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Módulo 1Biologia

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 – CENPCoordenadora: Arlete Scotto

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Reitor: Adolpho José MelfiPró-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 PimentaDiretora Administrativa: Anna Maria Pessoa de Carvalho

Diretora Financeira: Maria do Rosário Silveira PortoCoordenadora do Programa Construindo Sempre: Myriam Krasilchick

Vice-coordenadora do Programa Construindo Sempre: Marieta Lúcia Machado Nicolau

Coordenadores de ÁreaBiologia: Silvia Luzia Frateschi Trivelato

Física: Luiz Carlos GomesGeografia: Sonia Maria Vanzella Castellar

História: Katia Maria AbudMatemática: Cristina Cerri

Português: Maria Lúcia Victório de Oliveira AndradeQuímica: Maria Eunice Ribeiro Marcondes

FUNDAÇÃO CARLOS ALBERTO VANZOLINI

Diretor Presidente: Marcelo Schneck de Paula PessoaDiretor Vice-presidente: Gregório Bouer

Gestão da OperaçãoCoordenador Geral: Guilherme Ary Plonski

Coordenadora Executiva: Beatriz Leonel ScavazzaCoordenadora Executiva Adjunta: Ângela Sprenger

Gerente do Projeto: Luís Márcio BarbosaGerente de Logística: Amaury Moreno / PRODESP

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O Programa Construindo Sempre – Aperfeiçoamento de Professores PEB II é uma ini-ciativa que combina a prática estabelecida na Secretaria de Estado da Educação deformação em serviço de seus professores com o apoio das melhores universidades pau-listas e a experiência inovadora de utilização, nesse tipo de capacitação, de diferentesmídias interativas.

Neste Programa, a USP propõe o atendimento de cerca de 2400 professores, quelecionam as disciplinas Língua Portuguesa, Matemática, Geografia, História e Ciências(Biologia, Química e Física), utilizando-se da infra-estrutura que a Secretaria já estabele-ceu para outro Programa, o de “Formação de Professores de 1ª a 4ª séries do EnsinoFundamental em nível universitário”, em fase final de realização e positivamente avalia-do a partir de diferentes perspectivas.

Acompanhado e avaliado, este Programa poderá constituir-se numa sistemática decapacitação contínua dos professores do sistema público estadual, compartilhada entre aUSP e a SEE, na busca do aprimoramento crescente do ensino oferecido aos alunos daescola básica, aspiração comum a essas duas instituições educacionais.

Para todos, parabéns pela disposição ao estudo e bom proveito!

Arlete Scotto

Coordenadora da CENP/SEE-SP – Coordenadoria de Estudos eNormas Pedagógicas – Secretaria de Estado da Educação de São Paulo

CCaro professor,

A Universidade de São Paulo sente-se honrada em tê-lo como participante de umtrabalho conjunto, envolvendo o PEC - Programa de Educação Continuada, da Secreta-ria de Estado da Educação, e o Programa Conhecimento e Ação Social, da Universidadede São Paulo. O projeto resultante da confluência desses dois programas recebeu o nomede Construindo Sempre – Aperfeiçoamento de Professores PEB II.

A participação da USP no projeto é a mostra de seu compromisso com a formaçãocontínua dos diferentes profissionais, em particular, dos professores da educação básica.Partindo do entendimento de que “a docência não se realiza num quadro abstrato derelações individualizadas de ensino e aprendizagem, mas dentro de um complexo con-texto social e institucional” (Projeto de Formação de Professores na USP – 2001), oprojeto enfocará o ensino de conteúdos escolares específicos e o seu papel nos objetivosde formação dos educandos.

O propósito é retomar os conhecimentos que você adquiriu em sua formação eimprimir uma reflexão relativa às maneiras mais produtivas para enfrentar os desafiospresentes na escola básica pública, especialmente os decorrentes da complexidade dasociedade brasileira contemporânea.

Certamente, um desses desafios refere-se ao fato de que no Estado de São Paulo oexpressivo aumento de alunos no segundo ciclo do Ensino Fundamental e no EnsinoMédio – dado histórico da maior importância – trouxe para dentro da escola toda a gamade diferenciação existente na sociedade. Tal diferenciação, necessária ela mesma ser bementendida, indica o valor da rediscussão do projeto pedagógico de sua escola e da progra-mação curricular definida, especialmente a priorização dos tópicos de ensino e das meto-dologias mais adequadas para serem abordados e compreendidos pelo alunado.

Com a convicção de que o atual projeto será proveitoso tanto para você, professorda rede de Ensino Básico estadual, quanto para os professores da USP, nosso desejo é quea experiência que se inicia fortaleça os vínculos entre as duas instituições.

Sonia Teresinha de Sousa PeninPró-reitora de Graduação da Universidade de São Paulo

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Este material de apoio do Programa Construindo Sempre – Aper-feiçoamento de Professores PEB II abrange o Módulo 1, que será desen-volvido durante três semanas.

Nele, você encontrará a Apresentação da Área curricular e a Apre-sentação do Módulo com os temas que serão estudados por meio deatividades presenciais e virtuais.

Em cada semana haverá uma Videoconferência. O material trazuma síntese do tema e uma relação de tópicos a serem tratados peloprofessor videoconferencista.

A seguir, são apresentados os textos básicos e uma série de ativi-dades que constituem o seu Trabalho Monitorado em sala de aula, noqual você receberá assistência do professor tutor.

Na seção Trabalhando em Sala de Aula, os autores indicam pro-postas para você desenvolver com seus alunos.

No final, você encontrará Referências Adicionais com indicações,comentadas ou não, de sites, livros, teses e filmes relacionados com ostemas tratados no Módulo.

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Antes de compor o programa de Biologia, procuramos identificar os assuntos nosquais os alunos sentiam maior dificuldade. Nessa busca, nos baseamos nas questões que semostraram mais difíceis em exames de avaliação e vestibulares, valendo-nos também de resul-tados de trabalhos de pesquisa em ensino de Biologia.

Nosso propósito é abordar alguns assuntos, adotando enfoques conceituais e metodoló-gicos que permitam, de um lado, o aprofundamento e a reflexão sobre aspectos pouco enfati-zados nos livros didáticos e, de outro, o encaminhamento pedagógico do assunto junto aosalunos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio. Os tópicos serão apresentados aos partici-pantes no sentido de vincular as experiências vividas e os conhecimentos adquiridos na escolapelos alunos aos problemas e às decisões que enfrentam no cotidiano.

Compartilhar o patrimônio científico de seu tempo e de sua cultura dará aos alunos aces-so à cidadania.

O primeiro Módulo trata de temas relacionados à Genética. Percebemos que há muitadificuldade em relacionar os mecanismos de herança e a segregação de alelos aos processoscelulares que resultam na separação de cromossomos. Esse problema é enfrentado a partir deum ângulo histórico, recuperando os trabalhos de Mendel e, paralelamente, ajustando-os aosconhecimentos atuais. São desenvolvidas atividades apoiadas em modelos concretos para sub-sidiar a aprendizagem dos conceitos envolvidos.

No segundo Módulo, abordamos processos celulares envolvidos na transformação e naobtenção de energia pelos seres vivos. A fotossíntese e a respiração são estudadas priorizandoo significado biológico e a compreensão dos processos bioquímicos. No ciclo de materiais,estudam-se as relações entre os seres vivos que realizam esses processos e o ambiente, buscan-do a compreensão da complexidade que une os eventos celulares e as questões ambientais.Várias atividades práticas são sugeridas como possíveis encaminhamentos metodológicos parao ensino desses temas.

O último Módulo é dedicado ao conhecimento de diferentes biomas, e nele são explora-das sua caracterização e as relações entre os seres vivos e o ambiente. O papel da experiênciahumana e de cada indivíduo é enfatizado tanto na possibilidade de degradação do ambiente,como em sua responsabilidade e potencial para a manutenção do equilíbrio da biosfera e dadiversidade.

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Os conhecimentos relacionados à Genética e aos mecanismos de herança são es-senciais para que os alunos compreendam que cada ser vivo é produto da interação de seusgenes com o ambiente.

Os conceitos vinculados a esse tema constituem fundamentos para a compreensão doprocesso evolutivo, especialmente no que se refere aos mecanismos geradores de variabilida-de. No mundo todo, as pesquisas educacionais têm demonstrado que há muita dificuldade ematribuir significado biológico aos algoritmos que resolvem os clássicos problemas de Genéti-ca; além disso, confirmam que parte dessa dificuldade reside no enfoque desvinculado dosprocessos de divisão celular e da segregação de alelos.

Neste Módulo, procuramos valorizar alguns aspectos que, em nossa opinião, podem con-tribuir para minimizar os problemas de aprendizagem relacionados à Genética. De um lado,buscamos um tratamento histórico que permita ao aluno perceber o contexto conceitual noqual foram produzidos os trabalhos de Mendel. De outro, explicitamos relações entre os fato-res mendelianos e a Biologia Molecular, atualizando o enfoque inicial. Outro aspecto relevan-te é a estreita relação que procuramos estabelecer entre os processos celulares, cromossômicose genéticos, na tentativa de recuperar o significado de fenômeno biológico das fórmulas deresolução de problemas.

Para que os alunos possam analisar problemas pessoais, sociais e políticas públicas relati-vas a temas como clonagem, terapia gênica, organismos geneticamente modificados, técnicasbiomédicas e tantos outros, é fundamental que se apropriem de conhecimentos da área, comoparte do processo de alfabetização científica.

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Mendel e o procedimento científico

O ano de 1900 marca o início da Genética Moderna. A área de cruzamento animal evegetal tinha passado por um período longo e pouco interessante de “ciência normal”, masuma notável mudança de paradigma estava prestes a acontecer e a fazer com que a Genética setornasse uma ciência com ampla capacidade de explicar fatos e de fazer previsões. O novoparadigma surgiu com a descoberta de um trabalho sobre hibridação de plantas, baseado emconferências que Gregor Mendel proferiu na Sociedade de História Natural de Brno, em1866.

Quem foi Mendel: um cientista amador ou um competente pesquisador à frente de seu tempo?

O que Mendel precisou saber sobre Biologia para realizar seu célebre trabalho com ervilhas?

Por que a comunidade científica passou 35 anos sem conhecer o trabalho de Mendel?Estaria ele fora do paradigma vigente na época?

Por que o mendelismo é considerado uma das maiores inspirações na história da ciência?

Afinal, o que há de científico no trabalho de Mendel?

