from the beggining.Disponívelem:<http://www.dnaftb.org>.Siteemlínguainglesa com várias animações relacionadas ao tema.

Funções das proteínas

Função Descrição Exemplo

Enzimática Atuam no metabolismo catalisando reações químicas.

Pepsina, catalase, ATP sintetase.

Estrutural

Movimento

Defesa

Comunicaçãocelular

identificaçãodascélulas

Transporte


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Características do DNA e do RNA

DNAeRNAsãoácidosnucleicos,poristoapresentamalgumassemelhançasealgumasdiferenças.ParaestabelecercritériosclarosquepermitamcompararDNAeRNA,preenchaatabelaaseguirconsultandoseulivrodidáticoououtrafontedeinformação,comoainternet.

DNA RNA

1.Qualéosignificadodasigla?

2.Onucleotídeodesteácidonucleicoéformadoporqualtipodeaçúcar?

3.Quaissãoasbasesnitrogenadasquepodemformarumnucleotídeodesteácidonucleico?

4. A molécula deste ácido nucleico é formadaporfitasimplesoudupla-fita?

5.Quaispodemserasfunçõesdesempenhadas por moléculas deste ácido nucleico?

6.Emumacélulahumana,ondesãoencontradas as moléculas deste ácido nucleico?

Confiracomseuscolegasopreenchimentodatabela.

O RNA mensageiro

Leianaspáginasseguintesahistóriaemquadrinhos(HQ)Lembranças de um RNA mensageiro ereflitasobreaseguintequestão:

• ComoasinformaçõescontidasnoDNA,quepassamdeumageraçãoparaoutra,podemresultaremumacaracterística?

Antes de iniciar a leitura, anote no espaço a seguir que tipo de informações você espera encontrar no texto.


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arm

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Biologia 2ª série Volume 3©

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Após a leitura do texto, discuta com um colega as questões a seguir:

1.Qualseria,apartirdasinformaçõesdaHQ,ostrêstiposdeRNA?Pesquiseemseulivrodidáticoouemoutrasfontesquaissãosuasrespectivasfunções.

2.Pelotexto,atraduçãodoRNAmensageirocomeçasempreemumamesmasequência.Quesequênciaéessa?

3.EmquelocaldacélulaeucariotaocorreafabricaçãodeRNAmensageiro?

4.EmquelocaldacélulaeucariotaocorreatraduçãodoRNAmensageiro?

5.Deacordocomotexto,quandoéencerradaatraduçãodoRNAmensageiro?

6.Quepalavrapodesubstituiraexpressão“sequênciasdeaminoácidos”?

7.CombasenaHQ,redijaumtextoquedescrevaasínteseproteica.


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Decifrando o código genético

Agora,vocêvaiestudarcommaisprofundidadecomoumainformaçãopresentenoDNApodesetransformaremumacaracterística.Paraisso,discutacomseuscolegasamancheteaseguir,to-mando como base as seguintes questões:

Cientistas mapeiam o código genético da praga da laranja

finalizadoomaiorprojetodepesquisabiológica do País, ogenomaXylella, que pretende acabar com o amarelinho.

1.Oqueéumcódigo?

2.Oquesignificacódigogenético?

3.Oscientistasmapearamqualcódigogenético?

4.Oqueéo“amarelinho”?

5.Oqueéo“genomaXylella”?

6.Oqueégenoma?


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Leitura e Análise de Tabela

OquadroaseguirresumeoqueaCiênciadefinecomocódigogenético.Comoauxíliode seu professor e do livro didático ou de outras fontes de consulta, procure compreender comoocódigogenéticoélido.Emseguida,procurepelosignificadodotermo“códon”eescreva no espaço abaixo.

