ROTEIRO Biologia Anglo 2010

BIOLOGIAArmnio Uzunian Nelson Caldini Junior Nelson Henrique C. de Castro Sezar Sasson

SEMI

anglo sistema de ensino

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CONSELHO EDITORIAL Guilherme Faiguenboim Nicolau Marmo COORDENAO EDITORIAL Assaf Faiguenboim ASSISTNCIA EDITORIAL Beatriz Negreiros Gemignani Creonice de Jesus S. Figueiredo Denise da Silva Rosa Hosana Zotelli dos Santos Katia A. Rugel Vaz Paula P. O. C. Kusznir REVISO TCNICA Flvia M. de Lima Moreira (Biologia) Fredman Couy Gomes (Histria) Gae Sung Lee (Matemtica) Matheus Rodrigues de Camargo (Portugus) Moiss J. Negromonte (Geograa) Nelson Vicente de Souza Junior (Qumica) Rodrigo C. dos Anjos Barbosa (Fsica) PROJETO GRFICO E FOTOLITO Grca e Editora Anglo Ltda. ARTE E EDITORAO Grca e Editora Anglo Ltda. (0XX11) 3273-6000

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP) (Cmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Anglo : ensino mdio : apostila-caderno. So Paulo : Anglo, 2003. Vrios autores. 1. Ensino mdio 99-4425 CDD-373.19

Grca e Editora Anglo Ltda. MATRIZ Rua Gibraltar, 368 - Santo Amaro CEP 04755-000 - So Paulo - SP (0XX11) 3273-6000 www.angloconvenio.com.br

ndices para catlogo sistemtico: 1. Ensino integrado : Ensino mdio 373.19 Cdigo: 829314110

2010


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RNDICE

BiologiaUnidade I Biologia Celular Captulo 1 As substncias biolgicas e o metabolismo ..............................

5

Captulo 2 Biologia Celular ................................ 18 Unidade II Gentica Captulo 3 A Primeira Lei de Mendel e suas variaes ................................. 28 Captulo 4 A herana de dois pares de genes . 36 Captulo 5 A Evoluo Biolgica ....................... 39 Captulo 6 Noes de Biotecnologia ................. 43 Unidade III Zoologia e Morfologia Captulo 7 Os grupos Animais .......................... 47 Captulo 8 Fisiologia animal.............................. 59 Unidade IV Botnica Captulo 9 Os grupos estudados na Botnica . 71 Captulo 10 Morfosiologia vegetal ................... 85


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RUnidade V Ecologia Captulo 11 Ecologia............................................. 91


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As substncias biolgicas e o metabolismoOS CARBOIDRATOS E O METABOLISMO ENERGTICO1

CAPTULO 1

Os tipos de carboidratos e seu papel

So trs as principais categorias de carboidratos: os monossacardeos (como a glicose e a frutose); os dissacardeos (como a maltose e a sacarose); e os polissacardeos (como o amido e a celulose).

Geralmente, os carboidratos tm um papel energtico, sendo usados como combustveis pelas clulas. Outros funcionam como material de reserva energtica, como o caso, por exemplo, do amido e do glicognio. Alguns, como a celulose, tm um papel estrutural (como o de reforar as paredes das clulas vegetais).

Alguns exemplos de carboidratosCarboidratos123

Constitudo por

Ocorrncia RNA DNA

Papel biolgico

123

Monossacardeos

Pentoses

ribose desoxirribose

Matrias-primas para a sntese de cidos nucleicos Energtico Energtico Energtico

123

123

Hexoses

glicose frutose galactose Glicose e frutose

Sangue, mel, vegetais Vegetais Leite Cana-de-acar e vegetais em geral Vegetais e no tubo digestrio, como resultado da digesto do amido Leite Razes, caules, folhas e frutos Paredes celulares Vegetais Fgado e msculos

1442443

Sacarose Dissacardeos

Maltose

Glicose e glicose

Todos tm papel energtico, aps a hidrlise

Lactose

Glicose e galactose

123 123 123

Polissacardeos

Amido

Vrias glicoses

Reserva energtica vegetal Reforo esqueltico em vegetais Reserva energtica animal

Celulose

Vrias glicoses

Glicognio

Vrias glicoses

AmidoO O O O

GlicognioOO O O OO O

O O

O

O

O

OOO

O O CH2 O OO

O O

O

O O

O O

CH2 O

O O

O O

O O O

O

O O O

OO

O

O O

O

O

O O

O

O OO

CH2 O O O

O O

OO

O

OO

CH O2

OO OO

O

O O

O OO

O O

O

O OO

O

CH2 O

O

O O

O

O

CeluloseOO O O O

O O

O O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

Apesar de constitudos pelas mesmas unidades bsicas, amido, glicognio e celulose, so substncias com propriedades diferentes.

SISTEMA ANGLO DE ENSINO

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BIOLOGIA

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A entrada dos carboidratos nas clulas

Molculas pequenas

Para que um carboidrato atravesse a membrana celular e seja utilizado na clula, ele precisa estar sob a forma de monossacardeo, os acares mais simples. Para que um dissacardeo constitudo por duas molculas de monossacardeos ligadas uma outra possa ser utilizado, primeiramente ele precisa ser hidrolisado por enzimas digestivas. O mesmo ocorre com os polissacardeos como o amido, molculas gigantes que necessitam de digesto para que suas unidades constituintes entrem nas clulas e sejam metabolizadas.

Hidr li se

se nte SH2O

H2O

Molcula grande Quando molculas pequenas se juntam para formar um polmero (molcula maior), ocorre sada de gua (desidratao). A reao com a adio de gua, ao contrrio, leva hidrlise da molcula grande. Molculas pequenas, individuais Molculas pequenas ligadas entre si

Transformaes sofridas pelos carboidratos no tubo digestrioCarboidrato absorvido pelo sangue? Local da hidrlise e suco digestivo Boca; saliva Duodeno; suco pancretico Intestino delgado; suco entrico Maltose No Intestino delgado; suco entrico Lactose No Intestino delgado; suco entrico Glicose Frutose Galactose3

Nome da enzima digestiva Amilase salivar (ptialina) Amilase pancretica Sucrase

Transforma-se em

Amido

No

Molculas de maltose Glicose + frutose

Celulose Sacarose

No No

Maltase

Glicose + glicose

Lactase

Glicose + galactose

Sim Sim Sim

Os carboidratos liberam energia na clulaCombustvel celular (rico em energia) Quantidade de energia qumica das substncias Fermentao e/ou respirao e Liberao de energia qumica para o trabalho celular

H dois processos principais de liberao de energia nas clulas (portanto, exotrmicos): a fermentao, anaerbica; e a respirao, que ocorre em presena de oxignio. A fermentao libera menos energia, por molcula de glicose consumida, do que a respirao. Enquanto a fermentao ocorre no hialoplasma, a maior parte da respirao acontece na mitocndria. Ambos os processos tm muitas etapas, que descreveremos resumidamente.A fermentao e a respirao liberam energia e, portanto, so reaes exotrmicas.

