O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2008

Produção Didático-Pedagógica

Versão Online ISBN 978-85-8015-040-7Cadernos PDE

VOLU

ME I

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

PDE- PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO

EDUCACIONAL

VILMA APARECIDA PIOVEZANI DE OLIVEIRA

UNIDADE DIDÁTICA

COLORADO-PR2008

A GENÉTICA NO PASSADO E NO PRESENTE

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

Professora PDE: Vilma Aparecida Piovezani de Oliveira

Área PDE: Biologia

NRE: Maringá

Professora Orientadora IES: Maria Julia Corazza

IES Vinculada: UEM

Escola de Implementação: Colégio Estadual Monteiro Lobato

Município: Colorado

Público Objeto da intervenção: 3ª série do Ensino Médio

Título da Unidade Didática: A Genética no passado e no presente

O ESPECTRO DA FOME NO MUNDO

Mais de 900 milhões de pessoas passam fome no mundo, diz ONU

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Folha Online

O número de pessoas com fome no mundo subiu de 850 milhões para 925 milhões em 2007, por causa da disparada dos preços dos alimentos, anunciou em Roma o diretor da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO), Jacques Diouf.

Segundo o secretário-geral da ONU, o mundo enfrenta três crises simultâneas e interligadas - dos alimentos, do clima e de desenvolvimento - para as quais são necessárias soluções integradas.

http://www1.folha.uol.com.br/folha/publifolha/ult10037u351816.shtml

03/09/2008 - 10h57

ACESSO NO DIA 17/09/2008

A reportagem alerta para um problema que há muito tempo desafia a

humanidade: A disponibilidade de alimentos para uma população que não pára de crescer.

Historicamente, o crescimento populacional, interligado à falta de alimentos no

mundo, tem sido o jargão para o avanço da ciência e da tecnologia em termos da produção.

Essa relação entre o crescimento demográfico e a produção de alimentos, foi

estabelecida pela primeira vez, em 1798, pelo sacerdote e economista inglês, Thomas Robert

Malthus, ao publicar sua obra “Essay on Population” (Ensaio sobre a população). Preocupado

com o êxodo rural e o crescimento acelerado da população, em decorrência dos benefícios

causados pela Revolução Industrial, Malthus expôs sua teoria, segundo a qual a população

cresceria em progressão geométrica (1,2,4,8,16,32,64,128,256,512...), duplicando seu número a

cada 25 anos, enquanto a produção de alimentos cresceria em progressão aritmética

(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10...). Dessa forma, em dois séculos e um quarto, a relação da população para

os meios de subsistência seria de 512 para 10.

Nessa perspectiva, a população iria aumentar além dos limites de sua

sobrevivência, resultando a miséria e a fome que levariam à extinção da humanidade. Para o

economista, a solução dos problemas que afetavam seu país estava no controle da natalidade.

A reportagem acima suscita a seguinte questão: A hipótese de Malthus está se

concretizando?

Estudos mostram que a população humana tem realmente crescido em

progressão geométrica, como previsto por Malthus, estando hoje acima de 6,5 bilhões de

habitantes, podendo ultrapassar 9 bilhões no ano de 2050.

Nos dias atuais, no entanto, pode-se observar que, embora a população tenha

crescido em escala geométrica, a produção de alimentos também aumentou, estando acima das

estimativas do crescimento demográfico. Embora muitas pessoas vivam em estado de penúria,

está sobrando alimentos no mundo e, portanto, a previsão de Malthus em relação à produção de

alimentos não se concretizou.

Mas como explicar essa grande produção de alimentos nos dias de hoje? O que

favoreceu essa produção? A resposta para essas questões está no avanço do conhecimento

científico e tecnológico, principalmente a partir do início do século XX, com o advento da

Genética.

Genética: é a área da Biologia que estuda a herança biológica ou

hereditariedade, que é a transmissão das características biológicas de pais para filhos ao longo

das gerações.

Um Olhar para a História...

A Pré-história

Nos dois primeiros milhões de anos de sua existência, o homem não cultivava a

terra, não plantava e, tão pouco, aguardava por uma colheita ou criava animais para obter

alimentos. Apresentava uma vida nômade, deslocando-se em grupos de um local para outro à

procura de alimentos, sobrevivendo da coleta de sementes, frutos e de outras partes de vegetais,

além da caça e da pesca.

Nesse percurso, o homem passou a observar, conhecer e atuar sobre a natureza,

compreendendo os ciclos biológicos, as diferenças de clima, vegetação, carregando sementes de

plantas e também animais, propícios à sua alimentação e outras necessidades, como vestuário,

defesa, habitação. Assim, foi modificando a natureza ao mesmo tempo em que era modificado

por ela.

A vida em grupos facilitou a divisão de tarefas, dando origem às primeiras

sociedades. Há aproximadamente 15 mil anos, ao fixar moradia, o homem passou a criar

animais e a desenvolver técnicas de cultivo, plantio e colheita de vegetais, garantindo sua

sobrevivência pela agricultura. Desse modo, a domesticação de plantas e animais pode ser

considerada o primeiro evento biotecnológico.