Códon:

O código genético dos seres vivos

1ª- letra do códon

2ª- letra do códon 3ª- letra do códonU C A G

u

fenilalaninafenilalanina

leucinaleucina

serina serinaserinaserina

tirosinatirosinaparadaparada

cisteínacisteínaparada

triptofano

uCAg

C

leucinaleucinaleucinaleucina

prolinaprolinaprolinaprolina

histidinahistidina

glutaminaglutamina

argininaargininaargininaarginina

uCAg

A

isoleucinaisoleucinaisoleucinametionina

treoninatreoninatreoninatreonina

asparaginaasparagina

lisinalisina

serinaserina

argininaarginina

uCAg

g

valinavalinavalinavalina

alaninaalaninaalaninaalanina

ácido aspárticoácido aspárticoácidoglutâmicoácidoglutâmico

glicinaglicinaglicinaglicina

uCAg


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O código genético dos seres vivosRodrigoventurosoMendesdaSilveira

umanotíciapublicadanoano2000apresentavaoseguintetítulo:“Anunciadadecifraçãodocódigogenéticodaespéciehumana”.Noentanto,ocódigogenéticocomeçouaserdecifradoem1961,quandoMarshallNirenbergproduziuumRNAmensageiroapenascomnucleotídeosuracila.AproteínaformadaporNirenbergeracompostaapenasdeaminoácidosfenilalanina.Antesdotérminodadécadade1960,ocódigogenéticoestavacompletamente decifrado. Para cada trinca de bases nitrogenadas, um aminoácido correspondentejáhaviasidoidentificado,conformemostraoquadrodapágina23.

Elaborado especialmente para o São Paulo faz escola.

1.Depoisdeconversarcomoscolegassobreotítulodareportagemdapágina22edeobservaroquadroqueresumeocódigogenético(página23),escrevacomoanotíciapublicadaem2000podeserinterpretada.Emseguida,reescrevaotítulodareportagemcombasenoquevocêaprendeu.

2.RetomeaHQLembranças de um RNA mensageiro e descubra:

a) Qualatrincadenucleotídeos(códon)queiniciaasíntesedeumaproteína.

b) QuaisostrêsprimeirosaminoácidoscodificadospeloRNAmensageirodahistória.

3.NaHQ,ocódonuAgdesempenhapapelimportantenasíntesedeproteínas.Quepapeléesse?

4.Procurenoquadrodapágina23outroscódonsqueexerçamamesmafunçãodocódonuAg.


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5.Quaiscódonscorrespondemaoaminoácidoargininaequaiscodificamoaminoácidotriptofano?

6.Oquepoderepresentaradiferençaentreaformacomooaminoácidoargininaetriptofanosãocodificados?

7.Oquesignificadizerqueocódigogenéticoéuniversal?

8.Consultandooquadrodapágina23,queresumeocódigogenético,traduzaasequênciadeDNAapresentadaaseguir.

Do DNA à proteína

fitadoDNAasertranscrita TACggAgTAgCTATAATT

RNAmensageiro

Proteína

vOCÊAPRENDEu?

1.umprofessordeBiologia,procurandoexplicardemaneiramaissimplificadaparaseusalunosoprocessodesíntesedeproteínas,utilizouasseguintesanalogias:i–imaginequevocêqueirafazerumbolo.Aprimeiracoisadequevocêvaiprecisarédeuma

receita.Omesmoocorreemrelaçãoàsíntesedeproteínas.ii–Paraproduzirumbolo,alémdareceita,vocêprecisarádeingredientes.Damesmaforma,

acélulaprecisadecertosingredientesparaproduzirproteínas.


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iii–Suponhaquesuamãeguardetodasasreceitasnocomputador,queficanoescritórioouno quarto de estudos. Para utilizar a receita, você terá que imprimila.

iv–Parafazerobolo,vocêsedirigeàcozinhacomareceitaimpressa.Láestão,alémdosingredientes, o forno e os objetos para fazer o bolo. Em uma célula, também há um local onde ocorreasíntesedeproteínas.

Analise as alternativas e assinale aquela que indica uma correspondência verdadeira: a) OcomputadorcomasreceitasseriaoRNAdascélulas. b) O quarto de estudos é o citoplasma da célula e o computador representa os ribossomos. c) Oaluno,aolerareceitaefazerobolonacozinha,representaoprocessodetradução. d) AreceitaimpressacorrespondeaoRNAtransportador. e) O bolo feito corresponde ao gene.