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O trabalho de Mendel: desvendandoo procedimento científico

Cristina Yumi Miyaki José Mariano Amabis

Lyria MoriRodrigo Venturoso Mendes da Silveira

A Genética teve início no ano de 1900, quando um trabalho publicado em1866, pelo monge agostiniano Gregor Mendel, tornou-se conhecido pela comu-nidade científica. Nesse trabalho, Mendel propunha explicações para a herançade algumas características da ervilha Pisum sativum, explicações essas que ficaramconhecidas, mais tarde, como leis de Mendel.

Após completar seus estudos no mosteiro de Brno (atual República Tcheca),Mendel foi para Viena, onde freqüentou cursos de Física e se submeteu a examesnecessários à obtenção do título de professor. Acredita-se que, ali, Mendel tenhase inteirado das discussões sobre evolução biológica, tema que, no início da déca-da de 1850, já despertava a atenção dos biólogos e que atingiria seu ponto alto em1859, com a publicação do livro A origem das espécies, do inglês Charles Darwin.O monge cientista entusiasmou-se com a questão da evolução e percebeu que,para compreender esse fenômeno, seria necessário conhecer os fundamentos daherança biológica.

De volta a Brno, Mendel passou a se dedicar à problemática da hereditarie-dade: leu os principais trabalhos sobre o assunto e decidiu utilizar a ervilha comomaterial experimental, como haviam feito alguns de seus antecessores. A ervilhaera favorável aos experimentos de hibridação por diversas razões:

era uma planta de fácil cultivo; tinha ciclo de vida relativamente curto; apresentava variedades com caraterísticas contrastantes;

José Mariano Amabis éprofessor doutor do Institutode Biociências da USP, ondeleciona Genética e BiologiaMolecular, coordenador deatividades educacionais doCentro de Estudos doGenoma Humano (CEPIDFAPESP/USP) e pesquisadorna área de Ensino emGenética e BiologiaMolecular. Escreveu várioslivros didáticos para o EnsinoMédio.

Cristina Yumi Miyaki éprofessora doutora doInstituto de Biociências daUSP, onde leciona BiologiaMolecular, e pesquisadora naárea de Genética e Evoluçãode Aves.

Lyria Mori é professora doInstituto de Biociências daUSP, no qual é pesquisadorana área de Genética eEvolução de Drosófilas.

Rodrigo Venturoso Mendesda Silveira é biólogo e pós-graduando do Instituto deBiociências da USP epesquisador na área deEnsino de Genética e BiologiaMolecular.

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os descendentes de cruzamentos entre as variedades eram férteis; reproduzia-se normalmente por autofecundação; a estrutura de sua flor facilitava a realização de fertilização cruzada.

Gregor Mendel

As características estudadas por Mendel

Mendel reuniu 34 variedades de ervilhas que diferiam entre si quanto a diversas caracte-rísticas: havia variedades altas, baixas, produtoras de sementes lisas, produtoras de sementesrugosas, produtoras de sementes amarelas, produtoras de sementes verdes etc. Ele cultivouexemplares de cada uma dessas variedades, verificando que muitas mantinham suas caracterís-ticas particulares invariáveis de uma geração para outra, ou seja, essas características eramhereditárias. Plantas com sementes lisas, por exemplo, sempre originavam descendentes pro-dutores de sementes lisas, e plantas com sementes rugosas sempre originavam descendentesprodutores de sementes rugosas.

Flor de ervilha, com destaque para a coleta de pólen e polinização cruzada.

Figura 1

Mendel chamou essas plantas, cujas características não variavam ao longodas gerações, de puras (atualmente elas são chamadas de homozigóticas).

O cientista realizou, ainda, cruzamentos entre plantas puras com estados con-trastantes de uma mesma característica: cruzou plantas puras de sementes lisas complantas puras de sementes rugosas. Mendel desejava verificar como eram herdadosos dois estados contrastantes da descendência pelas plantas que ele chamava dehíbridas (hoje denominadas heterozigóticas).

Em seu trabalho, Mendel utilizou sete variedades, cada qual com dois estadoscontrastantes.

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Tabela 1. Variedades de ervilhas utilizadas por Mendel em seus experimentos

Textura da semente: por que algumas sementes são lisas e outras, rugosas?O conhecimento acumulado ao longo do século XX permitiu-nos compreender por que as sementesde ervilhas podem ser lisas ou rugosas. As sementes de ervilhas são lisas quando parte substancial daglicose contida nos cotilédones é transformada em moléculas de amido grandes e ramificadas. Assementes rugosas não conseguem produzir esse tipo de amido e, em lugar dele, acumulam sacarose.Assim, as células dos cotilédones dessas sementes têm pressão osmótica maior e, conseqüentemen-te, acumulam grande quantidade de água ao longo do desenvolvimento da semente. Com o amadu-recimento, os cotilédones das sementes rugosas perdem o excesso de água e encolhem, o que provocao enrugamento da casca. As sementes lisas têm pressão osmótica menor, pois o amido, diferentemen-te da sacarose, é insolúvel; por isso elas não acumulam tanta água quanto as rugosas. Quando assementes lisas amadurecem, seus cotilédones mantêm-se praticamente inalterados em tamanho e,por isso, a casca não enruga.

*Atualmente, denominamos os estados das características de fenótipos.

Características

Esta

dos*

TEXTURA COR DA SEMENTE REVESTIMENTO TEXTURA DA VAGEM COR DA VAGEM POSIÇÃO DA FLOR COMPRIMENTO

DA SEMENTE DA SEMENTE DO CAULE

Rugosa Verde

Lisa Amarela

Branco

Colorido

Enrugada

Inflada

Amarela

Verde

Apical

Axilar

Curto

Longo

Comprimento do caule: por que algumas plantas são altas e outras, baixas?Em 1997, dois grupos de pesquisadores relacionaram a altura das plantas de ervilhas a um gene deno-minado Le. A versão normal (alelo selvagem) desse gene é responsável pela produção de uma proteínaenzimática (ver a atividade Teatralizando a síntese de proteínas, p. 46), que participa da síntese dagiberelina, o hormônio vegetal responsável pelo crescimento das plantas. Existe uma versão alterada(alelo mutante) desse gene que codifica uma proteína defeituosa, incapaz de produzir o hormônio. Asplantas altas possuem pelo menos um alelo normal do gene Le e, por isso, produzem giberelina, tendocrescimento normal. As plantas baixas possuem apenas versões mutantes do gene Le e são incapazesde fabricar giberelina, ficando, por isso, anãs.

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Mendel cruzou plantas puras produtoras de sementes lisas com plantas puras produto-ras de sementes rugosas, plantas puras altas com plantas puras baixas, e assim por diante,chamando essas plantas de geração parental (P). Esses cruzamentos foram denominadoscruzamentos monoíbridos, pelo fato de cada um deles envolver apenas uma característicacom estados contrastantes.

As plantas híbridas (heterozigóticas) resultantes desses cruzamentos monoíbridos eramsempre idênticas a um dos tipos parentais; o estado da característica do outro genitordesaparecia completamente nas plantas dessa primeira geração de híbridos, que hoje cha-mamos de geração F1 (abreviatura para first filial generation). Por exemplo, todas as plantasF1 resultantes do cruzamento entre plantas altas e plantas baixas eram tão altas quanto umdos genitores.

A autofecundação das plantas F1 produziu a segunda geração de híbridos, que atual-mente chamamos de F2. Nessa geração, o estado da característica que havia desaparecido nageração F1 reapareceu. Assim, parte das plantas F2 possuía a característica de uma das plantasparentais e parte, a característica da outra planta parental. Mendel descreveu essa situaçãonos seguintes termos:

“Neste trabalho, daqui por diante, aqueles estados de uma característica que são transmitidosintactos [...] na hibridação e que constituem, portanto, as características dos híbridos serão cha-mados de dominantes, e aqueles que no processo permanecem latentes no híbrido serão deno-minados recessivos. A expressão recessivo foi escolhida porque os estados assim designados re-traem-se ou desaparecem completamente no híbrido, mas reaparecem sem mudanças na suadescendência [...]”.

A proporção 3:1

Ao analisar a geração F2, Mendel fez uma coisa simples e extraordinária: contou o núme-ro de indivíduos com cada estado da característica e expressou os resultados na forma de umaproporção. Verificou, então, que a relação entre as quantidades de plantas F2 com fenótipo

TIPOS DE CRUZAMENTOS GERAÇÃO F1 AUTOFECUNDAÇÃO GERAÇÃO F2 RAZÃO ENTREENTRE PLANTAS PURAS DE F1 OS TIPOS F2

Tabela 2. Alguns dos resultados obtidos por Mendel em cruzamentos entre variedades de ervilhas

1. Textura dassementes:lisas x rugosas

2. Comprimentodos caules:longos x curtos

Sementes lisas

Caules longos

Lisas x lisas

Longos x longos

5474 lisas1850 rugosas7324 (total)

787 longos 277 curtos1064 (total)

2,96:1

2,84:1

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dominante e com fenótipo recessivo era sempre a mesma, independentemente da característi-ca considerada: 3/4, ou 75%, das plantas F2 apresentavam fenótipo dominante, e 1/4, ou 25%,fenótipo recessivo. Em outras palavras, em F2 a proporção entre plantas com fenótipo domi-nante e com fenótipo recessivo era sempre 3:1.

A regularidade das proporções – que independia das características analisadas – levouMendel a pensar que devia existir uma regra básica, ou lei geral, para a hereditariedade. Elepassou, então, a pensar numa explicação, a imaginar um processo que pudesse ser responsávelpela proporção 3:1 obtida nos cruzamentos.

Hipótese para cruzamento monoíbrido

GenesOs fatores de hereditariedade de Mendel, denominados genes, são segmentosdas moléculas de DNA que constituem os cromossomos. Os fatoresdeterminantes dos estados contrastantes de uma mesma característica, cha-mados de alelos, são versões de um mesmo gene, ou seja, pequenas variaçõesde um mesmo segmento de DNA.Por exemplo, o alelo A que condiciona a forma lisa da semente de ervilha éum segmento de DNA, com 3,3 mil pares de nucleotídeos, responsável pelasíntese de uma proteína enzimática chamada SBE-I (do inglês Starch-Branching Enzyme, ou enzima ramificadora do amido), indispensável à sínte-se do amido ramificado nos cotilédones. Esse segmento de DNA está presen-te nas ervilhas rugosas, em uma forma alterada pela inserção de um seg-mento de DNA com 800 pares de bases (a).Esse alelo, ou seja, essa versão alterada do gene, com 4,1 mil pares denucleotídeos, não produz a enzima e, por isso, no caso de a planta só pos-suir esse tipo de alelo, ela se torna rugosa, como explicado anteriormente.Fazendo uma analogia, poderíamos imaginar o gene SBE-I como um livrode receitas: o alelo normal (A) seria a receita correta, enquanto o alelomutante (a) teria algumas páginas a mais, provenientes de um outro livro;não seria possível fabricar o produto final desejado com base nessa receitaalterada.

riamente, possuir dois tipos de fatores, um para cada estado da característica, e ser Aa, deacordo com sua nomenclatura. Essa era a única explicação plausível para o fato de essasplantas produzirem dois tipos de descendentes.