Biotecnologia: qualquer técnica que utilize organismos vivos, parte deles ou

substâncias por eles sintetizadas (enzimas, por exemplo), para produzir ou modificar produtos

benéficos para a humanidade. O termo foi inicialmente definido em 1910, por Karl Ereky,

engenheiro húngaro, para referir-se a todas as linhas de trabalho, cujos produtos eram

produzidos a partir de matéria bruta com o auxílio de organismos vivos. Recentemente, esse

termo vem sendo utilizado para designar as técnicas advindas da Bioquímica e da Biologia

molecular, que podem trazer benefícios aos seres humanos.

Na antiguidade, muitas civilizações, destacando-se os babilônios, mesmo sem ter

conhecimentos de genética, já realizavam cruzamentos planejados com o objetivo de melhorar

as características dos animais e plantas, de acordo com as suas necessidades: Cavalos mais

velozes, plantas que produzissem frutos maiores, com menos sementes etc. Os filósofos gregos

faziam conjecturas sobre a hereditariedade, isto é, procuravam explicar como as características

biológicas eram transmitidas de geração a geração.

A hereditariedade segundo Filósofos gregos.

Dentre os escritos da Grécia antiga, as hipóteses de Hipócrates (460 – 370 a.C.) e

Aristóteles (384-322 a. C.) sobre a hereditariedade foram as mais aceitas e propagadas pelas

pessoas e muitos estudiosos da Idade Média ao século XIX.

De acordo com a Pangênese, hipótese de Hipócrates (460-370 a.C.), cada órgão ou

parte do corpo produziria partículas hereditárias, denominadas de gêmulas, que migrariam para

o sêmen do macho e da fêmea por meio do sangue e posteriormente seriam transmitidas para a

descendência.

Aristóteles (384-322 a.C.), ao explicar os mecanismos da hereditariedade, considerou

que o macho era responsável pela forma (eidos) e a mãe, pela matéria ou substância constituinte

da progênie, a qual seria moldada pela forma (eidos) do sêmen masculino.

Com o passar do tempo, o crescimento do número de pessoas foi obrigando os

agricultores a ampliar as áreas de cultivo e a aperfeiçoar as técnicas agrícolas, caso contrário

estaria ameaçada a sobrevivência da espécie.

No entanto, o progressivo aumento na produção de alimentos, verificado

principalmente no século XX, se deve ao conhecimento científico e tecnológico gerado nos

séculos anteriores, destacando-se os estudos sobre a hereditariedade.

Os primeiros estudos sobre a hereditariedade, assim como o desenvolvimento da

Biologia, só foram possíveis após invenção do microscópio pelo holandês Antony van

Leeuwenhoek (1632-1723) que, por meio de apenas uma lente de amplificação, pôde observar

pequeninos seres vivos, os quais foram denominados de microorganismos. Com o mesmo

instrumento, van Leeuwenhoek e Johann Ham, descobriram que o sêmen expelido pelos

machos no ato sexual continha milhares de “pequenos animais”, os quais foram chamados de

espermatozóides, deduzindo que essas estruturas poderiam estar relacionadas com o

desenvolvimento e o nascimento de um novo ser.

Essas observações contribuíram para a difusão da teoria pré-formista, segundo a qual

os gametas continham no seu interior formas humanas em miniatura (homúnculos), bastando

crescer para se desenvolverem em adultos.

Em meados no século XVII, na Inglaterra, Robert Hooke (1635–1703) se empenhou

na construção de microscópios mais elaborados, permitindo-lhe observar em tecidos de cortiça

estruturas denominadas de células, devido à semelhança entre as cavidades em seu interior com

celas de uma prisão. Na verdade, pelo fato de a cortiça, material de análise de Hooke, ser um

tecido de células mortas, o pesquisador observou apenas a parede celular e o espaço

anteriormente ocupado pelo protoplasma.

François-Vicent Raspail (1794-1878) deu continuidade aos trabalhos de Hooke,

afirmando que as células animais e vegetais constituíam os tecidos celulares e, além disto,

observou que a membrana que determinava o limite da célula era responsável por selecionar as

substâncias que entravam e saíam dela.

O contínuo aperfeiçoamento do microscópio proporcionou que, em 1830, o botânico

escocês Robert Brown descobrisse a existência do núcleo da célula. Entretanto, foram os

biólogos Theodor Schwann (1810-1882) e Matthias Jakob Schleiden (1804-1881) que

revolucionaram a Biologia com a Teoria Celular. De acordo com essa teoria, a célula passou a

ser considerada a unidade morfofisiológica de todos os seres vivos.

Na seqüência, muitos outros estudos acerca da célula foram desencadeados, abrindo o

caminho para a elucidação dos mecanismos da hereditariedade em meados do séc. XIX.

O mistério que envolvia os processos da transmissão das características de

herança genética persistiu até 1865, quando o monge austríaco, Gregor Mendel, enunciou os

princípios básicos que regulam tais mecanismos.