Substncias com pouca energia qumica


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BIOLOGIA


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Observe e compare as equaes da fermentao alcolica e da respirao, dadas a seguir.

C6H12O6 Glicose

Enzimas

2

C2H5OH lcool etlico

2

CO2

Energia

Gs carbnico

Fermentao alcolica

C6H12O6 Glicose

6

O2

Enzimas

6

CO2

6

H2O gua

Energia

Oxignio

Gs carbnico

Respirao

Observe que a respirao quebra a glicose de uma forma mais completa do que a fermentao; assim, a respirao libera mais energia do que a fermentao. Toda a energia liberada, tanto na fermentao como na respirao, armazenada em ligaes qumicas nas molculas de ATP (adenosina trifosfato).

Combustvel celular

ATP

Quantidade de energia qumica das substncias A energia liberada pela respirao e pela fermentao armazenada por molculas de ATP . Fermentao e/ou respirao

Energia

Energia para o trabalho celular Resduos pouco energticos

= Adenina (base orgnica nitrogenada) P P P P Adenosina Monofosfato de adenosina Difosfato de adenosina Trifosfato de adenosina = Ribose (acar de 5 carbonos) = Ligaes de alta energia = Fosfato

A estrutura do ATP .

Quando existe energia liberada pela fermentao ou pela respirao, molculas de ADP se carregam e, ao combinar-se com fosfato, se transformam em ATP. Havendo necessidade de energia para o trabalho celular, molculas de ATP descarregam sua energia, e se transformam novamente em ADP + P.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

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BIOLOGIA


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Adenosina

Trifosfato

AdenosinaTrabalho celular

Difosfato

Fosfato

7 KcalP P P

Respirao e/ou fermentao

P

P

P

ATP Estruturas do ATP e do ADP e como um se transforma no outro. ,

ADP

P

Energia

A respirao pode ser dividida em trs etapas: a gliclise, que ocorre no hialoplasma e origina duas molculas de cido pirvico, que penetram na mitocndria; o ciclo de Krebs, no qual a acetilcoenzima A, proveniente do cido pirvico, desmontada, resultando em gs carbnico, que sai da clula, e hidrognios; e, por m, a cadeia respiratria, na qual os hidrognios, retirados das vrias etapas e transportados pela substncia NADH2, se combinam com o oxignio, formando gua e liberando energia, armazenada toda ela por molculas de ATP.CO2

NADH2 H2 Glicose cido pirvico Acetilco A Krebs ADP H2 P

Crista

ATP

Gliclise

O2 H2O Um resumo das etapas da respirao no hialoplasma e na mitocndria. 4

Os carboidratos so produzidos por fotossntese

Esse processo, em organismos clorolados, consiste na absoro de luz, de gs carbnico e de gua e resulta na produo de carboidratos (como a glicose) e do gs oxignio. Portanto, trata-se de um processo endotrmico, no qual substncias com pequena quantidade de energia qumica (gs carbnico e gua) se transformam em substncias ricas em energia qumica, como a glicose.

Combustvel celular (rico em energia) Energia luminosa Quantidade de energia qumica das substncias Fotossntese

Substncias com pouca energia qumica

A fotossntese um processo endotrmico, que absorve energia luminosa.BIOLOGIA


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Observe a equao geral da fotossntese:Clorofila 6 CO2 6 H2O gua Luz Enzimas Gs carbnico Glicose Oxignio C6H12O6 6 O2

O processo de fotossntese ocorre no interior de orgnulos chamados cloroplastos. Os vegetais tm nutrio dita autotrca, j que eles sintetizam seu prprio alimento orgnico, diversamente dos animais, que so chamados hetertrofos, por terem a necessidade de retirar seu alimento orgnico de outros seres vivos. O esquema a seguir integra os processos de fotossntese, respirao e fermentao na natureza. Observe-o com ateno.

Somente organismos clorofilados

Organismos com clorofila e organismos sem clorofila (Auttrofos e hetertrofos)

Energia luminosa

Combustvel celular

ATP

Quantidade de energia qumica das substncias

Fotossntese

Fermentao e/ou respirao

Energia para o trabalho celular

Substncias pouco energticas

Substncias pouco energticas

Fotossntese, fermentao e respirao: a integrao dos processos.

Na natureza, h intercmbio entre mitocndrias (sede de grande parte do processo de respirao celular) e cloroplastos (responsveis pela produo de matria orgnica). A fotossntese consiste em vrias reaes. Essas reaes podem ser divididas, resumidamente, em duas fases: a fase de claro, que ocorre nas partes cloroladas do cloroplasto (lamelas e grana); e a fase de escuro, cujas reaes ocorrem no estroma, parte do cloroplasto sem clorola. O esquema a seguir mostra os eventos importantes que ocorrem em cada fase.

ADP H2O ATP Luz Reaes de claro

P CO2

NADPH2

Reaes de escuro

Glicose

As principais substncias envolvidas nas reaes da fotossntese.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

O2 NADP

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BIOLOGIA


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AS PROTENAS E O METABOLISMO DE CONSTRUO5

Os papis das protenas

H trs principais papis desempenhados pelas protenas nos seres vivos. Algumas protenas so estruturais, ou seja, constroem a matria viva. Outras funcionam como enzimas, tendo o papel de catalisar reaes. Outras, ainda, os anticorpos, desempenham papis de defesa nos animais, contra a invaso de microrganismos.6

A constituio das protenas

pende do nmero de aminocidos que as constituem. Em seguida, quanto aos tipos de aminocidos; e, por m, quanto sequncia. Todos esses fatores fazem com que as protenas sejam muito variadas. Quando comemos protenas, elas so desmontadas no nosso sistema digestrio, originando aminocidos, que penetram nas clulas. No interior de cada clula, os aminocidos se ligam uns aos outros, porm na sequncia correta para produzir as protenas caractersticas de nossas clulas e de nosso organismo. Essa montagem ocorre em organoides chamados ribossomos, sendo controlada, geneticamente, pela ao do DNA.Protena da espcie A Protena da espcie B

So macromolculas constitudas pela reunio de pequenas unidades, os aminocidos. Existem 20 tipos diferentes de aminocidos na natureza. Observe, nos esquemas a seguir, a frmula geral de um aminocido e as frmulas de 4 aminocidos dentre os 20 existentes.H R C NH2 C OH O Frmula geral de aminocido. R = radical especco do aminocido.