2.(fuvest–1999)Existeumnúmeromuitograndedesubstânciascomfunçõesantibióticas.Essassubstânciasdiferemquantoàmaneirapelaqualinterferemnometabolismocelular.Assim,aTETRACiCLiNAliga-seaosribossomoseimpedealigaçãodoRNAtransportador;aMiTOMiCiNAinibeaaçãodapolimerasedoDNAeaESTREPTOMiCiNAcausaerrosnaleituradoscódonsdoRNAmensageiro.Essasinformaçõespermitemafirmarque:i–ATETRACiCLiNAimpedeatranscriçãoelevaacélulabacterianaàmorteporfaltade

RNAmensageiro.ii–AMiTOMiCiNA,por inibiraduplicaçãodoDNA, impedeamultiplicaçãodacélula

bacteriana.iii–AESTREPTOMiCiNAinterferenatraduçãoelevaacélulabacterianaaproduzirpro

teínasdefeituosas. Dasafirmativasacima, a) apenasiécorreta. b) apenasieiisãocorretas. c) apenasiieiiisãocorretas. d) apenasieiiisãocorretas. e) i,iieiiisãocorretas.

3.Secoletássemosproteínasemumovofóssildecertaespéciededinossauro,seriapossívelreconstituiroDNAdessesanimais?Justifique.

4.(fuvest–2005)Aseguir,estárepresentadaasequênciados13primeirosparesdenucleotídeosdaregiãocodificadoradeumgene.

26


27


---ATgAgTTggCCTg---

---TACTCAACCggAC---

Aprimeiratrincadeparesdebasesnitrogenadasàesquerdacorrespondeaoaminoácidometionina.

AtabelaaseguirmostraalgunscódonsdoRNAmensageiroeosaminoácidoscodificadosporcada um deles.

Códon do RNAm Aminoácido

ACC treonina

Agu serina

Aug metionina

CCu prolina

Cug leucina

gAC ácido aspártico

ggC glicina

uCA serina

ugg triptofano

a) Escreva a sequência de bases nitrogenadasdoRNAmensageiro,transcrito a partir desse segmento de DNA.

b) utilizandoatabeladecódigogenético fornecida, indique a sequência dos três aminoácidos seguintes àmetionina, no polipeptídio codificado por esse gene.

c) Qualseriaasequênciadostrêsprimeirosaminoácidosdeumpolipeptídiocodificadoporumalelomutantedessegene,originadopelaperdadosextopardenucleotídeos(ouseja,adeleçãodopardebasesT=A)?


28


Efeito das mutações

Otermomutaçãoébastantepopulare,normalmente,aspessoasoassociamcomosurgimentodeorganismoscomcaracterísticasaberrantes.EmBiologia,noentanto,mutaçõesgênicassãoalteraçõespermanentesnasequênciadenucleotídeosdoDNA.Estasalteraçõespodemresultaremdiferentessituações,deacordocomoefeitoqueproduzemnaproteínafinal.

Descubraalgumasdessassituaçõesresolvendoasquestões:

1.Esteéotrechodeumgene(fitamolde)fundamentalparatodosnós,ogenedaproteínabeta-hemoglobina.Estaproteínaédeextremaimportâncianotransportedegásoxigênioparaocorpo,esuafunçãodependedesuaestruturaespacial,queporsuavezdependedasequênciade aminoácidos que a compõe.

…CACgTggACTgAggACTCCTCTTC…

Consulte o quadro com o código genético da página 23 para dizer qual é a sequência de aminoácidos correspondente.

2.Suponhaqueocorraaseguintemutação:

… CATgTggACTgAggACTCCTCTTC…

Agoraindiquequalseriaseupossívelefeito.

3.Suponhaagoraaseguintemutação:

…TACgTggACTgAggACTCCTCTTC…

indiqueasconsequênciasemrelaçãoàsequênciainicial.

4. Considere agora as duas mutações a seguir e seus efeitos. a) …CACgTggACTgAggAATCCTCTTC…


29


b) … CAC gTgACTgAggACTCCTCTTC…

5.Paraconcluir,façaumapesquisasobreaanemiafalciformeesuacausagenética.

!?