Gregor Johann Mendel nasceu em 1822, no vilarejo de Heinzendorf, que, na

época, pertencia à Áustria e, atualmente faz parte da República Tcheca. Filho de agricultores

pobres, para continuar seus estudos, entrou como noviço no mosteiro agostiniano de São

Tomás, na cidade de Brünn, onde após quatro anos ordenou-se padre. Ao longo desses anos no

mosteiro, aprendeu ciências agrárias e técnicas de polinização artificial. Atuou como professor

substituto em uma escola da região, onde lecionou Latim, Grego e Matemática. Estudou em

Viena entre 1851 e 1853, com a permissão de seus superiores. Optou por estudar Física e

assistiu a cursos adicionais de Matemática, Química, Zoologia, Botânica, Fisiologia vegetal e

Paleontologia. Em Viena, dedicou-se a estudar hibridização em plantas, adquirindo diversos

livros e artigos relacionados a esse tema, entre os quais, alguns sobre hibridização em ervilhas.

Durante seus estudos em Viena, conheceu as grandes questões a serem respondidas pela

Biologia, entre as quais se destacava a hereditariedade.

Mendel organizou canteiros no jardim do convento onde morava, e lá realizou as

famosas experiências com ervilhas de cheiro, cujos conhecimentos adquiridos nos oito anos de

estudo deram origem a um novo ramo da ciência, a Genética.

Os trabalhos de Mendel.

No período antecedente e na época em que Mendel realizou seus estudos

científicos, muitos estudiosos empenhavam-se em descobrir os segredos dos mecanismos da

herança genética das variações biológicas, mas falharam principalmente devido ao método e

material empregado.

O sucesso de Mendel se deve ao planejamento dos procedimentos experimentais

e a escolha do material para a realização dos experimentos. As ervilhas de cheiro foram

utilizadas em seus experimentos por apresentarem características favoráveis a sua realização,

destacando-se:

• A facilidade de cultivo

• Ciclo de vida curto

• Muitos descendentes por planta

• Inúmeras variedades disponíveis (altura da planta, cor da vagem, cor do

fruto, textura da semente, cor da flor, posição das flores e textura das

vagens maduras)

• Flores fechadas, isto é, com estames e pistilo encerrados pelas pétalas.

Essa característica favorece a auto-fecundação e dificulta a polinização

cruzada, isto é, faz com que a polinização ocorra somente dentro da

flor.

Plantas autógamas: (Autogamia, do grego autós, “si mesmo”; gamos, “casamento”). São as

que se reproduzem pela união direta de seus gametas masculinos e femininos, isto é, realizam

autofecundação.

Plantas alógamas: (Alogamia, do grego allos, “outro”; gamos, “casamento”). São as que se

reproduzem por fecundação cruzada, isto é, o gameta de um indivíduo, fecunda o gameta de

outro indivíduo.

Para refletir: É mais interessante para a natureza selecionar plantas autógamas ou alógamas?

Por quê?

A autofecundação é uma grande vantagem para os experimentos controlados de

hibridização, uma vez que permite a fácil obtenção de linhagens puras e possibilitam que os

cruzamentos sejam planejados com a certeza de que não haverá a participação de pólen vindo

de outra flor.

Antes de realizar os experimentos de hibridização, Mendel deixou que as plantas

das diferentes variedades de ervilha se autofecundassem, de modo a obter linhagens puras, isto

é: Plantas altas originando apenas plantas altas, plantas de semente com textura lisa produzindo

apenas semente com textura lisa, e assim por diante. Seu objetivo era polinizar uma flor de uma

variedade de ervilha com o pólen de outra, por meio da fecundação cruzada que, nesse caso,

ocorria pela sua interferência no processo natural, obtendo híbridos resultantes do cruzamento

entre as variedades diferentes.

Em um de seus experimentos, Mendel polinizou plantas de uma linhagem cujas

sementes eram de textura lisa, com pólen de outra linhagem, cujas sementes apresentavam

textura rugosa. Todos os descendentes desses cruzamentos produziram apenas sementes lisas,

independente do pólen ter sido retirado de plantas com sementes lisas ou rugosas. Mendel notou

que uma característica parecia “dominar” a outra e chamou de dominante a característica que

aparecia nos híbridos.

Mendel chamou o cruzamento entre linhagens puras de cruzamento parental

(P) e os descendentes desse cruzamento de primeira geração ou F1.

Após anotar os resultados, Mendel iniciou a segunda fase de suas experiências:

Deixou que as plantas F1 se autofecundassem normalmente e, na geração seguinte (F2),

verificou que o caráter dominante aparecia em ¾ dos descendentes, enquanto que em ¼

aparecia o caráter contrastante. Uma vez que essa característica ficava em “recesso”, ou seja,

não aparecia em F1, chamou-a de caráter recessivo.