H H C NH2 Glicina C

O H3C OH

H C NH2 Alanina C

O OH

H3C CH H3C

H C NH2 Valina C

O OH

O C HO C C

H C C

O OH

H2 H2 NH2 cido glutmico

H HO C C C

O H3C OH

H C

H C C

O OH

H2 NH2 Serina

OH NH2 Treonina

As unidades de duas protenas diferentes podem ser as mesmas, porm arranjadas de outro modo.

Em azul, esto indicados os radicais de 4 tipos de aminocidos. Observe que o restante da molcula idntico em todos eles.

Os aminocidos se ligam entre si por ligaes peptdicas. Molculas com pequeno nmero de aminocidos so ditas polipeptdeos. Acima de 80 aminocidos, fala-se em protena. As protenas podem diferir, uma em relao outra, em vrios aspectos. Inicialmente, quanto ao tamanho, que deSISTEMA ANGLO DE ENSINO

Quando uma protena estudada em relao composio do o proteico (nmero de aminocidos, tipos utilizados e sequncia), fala-se em estrutura primria. Geralmente, as protenas se apresentam enroladas em forma de hlice: a estrutura secundria. A hlice, por sua vez, se dobra sobre si mesma, adquirindo uma forma prpria no espao, que chamada estrutura terciria. Em ltima anlise, a forma da protena (ou sua estrutura terciria) depende da sequncia de aminocidos presentes no o proteico.

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BIOLOGIA


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Ponte de hidrognioR C O H C R H N C O H C R H N C O C C O N C N H H C C O H N C C O C O R C N H H C C O H N C H C N N O H N C O N C C C H C N C O H N C C O H C H N N C C O C N C

O N C

Estrutura primria As trs estruturas de uma protena.

Estrutura secundria

Estrutura terciria

O papel biolgico de uma protena na clula depende, fundamentalmente, de sua forma (ou estrutura terciria), que, por sua vez, depende, como j vimos, da sequncia de aminocidos. A mudana de um ou de poucos aminocidos na sequncia de uma protena, no momento de sua fabricao, que ocorre por um defeito no gene que comanda sua produo, pode modicar sua forma e, portanto, sua funo. O calor modica a forma da protena, ou seja, a desnatura. Normalmente, isso inativa a protena, que deixa de exercer sua funo normal na clula.A desnaturao de uma protena pelo calor. A forma da protena se modica, uma vez que algumas ligaes qumicas se desfazem. 7

Protena desnaturada

Protena ativa

Calor

A funo das protenasObserve, na tabela a seguir, alguns exemplos de protenas de construo (ou estruturais). Protena Colgeno Ocorrncia Papel nos organismos

Confere resistncia a essas estruturas. Presente na pele. Existe tambm nos Nos ossos, por exemplo, o clcio s responsvel pela ossos, nas cartilagens e nos tendes. rigidez, enquanto o colgeno confere resistncia. Presente na superfcie da pele dos vertebrados terrestres. Maior componente de bicos, unhas, pelos, garras, escamas. Impermeabiliza a superfcie do corpo dos vertebrados terrestres. Importante proteo contra a desidratao (no confundir com a quitina, dos artrpodes, que um polissacardeo).

Queratina

Actina e miosina Hemoglobina

As duas protenas constituintes dos Tm a propriedade de contrao; portanto, esto relaciomsculos. nadas ao movimento. Presente nas hemcias dos vertebra- Relacionada ao transporte de gases da respirao, princidos. palmente o oxignio. A protena mais abundante no plasma, Confere ao sangue a viscosidade e a presso osmtica a parte lquida do sangue. tambm adequadas. No caso da clara do ovo, funciona como uma encontrada na clara de ovo. reserva alimentar para o embrio em desenvolvimento.

Albumina


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BIOLOGIA


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As enzimas so protenas obrigatrias para a ocorrncia de reaes do metabolismo. Elas facilitam essas reaes, permitindo que ocorram com maior velocidade. So tambm especcas, ou seja, catalisam somente um certo tipo de reao, por se ligarem a um determinado substrato, numa reao de chave-fechadura. Observe a equao a seguir, na qual E = enzima, S = substrato, ES = complexo enzimasubstrato e P = produto. Observe que, ao nal da reao, a enzima devolvida intacta, no tendo sido consumida. E+S ES E+P

A especicidade da enzima depende de sua forma e, portanto, de sua habilidade para se ligar a um certo substrato. Observe o esquema a seguir:

+

Enzima maltase

Acar maltose

Maltose e maltase ligam-se quimicamente

Duas molculas de glicose so formadas

A hidrlise da sacarose no catalisada pela maltase

Enzimas no apenas sintetizam reaes de quebra de um substrato, como tambm participam de reaes de sntese, ou construo, de molculas mais complexas.

Substratos

Produto

Complexo enzimasubstrato Enzima Enzima

A enzima est catalisando uma reao em que um produto sintetizado a partir de duas molculas de substrato.

O funcionamento de uma enzima tambm inuenciado por fatores como o pH e a temperatura. Assim, cada enzima tem uma temperatura tima de funcionamento, assim como um pH timo, nos quais ela age com maior ecincia. Observe os grcos a seguir.Velocidade da reao Mximo

Altas temperaturas desnaturam as enzimas, porque, ao se modicar a estrutura terciria, no ocorre mais a ligao com o substrato.

Calor Enzima maltase Maltase desnaturada

A tabela abaixo relaciona algumas enzimas e suas funes.pH timo Velocidade da reao Mximo Amilase Catalase Pepsina Temp. tima Temperatura DNA polimerase RNA polimerase Valor do pH

Enzimas e seus papisEnzimas PapelCatalisa a hidrlise do amido at molculas de maltose. Catalisa a decomposio da gua oxigenada. Catalisa a hidrlise das protenas no estmago. Catalisa a duplicao do DNA. Catalisa a produo de RNA pelo DNA.

pH e temperatura so fatores que inuem no funcionamento de uma enzima.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

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BIOLOGIA


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Anticorpos so molculas de protenas, produzidas em resposta entrada de antgenos, molculas estranhas a um organismo normalmente protenas ou polissacardeos estranhos. Como as enzimas, os anticorpos so especcos, ou seja, cada anticorpo se liga a apenas um determinado antgeno, inativando-o. Uma vez produzido o anticorpo, o sistema imunitrio conserva a memria de imunizao, o que permite que esse anticorpo, a partir de ento, seja novamente produzido com muita rapidez. O organismo foi imunizado ativamente. o que ocorre ao se contrair uma doena ou ao se tomar uma vacina. Quando se contrai uma doena, o organismo reage penetrao dos antgenos do microrganismo, produzindo taxas cada vez maiores de anticorpos. Devido memria de imunizao, muitas doenas so contradas apenas uma vez na vida. Na vacinao, o microrganismo morto ou enfraquecido (ou, ainda, uma pequena parte dele) introduzido no indivduo a ser imunizado. Sem contrair a doena, o organismo reage aos antgenos e produz anticorpos, cando protegido, a partir disso, contra a invaso daquele microrganismo especco, mesmo que virulento. No caso de doenas j instaladas, pode-se ministrar o soro teraputico. So anticorpos prontos, produzidos por outro organismo (o cavalo, por exemplo), que so injetados para o combate direto aos antgenos. A imunizao dita passiva, pois no h memria imunitria. Exemplos: soro antiofdico, soro antitetnico, soro contra a difteria. No grco a seguir, observe a produo de anticorpos subsequente inoculao de uma vacina (imunizao ativa). Repare na diferena de resposta por ocasio da primeira inoculao e da segunda.Resposta primria Resposta secundria Segunda inoculao de vacina