SiTuAçãODEAPRENDizAgEM4 DODNAÀCARACTERíSTiCA

ApropostaparaestaSituaçãodeAprendizageméreveralgunsconceitosdegenéticarelacionadosàsideiasdeMendelsobreaherançabiológicae,apartirdeles,estabelecerrelaçõescomosconteúdostrabalhadossobreamoléculadeDNAeatraduçãodainformaçãogenética.

Para começo de conversa

vocêselembradotrabalhodeMendelestudadonovolume2?

ParainiciarestaSituaçãodeAprendizagem,seránecessárioretomá-lo.interpreteoesquemae,a seguir, redija um texto mostrando o que você entendeu. Ao concluir seu texto, troqueo com o deumcolegaparaanálise.Aoreceberotextodocolega,verifiqueseosconceitosdomapaforamempregadoscorretamenteparaexplicarotrabalhodeMendelcomaservilhas.

P

F1

F2

253 lisas

sementes lisas

sementes lisas

sementes rugosas

puras

híbridas

sementes lisas

sementes lisas

sementes rugosas

5 474 lisas 1 850 rugosas

R R

R r

R R R r r r

r rX

© S

amue

l Silv

a

EsquemadotrabalhodeMendelcomaservilhas.

P

F1

F2

253 lisas

sementes lisas

sementes lisas

sementes rugosas

puras

híbridas

sementes lisas

sementes lisas

sementes rugosas

5 474 lisas 1 850 rugosas

R R

R r

R R R r r r

r rXErvilhas(fenótipo)

Alelos(genótipos)


30


Mapadeconceitossobregenética.

ORgANiSMOS vivOS

sãoformadospor CÉLuLAS

possuem

sãoasdiferentes formas de um

cada uma delas é um

iNSTRuçõESHEREDiTáRiAS

gENE

seu conjunto no indivíduoéo

eminteração com o ambiente

produz ogENóTiPO fENóTiPO

sãotransmitidas entre as

gerações pelosgAMETAS

formamse por

MEiOSElevaà

segregaçãodos ALELOS

suasegregação é a base da

PRiMEiRALEiDEMENDEL

3:1

pode originar as proporções

seosdeumparsão diferentes, falase

emcondição

se os de um par sãoiguais,fala-se

emcondiçãoHOMOzigóTiCA

HETEROzigóTiCA

nãose expressa na condição

podem serALELO

DOMiNANTE

ALELO RECESSivO


31



ParaintegrarosconceitosdeBiologiaMolecularaosconceitosdegenéticaClássica,seráapresentado como exemplo o trabalho de pesquisadores ingleses. Esses cientistas trabalharam comumadassetecaracterísticasdeervilha(Pisum sativum)estudadasporMendel:atexturada semente, em que o estado liso é dominante sobre o rugoso.

Do genótipo ao fenótipoRodrigoventurosoMendesdaSilveira

Ao pesquisar a causa do fenótipo rugoso, pesquisadores ingleses suspeitaram de que esse fenótipofosseconsequênciadagrandequantidadedeumaçúcarsimples(amidonãoramificado)no cotilédone, o que resultaria no acúmulo de grande quantidade de água. Quando a semente amadurece, ela seca, ou seja, perde água. Como nessa semente há grande acúmulo de água, ela ficamuitovolumosae,aosecar,suapelículaseenruga.Asementelisapossuiaçúcarescommuitasramificações,nãoacumulandoáguae,comoconsequência,nãotemrugosidade.

Essespesquisadoresdescobriramqueoaltoíndicedeaçúcarsimplesnasementerugosasedeveaumdefeitonasíntesedeamido,oqueocorreemrazãodaausênciadeumaenzimaramificadoradoamido(SBE-1,starch-branching enzymeouenzimaramificadoradoamido).Alémdisso,notaramqueascélulasdocotilédonedaservilhasqueacumulamamidonãoramificado,porpressãoosmótica,retêmmaiságua.