Outra conclusão importante foi a de que os fatores para os dois estados de uma carac-terística não se misturavam no híbrido, pois a descendência de tais plantas era de um ou de

Para Mendel, as plantaspossuíam entidades (chamadaspor ele de fatores e atualmenteconhecidas como genes), queeram transmitidas de uma gera-ção a outra por meio dos game-tas e determinavam suas carac-terísticas hereditárias. Eleimaginou que uma planta seriaalta ou baixa se recebesse fato-res de uma ou outra caracterís-tica. Mendel representou seushipotéticos fatores por letras,usando a forma maiúscula parao fator determinante do fenóti-po dominante e a minúscula parao fator determinante do fenóti-po recessivo.

Um passo decisivo na cons-trução do modelo de Mendel foisua conclusão de que as plantashíbridas precisariam, necessa-

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outro tipo, nunca de tipos in-termediários.

Finalmente, para explicar aproporção 3:1 na geração F2,Mendel postulou que os dois ti-pos de fatores existentes emuma planta híbrida deveriam seseparar (segregar) na formaçãodos gametas, de modo que cadagameta portasse apenas um ououtro fator.

Podemos representar a hi-pótese de Mendel para o cruza-mento monoíbrido conforme aFigura 2.

Dominante e recessivoRetomando os conceitos de dominância e recessi-vidade propostos por Mendel, podemos dizer quebasta haver uma cópia funcional do alelo A para ter-mos sementes lisas, característica dominante obser-vada em F

1. Em outras palavras, sementes AA e Aa são

fenotipicamente idênticas (lisas), enquanto sementesaa são rugosas.

Figura 2

A pureza dos gametas

Conforme descrito por Mendel, uma planta pura de semente lisa só apresentaria um tipode fator (A) e produziria apenas gametas com esse fator. Da mesma forma, uma planta pura desemente rugosa só teria um tipo de fator (a), produzindo apenas gametas com esse fator. As-sim, do cruzamento dessas duas plantas resultaria apenas um tipo de descendência, portadorade ambos os fatores (Aa). Essas plantas híbridas, no entanto, formariam dois tipos de gametas:50% portando o fator A e 50%, o fator a. Presumindo-se que, na autofecundação dessas plan-tas, óvulos e grãos de pólen se combinassem ao acaso, seriam produzidos três tipos de descen-dentes: 25% ou 1/4 AA, 50% ou 1/2 Aa e 25% ou 1/4 aa, ou seja, uma proporção de1AA:2Aa:1aa. Uma vez que as plantas AA e Aa são indistinguíveis entre si (ambas possuemfenótipo liso), a proporção fenotípica esperada pelo modelo é de 3 lisas para 1 rugosa, confor-me obtido nos experimentos.

O modelo é válido para todos oscruzamentos que envolvem apenas umpar de estados contrastantes de uma ca-racterística, desde que satisfeitas as se-guintes condições:

1. Em cada par de unidades contras-tantes, um membro do par é domi-nante e o outro, recessivo.

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2. As unidades hereditárias dominantes e recessivas, unidas, não modificam uma à outra.

5. As combinações entre os grãos de pólen e os óvulos são totalmente casuais, e a proporçãoda descendência resultante dependerá da proporção das diferentes classes de gametas.

O teste da hipótese

Deve-se enfatizar que a concordância entre os dados e o modelo de Mendel não é casual.Apesar de os itens 1 e 2 serem fatos, o 3 e o 4 são totalmente hipotéticos, isto é, foram propos-tos para explicar os dados. Esse é um procedimento científico perfeitamente aceitável e bas-tante utilizado nos dias atuais. Este modelo pode ser considerado uma tentativa de explicação,uma hipótese, que será confirmada ou não por meio de testes das deduções feitas a partir dela.

Era fácil realizar um teste decisivo. A geração F2 do cruzamento representado na Figura 2era composta por três plantas com a característica dominante (lisa) para cada planta recessiva(rugosa). No entanto, se a hipótese fosse verdadeira, as sementes lisas deveriam ser de doistipos e em proporções previsíveis. Assim, para cada semente pura (AA) haveria duas híbridas(Aa). Não era possível distinguir visualmente as sementes AA e Aa, mas, se elas fossem planta-das e ocorresse a autofertilização de suas flores, a descendência daria a resposta.

Nesse caso, as plantas com genótipo AA produziriam apenas sementes lisas, enquanto asplantas com genótipo Aa dariam origem a sementes lisas e rugosas, na proporção de 3:1. Men-del deixou que as plantas F2 se autofecundassem, obtendo o resultado esperado de acordo coma hipótese: 1/3 das plantas autofecundadas produziu apenas sementes lisas, confirmando serpuras, enquanto 2/3 produziram sementes lisas e rugosas, confirmando ser híbridas.

at ivi da d e

a m e i o s e e a h i p ót e s e d e m e n d e l

O objetivo da atividade é facilitar a compreensão de que a segregação dos alelos resulta da sepa-ração meiótica dos cromossomos, processo desconhecido por Mendel.

GametasEsse mecanismo, hoje conhecido, é denominadomeiose. Resumidamente, a meiose consiste de duasdivisões celulares de uma célula diplóide, após umaúnica duplicação dos cromossomos, de modo que seformam quatro gametas, células haplóides com meta-de do número de cromossomos da célula original (vera atividade A meiose e a hipótese de Mendel, abaixo).

3. Em razão de algum mecanismo des-conhecido por Mendel, os dois tipos defatores se segregam; assim, cada game-ta contém apenas um dos tipos (A ou a).

4. Devido, também, a um mecanismodesconhecido, os gametas que contêmA e os que contêm a são produzidos emnúmeros iguais.

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Uma sugestão é que a atividade seja realizada em grupos de três ou quatro pessoas,para tornar mais fácil detectar problemas conceituais, que poderiam passar des-percebidos em uma aula expositiva.

Na atividade, os participantes representarão, com massa de modelar ou fios de lã,um par de cromossomos homólogos, nos quais se localiza um par de alelos nacondição heterozigótica (Aa). Serão simuladas a duplicação dos cromossomos esua separação na meiose.

MATERIAL NECESSÁRIO

massa de modelar de quatro cores diferentes (duas para esta atividade e duaspara a atividade Simulando o comportamento de genes e cromossomos durante ameiose, p. 30)

folha de papel grande ou de cartolina

círculos de cartolina com 0,5 cm de diâmetro

grãos de lentilha ou de feijão

PROCEDIMENTOS GERAIS

Desenhem um círculo grande na cartolina, a fim de representar os limites dacélula que sofrerá divisão. Em seguida, façam dois rolinhos de massa (de coresdiferentes), com 10 cm de comprimento e 0,5 cm de diâmetro, para representaro cromossomo materno e o cromossomo paterno do par de homólogos. Um

Walter Stanborough Sutton(1877-1916), geneticistae médico-cirurgiãoamericano, colaboroupara o desenvolvimentoda teoria cromossômicada herança, a qualconsidera os cromossomosa base física dahereditariedade.

Quando Mendel fezseu trabalho, não seconhecia a meiose. FoiSutton que, estudando aformação deespermatozóides emgafanhotos, em 1902,observou ao microscópioo que acontecia com oscromossomos durante ameiose. Suas observaçõeso levaram a relacionar oscromossomos com osfatores de Mendel e oprocesso da meiose com asegregação de tais fatoresna formação dos gametas,como o cientista haviasuposto.

grão de lentilha (ou de feijão), inseri-do na região mediana de cada um dosrolinhos, representará o centrômerodesse par de cromossomos. Em segui-da, representem os alelos de umgene. Para isso, recortem dois círcu-los de cartolina e neles escrevam asletras A e a, aplicando esses círculosnos bastões de massa.

Atenção: representando alelos de ummesmo gene, os círculos de cartolinadevem ocupar a mesma posição relati-va nos dois bastões de massa que repre-sentam os cromossomos homólogos.

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SIMULAÇÃO DA MEIOSE COM UM PAR DE CROMOSSOMOS

De posse dos modelos do par decromossomos homólogos, (I) re-presentem a duplicação cromos-sômica. Para isso, confeccionemdois novos rolinhos de massaidênticos aos anteriores, unindo-os, pela região do centrômero, aum dos rolinhos preparados an-teriormente. O tipo de alelo donovo rolinho de massa deve seridêntico ao do bastão ao qual eleestiver unido, pois as duascromátides de cada cromossomoresultam da duplicação docromossomo original. Assim, umcromossomo será constituído por duas cromátides portadoras do alelo A e o outro, por duascromátides portadoras do alelo a.

Em seguida, (II) simulem o emparelhamento dos homólogos, colocando os cromossomos lado alado, de modo que os centrômeros e os locos gênicos fiquem emparelhados.

Depois, (III) simulem a separação dos cromossomos homólogos, que ocorre na primeira divisãoda meiose; cada homólogo, com suas duas cromátides unidas, deve ficar em um dos pólos dacélula. Lembrem-se de que, ao final da primeira divisão da meiose, ocorre a formação de duascélulas-filhas, que ingressam imediatamente na segunda divisão.

Então, (IV) representem, na cartolina, os novos contornos das duas células formadas.

Na segunda divisão meiótica, (V) em cada célula, ocorrerá a separação das cromátides-irmãs decada cromossomo. A etapa final do processo meiótico leva à formação de quatro células, duasportadoras do alelo A e duas portadoras do alelo a.

1. Para registrar o que foi feito na atividade, desenhem os eventos representados nos passos I a V.

2. Numerem os eventos a seguir de acordo com a ordem de sua ocorrência.

( ) separação dos cromossomos homólogos

( ) duplicação dos cromossomos

( ) separação das cromátides-irmãs

( ) emparelhamento dos cromossomos homólogos

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rabalhando em sala de aulaTObservando traços humanos hereditários*

Diversas características humanas são herdadas segundo um padrão de herança monogênica. Porexemplo, a capacidade de enrolar a língua na forma de uma letra U é condicionada por umalelo dominante, e pessoas homozigóticas recessivas são incapazes de tal proeza. Outra carac-terística condicionada por um alelo dominante é o lobo solto das orelhas; a pessoa homozigó-tica recessiva tem sempre lobos presos. Outros exemplos de características hereditárias são omodo de cruzar os braços (com o braço direito por cima e o esquerdo por baixo, ou vice-versa) eo modo de cruzar as mãos: algumas pessoas cruzam as mãos com o polegar direito por cima, eoutras fazem o contrário.