P Semente lisa X Semente rugosa

RR rr

Gametas: R r

F1 Rr Semente lisa

Autofecundação de F1

F1 F1

Semente lisa X Semente lisa

Rr Rr

Gametas: R, r R, r

F2 RR- Sementes lisa

Rr- Sementes lisa 3/4

Rr- Sementes lisa

rr- Semente rugosa 1/4

Conclusões dos trabalhos de Mendel.

- Havia alguma estrutura na planta que determinava as características

hereditárias, como altura, cor da flor, da semente, entre outras. Mendel chamou essas estruturas

de fatores, representando o fator dominante por uma letra maiúscula e o fator recessivo por uma

letra minúscula.

- Os fatores não se misturam, ou seja, permanecem intactos e passam inalterados

de uma geração à outra. O caráter recessivo, como, por exemplo, a semente rugosa, reaparece

na geração F2 exatamente como era na geração P.

- Para cada característica, os pais possuem um par de fatores. Se para a

característica textura da semente representamos o caráter recessivo pela letra r e o dominante

pela letra R, as plantas da geração P são RR (puras lisas) e rr (puras rugosas).

- Na formação dos gametas, os dois fatores, RR ou rr se separam, dando origem

à células haplóides (N). Portanto, cada um dos grãos de pólen e cada óvulo carregam um único

fator de cada par: R ou r.

- Quando acontece o cruzamento, o fator responsável, por exemplo, pela textura

da semente, trazido pelo grão de pólen, se encontra com o fator que está no óvulo, produzindo

uma célula diplóide (2N), isto é, com os dois fatores para essa característica. É a partir dessa

célula que todas as outras células da planta serão produzidas.

- Ao se cruzar plantas de semente de textura lisa – RR – com as de textura

rugosa – rr – da geração P, obtém-se um único resultado: Todas as plantas são híbridas, devido

à combinação dos fatores Rr. Essas plantas têm todas as sementes de textura lisa, são iguais aos

pais de semente lisa devido à dominância do caráter, porém, elas têm uma combinação de

fatores diferentes: são Rr e não RR como seus pais de semente lisa.

- Quando a planta híbrida Rr forma gametas, ocorre o mesmo que na geração P:

os fatores R e r são distribuídos ao acaso entre os grãos de pólen e os óvulos, de modo que,

para cada grão de pólen com o fator R, há outro com o fator r; para cada óvulo com o fator R,

há outro com o fator r.

- Sabendo-se que óvulos R ou r e grãos de pólen R ou r existem na mesma

quantidade, as quatro combinações entre os fatores são igualmente possíveis.

.pólen R pode associar-se a óvulo R: RR;

.pólen R pode associar-se a óvulo r: Rr;

.pólen r pode associar-se a óvulo R: Rr;

.pólen r pode associar-se a óvulo r: rr.

Como é possível constatar, as plantas F2 geradas pela autofecundação dos

híbridos de F1- Rr x Rr se distribuem sempre na mesma proporção:

25% RR 50%Rr 25%rr

¼ RR 2/4 Rr ¼ rr

1 RR 2 Rr 1 rr

Baseado em experimentos do tipo acima citados, verifica-se que cada

característica é determinada por um par de fatores que se separam na formação dos gametas.

Essas conclusões foram denominadas posteriormente como Primeira Lei de

Mendel ou lei da pureza dos gametas.

- Há dois tipos de plantas de sementes de textura lisa: RR e Rr. Na aparência elas

são iguais, porém, são diferentes na constituição genética, uma vez que uma tem dois genes

iguais, RR e a outra tem genes diferentes, Rr. A planta RR é chamada homozigota- do

gr.homoios, “igual”; zigos, “par”. A planta Rr é chamada heterozigota - do gr. hetéro,

“diferente”; zigos, “par”. As plantas de sementes rugosas são sempre, como se pode observar,

homozigotas ( rr), porque se tivessem um fator R não teriam textura rugosa.

Os dados obtidos nas experiências bem planejadas que desenvolveu, levaram

Mendel a estabelecer os princípios básicos da hereditariedade: “Cada caráter resulta da ação de

um par de fatores que se separam ou se segregam durante a formação dos gametas”. O acaso

decidirá qual dos gametas irá receber um ou outro fator.

Para refletir: A capacidade de enrolar a língua, formando um tubo, é uma

característica hereditária humana que obedece à Primeira Lei de Mendel. As pessoas que

enrolam a língua possuem o gene dominante, e as que não o fazem, são portadoras de genes

recessivos. Se, em uma família, os pais não possuem a capacidade de enrolar a língua, os filhos

apresentarão essa capacidade? Por quê?

Dominância Incompleta.

Em seus estudos Mendel também constatou que, em relação a algumas

características, a dominância não era observada: o híbrido apresentava um aspecto diferente dos

indivíduos puros. Na planta Mirabilis jalapa, também conhecida por maravilha, por exemplo,

ao se cruzarem plantas de flores vermelhas com plantas de flores brancas, as plantas de F1

apresentam flores róseas. Esse tipo de herança é denominado dominância incompleta.