Oalelo“R”,quecodificaasementelisa,éumfragmentodeDNAcom3,3milparesdebases.EstealelocodificaaenzimaSBE-1,responsávelpelaproduçãodoamidoramificado.Oalelo“r”,quecodificaasementerugosa,éumfragmentodeDNAcomumainserçãode800paresdebases;portanto,ogenepossui4,1milparesdebases,eaenzimaSBE-1produzidanãoéfuncional.Assim,nãoháproduçãodeamidoramificado,oquelevaaomaioracúmulodeágua;quandoasementeseca,torna-serugosa.

Elaborado especialmente para o São Paulo faz escola.

Apósaleitura,respondaàsquestõesaseguir:

1.Qualéopapeldaenzimanasementelisa?


32


2.Segundootexto,qualarelaçãoentreofatodeumaervilhaserlisaourugosaeaosmose?

3. A seguir, você vai encontrar duas simulações hipotéticas de sequências obtidas na análise do DNAdedoistiposdiferentesdeervilhaspuras(homozigóticas):comsementeslisasecomsementesrugosas.QualasequênciacomplementardoDNAemcadacaso?

Sementes lisas puras apresentam esta sequência:

TACTCTATgAACCTCgTTAAAgTACTAAACACT

Sequência complementar:

Sementes rugosas puras apresentam a seguinte sequência:

TACTCTATgAACCTCgTTAAAgTACTAAATAgAAAAACTTT

Sequência complementar:

4.A seguir, formeoRNAmensageiro,utilizandocomomoldeas sequênciasapresentadasnosquadrosdaquestãoanterior.

5.Parafinalizar,façaatraduçãodasmoléculasdeRNAmensageiroeescrevanoquadroquaissãoasproteínasformadasparacadatipodesemente.Paraisso,consulteoquadroO código genético dos seres vivos apresentado na página 23.


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Tipo de semente Sequência de aminoácidos

lisa

rugosa

6.Considerandoográficoapresentadoaseguir,discutacomseuscolegasdeclasseseasequênciadosaminoácidosdeumaproteínapodeinfluenciarnofuncionamentodela.

0

203040

10

5060

I II III IV V

708090

100

Porcentagemdeamidoramificadonapresençadediferentesproteínas. Dadosfictícios.

a) Procure em seu livro didático as diferenças entre as estruturas primária, secundária e terciária deumaproteína.

•Estruturaprimária:

•Estruturasecundária:


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•Estruturaterciária:

b) Qualdas sequênciasdeDNAcorrespondeaoalelo“r”, responsávelpelocaráter sementerugosa?

c) QualdassequênciasdeDNAcorrespondeaoalelo“R”,responsávelpelocarátersementelisa?

7.Considere,agora,umaplantadeervilhaheterozigotaparaacaracterísticatexturadaervilha.Quaistiposdealeloselapossui?

8.umaervilhaheterozigota(Rr)apresentaomesmofenótipodeumaervilhahomozigotadominante(RR),ambassão lisas.Estesdois tiposdeervilhasão idênticosdopontodevistamolecular?Comente.

9.Seaervilhaapresenta50%deproteínasdotipoi,elatemqualfenótipo?

Integrando conceitos

AsideiasdeMendelforamopontodepartidaparaacompreensãoatualdecomoascaracterísticasbiológicassãoherdadasesemanifestam.Acontece,entretanto,que,emseutempo,Mendelnãotinhaacessoaumasériedeinformaçõesconhecidashoje.Assim,seforfeitoumparaleloentreasideiasdele,quedatamde1866,eoquesesabeagora,pode-seconstruiroquadroaseguir:


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Mendel, em 1866, deduziu que: Mendel, hoje, saberia que:

As plantas possuem fatores hereditários. Asplantashíbridas(f1)parasementelisaerugosapossuemosdoisalelos(“R”e“r”),queMendelchamou de fatores.

Osfatoressãotransmitidosdeumageraçãoàoutra.

A meiose explica como os alelos se separam na formaçãodosgametas.

Os fatores podem ser representados por letras: maiúscula(R)paraodominanteeminúscula(r) para o recessivo.

Duranteameiose,oscromossomoshomólogosseseparam.

Asplantashíbridas(f1)possuemosdoisfatores(Rr);sóassimpodemproduzirdoistiposdedescendentes(f2).

OscromossomossãoconstituídosporDNAeproteínas.