Os genes so pedaos de molcula de DNA capazes de controlar o metabolismo celular. Resumidamente, pode-se dizer que o gene tem dois importantes papis: Transmitir a informao gentica, de uma clula para outra, pela sua capacidade de autoduplicao. Comandar a sntese de protenas, da seguinte forma: o DNA fabrica RNA (processo dito transcrio); o RNA vai ao citoplasma, se associa a ribossomos e gerencia a sntese de uma certa protena (traduo). O esquema a seguir retrata, de forma resumida, esses dois papis.

Traduo Transcrio

RNA

Protena

Duplicao DNA DNA

9

A estrutura dos cidos nucleicos

Concentrao de anticorpos no soro

Primeira inoculao de vacina

DNA e RNA so macromolculas constitudas por pequenas unidades, os nucleotdeos. Cada nucleotdeo tem, na sua composio, uma molcula de cido fosfrico, uma pentose (acar de 5 carbonos) e uma base nitrogenada. A pentose, no RNA, a ribose; e, no DNA, a desoxirribose. As bases nitrogenadas adenina, citosina e guanina so comuns ao RNA e ao DNA. A timina exclusiva do DNA, enquanto a uracila encontrada somente no RNA.Fosfato

O METABOLISMO DE CONTROLE: CIDOS NUCLEICOS E SNTESE DE PROTENAS8

Os cidos nucleicos e seu papel biolgico

Os cidos nucleicos so o DNA e o RNA. Substncia j identicada como sendo o material gentico da maior parte dos seres vivos, o DNA est relacionado transmisso da informao gentica de uma clula para a outra. J o DNA e o RNA, em conjunto, controlam a atividade da clula por meio da sntese de protenas.SISTEMA ANGLO DE ENSINO


344444424444441 344424441 0 30 60 90 120 Tempo (em dias) 150 180

Base nitrogenada Pentose

Representao esquemtica do nucleotdeo.

D

A

R

A

DD G R G

Desoxirribose cido fosfrico

D

C

R

C

R

Ribose

D

T

R

U

Os tipos de nucleotdeos encontrados no DNA ( esquerda) e no RNA ( direita).

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BIOLOGIA

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Algumas caractersticas do DNA e do RNAmcido desoxirribonucleico Localizao principalmente no ncleo citosina timina adenina guanina desoxirribose informao gentica desoxirribonuclease DNA polimerase cido ribonucleico no ncleo e no citoplasma citosina uracila adenina guanina ribose sntese de protenas; e, em alguns vrus, informao gentica ribonuclease RNA polimerase

Bases nitrogenadas

Pentose (acar) Papel na clula Hidrolisado pela enzima Enzima que catalisa a sntese

A molcula de DNA uma dupla-hlice: as duas tas se complementam, sendo que a adenina de uma ta pareia com a timina da outra, enquanto a citosina pareia com a guanina. O que faz com que uma molcula de DNA seja diferente de outra a sequncia dos nucleotdeos, que pode variar de maneira praticamente innita.

Molcula originalA T TA A T G GC GC TA CG A A T GC CG A T T TAG

C

A

T

P D P D P D P D P D P D G A C T G T

P D P D P D P D P D P DG

P T G T C AA C A G T C

G

A

A

DT T G T

C G C

G

G

T

T

A

C

C

C

T

C

T

P D P D P D P D P DG T C AC A G T

A

A

T

C G C C

G

G C

A

A

C A T A T

Fita nova

Duplicao semiconservativa do DNA.

Polinucleotdeo

Dois filamentos pareados

Quando o DNA produz RNA (transcrio), apenas uma das tas de DNA serve de molde para a produo de uma molcula de RNA de ta nica. A transcrio catalisada pela enzima RNA polimerase.

G

T

C

Fita original

T

A

C

A

Fita original

T A G C T

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

RNA polimerase

A

P = fosfato

D = desoxirribose

Dupla-hlice

T G C G G A

DNA

G C G C A T U A G C C G G G C A T A TU CAA

Os nveis de organizao na estrutura do DNA. 10

T G

A duplicao e a transcrio

C

A molcula de DNA capaz de se autoduplicar (duplicao semiconservativa), evento que ocorre na intrfase dos ciclos celulares. Na autoduplicao, catalisada pela DNA polimerase, as duas tas se afastam uma da outra, e, nas bases dessas tas originais, se encaixam nucleotdeos livres, existentes na clula. Observe o esquema, e repare que uma ta nova (vermelha) est se formando sobre cada uma das tas originais, que se afastaram uma da outra.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Sob ao de RNA polimerase, uma das tas da molcula de DNA sintetiza uma molcula de RNA, de ta simples. Essa sntese chamada transcrio.

T

A C G A T C

AG

G

C

RNA

G

14


G

BIOLOGIA

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Os esquemas a seguir do uma noo comparativa dos processos de duplicao e de transcrio.

+

A T GC CG CG T A A T A T T A GC CG

Enzima:

DNA polimerase

A G C C T A T A T T A GC CG

T C G G A A T A T T A GC CG

A T GC CG CG T A A T A T T A GC CG DNA

+


Duplicao do DNA (ou replicao).

Gene para a protena X

+

A T GC CG CG T A A T A T T A GC CG

Enzima:

RNA polimerase

A U GC CG CG T A A U A U T A GC CG

T C G G A T T A C G


+

U C G G A U U A C G RNA

Sntese de RNA (ou transcrio).


15

BIOLOGIA


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11

Tipos de RNA

12

O cdigo gentico

H trs tipos de RNA, todos eles produzidos pelo DNA. O RNA mensageiro, que orienta a sntese de uma determinada protena, com uma sequncia precisa de aminocidos; o RNA transportador, que leva o aminocido at o ribossomo; e o RNA ribossmico, que serve de matriaprima para a construo de ribossomos.