Na determinação genética dessas flores, a presença de dois alelos funcionais nas

células de suas pétalas, gera pigmento suficiente para que a flor seja vermelha (VV). Nas

plantas heterozigóticas, como há somente um alelo funcional para a produção de pigmento, a

cor das pétalas é rósea (VB). Nas plantas homozigóticas, que não possuem alelos para a

produção de pigmento, suas pétalas são brancas (BB).

P Flor vermelha X Flor branca

VV BB

Gametas: V B

F1 VB Rósea

F1 F1

Flor rósea X Flor rósea

VB VB

Gametas: V, B V, B

F2 VV- Flor vermelha

VB- Flor rósea

VB- Flor rósea

BB- Flor branca

Outro exemplo de dominância incompleta é a cor da plumagem em galinhas da

raça andaluza. Aves de uma linhagem pura com plumagem preta, quando são cruzadas com aves

puras de plumagem branca, produzem descendentes de plumagem cinza-azulada. E, ao serem

cruzados indivíduos cinza-azulados entre si, os descendentes são obtidos na seguinte proporção:

1 com plumagem preta: 2 com plumagem cinza-azulada: 1 com plumagem branca. O indivíduo

heterozigótico exibe fenótipo plumagem cinza azulada, que é intermediário entre os fenótipos

das aves homozigóticas de plumagem preta e das aves homozigóticas de plumagem branca.

Para refletir: Se um avicultor desejasse obter apenas galinhas de plumagem

branca e de plumagem cinza-azulada, quais aves ele deveria cruzar?

Segunda Lei de Mendel ou Lei da Segregação Independente

Depois de estudar isoladamente diversas características fenotípicas da ervilha,

Mendel analisou a transmissão conjunta de duas ou mais características. Esses estudos

posteriores ficaram conhecidos como segunda lei de Mendel ou lei da segregação independente.

Nesses experimentos, plantas parentais de ervilha, originadas, por exemplo, de

sementes puras amarelas e lisas (características dominantes), foram cruzadas com plantas

originadas de sementes verdes e rugosas (características recessivas). Todas as sementes

produzidas em F1 eram amarelas e lisas.

P Amarelas lisas X Verdes rugosas

VVRR vvrr

Gametas: VR vr

F1 VvRr Amarelas lisas

Na geração F2, obtida pela autofecundação das plantas originadas das sementes

de F1, foram originados quatro tipos de sementes: amarelas lisas, amarelas rugosas, verdes lisas

e verdes rugosas. Mendel organizou o resultado do experimento e verificou que as sementes se

distribuíam aproximadamente nas seguintes frações: 9/16 amarelas lisas, 3/16 amarelas rugosas,

3/16 verdes lisas e 1/16 verde rugosa. Essas frações representam em proporção: 9 amarelas

lisas: 3 amarelas rugosas: 3 verdes lisas: 1 verde rugosa.

Autofecundação de F1

Amarelas lisas X Amarelas lisas VvRr VvRr

Gametas: VR, Vr, vR, vr VR, Vr, vR, vr F2 9 amarelas lisas V-R- 3 amarelas rugosas V-rr 3 verdes lisas vvR- 1 verde rugosa vvrr

Baseado nesse e em outros experimentos, Mendel elaborou a hipótese de que, na

formação dos gametas de plantas híbridas VvRr, os alelos responsáveis pela cor da semente

(Vv), segregam-se independentemente dos alelos que condicionam a forma da semente (Rr).

Assim, um gameta portador do alelo V pode conter tanto o alelo R como o alelo r, assim como

um gameta portador do alelo v, pode conter tanto um alelo R como um alelo r. Essa planta

duplo-heterozigótica VvRr, formaria quatro tipos de gametas, em igual proporção: 1VR: 1Vr:

1vR: 1vr. O acaso faria a combinação desses gametas para formar a geração F2, na proporção

de 9:3:3:1 observada nos experimentos.

Para refletir: Com os conhecimentos que você possui sobre divisão celular,

como você explica a segregação independente dos alelos de dois genes (A e B), situados em

diferentes pares de cromossomos homológos, durante a meiose? Tente esquematizar,

considerando os indivíduos heterozigotos para esses genes.

E se os genes estão situados no mesmo par de cromossomos homólogos, será

possível encontrar a proporção 9:3:3:1 encontrada por Mendel? Verifique.

Até os meados do século XIX, quando Mendel estabeleceu os princípios da

hereditariedade, não havia conhecimento sobre genes, cromossomos ou processos de divisão

celular. Suas explicações foram baseadas apenas nos resultados experimentais dos cruzamentos,

ou seja, nos fenótipos, e em deduções estatísticas. Os fenótipos eram conhecidos, mas os

“fatores”, os genes, eram unidades ainda desconhecidas.

Apesar de ter publicado os resultados de sua laboriosa pesquisa em 1866 e ter

enviado cópias de seu trabalho para diversos cientistas eminentes, as conclusões de Mendel,

hoje conhecidas como Leis de Mendel, permaneceram totalmente ignoradas pela comunidade

científica da época. O monge, desiludido com suas pesquisas, foi eleito abade do mosteiro,

dedicando-se mais intensamente ao trabalho administrativo. Faleceu em 1884, sem saber que se

tornaria o “pai da Genética”.