Osfatoresnaplantahíbridanãosemisturam. ODNAéformadoporumacadeiaduplade nucleotídeos.

Osfatoresnaplantahíbridadevemsesepararnaformaçãodosgametas,paraquecadagameta possua apenas um dos fatores.

ApartirdoDNA,umamoléculadeRNAésintetizada(RNAmensageiro),codificandoumaproteína.

Obs: é importante ressaltar que nessa época nada se sabia sobre cromossomos e meiose.

Oalelo“R”,quecodificaasementelisa,éumfragmentodeDNAcom3,3milparesdebases,quecodificaaenzimaSBE-1(starch-branching enzyme ou enzimaramificadoradoamido).Oalelo“r”,quecodificaasementerugosa,éumfragmentodeDNAcomumainserçãode800paresdebases,portanto,essealelopossui4,1milparesdebaseseaenzimaSBE-1produzidanãoéfuncional.Assim,nãoháproduçãodeamidoramificado,levando a um maior acúmulo de água e, quando a semente seca, tornase rugosa.

Agora, o professor vai organizar a turma, e você deve articular os conceitos apresentados na tabela na forma de um mapa de conceitos. O objetivo deste mapa é integrar os conceitos de Biologia MolecularedegenéticaClássica.

Paraaconstruçãodomapa,utilizeoconjuntodepalavrasapresentadasnapáginaseguinteeoespaçoembrancodisponível.Casooespaçonãosejasuficiente,façaomapaemseucaderno.Emseguida, trace linhas, orientadas por setas, relacionando os vários conceitos por meio das expressões deligação.Sefornecessário,crienovasexpressõespararelacionarosconceitos.

façacorrelaçõesmúltiplas,demodoqueomapafinalfiquecomoaspectoderede,evitandorelações lineares simples. Para isso, o mesmo conceito pode ser conectado a vários outros. Para ter uma noçãodecomoéummapadeconceitos,retomeoutrosmapasqueforamapresentadosaolongodesteCaderno.Depoisdeconstruirseumapadeconceitos,avalieosmapasdoscolegas,verificandoasdiferençaseindicandopossíveisrelaçõesequivocadas.


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Conceitos I Conceitos II Expressões de ligação

RRRrrrRr

fatoresdominanterecessivo

ervilha lisaervilha rugosa

fenótipogenótipo

heterozigotohomozigoto

DNAseminserçãoDNAcominserção

dupla-hélicedeDNAcromossomo

proteínaSBE-1funcionalproteínaSBE-1nãofuncional

águaalelo gene

amidoramificadoRNAmensageiro

nãoproduzproduz

perde muitaperde pouca

ésão

codificaacumula muitaacumula pouca

fazcomposto de


37


vOCÊAPRENDEu?

1.(fuvest–2003)Qualdasalternativasserefereaumcromossomo? a) umconjuntodemoléculasdeDNAcomtodasasinformaçõesgenéticasdaespécie. b) umaúnicamoléculadeDNAcominformaçãogenéticaparaalgumasproteínas. c) umsegmentodemoléculadeDNAcominformaçãoparaumacadeiapolipeptídica. d) umaúnicamoléculadeRNAcominformaçãoparaumacadeiapolipeptídica. e) umasequênciadetrêsbasesnitrogenadasdoRNAmensageirocorrespondenteaumami

noácidonacadeiapolipeptídica.

2.(fuvest–2002)Em seu trabalho com ervilhas, publicado em1866,Mendel representouosfatores hereditários, determinantes dos estados amarelo e verde do caráter cor da semente, pelas letras A e a, respectivamente. O conhecimento atual a respeito da natureza do material hereditário permite dizer que a letra AusadaporMendelsimboliza:

a) umsegmentodeDNAcominformaçãoparaumacadeiapolipeptídica. b) umsegmentodeDNAcominformaçãoparaumRNAribossômico. c) umaminoácidoemumaproteína. d) umatrincadebasesdoRNAmensageiro. e) umatrincadebasesdoRNAtransportador.