Uma atividade interessante é propor aos estudantes que observem algumas dessas ca-racterísticas em seus familiares e em famílias conhecidas e que construam heredogra-mas para cada uma das características observadas, procurando determinar seu padrãode herança.

Deve-se tomar cuidado especial com exemplos de herança genética na espécie humana. Ape-sar de muitos traços de nossa espécie seguirem o padrão de herança monogênica, não é raroaparecerem casos não explicáveis a partir do fenótipo dos pais. Por exemplo, ter cabelos lisosé uma característica recessiva em nossa espécie, mas ocorrem casos de um casal com cabeloslisos ter um filho com cabelos crespos. Uma das explicações para esses casos é o fenômenoda penetrância incompleta dos genes, ou seja, o indivíduo é portador de um determinadoalelo, mas não expressa a característica condicionada por ele. Por exemplo, certas pessoasportadoras de um alelo dominante que condiciona a presença de dedos extras nas mãos enos pés (polidactilia) não apresentam a característica (dedos extras), apesar de transmitiremo alelo aos filhos, que podem manifestá-lo. Esse alelo, além disso, apresenta expressividadevariada, ou seja, apenas determinada parte do corpo do indivíduo apresenta a característica

3. Indiquem, na Figura 2 (p. 18), em que passagens ocorre a meiose.

4. Qual relação podemos estabelecer entre a meiose de uma célula heterozigótica (Aa) e a pro-porção 3:1, obtida por Mendel na geração seguinte?

* In: AMABIS, José Mariano & MARTHO, Gilberto Rodrigues. Conceitos de Biologia: genética, evolução e ecologia. Livro do professor (Guia de apoiodidático). SP: Moderna, 2001.

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condicionada pelo gene. Há pessoas portadoras do alelo para polidactilia que possuem de-dos extras apenas em uma mão ou em um pé. A explicação para a penetrância incompleta epara a expressividade variada é que a expressão de um alelo pode ser influenciada pelo restodo genótipo da pessoa e pelo ambiente.

Para uma pergunta sobre a possibilidade de um casal com olhos azuis ter um filho comolhos castanhos, a melhor resposta é que se trata de um caso raríssimo, mas não impossí-vel. O mesmo se aplica a perguntas sobre a herança de tipos sangüíneos. Outro fator quepode complicar a análise genética é a característica ser determinada por mais de um gene.

24

ideoconferência 2V

Uma releitura dos trabalhos de MendelCom o conhecimento hoje disponível, podemos fazer uma nova leitura dos trabalhos de

Mendel. A descrição da meiose, o comportamento dos cromossomos, a constituição dos genese a compreensão da mutação explicam e confirmam os modelos propostos pelo cientista. Mascomo, tendo as idéias lançadas por Mendel como ponto de partida, conseguimos explicaroutros padrões de herança?

As plantas híbridas possuem os dois alelos (A e a), que Mendel chamou de fatores

Os estudos que descreveram o processo de meiose esclareceram como os alelos se separamna formação dos gametas. Mendel incluiu esse processo em seu modelo, embora não o co-nhecesse

Durante a meiose os cromossomos homólogos se separam. Os cromossomos são constituí-dos por DNA e proteínas. O DNA é formado por uma cadeia dupla de nucleotídeos

A partir do DNA, é sintetizada uma molécula de RNA-mensageiro, que codifica uma pro-teína. O alelo A codifica uma proteína funcional

O alelo a se forma a partir da inserção de um segmento de DNA. A proteína que ele codificanão é funcional

Da meiose resultam células que carregam apenas um dos alelos de cada par. Por autofecun-dação, formam-se zigotos dos tipos:

• homozigotos aa – com fenótipo rugosoAA – com fenótipo liso

• heterozigotos Aa – com fenótipo liso

25

O trabalho de Mendel: ampliando olhares

Dando continuidade aos experimentos com ervilhas, Mendel verificou a herança simultâ-nea de duas ou mais características, cada uma delas com dois estados contrastantes. Em um dosexperimentos, ele cruzou plantas puras (duplo-homozigóticas) que produziam sementes lisas eamarelas com plantas puras (duplo-homozigóticas) que produziam sementes rugosas e verdes.

Considerando o que já havia observado a respeito das características dominantes e reces-sivas, como seriam as sementes produzidas pelas plantas resultantes desses cruzamentos?

A proporção 9:3:3:1

Em confirmação às expectativas de Mendel, as sementes diíbridas (F1) resultantes dessescruzamentos apresentavam os estados dominantes de ambas as características, ou seja, eramlisas e amarelas. Mendel deixou que as plantas F1 se autofecundassem e obteve a segundageração de sementes diíbridas (F2). Mendel contou o número dos diversos tipos de sementesda geração F2 e expressou os resultados na forma de proporção (Tabela 3).

rabalho monitoradoT

Ao observar as sementes produzidas pela geração F2, Mendel concluiu que a herança dacaracterística cor da semente não influenciava a herança da característica textura da semen-te, isto é, essas características eram herdadas como se fossem eventos independentes. Se anali-

CRUZAMENTO CARACTERÍSTICAS AUTOFECUNDAÇÃO CARACTERÍSTICAS RAZÃO ENTREENTRE PLANTAS PURAS DE F1 DE F1 DE F2 OS TIPOS F2

Tabela 3. Resultados obtidos por Mendel nos cruzamentos diíbridos

Lisas e amarelasx

Rugosas e verdesLisas e amarelas

Lisas e amarelasx

Lisas e amarelas

315 lisas e amarelas108 lisas e verdes101 rugosas e amarelas32 rugosas e verdes

556 (total)

9,84

3,37

3,15

1

26

sadas separadamente, as características textura e cor estavam presentes em F2 (Tabela 3) nasmesmas proporções já constatadas, conforme indicado na Tabela 4.

Se as características fossem herdadas de forma independente, seria possível estimar asfreqüências dos diferentes tipos de indivíduos F2 de um cruzamento diíbrido pela multiplica-ção das freqüências obtidas para cada característica tomada individualmente (Tabela 5).

CARACTERÍSTICAS DAS SEMENTES COMBINAÇÃO PROPORÇÃO ESPERADA

Tabela 5. Resultados das combinações de características e suas proporções

CARACTERÍSTICAS PLANTAS F2 RAZÃO ENTRE OS TIPOS F2

Tabela 4. Resultados da análise independente de cada característica em F2 de cruzamentos diíbridos

2,97 amarelas : 1 verde

(3:1 ou 3/4 : 1/4)

315 + 108 = 423 lisas101 + 32 = 133 rugosas556 (total)

3,18 lisas : 1 rugosa

(3:1 ou 3/4 : 1/4)Textura da semente

Cor da semente315 + 101 = 416 amarelas108 + 32 = 140 verdes 556 (total)

Lisas e amarelas 3/4 lisas x 3/4 amarelas 9/16

Lisas e verdes 3/4 lisas x 1/4 verdes 3/16

Rugosas e amarelas 1/4 rugosas x 3/4 amarelas 3/16

Rugosas e verdes 1/4 rugosas x 1/4 verdes 1/16

A proporção obtida experimentalmente – 9,84:3,37:3,15:1 – diferia pouco do que haviasido calculado. Mendel considerou essa proporção um desvio aleatório do teórico esperado de9:3:3:1. Esses resultados levaram Mendel a imaginar a existência de um princípio fundamentalresponsável por esse comportamento padrão.

Hipótese para o cruzamento diíbrido

A hipótese aventada por Mendel (e que se mostrou válida) foi que os fatores para duascaracterísticas segregavam-se independentemente na formação dos gametas das plantas híbri-das. Assim, cada gameta devia receber apenas um fator para cada característica: A ou a, para acor da semente, e B ou b, para sua textura.

Essa hipótese admitia, ainda, que os fatores para duas características se combinavam aoacaso na formação dos gametas. Em uma planta diíbrida, por exemplo, um gameta que tivesserecebido o fator dominante para uma das características (A) poderia receber tanto o fator

27

dominante (B) quanto o recessivo (b) da outra; da mesma forma, um gameta que tivesse rece-bido o fator recessivo para a primeira característica (a) poderia receber tanto o fator dominan-te (B) quanto o recessivo (b) da segunda. Uma planta diíbrida formaria, portanto, quatro tiposde gametas: AB, Ab, aB e ab. O modelo também admitia que essas classes deveriam aparecerem igual freqüência, ou seja, 25% (ou 1/4) cada uma.

No processo de fecundação, cada tipo de pólen se uniria com igual probabilidade a qual-quer tipo de óvulo. Hoje, representamos a hipótese de Mendel para o cruzamento diíbridoconforme a Figura 3.

ADAP

TADO

DE

AMAB

IS E

MAR

THO,

199

4, P

. 51.

Representação atual do modelo de cruzamento diíbrido proposto por Mendel.

Figura 3

28

Esse modelo explica a proporção obtida em F2 de 9/16 sementes lisas amarelas (genótipoA_B_) para 3/16 lisas verdes (genótipo A_bb) para 3/16 rugosas amarelas (genótipo aaB_)para 1/16 rugosas verdes (genótipo aabb).

Cabe salientar que a hipótese originalmente proposta por Mendel seria válida desde quefossem satisfeitas as condições impostas no modelo:

os dois tipos de fatores para cada característica devem apresentar uma relação de domi-nância e recessividade entre si;

os fatores dominantes e recessivos de uma característica, unidos, não devem modificarum ao outro, nem àqueles responsáveis pela outra característica;

os pares de fatores responsáveis por uma característica devem se comportar de modoindependente.

at ivi da d e 1

o t e st e da h i p ót e s e d e m e n d e l pa r a o

m o d e lo d e c r uz am e n to s d i í b r i d o s

O modelo proposto para cruzamentos diíbridos permitiu a Mendel fazer previsões e testá-las.

1. Se sua hipótese fosse correta, como deveriam ser, quanto aos fatores (genótipos), as plantas deF

2 cujas sementes apresentassem as duas características dominantes?

2. Se cada uma dessas plantas fosse autofecundada, que tipos de sementes (quanto à textura e àcor) apareceriam em sua descendência?

3. Ao fazer o teste, Mendel analisou o resultado da autofecundação de 301 plantas F2, tendo obti-

do os resultados mostrados a seguir:

Esses resultados estão de acordo com a previsão de Mendel?