Século XX - Nasce uma nova Ciência: A Genética

Mendel estava muito à frente de sua época com seus cruzamentos de variedades

de ervilhas e análises estatísticas. Portanto, não é de se admirar que somente em 1900, após a

sua morte, a comunidade científica tenha entendido seu trabalho. A redescoberta do trabalho de

Mendel pelos biólogos Hugo de Vries, Carl Erich Correns e Erich von Tschermark-Seydenegg

revolucionou a Biologia. Pode-se dizer que a partir desta data a genética passou a consolidar-se

como Ciência.

Em 1884, por volta da morte de Mendel, os cientistas, usando corantes e

microscópios, cada vez mais desenvolvidos para observar as células, já haviam descoberto

estruturas finas e compridas no núcleo, as quais deram o nome de cromossomos. Mas somente

em 1902 os cientistas, Walter Sutton e Theodor Boveri, associaram os fatores de Mendel aos

cromossomos. Sutton descobriu que os cromossomos, assim como os fatores de Mendel, eram

duplos nas células do corpo de gafanhotos, porém apareciam com o número reduzido à metade

nos gametas. Tornou-se claro que os fatores, agora chamados de genes, estavam nos

cromossomos.

Alguns anos mais tarde, em 1907, a herança cromossômica foi estudada nos

Estados Unidos por Thomas Hunt Morgan, usando mutantes de mosca-das-frutas, Drosophila

melanogaster. Ao usar mutantes de moscas para cor dos olhos, Morgan estudou a herança

ligada ao sexo, na qual uma das características somáticas está representada de modo

desproporcional em um dos sexos. As moscas normais têm olhos vermelhos, chamados de

selvagem e representados pelo alelo W, enquanto alguns mutantes, a grande maioria do sexo

masculino, tem olhos brancos. Já se sabia na época que o sexo era determinado em moscas

pelos cromossomos X e Y. As fêmeas possuem dois cromossomos X e os machos um X e um Y

de tamanho menor. Morgan concluiu que a informação para a cor dos olhos em drosophila está

localizada no cromossomo X e que a cor branca (representado pelo alelo w) é recessiva, razão

pela qual aparece, essencialmente, nos machos.

Geração P ♀ Olho selvagem ♂ Olho branco

XW XW X XwY

Gametas XW Xw Y

Geração F1 ♀ XW Xw ♂ XWY

50% Fêmea Olho selvagem 50% Macho Olho selvagem

F1 F1

♀ XW Xw X ♂ XWY

XW Xw XW Y

F2: XW XW, XWY, XW Xw, Xw Y,

♀ normal ♂ normal ♀ portadora ♂ Olho branco

Na espécie humana, o daltonismo ou cegueira às cores, e a hemofilia, doença

hereditária que provoca a falha no sistema de coagulação sanguínea, também são exemplos de

herança ligada ao sexo.

Atividades:

1) Pesquise com sua professora sobre essas anomalias

hereditárias e como se processa a transmissão dos alelos

mutantes para o daltonismo e hemofilia na geração F1 e F2.

2) Alexandra Feodorovna, czarina da Rússia, filha do Grão-

Duque Luis IV e da Princesa Alice do Reino Unido e neta da

rainha Vitória e do príncipe Alberto, casou-se com Nicolau II,

czar da Rússia, e teve 5 filhos: 4 meninas, normais para a

hemofilia e um filho hemofílico. A czarina era normal para

essa anomalia, porém teve um irmão e um tio que morreram

com essa doença, além de uma irmã, normal, mas que teve

dois filhos hemofílicos. De posse desses conhecimentos,

explique a herança para a hemofilia na família da czarina e do

czar da Rússia.

3) Um homem daltônico, casado com uma mulher normal para o

daltonismo, tem probabilidade de ter uma criança do sexo

masculino daltônica? Por quê?

Além da cor do olho, Morgan estudou a herança de muitas características em

Drosophila melanogaster como, por exemplo, o tamanho das asas (longas e vestigiais) e a cor

do corpo (preto e cinza-amarelado), entre outras. Ao observar a herança de duas ou mais

características simultaneamente, encontrou em alguns casos, como cor de olhos e formato das

asas, a mesma proporção verificada por Mendel em F2. Porém, para algumas características,

como tamanho das asas e cor do corpo, as proporções de descendentes observadas no

cruzamento-teste de F1 com um dos parentais e em F2, diferiram daquelas encontradas por

Mendel. Depois de muitas reflexões, Morgan concluiu que, nesses casos, os genes

encontravam-se ligados no mesmo cromossomo, e as combinações das características parentais

encontradas nos descendentes deviam-se ao rompimento seguido de novas junções dos

cromossomos homólogos durante a meiose, processo chamado de recombinação.