A cada grupo de trs bases do DNA, chamado cdon, corresponde um aminocido na protena a ser sintetizada. Assim, um gene para uma protena que tenha 100 aminocidos dever ter, no mnimo, 300 nucleotdeos e, portanto, 300 bases nitrogenadas. Chamamos de cdigo gentico correspondncia entre os cdons e os aminocidos. O cdigo gentico j foi todo decifrado, e parece ser universal; ou seja, um certo cdon no DNA de qualquer ser vivo corresponde ao mesmo aminocido, sempre. Cdigo do DNA Abreviao do aminocido (Phe) (Leu) (Val) (Gly) (Glu) (His) (Thr) (Ser) (Pro)

Aminocido fenilalanina leucina valina glicina cido glutmico histidina treonina serina prolina

RNA mensageiro RNA ribossmico RNA transportador Aminocido + Enzima ativante + Protenas

AAA AAC, GAC, GAG CAA CCG, CCT CTT, CTC GTA TGTRNA transportador carregado com aminocido

AGGRibossomo

RNA mensageiro

GGG

13

A sntese de protenas

Na sntese de protenas, ou traduo, o RNA mensageiro comanda, no citoplasma, todo o processo. A sequncia de bases do DNA havia determinado a sequncia no RNA mensageiro; essa, por sua vez, determina a sequncia de transportadores que podem se encaixar no ribossomo, trazendo cada qual um aminocido especco. Observe o esquema a seguir.

4. O RNA-t, 1. O DNA nuclear com seu anticdon, contm a informao traz um aminocido gentica e at o RNA-m. fabrica RNA-m. DNA RNA-t

Cadeia polipeptdica

5. Cada vez que um RNA-t se destaca, a cadeia polipeptdica em crescimento transferida ao RNA-t recm-chegado.

RNA-m

Anticdon Cdon

2. O RNA-m produzido tem uma sequncia de cdons.

Ribossomo 3. O RNA-m associa-se a ribossomos.


16

BIOLOGIA


5/21/10 3:57:21 PM

Em ltima anlise, os tipos de aminocidos que iro se encaixar, um a um, no polipeptdeo em fabricao, dependero das trincas de bases do RNA mensageiro, que, por sua vez, dependeram da sequncia do DNA que as fabricou. Um polirribossomo uma molcula de RNA mensageiro associada a vrios ribossomos que a percorrem, efetuando sua leitura e produzindo, cada um deles, a mesma protena. Observe, no esquema a seguir, que as protenas esto em diferentes estgios de fabricao, ao longo do polirribossomo.

Ribossomo em movimento Protena em crescimento Protena completa

RNA-m

As duas subunidades do ribossomo Um polirribossomo: a montagem em srie. 14 Mutaes

Qualquer acidente que modique a constituio qumica da molcula de DNA, de tal forma que a modicao possa ser transmitida da por diante s molculas-lhas, dita uma mutao. Por exemplo, a troca acidental de uma base nitrogenada, por ocasio da duplicao, altera um cdon; e, portanto, pode alterar um dos aminocidos na protena a ser produzida. A alterao na sequncia de aminocidos pode alterar a forma da protena, e, portanto, sua funo.15 O dogma central do cdigo gentico

Replicao

Informao

DNA Informao

Transcrio (Sntese de RNA)

Informao RNAlllllllllll ll llll lllll ll l l lllllllllllllllll l l llllllllllllllll lllllllllll l lllllllll llllllllllllllll l llll llll l l lll llll

Observe o esquema ao lado, que resume grande parte do que vimos.

Informao

Traduo (Sntese proteica)

Protena


17


l l l l llllllllll lll l lllllllllllllllllllllllll llllllllllllll l l lllll lll lllllllllllllllllllll

Ribossomo

BIOLOGIA

5/21/10 3:57:21 PM

Biologia celular

CAPTULO 2

MEMBRANA PLASMTICA E PERMEABILIDADE1

Citoplasma

A estrutura da membrana plasmtica

Todas as clulas, sem exceo, tm uma membrana plasmtica, de natureza lipoproteica, e com permeabilidade seletiva. Essa membrana decide o que entra e o que sai, preservando, assim, as diferenas entre a composio da clula e a do meio externo.Membrana plasmtica Membrana esqueltica de celulose

Membrana plasmtica

Clula animal

Clula vegetal

Citoplasma

Outras membranas, quando existem, so externas clula e denominadas membranas esquelticas. Exemplo: a membrana celulsica das clulas vegetais, que tem um papel de proteo mecnica. Em termos estruturais, a membrana plasmtica tem duas camadas de lipdios. Em cada uma dessas camadas, existem molculas de protenas embutidas. o modelo de Singer e Nicolson. Muitas dessas protenas funcionam como transportadoras de substncias. A composio das membranas dos demais orgnulos (sistema de Golgi, retculo endoplasmtico, mitocndria, cloroplasto etc.) semelhante da membrana plasmtica.

Protena Lipdios Protena

Estrutura molecular da membrana plasmtica. 2

Lipdios

A membrana e as categorias de transporte

Quando as substncias atravessam a membrana apenas graas s diferenas de concentraes entre os meios externo e interno, no ocorre consumo de energia por parte da clula. Trata-se de um processo fsico, que pode ser chamado, tambm, de transporte passivo. So exemplos de transporte passivo a difuso e a osmose. Se, ao contrrio, a clula consome energia para a realizao do transporte pela membrana, falamos em transporte ativo.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

18

BIOLOGIA


5/21/10 3:57:22 PM

Alm do transporte atravs da membrana, ocorre tambm englobamento de material pela membrana, tanto para a sua captura (endocitose) como para sua expulso da clula (exocitose).3

Estgio 1

Estgio 2

A difuso e a osmoseNvel inicial da soluo Soluo concentrada de acar

Tubo de vidro

Nvel final da soluo

DifusoNo processo de difuso, as substncias se movem do local de maior concentrao para o de menor concentrao. Dessa forma, as concentraes tendem a se igualar em ambos os lados. Assim, para haver difuso, necessrio existir um gradiente de concentraes, ou seja, uma diferena de concentraes.

Rolha Membrana semipermevel

I

II

Soluo diluda de acarA

B A

B

A osmose um fenmeno fsico de difuso da gua atravs de uma membrana semipermevel. A parede da bexiga uma membrana semipermevel. No interior (B), h uma soluo concentrada de gua e acar. Em A, existe a mesma soluo, de menor concentrao. A gua se difunde do meio A para o interior da bexiga, e o nvel da soluo eleva-se no tubo de vidro.