3.(fuvest–2001)Oanúnciodosequenciamentodogenomahumano,em21dejunhode2000,significaqueoscientistasdeterminaram:

a) asequênciadenucleotídeosdoscromossomoshumanos. b) todosostiposdeproteínacodificadospelosgeneshumanos. c) asequênciadeaminoácidosdoDNAhumano. d) asequênciadeaminoácidosdetodasasproteínashumanas. e) o número correto de cromossomos da espécie humana.

4. (Comvest/vestibularunicamp–1998)Ometabolismo celular é controlado por uma série dereaçõesemqueestãoenvolvidasinúmerasproteínas.umamutaçãogênicapodedeterminaraalteraçãoouaausênciadealgumasdessasproteínas,levandoamudançasnociclodevidadacélula.

a) Expliquearelaçãoqueexisteentregeneeproteína.



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b) Porquepodemocorreralteraçõesnasproteínasquandoogenesofremutação?

c) Emquesituaçãoumamutaçãonãoalteraamoléculaproteica?

5.(fuvest–1996)umadoençagenéticadeherançadominanteécausadapormutaçõesemumgenelocalizadoemumautossomo.OsindivíduosA, B e C têm mutações em um segmento de DNAdessegene,cujasequêncianormalestárepresentadaaseguir:

Sequência normal

CAAAACTgAggAATgCATTTC(m)

gTTTTgACTCCTTACgTAAAg

Indivíduo A

CAAAACTgAggAATTCATTTC(m)

gTTTTgACTCCTTAAgTAAAg

Indivíduo B

CATAACTgAggAATgCATTTC(m)

gTATTgACTCCTTACgTAAAg

Indivíduo C

CAATACTgAggAATgCATTTC(m)

gTTATgACTCCTTACgTAAAg

Códon Aminoácido Códon Aminoácido

AAA lisina CuA leucina

AAC asparagina gAu ácido glutâmico

AAg lisina gCC alanina

ACu treonina guA valina

Agu serina guu valina

Aug metionina uAA de parada

CAA glutamina uAC tirosina

CAu histidina ugA de parada

CCu prolina uug leucina

usandoatabelaquerelacionaalgunscódonsaosrespectivosaminoácidoseconsiderandoqueafitamoldeasertranscritaéaquelaassinaladacomaletram,responda:


39


a) Quaisserãoossegmentosdeproteínasproduzidos,respectivamente,pelosindivíduosA, B e C?

b) Comoseráofenótipo(normalouafetado)dosindivíduosA, B e C?Porquê?

Leitura e Análise de Esquema

Genótipo e fenótipoOesquemaaseguirrepresentaumasimplificaçãodarelaçãoentregenótipoefenótipo.

Com base nele e em outras informações trabalhadas ao longo deste ano, escreva um textonocadernocomotítulo:Do DNA à característica.

transcrição transcrição

replicação

Característicabiológica

DNA RNA Proteínas


40


PARASABERMAiS

Livros

•PEREiRA,Lygia daveiga.Sequenciaram o genoma humano... e agora? SãoPaulo:Moderna,2001.AautoraexplicaasbasesdosequenciamentodeDNAediscuteosimpactos desse conhecimento.

•STRATHERN,Paul;CRiCK,Watson.O DNA em 90 minutos.RiodeJaneiro:Jorgezahar,2001.OlivrocontaahistóriadotrabalhodeWatsoneCrickeexplicaaestruturadoDNA.

Sites (Acessosem:20abr.2010.)

•genéticanaEscola,acesse:<http://www.sbg.org.br>.Osite apresenta atividades relacionadasaosconteúdosdegenéticaeBiologiaMolecular.

•ODNAvaiàescola,acesse:<http://www.odnavaiaescola.com/origami.pdf>,Nestesite temumaatividadeparamontarummodelodeDNAusandoatécnicadoorigami.Sigaas instruções e veja como a estrutura dessa molécula é bem interessante.

• ProjetogenomaHumano,acesse:<http://www.odnavaiaescola.com/download/filme_Projeto_genoma_Humano.wmv>.Neste endereço, está disponível um vídeo queabordaconteúdosdeBiologiaMolecular.


Documents

Bio CAA 2a vol3 - edisciplinas.usp.br