NÚMERO DE PLANTAS TIPOS DE SEMENTES PRODUZIDASAUTOFECUNDADAS

38 apenas sementes lisas e amarelas

65 sementes amarelas e verdes, todas lisas

60 sementes lisas e rugosas, todas amarelas

138 quatro tipos de sementes: lisas e amarelas; lisas e verdes; rugosas e amarelas; rugosas e verdes

29

As conclusões gerais de Mendel

Mendel concluiu que, em ervilhas, a herança seguia regras definidas e propôs um modeloexplicativo para essas regras, concebendo-o como geral e aplicável a outras espécies. Os fun-damentos do modelo são:

A hereditariedade é condicionada por fatores transmitidos, por meio dos gametas, degeração a geração. Para cada característica, pode haver fatores diversos, responsáveis por de-terminar seus diferentes estados.

Os fatores condicionantes dos estados contrastantes de uma mesma característica po-dem apresentar uma relação de dominância/recessividade entre si, e apenas um deles (domi-nante) se manifesta nos híbridos.

Quando duas variedades de plantas são cruzadas entre si, não há mistura dos fatores dahereditariedade (atualmente chamados de alelos) que determinam os estados contrastantes desuas características.

O híbrido (F1) resultante desses cruzamentos é idêntico, em aparência, ao parentalpuro dominante.

3:1

O princípio criado por Mendel é hoje conhecido comoPrimeira Lei de Mendel, Lei da Segregação Indepen-dente ou Lei da Pureza dos Gametas. Ele postula que“os alelos de um gene segregam-se na formação dosgametas”.

9:3:3:1

A segregação independente dos fatores de uma carac-terística em relação a outra ficou conhecida como Se-gunda Lei de Mendel ou Lei da Segregação Indepen-dente, que diz: “os alelos de genes localizados em dife-rentes pares de cromossomos homólogos separam-seindependentemente na formação dos gametas”.

Os dois tipos de fatores hereditários presentesno híbrido (A e a) separam-se na formação dos game-tas e combinam-se aleatoriamente na fertilização, re-sultando em uma proporção fenotípica de 3:1. Essaproporção só pode ocorrer se cada gameta receber ape-nas um tipo de fator de hereditariedade, A ou a.

Cada par de fatores em uma planta diíbrida, comoAaBb, se comporta de maneira diferente em relação aooutro par. Assim, os membros do par Aa segregam-seindependentemente dos membros do par Bb, produzin-do quatro tipos de gametas em freqüências iguais: AB,Ab, aB ou ab. Os gametas assim formados combinam-sealeatoriamente na fertilização, resultando em quatro ti-pos de descendentes na proporção de 9:3:3:1.

As hipóteses mendelianas e suas formulações emum modelo eram tão específicas que as deduções po-diam ser feitas e testadas por meio de observação eexperimentos. Além disso, o modelo tinha um grandepoder de previsão – um objetivo de todas as hipóteses

Leis de MendelOs experimentos de Mendel com cruzamentos de va-riedades de ervilhas e sua notável análise dos resul-tados levaram a importantes conclusões, inicialmen-te válidas somente para ervilhas e posteriormente de-monstradas como princípios universais da Genética.

30

e teorias em ciência. Nenhum campo da Biologia Experimental havia atingido equivalentenível de desenvolvimento em 1865.

A expansão do mendelismo

Nos primeiros anos do século XX, logo após a divulgação dos trabalhos de Mendel, fo-ram descobertos casos de hereditariedade que aparentemente não seguiam os seus princípios.

Alelos letais

Em 1904, Lucien Cuenot (1866-1951), biólogo belga, observou que o cruzamento entrecamundongos de pelagem cinza produzia 100% de descendentes cinza. No entanto, quando ca-mundongos de pelagem amarela eram cruzados entre si, a descendência era sempre constituída por2/3 de camundongos amarelos e 1/3 de camundongos cinza. Cuenot supôs, então, que a proporçãode 2 amarelos para 1 cinza obtida nesses cruzamentos fosse uma variação da proporção 3:1, em queuma das classes homozigóticas não se desenvolvia. Ele imaginou que o alelo condicionante depelagem amarela fosse letal em homozigose. Com isso, teríamos a proporção de 2 heterozigóticosamarelos para 1 homozigótico recessivo cinza. Mas como essa hipótese poderia ser testada?

Segundo a hipótese da letalidade, todo camundongo amarelo seria obrigatoriamente hetero-zigótico e, nesse caso, seu cruzamento com camundongos cinza resultaria em 50% de descenden-tes amarelos e 50% cinza. O resultado esperado foi obtido, o que deu credibilidade à hipótese.Hoje são conhecidos, em diferentes espécies, vários exemplos de alelos letais, ou seja, alelos quematam seus portadores quando estão em homozigose. Existem diversos exemplos de casos especi-ais de herança biológica: há genes nos cromossomos sexuais; casos nos quais o heterozigoto possuium fenótipo distinto dos fenótipos dos homozigotos; genes que não seguem a segregação indepen-dente por estarem ligados; genes que influenciam um único fenótipo etc. Entretanto, todos sãoexplicados por meio das bases da Genética, estabelecidas no trabalho de Gregor Mendel.

at ivi da d e 2

s i mu l a n d o o c om p o rtam e nto d e g e n e s e

c r om o s s om o s d u r a n t e a m e i o s e

Repita os procedimentos gerais indicados para a atividade A meiose e a hipótese de Mendel, p. 19.Antes de iniciar esta atividade, confeccione, com massa de modelar, um par de cromossomosmetacêntricos (com centrômero na região mediana) e um par de cromossomos acrocêntricos(com centrômero próximo da extremidade). No par de cromossomos metacêntricos, apliquecírculos de cartolina com as letras A e a; nos cromossomos acrocêntricos, aplique círculos decartolina com as letras B e b, a fim de representar os alelos de outro gene.

31

Simule a duplicação cromossômica e, em seguida, distribua os cromossomos homólogos duplica-dos e emparelhados sobre a folha de papel, representando, então, a metáfase da meiose. Faça aseparação dos homólogos na primeira divisão da meiose. Em seguida, faça a representação dasegunda divisão, em que as cromátides de cada cromossomo se separam. Nesse processo, se-rão obtidas quatro células-filhas, cada uma com um cromossomo metacêntrico e um cromos-somo acrocêntrico.

1. Quantos e quais foram os tipos de gametas formados?

2. Na classe, foram formados outros tipos de gametas?

3. Se foram formados outros tipos de gametas, em qual etapa do processo houve tal diferenciação?

As células serão iguais duas a duas, e sua constituição genética dependerá de como foram orienta-dos os pares de cromossomos homólogos na primeira divisão meiótica. Em um dos casos, o resul-tado será duas células AB e duas ab; no outro, o resultado será duas células Ab e duas aB. Observeque é mais comum que se direcionem, talvez por uma questão de simetria, os cromossomos comdois alelos dominantes voltados para um dos pólos, e os dois recessivos para o outro; observe queos dois posicionamentos são igualmente possíveis e com a mesma chance de ocorrer, e é exata-mente por isso que se formam quatro tipos de gametas em mesma proporção.

A atividade mostra claramente que o processo de segregação de dois pares de alelos Aa e Bb emuma célula leva à formação de apenas dois tipos de gametas, mas, como vimos na atividadeanterior, apenas tendo as combinações com os quatro tipos de gametas é que obtemos a pro-porção 9:3:3:1. Entretanto, no conjunto de gametas formados, devido às duas possibilidades deorientação dos pares de cromossomos homólogos, formam-se quatro tipos de gametas, nasproporções de 1/4 AB : 1/4 Ab : 1/4 aB : 1/4 ab.

rabalhando em sala de aulaTProbabilidade na formação dos gametas e na fecundação

MATERIAL NECESSÁRIO

2 moedas douradas (por dupla)

2 moedas prateadas (por dupla)

caneta para retroprojetor

32

PROCEDIMENTOS GERAIS

Em duplas, anotem com a caneta, em uma das faces das moedas douradas, a representação doalelo dominante para a textura da semente (A), e, na outra, a representação do alelo recessivopara a mesma característica (a). Nas moedas prateadas, façam o mesmo para a característicacor da semente: alelo dominante (B) e alelo recessivo (b).

Simulem a produção de gametas masculinos e femininos: para isso, lancem, sobre uma mesa,simultaneamente, uma moeda prateada e uma dourada, enquanto o parceiro de dupla anotaos resultados obtidos em dez lançamentos. Esses resultados representam os gametas masculi-nos que se formaram. Troquem de função e repitam o mesmo procedimento representando osgametas femininos. O professor deve organizar os dados em uma tabela desenhada na lousa,somando os tipos de gametas femininos produzidos pelos alunos em uma linha e os tipos degametas masculinos em outra.

Resultados da dupla

Gametas AB Ab aB ab

Femininos

Masculinos

Resultados da classe

Gametas AB Ab aB ab

Femininos

Masculinos

1. O que cada moeda representa?

2. O que cada face da moeda representa?

3. Por qual motivo foram utilizadas duas moedas?

4. Qual a proporção dos tipos obtidos?

Agora, um de vocês deve lançar as duas moedas sobre a mesa e aguardar o parceiro fazer seulançamento, representando assim um cruzamento. Anotem quantos zigotos de cada genótipoforam formados e quais os seus fenótipos. Esse procedimento deverá ser repetido 20 vezes.

33

Novamente, o professor deverá organizar os dados em uma tabela desenhada na lousa, so-mando os fenótipos obtidos pela classe e calculando a proporção entre eles.

Os resultados obtidos permitiram representar os resultados de Mendel sobre probabilidade du-rante a fecundação? Justifiquem.

SEMENTE LISA SEMENTE LISA SEMENTE RUGOSA SEMENTE RUGOSAGENÓTIPO

E AMARELA E VERDE E AMARELA E VERDE

AABB

AABb

AaBB

AaBb

AAbb

Aabb

aaBB

aaBb

aabb

Total

FENÓTIPO

Resultados da dupla

SEMENTE LISA SEMENTE LISA SEMENTE RUGOSA SEMENTE RUGOSAGENÓTIPO

E AMARELA E VERDE E AMARELA E VERDE

AABB

AABb

AaBB

AaBb

AAbb

Aabb

aaBB

aaBb

aabb

Total

FENÓTIPO

Resultados da classe

34

ideoconferência 3V

A Genética em termos moleculares

O conhecimento científico é a principal característica da sociedade contemporânea, coma qual a ciência e a tecnologia se associaram e se amplificaram, tornando-se cada vez maispresentes no cotidiano.

Os efeitos dessa associação foram marcantes particularmente na área da Genética: desco-brimos a natureza do material hereditário há apenas 50 anos; passamos, então, a conhecer anatureza dos genes e sua relação com características fenotípicas particulares. Finalmente, apren-demos a manipular os genes em laboratório e a transferir genes de uma espécie para outra,criando, assim, a Engenharia Genética.