III

IV

Clulas animais vivem, normalmente, em solues isotnicas (a). Em solues hipertnicas, se desidratam fortemente (b). Em solues hipotnicas, absorvem gua e tendem a arrebentar (c). O esquema a seguir e as fotos correspondentes mostram o aspecto de hemcias, quando submetidas a cada uma dessas situaes. a)

O processo de difuso. As bolinhas vermelhas representam molculas de corante. H uma pequena quantidade de corante no estgio I; as molculas do corante comeam a se difundir (II e III); em IV, a distribuio dessas molculas pela gua cou homognea.

b)

Nas clulas, a difuso responsvel pelos movimentos dos gases da respirao. A taxa de oxignio da clula baixa, j que esse gs constantemente consumido na respirao. Sendo maior a taxa de oxignio do ambiente externo, o gs tende a se difundir para dentro da clula. O inverso ocorre com o gs carbnico. c)

Osmose um caso especial de difuso, que ocorre atravs de uma membrana semipermevel, que permite somente a passagem de solvente. Na osmose, somente o solvente se difunde, e ele tende a passar da soluo menos concentrada (portanto, da soluo com maior proporo de solvente) para a mais concentrada. Observe o esquema.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

19

BIOLOGIA


5/21/10 3:57:24 PM

Por causa de sua arquitetura especial, clulas vegetais so capazes de viver em solues hipotnicas sem arrebentar. Isso se deve presena da membrana celulsica, resistente, porm de elasticidade limitada. A clula absorve gua at o limite de elasticidade da membrana celulsica, e se torna trgida.

PlasmaNa+Na+ Na+

Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na

+

Na+ Na+

Na

+

Na+

Na+ Na+Na+

Na+

Na+

NaNa+

+

eNa+ Na+ Na+Na+ Na+ Na+

Na+Na+ Na+

Na+

Na+

Clula trgidaNa+

Na+ Na+

HemNa+

ciaNa+

Na+

Na+Na+

Na

+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+Na+

Na+Na+

Clula plasmolisada

Quando a clula vegetal mergulhada numa soluo hipertnica, ela perde gua por osmose. O vacolo se retrai, arrastando o citoplasma e a membrana plasmtica, que se destacam da membrana celulsica. A clula est plasmolisada.

Difuso

Transporte ativo

O fenmeno inverso ocorre com o potssio, de maior concentrao no interior da clula. O potssio sai por difuso, mas recapturado por transporte ativo. Acredita-se que o mesmo mecanismo da membrana que expulsa o sdio recaptura o potssio. Esse mecanismo chamado bomba de sdio e de potssio.5

Englobamento de partculas pela membrana

4

O transporte ativo

FagocitoseSubstncias de partcula maior no atravessam a membrana plasmtica, mas podem ser englobadas por ela. Na fagocitose, partculas slidas, maiores, so englobadas por deformao da clula e aparecimento de pseudpodes. Isso ocorre, por exemplo, em leuccitos e em amebas. Nos leuccitos, como processo de defesa do organismo. Nas amebas, como um processo de nutrio.

Neste caso, as substncias se movem contra o gradiente de concentraes, isto , migram do local de menor concentrao para o local de maior concentrao. Esse processo implica consumo de energia por parte da clula e envolve protenas transportadoras. Os esquemas a seguir comparam, muito simplicadamente, o sentido do movimento na difuso e no transporte ativo.a a) De modo espontneo, da mesma forma que a substncia sai da clula por difuso, do local de maior concentrao para o de menor concentrao. b) No transporte ativo, as substncias migram do local de menor concentrao para o de maior concentrao, o que exige consumo de energia por parte da membrana.

a Lisossomos

Difuso b

b

Vacolos digestivos

c

Transporte ativo

Um bom exemplo de transporte ativo o que acontece com o sdio e o potssio. Em geral, as clulas tm de manter uma concentrao de sdio mais baixa do que a do ambiente. Os ons de sdio tendem sempre a entrar por difuso (seta verde). No entanto, os ons sdio so bombeados para fora da clula, por transporte ativo, com consumo de energia (seta vermelha).SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Fagocitose: a ameba engloba o alimento (a); o vacolo alimentar formado funde-se aos lisossomos (b); ocorre, ento, a digesto (c).

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BIOLOGIA


5/21/10 3:57:24 PM

Pinocitose um mecanismo de englobamento de partculas lquidas, de menor tamanho do que as da fagocitose. A membrana se invagina para o interior do citoplasma, e solta-se uma pequena vescula de pinocitose.Microvilosidades

Tipos de trocas entre clulas e ambienteProcessoDifuso simples (incluindo osmose)

Caracterstica Condio: existir um gradiente de concentraes. A clula no consome energia.

Tipo de material transportado Gases da respirao e da fotossntese (O2 e CO2). gua. Molculas orgnicas pequenas.

Por passagem atravs da membrana plasmtica

Processos passivos

Difuso facilitada

Condio: existir um gradiente de concentraes e um transportador de membrana de natureza proteica. A clula no consome energia. Condio: existir um transportador de membrana. A clula consome energia. Forma-se um pequeno vacolo alimentar. A clula consome energia. Forma-se um vacolo alimentar. A clula consome energia.

Acares simples (monossacardeos). Aminocidos.

Monossacardeos. Aminocidos ons diversos (Na+, K+ etc.). Partculas lquidas pequenas (gotculas de leo, macromolculas).

Transporte ativoPor englobamento pela membrana plasmtica

Vesculas de pinocitose

Pinocitose

Na pinocitose ocorre invaginao da membrana plasmtica, que engole partculas lquidas. Formam-se vesculas de pinocitose, que, posteriormente, se fundem aos lisossomos.

Fagocitose

Partculas slidas grandes (restos celulares ou clulas inteiras).

O CITOPLASMA6

Os componentes do citoplasma de uma clula eucariticaPartes do citoplasmaHialoplasma e citoesqueleto

Estrutura contidaMitocndria Microtbulos e microlamentos Retculo endoplasmtico liso (sem ribossomos) Retculo endoplasmtico rugoso (com ribossomos) Ribossomos Sistema golgiense (ou complexo de Golgi, ou aparelho de Golgi) Lisossomos Peroxissomos Mitocndrias Cloroplastos Centrolos, clios e agelos Vacolos Gotas de lipdios Retculo endoplasmtico rugoso Retculo endoplasmtico liso Membrana celular Ribossomos Sistema golgiense Hialoplasma Carioteca Lisossomo Centrolo Ncleo Nuclolo Cromatina Vacolo

Orgnulos

Incluses

Grnulos de protenas Pigmentos Cristais diversos Esquema de clula animal vista ao microscpio eletrnico.


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BIOLOGIA


5/21/10 3:57:26 PM

7

O hialoplasma

um material gelatinoso, com grande concentrao de gua, no qual esto dissolvidas muitas substncias, e onde ocorrem muitas reaes metablicas. Um movimento, chamado ciclose, tpico de clulas de eucariontes. Em algumas clulas, pode haver a formao de pseudpodes: o movimento ameboide.Cloroplasto Vacolo Ectoplasma Pseudpode

Vacolo

Ncleo

Citoplasma

Endoplasma

Ncleo

A ciclose na clula vegetal, representada pelas setas que percorrem o citoplasma. 8

O movimento ameboide leva formao de pseudpodes.