P Macho Fêmea

(corpo preto e asa vestigial) (corpo cinza e asa longa)

ppvv PPVV

Gametas pv X PV

F1 PpVv

Corpo cinza e asa normal

Macho (parental) X Fêmea F1

ppvv PpVv

Gametas pv PV

Pv

pV

pv

41,5% corpo cinza e asa normal P-V-

41,5% corpo preto e asa vestigial ppvv

8,5% corpo cinza e asa vestigial P-vv

8,5% corpo preto e asa normal ppV-

O resultado mostra que as fêmeas de F1 produzem 4 tipos de gametas, porém,

não na mesma proporção: 41,5% PV, 41,5% pv, 8,5%, pV e 8,5% Pv. Como se pode observar,

o fenótipo dos descendentes é determinado pela constituição genética do óvulo, uma vez que o

macho, sendo recessivo duplamente, fornece apenas alelos recessivos para os descendentes.

O fato de a produção dos 4 tipos de gametas da fêmea não serem produzidos na

proporção de 25% cada um como acontece na segunda lei de Mendel, mostra que os genes não

se segregam de forma independente. Os gametas portadores dos alelos P/V e p/v aparecem em

maior porcentagem em relação aos gametas portadores dos alelos P/v e p/V. O que indicam

esses resultados?

Morgan atribuiu esses resultados à localização dos genes para a cor do corpo e

tamanho da asa, que estariam no mesmo par de cromossomos homólogos. Assim, por fazerem

parte da estrutura do mesmo cromossomo, eles não se segregam independentemente.

Morgan e seus colaboradores, em 1915, já haviam descoberto 85 mutações em

drosófila. Após cruzamentos eles verificaram que alguns desses mutantes apresentavam

segregação independente e outros apresentavam ligação gênica. A partir desses dados, Morgan e

sua equipe separaram as 85 mutações em 4 grupos denominados de grupos de ligação. Os

genes de um grupo embora apresentassem ligação, segregavam-se independentemente de genes

dos outros grupos.

A partir de estudos citológicos que mostraram que a Drosophila melanogaster

possui 4 pares de cromossomos ( 2n=8), havendo, portanto, um exato paralelismo entre o

número de cromossomos e o número de grupos de ligação determinado pela análise genética,

Morgan viu nesse fato um forte indício de que os genes estão nos cromossomos e, genes que

fazem parte do mesmo cromossomo tendem a ser herdados juntos.

A recombinação.

No caso das drosófilas, a cor do corpo e a forma das asas eram características

determinadas por genes em ligação, e as fêmeas duplo-heterozigotas não formavam apenas dois

tipos de gametas, como era esperado, mas quatro. Ocorre que a ligação entre genes ligados em

um mesmo cromosssomo não é completa porque durante a meiose, ocorrem quebras e trocas de

pedaços entre as cromátides internas de cromossomos homólogos. Esse fenômeno conhecido

por Permutação ou Crossing-over (troca), leva à formação de gametas com novas combinações

entre os alelos, e eles são denominados gametas recombinantes, diferentes das formas

existentes nos cromossomos herdados dos pais, que são denominados de gametas parentais.

Fêmeas duplo-heterozigotas PpVv ou Pp/Vv

Gametas parentais PV - 41,5%

pv – 41,5%

Gametas recombinantes pV - 8,5%

Pv - 8,5%

Mas o que é e do que é feito o gene?

Um passo importante para a compreensão da atuação dos genes foi a

identificação de sua natureza química, no final dos anos 1940, quando os cientistas Avery,

MacLeod e McCarty descobriram que eles são formados por DNA ou ácido

desoxirribonucléico.

Em 1953, James Watson e Francis Crick propuseram o modelo que explica a

estrutura da molécula de DNA e também sugeriram o modo como ela seria capaz de

autoduplicação e de transferir a informação genética nela contida. Os trabalhos desses

pesquisadores revolucionaram a biologia e outras áreas da ciência, acelerando o surgimento de

muitos outros avanços científicos e biotecnológicos como os transgênicos, o sequenciamento do

genoma humano e células-tronco.

Malthus estava certo?

Como já descrito, desde o início da humanidade as tribos nômades aprenderam a

selecionar características desejáveis, domesticando animais e plantas. Mas o melhoramento

científico das espécies vegetais e animais, úteis à alimentação humana, tornou-se possível no

início do século XX com a elucidação das leis de Mendel.

A resposta científica à hipótese de Malthus sobre a extinção da humanidade por

conta do problema da fome no mundo, levou ao desenvolvimento de um amplo programa de

melhoramento genético de sementes chamado de “Revolução Verde”. Esse programa teve início

em meados do século XX, quando o governo mexicano convidou a Fundação Rockefeller, dos

EUA, a fazer estudos sobre a fragilidade de sua agricultura. A partir daí, baseados nos novos

conhecimentos sobre os genes, os cientistas, liderados pelo americano Norman Ernest Borlaug,

criaram novas variedades de milho e trigo de alta produtividade, que fizeram o México

aumentar de forma vertiginosa sua produção. Essas sementes foram, em seguida, introduzidas e

cultivadas em outros países, também com ótimos resultados. O movimento da revolução verde

teve um grande impacto social ao ajudar a erradicar a fome no mundo, conferindo a Norman

Ernest Borlaug o Prêmio Nobel da Paz em 1970. No entanto, muitos criticam a Revolução

verde por tratar-se de um projeto baseado em monoculturas, extensas áreas para cultivo e por

fazer uso, em grande escala, de fertilizantes, agrotóxicos e insumos de alto custo.