O desenvolvimento da Genética foi coroado com o anúncio do término do seqüencia-mento do genoma humano em fevereiro de 2001. O conhecimento gerado com o ProjetoGenoma Humano lança novas questões éticas; mas o que é o Projeto Genoma Humano?

Sobre quais marcos da Genética se construiu o Projeto Genoma Humano?

Como o DNA é seqüenciado?

O que podemos fazer com as informações obtidas pela Genética Molecular?

Quais são os dilemas éticos decorrentes da aplicação do conhecimento científico?

35

rabalho monitoradoT

Genética e Biotecnologia na atualidade

Hugo de Vries (1848-1935),botânico holandês,desenvolveu estudos sobrea evolução das espécieslançando novosfundamentos para apesquisa genética. CarlFranz Joseph Erich Correns(1864-1933), botânico alemão,e Erich von TschermakSeysenegge (1871-1962),botânico austríaco,chegaram às mesmasconclusões de de Vries sobreo cruzamento de espécies ouhibridização. Quandoestavam prestes a publicaros estudos, descobriram umtrabalho de Gregor Mendelcujos resultadosconfirmavam suas pesquisas.Thomas Hunt Morgan (1866-1945), zoólogo e geneticistaamericano, estudou como ascaracterísticas das moscasdas frutas são passadas aosseus descendentes,estabelecendo as bases daTeoria Cromossômica daHerança. Em 1933, recebeu oPremio Nobel da Medicina.

O trabalho de Mendel, publicado em 1866, ficou praticamente desconhe-cido do mundo científico até 1900, quando foi redescoberto por Hugo de Vries,na Holanda, Carl Correns, na Alemanha, e Erich von Tschermak, na Áustria.A partir daí, a Genética se consolidou como o mais vigoroso ramo de pesquisadentro da Biologia, e os genes passaram a ser relacionados aos cromossomos.Por volta de 1920, graças aos estudos de Thomas Hunt Morgan e seus cola-boradores sobre a mosca drosófila, realizados nos Estados Unidos, as pessoasaceitaram o fato de que os genes se distribuíam linearmente ao longo dos cro-mossomos.

Em meados da década de 1940, chegou-se à conclusão de que o DNA era ummaterial hereditário e de que os genes controlavam a síntese das proteínas. Em1953, foi proposto o modelo que explica a estrutura do DNA e que facilitou adecifração do código genético, no início da década de 1960. Nos anos seguintes,inúmeros “segredos” sobre a organização básica dos genes e seu funcionamentoforam desvendados. Em meados de 1970, descobriu-se uma maneira de cortarDNA em pontos específicos e de unir seus pedaços para criar novas moléculas deDNA, capazes de se multiplicar e de funcionar em células bacterianas.

O conhecimento adquirido na manipulação genética de bactérias foi aplica-do às plantas e aos animais, e, com isso, descobriu-se que era possível transferirgenes entre organismos de espécies diferentes: surgiam os chamados organis-mos transgênicos. Porcos e ovelhas passaram a ser capazes de secretar no leiteproteínas autenticamente humanas e de interesse médico, como a insulina, a par-tir da inserção de genes humanos.

Com o objetivo de obter rebanhos homogêneos de animais transgênicos,alguns laboratórios se dedicaram às pesquisas de clonagem de animais adultos.Em 1996 surgiu a grande estrela da clonagem: a ovelha Dolly, obtida a partir dafusão de uma célula somática de uma ovelha adulta com um óvulo cujo núcleo

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celular havia sido removido. Já é possívelproduzir transgênicos de plantas, com pers-pectivas de aumentar significativamente aprodução de alimentos.

O desenvolvimento da Genética foi co-roado com o anúncio do término do seqüen-ciamento do genoma humano em fevereirode 2001.

Cem anos após a redescoberta das leisfundamentais da hereditariedade, os fatores(genes) criados por Mendel para explicar o

Penta, o primeiro clone bovino brasileiro, foi produzido pela Unespem 2002.

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padrão de herança em ervilhas, então abstratos, tornaram-se entidades hipotéticas passíveis deter suas propriedades submetidas a provas experimentais. Esses testes empíricos conduziram auma definição bastante clara do que é um gene, tanto em termos estruturais quanto funcionais,e a uma compreensão bastante razoável de como os genes interagem para produzir as caracterís-ticas de um ser vivo.

Hoje, um gene pode ser definido como um trecho de molécula de DNA (ácido desoxirri-bonucléico) que serve de modelo para a fabricação de um RNA (ácido ribonucléico), o qualpode conter informação para uma proteína. Por exemplo, o gene que condiciona a textura dasemente da ervilha, uma das características estudadas por Mendel, é um segmento de DNAresponsável pela fabricação de um RNA-mensageiro, traduzido na proteína enzimática quecatalisa a síntese de amido ramificado a partir da sacarose.

Os limites de um gene

Diversos genes se distribuem ao longo das moléculas de DNA que constituem os cromos-somos de um organismo. Cada cromossomo é, por sua vez, formado por uma única molécula deDNA, associada a proteínas. A molécula de DNA é, em geral, bastante longa, podendo, emcertos casos – como nos maiores cromossomos humanos –, atingir 10 cm de comprimento.Entretanto, graças à sua associação com as proteínas cromossômicas, a molécula de DNA ficabastante compactada, mesmo no período de interfase, quando a célula não está em divisão.

Surpreendentemente, os genes correspondem a uma quantidade relativamente pequenado DNA de um cromossomo; além disso, a maior parte desse DNA nunca é transcrita emRNA e não contém informação para a fabricação de proteínas. Na espécie humana, por exem-plo, calcula-se que apenas 3% do DNA seja gene. Os 97% restantes são seqüências de nucle-otídeos que não produzem RNA e cuja função ainda não é conhecida, constituindo, por isso, oDNA não-codificante ou “DNA lixo”. Tal denominação é inadequada, pois dá a impressão de

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que as seqüências são inúteis, o que não é verdade: descobriu-se que muitos tipos de DNAnão-codificante desempenham funções importantíssimas na estrutura, no funcionamento e naevolução do genoma. O centrômero dos cromossomos, por exemplo, é formado por um tipode DNA não-codificante, fundamental na distribuição correta dos cromossomos pelas células-filhas durante as divisões celulares.

Como, entretanto, a célula “sabe” em que região de seus cromossomos os genes estãolocalizados? Como “descobre” quais seqüências de nucleotídeos devem ser transcritas emmoléculas de RNA?

Hoje sabemos que existem marcas que definem o início de cada gene – ponto a partir doqual uma molécula de RNA deve começar a ser produzida – e marcas que definem seu fim -ponto onde deve terminar a síntese do RNA. Essas marcas são seqüências especiais de pares debases nitrogenadas: as que marcam o início dos genes são denominadas regiões promotoras;as que marcam o fim dos genes, seqüências de término de transcrição (Figura 4).

A região promotora é uma seqüência específica de pares de nucleotídeos que determina olocal do DNA em que deve se encaixar a polimerase do RNA, proteína responsável pela trans-crição gênica, ou seja, pela síntese de uma molécula de RNA, tendo como modelo uma dascadeias de DNA. A polimerase do RNA, por sua vez, encaixa-se na região promotora e deslo-ca-se sobre o DNA, separando a dupla-hélice e orientando a formação do RNA,também adotando como modelo uma dascadeias de DNA. A polimerase do RNAprogride até encontrar a seqüência de ba-ses que marca o fim do processo, a se-qüência de término de transcrição.

A maioria dos genes de um organis-mo transcreve moléculas de um RNA-mensageiro (RNAm), em cuja seqüênciade bases nitrogenadas estão localizadasas informações para a ordenação dosaminoácidos nas cadeias polipeptídicasque constituem as proteínas. Existem,ainda, os genes para RNA ribossômico,um tipo especial de RNA que se associaa certas proteínas para formar os ribos-somos. Trata-se de estruturas citoplasmá-ticas que conduzem a síntese das proteí-nas. Os genes para RNA ribossômicoficam concentrados nas regiões dos cro-

Representação esquemática de um gene

AMAB

IS E

MAR

THO,

20

01, P

. 80

.

Figura 4

38

mossomos nas quais se formam os nucléolos. Um terceiro tipo de RNA, denominado RNA-transportador, é produzido por genes que se concentram em regiões específicas dos cromosso-mos. Esses tipos de RNA têm a função de captar aminoácidos livres na célula e de conduzi-losaté os ribossomos, onde serão incorporados nas proteínas que estiverem sendo sintetizadas. Acélula é capaz de produzir muitos outros tipos de RNA, mas a função da maioria deles ainda édesconhecida.

em proteínas permitem que as informações contidas na seqüência de bases do DNA determinemo funcionamento das células e, conseqüentemente, as características dos indivíduos. O conjuntode regras que regem a relação entre a seqüência de nucleotídeos no DNA e a ordem dos amino-ácidos nas proteínas é chamado de código genético. Nessa relação reside a essência da expres-são gênica.

Código, de acordo com o dicionário Aurélio, é “um sistema de símbolos (letras, númerosou palavras) usado para representar um certo significado preestabelecido, às vezes secreto”. Ocódigo Morse internacional é constituído por pontos, barras e espaços. Para quem não o co-nhece, esses sinais não têm o menor significado; porém, quando se conhecem as regras, pode-se facilmente convertê-los em frases. O mesmo ocorre com o código genético: por meio dele,a célula converte seqüências de bases do DNA em cadeias polipeptídicas.

No final da década de 1950, os cientistas demonstraram a natureza tríplice do códigogenético – cada aminoácido de uma proteína é especificado por uma seqüência de trêspares de nucleotídeos no DNA. Logo em seguida, decifrou-se o código genético e de-monstrou-se a correspondência entre as trincas de bases nitrogenadas do RNAm (códons)e os aminoácidos nas proteínas. Veja, a seguir, algumas características fundamentais docódigo genético:

Responda às seguintes questões:

1. De que é constituído o DNA?

2. Todo DNA constitui genes? O DNA que forma o centrômero é umgene?

3. Como são chamadas as seqüências que marcam o início e o fim de cadagene?

4. Quantos tipos de RNA existem? Qual a função de cada um?

O código genético

A transcrição do RNA-mensageiro a partir dos genes e sua tradução

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O código é inequívoco, ou seja, não é ambíguo: cada códon corresponde a um únicoaminoácido.

O código é degenerado. Quase todos os aminoácidos têm mais de um códon:a) três deles têm 6 códons possíveis;b) cinco têm 4 códons;c) um tem 3 códons;d) e nove têm 2 códons alternativos;e) somente dois aminoácidos têm apenas 1 códon: a metionina e o triptofano.