O citoesqueleto

No hialoplasma existe uma na rede tridimensional de lamentos muito nos. Reconhecem-se, principalmente, microlamentos, mais nos, e microtbulos, mais espessos. Os microlamentos so constitudos por uma protena contrtil, a actina, enquanto os microtbulos, por uma protena chamada tubulina. O citoesqueleto parece estar ligado aos movimentos do citoplasma, como a ciclose e a produo de pseudpodes, ao batimento de clios e agelos e migrao de cromossomos amarrados s bras do fuso na diviso celular.

Microtbulos de uma clula humana ao microscpio eletrnico. 9

Esquema da organizao das molculas proteicas na formao do microtbulo.

O retculo endoplasmtico

Trata-se de uma rede de membranas, vacolos e tbulos (todos lipoproteicos) que percorre o hialoplasma. No retculo rugoso existem ribossomos aderidos parte exterior das membranas duplas, o que no ocorre no retculo liso. Enquanto o retculo rugoso est associado sntese de protenas, o retculo liso sintetiza lipdios. Em ambas as modalidades pode ocorrer o armazenamento e o transporte de substncias.

Poros da carioteca Retculo endoplasmtico rugoso

Sistema golgiense

Esquema do complexo de membranas existente no citoplasma. Observe que a carioteca contnua ao retculo endoplasmtico rugoso e que o sistema golgiense no possui ribossomos.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Retculo endoplasmtico liso

Vescula de secreo sendo descarregada Lisossomo

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BIOLOGIA


5/21/10 3:57:29 PM

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O sistema golgiense

11

Os lisossomos

Estrutura relacionada secreo celular. Caracteriza-se por pilhas ordenadas de sacos achatados (cisternas), lipoproteicos, e vesculas de secreo.Vescula de secreo sendo destacada

So bolsas ricas em enzimas digestivas de vrios tipos. O esquema a seguir mostra a origem dos lisossomos e sua ao na clula. Podem ser digeridos tanto materiais obtidos por endocitose (englobados pela membrana) como tambm orgnulos da prpria clula, a serem reciclados.

Retculo endoplasmtico rugoso

Sistema golgiense

Lisossomo

Vacolo autofgico

Sacos de Golgi Esquema de unidade do sistema golgiense, com vesculas de secreo se destacando do conjunto.

Protenas fabricadas no retculo rugoso podem ser conduzidas para o sistema golgiense, onde so armazenadas, empacotadas em vesculas, e depois liberadas, indo se ligar membrana plasmtica, e expulsam seu contedo por um mecanismo de exocitose. Sabe-se tambm que o sistema golgiense sintetiza polissacardeos e os secreta, associados a protenas. O sistema golgiense responsvel, ainda, pela formao dos lisossomos, alm de participar da organizao do acrossomo, estrutura do espermatozoide.Luz do cino cinos pancreticos

Alimento englobado

Vacolo Vacolo alimentar digestivo (fagossomo)

Vacolo Clasmocitose residual (defecao celular)

Ciclo de atuao do lisossomo.

12

Mitocndrias

So estruturas de membrana dupla, lipoproteica, cuja membrana interna, dobrada, forma cristas. Grande parte das reaes da respirao celular, como o ciclo de Krebs e a cadeia respiratria, ocorre no interior das mitocndrias.

Pncreas

Membrana externa Cristas mitocondriais Membrana interna

Luz do cino Regio apical da clula Gro de zimgeno Sistema golgiense Retculo endoplasmtico granular Ncleo Mitocndria

Sada das enzimas Descarga Armazenagem Concentrao e embalagem

Matriz mitocondrial

Segregao e transporte Sntese Fonte de energia

A organizao interna da mitocndria: corte esquemtico.

13

Os cloroplastos

Regio basal da clula

Entrada dos aminocidos

O sistema golgiense, e seu papel na secreo das enzimas do pncreas.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

So orgnulos que tambm apresentam membrana dupla, lipoproteica. No seu interior, h estruturas membranosas ricas em clorola, chamadas lamelas e grana. Enquanto a fase de claro ocorre nas partes cloroladas, as reaes de escuro ocorrem no estroma. Portanto, o processo todo se desenrola no interior do cloroplasto.

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BIOLOGIA


5/21/10 3:57:35 PM

Tilacoide

Estroma

Grana

Exemplo: o epitlio da traqueia humana ciliado; o batimento dos clios faz o muco se movimentar. Nos clios e nos agelos, de estrutura idntica, h 9 conjuntos de microtbulos duplos, alm de 2 microtbulos centrais. Portanto, existe grande semelhana com a estrutura dos centrolos, e devem ter a mesma origem, embora exeram papis diferentes.16

Lamelas

Vacolos

Membrana externa

Membrana interna

Esquema em corte de um setor de um cloroplasto. 14

Os centrolos

Cavidades citoplasmticas envolvidas por membrana lipoproteica, muitas vezes fazendo parte do retculo endoplasmtico, como o caso dos enormes vacolos das clulas vegetais adultas. Os vacolos alimentares e os vacolos digestivos esto relacionados aos lisossomos e digesto intracelular. Os vacolos pulsteis (ou contrteis) existem em protozorios e algas de gua doce, e expulsam constantemente a gua em excesso que penetra nas clulas.

Estruturas constitudas por microtbulos proteicos, os centrolos participam da diviso celular. So 9 conjuntos de microtbulos triplos (como se v na gura). Nas clulas que possuem centrolos, verica-se a formao de bras do fuso, medida que eles se afastam um do outro, durante a diviso celular.Trincas de microtbulos

Cloroplastos

Vacolo Ncleo

Vacolo

Ncleo Citoplasma com orgnulos

Protenas que ligam os microtbulos Esquema do centrolo, observado ao microscpio eletrnico. Ncleo Centrolos Cromossomos

A evoluo do vacolo em uma clula vegetal, desde o estgio jovem at o estgio adulto.

O NCLEO CELULAR E A DIVISO DA CLULA17

Ncleo celular

Centro de controle celular e sede da informao gentica. Constitudo por:Fibras do fuso Fibras do ster

Os centrolos e sua relao com as bras do fuso de diviso. 15

Os clios e os agelos

Servem para a locomoo de protozorios ciliados ou agelados, e se encontram, tambm, em pluricelulares.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Carioteca membrana lipoproteica envoltria, dupla e com poros. Nucleoplasma (cariolinfa) suco nuclear, para preenchimento. Nuclolo sntese e armazenamento de RNA ribossmico. Cromatina material hereditrio (DNA + protenas) que se organiza na forma de cromossomos, na diviso.

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BIOLOGIA


5/21/10 3:57:43 PM

Cromatina Nucleoplasma B Carioteca Nuclolo B

Cromtides homlogas

b Centrmero

b

Genes alelos

Estrutura do ncleo.