Como podemos observar na reportagem do início dessa unidade, atualmente a

fome, segue sendo um problema tão grave como antes. No entanto, são produzidos alimentos

suficientes para nutrir os 6,5 bilhões de seres humanos que habitam o planeta. Portanto, o

problema não é devido à carência de alimentos, mas sim à má distribuição de renda, à

desigualdade social, que dificulta o acesso aos alimentos. Dessa forma, enquanto uma parcela

da população, principalmente a do primeiro mundo, tem muito, a maioria vive na miséria e

passam fome porque não podem pagar por alimentos, ou porque não têm terras para cultivá-los.

Nos dias atuais, ao lado da fome, um ou outro problema atinge as populações do

mundo: a degradação ambiental, causando sérias alterações do clima. Esse problema está

vinculado ao sistema ocidental de produção, que ao dar prioridade ao lucro gerado pela

comercialização e exportação, têm feito uso inadequado dos recursos naturais, podendo

comprometer seriamente a sustentabilidade do ambiente.

Para uma parcela da comunidade científica e empresas multinacionais, a solução

para o aumento da produtividade e a qualidades dos alimentos, está na produção de organismos

transgênicos.

O que são transgênicos?

Como se faz um organismo transgênico?

Que tipos de transgênicos já foram produzidos?

Os transgênicos fazem mal à saúde e ao meio ambiente?

Essas são algumas das questões que discutiremos nas nossas próximas unidades

didáticas.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE GENÉTICA.

Genética: ciência que estuda a hereditariedade, ou seja, a transmissão das

características de uma espécie, de geração a geração. As características ou caracteres estão

“inseridas” em forma de código nos genes. A palavra característica ou caráter é utilizada em

Genética para designar qualquer particularidade de um ser vivo. Assim, a cor de uma flor é um

caráter de uma planta.

Genes: segmentos de DNA contidos nos cromossomos, responsáveis pela

determinação dos caracteres ou características hereditárias. Cada uma das características é

determinada por, pelo menos, um par de genes, um de origem paterna e outro de origem

materna.

DNA ou ADN ou ácido desoxirribonucléico: molécula que forma os

cromossomos. No DNA estão contidas informações do ser vivo. Ela é responsável pelas

características presentes nessas informações e pela transmissão delas de uma geração à outra.

Cromossomo: estrutura presente no núcleo da célula que contêm os genes. Cada

espécie possui um número específico de cromossomos. Nós, seres humanos, temos 46

cromossomos ou 23 pares, sendo 23 de origem paterna e 23 de origem materna.

Cromossomos homólogos: são dois cromossomos que fazem parte do mesmo

par. Por exemplo, o par de cromossomos homólogos nº 4, possui um cromossomo que veio da

mãe e o outro que veio do pai.

Genes alelos: par de genes que ocupam o mesmo lugar ou lócus nos

cromossomos homólogos (lócus: lugar; loci: lugares).

Gene dominante: gene que determina uma característica estando em dose

dupla, dois genes, ou dose simples, ou seja, um só. Ele é representado por uma letra maiúscula.

Gene recessivo: É o gene que manifesta uma característica somente quando está

em dose dupla. É representado por letra minúscula.

Genótipo: composição genética de um indivíduo com base dos genes que

recebeu de seus pais. Em relação a uma característica específica, um indivíduo pode ter

genótipo homozigoto (genes iguais), como, por exemplo, RR ou rr ou genótipo heterozigoto

(genes diferentes), como, por exemplo, Rr.

Fenótipo: aparência geral do indivíduo em face de sua constituição genética

(genótipo) e das influências do meio. Ou seja, fenótipo= genótipo + ambiente. Algumas

características ou fenótipos dependem exclusivamente dos genes. É o caso, por exemplo, da

textura da semente da ervilha, que pode ser lisa ou rugosa. Outras características ou fenótipos,

no entanto, sofrem também a influência de fatores ambientais. É o caso da cor das flores de

hortências que depende da acidez do solo. Hortências cultivadas em solo ácido têm flores róseas

e as cultivadas em solo básico flores azuladas.

Híbrido: esse termo, na época de Mendel, foi utilizado com o sentido que hoje

damos ao organismo heterozigoto ou heterozigótico.

Transgênicos: organismos que recebem ou incorporam genes de outra espécie.

Os transgênicos são produtos da Biotecnologia, termo que atualmente vem sendo utilizado para

nomear as técnicas de manipulação do material genético dos seres vivos, os genes.

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