No código há 3 códons para os quais não foram encontrados aminoácidos: UAA, UAGe UGA. Eles foram chamados de “códons sem sentido” (nonsense codons); são códons de pontu-ação, que determinam a região da molécula de RNAm, na qual se encerra a informação para opolipeptídio nela codificado.

Todo polipeptídio se inicia com um códon AUG (embora, nas bactérias, possa se iniciartambém com GUG ou UUG) localizado próximo à extremidade inicial do RNA-mensageiro.

A síntese de um polipeptídio (Figura 5) tem início com a associação de um ribossomo, umRNA-mensageiro e um RNA-transportador especial, que carrega o aminoácido metionina. EsseRNA-transportador, cujo anticódon é UAC, emparelha-se com um códon AUG (ou GUG ouUUG em alguns RNAm de bactérias) localizado próximo à extremidade inicial da molécula doRNA-mensageiro. Essa trinca de bases, conhecida como códon de início de tradução, deter-mina o local da molécula de RNAm no qual tem início a informação para a cadeia polipeptídica.

A partir do códon de início de tradução, o ribossomo desloca-se continuamente sobre a mo-lécula de RNAm, adicionando um aminoácido a cada códon subseqüente. O processo continua atéque o ribossomo chegue a um dos trêscódons de término (UAA, UAG ouUGA), para os quais não existe aminoá-cido correspondente. Então, o ribosso-mo desprende-se do RNAm, determi-nando o fim da síntese do polipeptídio.

À medida que um ribossomo se des-loca sobre um RNAm, traduzindo suamensagem em uma cadeia polipeptídi-ca, outro ribossomo pode iniciar a tra-dução do mesmo RNAm. Assim, váriosribossomos podem se encaixar, sucessi-vamente, no início de um RNA, percor-rendo-o e saindo pela extremidade opos-

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Esquema do processo de síntese de proteínasFigura 5

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ta, cada qual sintetizando o mesmo tipo de cadeia polipeptídica. É comum encontrar cerca de deza vinte ribossomos traduzindo um mesmo RNA-mensageiro. Cada ribossomo tem uma cadeiapolipeptídica em formação, cujo tamanho depende do quanto ele já percorreu o RNAm.

Responda às seguintes questões:

5. Como tem início a síntese de uma cadeia polipeptídica?

6. O que ocorre à medida que o ribossomo se desloca sobre o RNA-mensageiro?

7. Quantas cadeias polipeptídicas estão associadas a um ribossomo? Quantas podem estarassociadas a um RNA-mensageiro?

A continuidade da informação genética

As informações genéticas escritas em código na seqüência de nucleotídeos das moléculasde DNA são mantidas ao longo das gerações, graças ao seu modo peculiar de duplicação. Cadauma das cadeias da molécula serve de modelo para a fabricação de uma cadeia complementar.Dessa forma, a partir de uma molécula de DNA, obtêm-se duas moléculas idênticas a ela, quesão distribuídas pelas células-filhas por ocasião da divisão celular.

Assim, as informações contidas nos genes são passadas, praticamente inalteradas, de gera-ção em geração. As alterações podem ocorrer na seqüência de bases de um gene, resultandoem moléculas ligeiramente diferentes das originais. Essas modificações esporádicas no DNA,que se perpetuam nas moléculas-filhas, são denominadas mutações gênicas.

A mutação gênica produz uma versão ligeiramente diferente do gene original, ou seja, umnovo alelo. Muitos genes apresentam-se sob diferentes versões, denominadas alelos, que dife-rem quanto à sua seqüência de nucleotídeos.

Em geral, a diferença entre os alelos de um gene é pequena; em muitos casos, dois alelosdiferem em um único par de bases nitrogenadas, entre as centenas ou os milhares que consti-tuem um gene de tamanho médio. Dependendo do tipo de mutação e de sua localização nogene, a proteína codificada pelo alelo mutante será diferente da original, podendo determinarum fenótipo diferente para seu portador.

Anemia falciforme (siclemia) como exemplo de mutação gênica

Para exemplificar as diferenças entre os alelos, analisaremos o gene de uma doençahereditária chamada anemia falciforme, ou siclemia. A pessoa que apresenta esse tipo de

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anemia produz uma forma alterada de hemoglobina, proteína responsável pelo transportede gás oxigênio em nosso corpo, constituída por quatro cadeias polipeptídicas, sendo duascadeias alfa e duas cadeias beta. A hemoglobina alterada, ou siclêmica, difere da hemoglobi-na normal em apenas um aminoácido, entre as centenas que formam a cadeia polipeptídicabeta da hemoglobina.

Ao comparar o DNA que codifica a cadeia beta de pessoas normais com o DNA para acadeia beta de pessoas siclêmicas, os cientistas verificaram que a diferença resume-se a umúnico par de nucleotídeos, entre os 438 pares que codificam essa cadeia polipeptídica. Naregião do DNA que codifica o sexto aminoácido, a trinca de bases é CTC no alelo normal eCAC no alelo siclêmico. A trinca CTC transcreve o códon GAG para o RNA-mensageiro,que é traduzido por ácido glutâmico na cadeia polipeptídica normal. Já a trinca CAC no DNAsiclêmico transcreve o códon GUG para o RNA-mensageiro, que é traduzido por valina nacadeia polipeptídica siclêmica (Figura 6).

A presença de valina, em lugar de ácido glutâmico, nas cadeias beta da hemoglobina fazcom que as hemácias da pessoa se deformem, adquirindo um aspecto de foice, daí o nome“anemia falciforme” (do latim falcis, foice); “siclemia” vem do inglês sickle, que também signi-fica foice. As hemácias deformadas não se deslocam com facilidade nos finos capilares sangüí-neos, o que causa danos a diversos tecidos e órgãos, principalmente aos ossos e aos rins. Alémdisso, as hemácias siclêmicas são frágeis, rompendo-se com facilidade.

Origem molecular da siclemiaFigura 6

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Os alelos do gene para a texturadas sementes de ervilhas

Outro exemplo, já conhecido por nós, é oda textura das sementes de ervilhas. Como vi-mos, o alelo que condiciona a forma lisa da se-mente é um segmento de DNA com 3,3 mil pa-res de nucleotídeos. Uma mutação nesse alelo,decorrente de uma inserção de 800 pares de ba-ses, é responsável pela ausência da proteína en-zimática SBE-I. Quando as células da sementeapresentam duas cópias desse alelo mutante, ofenótipo da semente é rugoso.

Por meio de uma análise molecular dessesalelos, podemos saber se uma planta de ervilha éheterozigótica ou homozigótica (recessiva ou do-minante) quanto a esse gene. A principal ferra-menta empregada na análise desse DNA é umconjunto de enzimas extraídas de bactérias, as cha-madas enzimas de restrição. Elas têm capacida-de de cortar a dupla-hélice de DNA em pontosespecíficos, sendo, por isso, comparadas a “tesou-ras moleculares”. A enzima de restrição associa-se a uma curta seqüência de bases específica noDNA – em geral, quatro ou seis pares de nucleo-tídeos –, cortando a molécula exatamente nesseponto. Atualmente, já se conhecem centenas detipos de enzimas de restrição, todas capazes decortar o DNA em pontos específicos.

Moléculas de DNA diferentes, cortadaspor uma mesma enzima de restrição, originam conjuntos de fragmentos de tamanhos dife-rentes, característicos de cada DNA (Figura 7). Da mesma forma, dois DNAs idênticos,cortados por uma mesma enzima de restrição, produzem conjuntos de fragmentos de ta-manhos idênticos. Assim, a análise dos tipos de fragmentos de DNA produzidos por umaenzima de restrição permite comparar moléculas de DNA. Nesse caso, como podemosobservar na Figura 8, os indivíduos homozigóticos recessivos (aa) apresentam fragmentosde apenas um tamanho (4,1 Kb), quando utilizada a enzima de restrição EcoRI. Já os ho-mozigotos dominantes (AA) também apresentam fragmentos de um único tamanho, masdiferentes dos homozigotos recessivos (3,3 Kb). Os heterozigotos (Aa), conforme o espe-rado, apresentam os dois tamanhos de fragmentos.

Representação esquemática da atuação de uma enzima de restrição e da eletrofore-se de duas amostras de DNA.

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Figura 7

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Essa análise é feita por meio da eletroforese (do grego phóresis, migração), uma técnicalaboratorial que permite separar moléculas de DNA, de RNA ou de proteínas com base emsua velocidade de migração, em um suporte denso e poroso (em geral, ágar), submetido a umcampo elétrico (Figura 7).

Responda às seguintes questões:

8. Explique o significado do termo alelo.

9. O que causa o surgimento de alelos?

10. Com base nos exemplos sobre a anemia falciforme e a textura da semente, expliquecomo uma alteração genética pode resultar em condições fenotípicas diferentes.

Identificando pessoas pelos fragmentos de seu DNA

Cortar DNA com enzimas de restrição é um procedimento corriqueiro em laboratóriosde Genética Molecular. Por exemplo, uma amostra de DNA purificado, extraída de glóbulosbrancos do sangue de uma pessoa, pode ser tratada com determinada enzima de restrição, e osfragmentos obtidos, separados por meio da eletroforese, fornecendo um padrão de faixas típi-co do indivíduo. A análise do padrão de fragmentos de DNA é um método seguro para iden-tificar pessoas, e já é largamente utilizada em investigações policiais. Com exceção dos gêmeosunivitelinos, isto é, formados a partir do mesmo zigoto, não há duas pessoas cujos DNAssejam totalmente idênticos; assim, quando o DNA de pessoas diferentes é cortado por umaenzima de restrição, são produzidos fragmentos de diferentes tamanhos, os quais são revela-dos pela eletroforese.

Figura 8

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Por esse motivo, o exame de DNA é bastante usadonos testes de paternidade. O padrão de fragmentos do DNAde uma pessoa pode ser comparado com os padrões de suamãe (normalmente, não há dúvidas quanto à maternidade)e do homem suspeito de ser o pai. Como uma pessoa sem-pre recebe metade de suas moléculas de DNA de sua mãe emetade de seu pai, todos os seus fragmentos de DNA de-vem estar presentes em seus genitores. Assim, comparan-do-se a eletroforese do DNA dessa pessoa com a eletrofo-rese do DNA de sua mãe, pode-se determinar quaisfragmentos de DNA não vieram dela e que, conseqüente-mente, só podem ter vindo do pai.

Responda às seguintes questões:

11. Como é possível usar as enzimas de restrição paracomparar DNA?

Eletroforese de fragmentos de DNA, obtidos com amostras de san-gue de uma criança (C), de sua mãe (M) e de dois homens que dis-putam a sua paternidade(P1 e P2).

12. Se o objetivo de uma análise de DNA é comprovar a paternidade de um determinadoindivíduo, por que se analisa também o DNA da mãe?

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i d e n t i f i c aç ão d e p e s s oa s p e l o d n a

Nesta atividade você aplicará os princípios da identificação de pessoas pelo DNA na solução deduas questões judiciais. Em uma delas, identificará um criminoso entre três suspeitos e, emoutra, descobrirá quem é o pai de uma criança. Na página ao lado estão representados seg-mentos de DNA de cinco pessoas (P-1 a P-5). Cada pessoa tem dois segmentos, correspondentesa um par de cromossomos homólogos (CA e CB). As seqüências de bases dos homólogos po-dem ser ligeiramente diferentes em função da diferença entre os genes alelos. O primeiro pas-so para a análise do DNA é cortá-lo com uma enzima de restrição hipotética que, neste exem-plo, reconhece a seqüência de dois pares de bases C-G adjacentes (dois C em uma cadeia e doisG na outra). Para facilitar, essas “seqüências de corte” estão destacadas no DNA. Localize, nosdois segmentos de DNA de cada pessoa, todas as seqüências de corte. Marque-as a lápis comum traço horizontal, de modo a separar um par C-G do par C-G adjacente. O passo seguinte éorganizar os fragmentos obtidos por ordem de tamanho.

Para isso, conte o número de pares de bases de cada fragmento e complete o preenchimento do Qua-dro 2. Cada coluna do gráfico simula o padrão eletroforético de uma pessoa, em que os fragmentosde DNA se distribuem em faixas por ordem de tamanho. A título de exemplo, a coluna correspon-dente ao padrão da pessoa P-5 já está preenchida.

Figura 9

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A seguir, responda às questões abaixo:

1. Quem é o criminoso?Restos de pele encontrados sob as unhas de uma pessoa assassinada foram submetidos ao teste

de DNA, revelando o padrão eletroforético P-5. Três pessoas, P-1, P-2 e P-3, suspeitas do crime,também foram submetidas ao teste de DNA. Qual delas é a provável culpada?

2. Quem é o pai da criança?Dois homens, P-1 e P-2, disputam a paternidade de uma criança, P-4, filha da mulher P-3. Com

base no teste de DNA dos quatro implicados, quem é o provável pai da criança?

Quadro 1 Quadro 2

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Teatralizando a síntese de proteínas

A seguir sugerimos uma atividade lúdica de teatralização na qual os estudantes representarão asíntese de proteínas. Tal modelo permite visualizar o evento molecular de tradução de um tre-cho de DNA em proteínas, lembrando que isso acontece na produção de um fenótipo, por exem-plo, a textura das sementes de ervilhas. Esse processo também não era do conhecimento deMendel. Simularemos a tradução de um RNAm proveniente do alelo A. Assim, a proteína sinte-tizada será uma representação da SBE-I.

Além de motivar os alunos e esclarecer pontos importantes desse processo bioquímico, a ativida-de permite integrar diversos tipos de habilidades (incluindo a expressão corporal) ao processode aprendizagem.

MATERIAL NECESSÁRIO

7 retângulos de papel-cartão branco (± 20x30 cm) 5 pedaços de papel-cartão de cores diferentes (± 30x40 cm) 7 metros de fio de náilon grosso, tipo linha de pesca 4 esferas de isopor (± 10 cm de diâmetro) canudinhos de plástico de refrigerante cola plástica ou epóxi fita adesiva e cola para papel palito de sorvete um pedaço de arame tinta plástica de diferentes cores

PREPARAÇÃO

Construa um modelo de RNAm colando os sete retângulos de papel-cartão lado a lado com fitaadesiva. Em seguida, cole dois fios de náilon ao longo das bordas da tira de cartões, deixandocerca de 50 cm de fio livre em cada extremidade. Eventualmente, esses fios poderão ser amar-rados a um pedaço de madeira, que facilita a tarefa de manter esticada a tira de cartões (veja afigura da página ao lado). Escreva em cada cartão um códon. A seqüência sugerida é: AAG-AUG-GCC-ACA-UUC-UGA-CAU. Sublinhe os códons AUG (de início) e UGA (de término), por setratar de códons especiais.

Desenhe, em cada pedaço de cartão colorido, modelos dos RNAt e do fator de liberação. Façadesenhos semelhantes aos propostos na ilustração. Escreva, nos RNAt, as trincas UAC, CGG,UGU e AAG; elas representam os anticódons.

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Perfure as esferas de isopor ao longo do diâmetro com um arame aquecido e ajuste no furoum canudo plástico, cortando o que sobrar; se necessário, use cola plástica para fixar oscanudos. Eles facilitam a passagem do fio de náilon, que servirá para manter as esferasunidas. Escreva em cada esfera a abreviatura de um aminoácido (Met, Ala, Thr, Phe). Passeum pedaço de fio de náilon (80 cm) pelo furo da esfera identificada por Met e amarre umpalito atravessado em uma das pontas do fio, de modo que a esfera não escape por ela.Pinte cada esfera com uma cor semelhante à do cartão do RNAt correspondente (UAC=Met;CGG=Ala; UGU=Thr; AAG=Phe).

PROCEDIMENTOS

Distribua os modelos dos RNAt para quatro estudantes e solicite que cada um pegue a esferacom o aminoácido correspondente. Um quinto estudante ficará com o modelo do fator deliberação. Mais dois estudantes devem segurar o modelo de RNAm feito com os sete retân-gulos pelas pontas dos fios de náilon, mantendo-o esticado e de frente para a classe. Outroestudante simulará o ribossomo, colocando-se atrás do RNAm, junto à sua extremidadedireita (de quem olha da classe). A partir daí ele deve se deslocar para a esquerda até en-contrar o códon de início. O estudante que representa o RNAt da metionina deve colocar-seatrás do RNAm, à direita do “estudante-ribossomo” e tendo à sua frente o códon AUG. Oestudante-ribossomo deve então erguer os braços, indicando que os sítios, onde se alojamos RNAt, se tornaram disponíveis. O estudante-RNAt da metionina ficará sob o braço direi-to do estudante-ribossomo.

O passo seguinte é a colocação do estudante-RNAt da alanina sob o braço esquerdo do estudan-te-ribossomo, tendo à sua frente o códon GCC. O estudante-ribossomo passa o fio de náilonpelo furo da alanina, unindo-a à metionina. O estudante-RNAt da metionina solta seu aminoá-cido e afasta-se, encerrando sua participação.

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O estudante-ribossomo anda para a esquerda e coloca o braço direito sobre o estudante-RNAt daalanina, ficando com o braço esquerdo livre. O estudante-RNAt da treonina coloca-se sob obraço esquerdo do estudante-ribossomo, tendo à sua frente o códon ACA. O fio de náilon épassado pelo furo da esfera que representa a treonina, adicionando-a à cadeia polipeptídica.

O processo repete-se até que o estudante-ribossomo chegue ao códon UGA, onde entra o estu-dante-fator de liberação. O último estudante-RNAt deve soltar o conjunto de esferas que repre-senta a proteína. O estudante-ribossomo afasta-se do RNAm, e o processo termina.

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eferências adicionaisRLivrosCOSTA, Sérgio Francisco. Introdução ilustrada à Genética. SP: Harbra, 1995.

Por meio de divertidas ilustrações, o livro trabalha importantes conceitos da Genética Clássica e da GenéticaMolecular.

VEIGA, Lygia Pereira. Clonagem: verdades e mitos. São Paulo: Moderna, 2002.

Neste livro são apresentados e discutidos os aspectos éticos e as bases biológicas desse polêmico tema.

________. Seqüenciaram o Genoma... E agora? SP: Moderna, 2001.

De maneira simples, são apresentados conceitos importantes para a compreensão do genoma humano.

RevistasCiência Hoje: Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), http://www.uol.com.br/cienciahoje

O periódico de divulgação científica apresenta avanços recentes da Genética (até outubro de 2001). A edição demarço de 2002 da revista Ciência Hoje das Crianças discute também clonagem, transgênicos e genoma; a deabril apresenta os trabalhos de Mendel.

Superinteressante: Editora Abril

A revista apresentou, em agosto de 1997, um especial sobre Genética, mas esse tema é recorrente nas publica-ções mensais.

Siteshttp://genoma.ib.usp.br/grupo/amabis/

Este web site, do Grupo de Pesquisa no Ensino de Genética e Biologia Molecular, apresenta materiais de apoiopara o professor, links e agenda, além de resultados de pesquisas do grupo. Disponibiliza o material pelo Natio-nal Human Genome Research Institute para marcar a publicação do seqüenciamento do genoma humano.

http://www.pbs.org/saf/1202/teaching/menu.htm

O site do Scientific American Frontiers apresenta, em inglês, diferentes atividades e textos. Além disso, nelepodem ser obtidas animações sobre tópicos de Biologia Molecular.

BibliografiaAMABIS, J. M. & MARTHO, G. R. Conceitos de Biologia. Volume 3. Editora Moderna, 2001

_______. Biologia das Populações. Editora Moderna, 1994.

BHATTACHARYYA, M. K., SMITH, A. M., ELLIS T. H. N., HEDLEY C., MARTIN C. The wrinkled-seed character of peadescribed by Mendel is caused by a transposon-like insertion in a gene encoding starch-branching enzyme. Cell60 (1): 115-122, 1990.

50

GRIFFITHS, Anthony J. F.; GELBART, Willian M. e outros. Genética moderna. RJ: Guanabara Koogan, 2001.

MENDEL, G. Versuche über Pflanzen-Hybriden. Verhandlungen des Naturforschenden Vereines, Abhandlungen,Brünn 4, p. 3-47 (1866). A versão deste trabalho está disponível em inglês (Experiments in Plant Hybridisation)no site http://www.mendelweb.org

MOORE, J. A. Science as a way of knowing – Genetics. Amer. Zool. V. 26, p. 583-747, 1986.

EQUIPE DE PRODUÇÃO EDITORIAL DE MATERIAIS EDUCACIONAISEdição

Maristela Lobão de Moraes Sarmento

Assistência de EdiçãoElissa Khoury Daher

Ismar LealRobinson Sasaki

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Assistência de ProduçãoBeatriz Blay

Preparação de TextoEloísa da Silva Aragão

RevisorPaulo Roberto de Moraes

FotografiaAndré Sarmento

PesquisaAna Panzani

Diogo Ruic de CarvalhoPatrícia Cristina Carceres

Assistência de ArteRenato Sales

Projeto Gráfico, Edição de Arte e Produção GráficaMare Magnum Artes Gráficas

2002