A

A

a

a

Conceitos importantes: Cromtides os dois lamentos duplicados de um cromossomo, ligados entre si pelo centrmero. Cromossomos homlogos tm a mesma forma, o mesmo tamanho e a mesma sequncia de genes, que podem ser diferentes na qualidade. Genes alelos ocupam a mesma posio (loco) em dois cromossomos homlogos. Clulas diploides (2n) possuem pares de cromossomos homlogos, como as clulas somticas. Cada cromossomo do par vem de um genitor.Cromtidesirms Cromtidesirms

Par de cromossomos homlogos e genes alelos. 18

O caritipo

A foto a seguir de um caritipo humano. Esta foto uma montagem a partir da foto de cromossomos humanos individualizados. Nela, os cromossomos se apresentam duplicados e foram arrumados aos pares, homlogo com homlogo, em funo do tamanho decrescente. Cada par cromossmico, por conveno, tem um determinado nmero: voc v, aqui, os pares de 1 a 22, que so ditos autossomos. Os dois ltimos cromossomos, chamados de cromossomos sexuais, so diferentes na foto: um deles, maior, denominado cromossomo X e o outro, menor, cromossomo Y. Este portanto o caritipo de um indivduo do sexo masculino. Em caritipos de mulheres normais, existem dois cromossomos X.

Clula diploide (2n = 6)

Clulas haploides (n) apresentam apenas um representante de cada par de homlogos, como ocorre nos gametas e nos esporos dos vegetais.6

1

2

3

4

5

7

8

9

10

1 1

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

X Y Cromossomos sexuais

Clula haploide (n = 3) CaritipoSISTEMA ANGLO DE ENSINO

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BIOLOGIA


5/21/10 4:25:53 PM

19

Diviso da clulaExistem dois processos de diviso celular:

MeioseUma clula diploide apresenta duas divises sucessivas, formando quatro clulas haploides, em um processo reducional. Permite a formao dos gametas animais e dos esporos vegetais, possibilitando a reproduo sexuada.

MitoseA clula (haploide ou diploide) se divide uma vez, formando duas clulas-lhas com o mesmo nmero de cromossomos da clula-me. Permite o crescimento e a regenerao dos organismos, sendo indispensvel vida do organismo.

A clula est em intrfase, antes da duplicao cromossmica. A clula est em intrfase, antes da duplicao cromossmica. Nesta espcie, 2n = 2 cromossomos.

Ainda na intrfase, cada cromossomo se duplica, ficando com duas cromtides.

Meiose I

Ainda na intrfase, cada cromossomo se duplica, ficando com duas cromtides. No incio da meiose, ocorre pareamento dos cromossomos homlogos.

As clulas-filhas da primeira diviso recebem, cada uma, um cromossomo de cada par de homlogos.

Cada clula-filha recebe uma cromtide de cada cromossomo duplicado. Assim, elas ficam com o mesmo nmero e o mesmo tipo de cromossomo da clula inicial.

Meiose II

Agora, as cromtides se separam: h quatro clulas haploides, isto , que possuem um cromossomo de cada par.

Comportamento dos cromossos na mitose.

Comportamento dos cromossomos na meiose.

A mitose dividida em quatro fases: Prfase os centrolos migram para os polos, com a formao das bras do fuso; ocorrem espiralao dos cromossomos duplicados e desaparecimento do nuclolo e da carioteca.Incio Fim

Nas duas divises meiticas (I e II) ocorrem quatro fases, como na mitose. As diferenas ocorrem na meiose I, na qual:

Nuclolo

a) na prfase I, ocorre o pareamento dos cromossomos homlogos e pode ocorrer a troca de partes entre eles (crossing-over).

A Aa

a

2n = 2 (4 cromtides)

Metfase os cromossomos, com duas cromtides, atingem o mximo de condensao e ligam-se s bras do fuso pelos centrmeros. Anfase as bras do fuso encurtam, separando as cromtides, que so levadas para os polos opostos. Telfase os cromossomos chegam aos polos, desaparece o fuso, os cromossomos comeam a descondensar, reorganizam-se a carioteca e o nuclolo. Ocorre a citocinese (diviso do citoplasma).SISTEMA ANGLO DE ENSINO

b) na metfase I, cada cromossomo de um par de homlogos liga-se a uma bra do fuso, proveniente de um s polo da clula.

A A a a

2n = 2

c) na anfase I, o encurtamento das bras do fuso separa os cromossomos homlogos, permitindo a reduo do nmero cromossmico.

A A a a

2n = 2

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BIOLOGIA


5/21/10 4:25:59 PM

A meiose II um processo muito semelhante ao da mitose. Formando gametas haploides, a meiose permite a manuteno do nmero 2n da espcie durante a fecundao. Alm disso, a meiose aumenta a variabilidade, pela separao dos cromossomos homlogos e pelo crossing-over.Prfase I Metfase I Anfase I Telfase I

acidental no mesmo ponto, e, em seguida, os pedaos quebrados voltam a se soldar, s que trocados, como voc pode observar no esquema abaixo.

Diviso I

R!

Meiose

Intercinese Prfase II Metfase II Anfase II Telfase II

Diviso II

E!

O fenmeno do crossing-over.

As fases das duas divises meiticas: R! etapa reducional; E! etapa equacional.

O crossing-over Este fenmeno pode ocorrer na prfase I, e um fator de variabilidade importante, porque gera cromossomos com sequncias de genes diferentes das sequncias originais. O crossing-over ocorre assim: duas cromtides homlogas sofrem uma quebra

O crossing-over e a variabilidade No esquema a seguir, esquerda, foi representado um par de homlogos com dois pares de genes, A e a e B e b. A gura mostra a distribuio de cromossomos numa meiose em que no houve crossing, sendo formados apenas dois tipos de clulas, AB e ab. No esquema da direita, houve a troca entre as cromtides homlogas, congurando-se o fenmeno do crossing-over. So produzidos, como resultado, quatro tipos de clulas ao nal do processo: AB, Ab, aB e ab.

A

a

A

a

B

b

B

b

Aa A A a a A

a

B

B b

b

B Bb

b

A

A

a

a

A

A

a

a

B

B

b

b

B

b

B

b

A

A

a

a

A

A

a

a

B

B

b

b

B

b

B

b

Meiose sem crossing-over

Meiose com ocorrncia de crossing-over


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BIOLOGIA


5/21/10 4:26:01 PM

A Primeira Lei de Mendel e suas variaes1

CAPTULO 3

O ESTUDO DA PRIMEIRA LEI DE MENDEL

A Gentica estuda os mecanismos hereditrios. Os princpios bsicos da Gentica foram formulados por Gregor Mendel, no sculo XIX. A Primeira Lei arma que cada carter determinado por um par de fatores (genes), que se separam na formao dos gametas.Pai afetado Me normal

A meiose explica os mecanismos da Primeira Lei pela separao dos cromossomos homlogos.Clula com dois cromossomos homlogos.

B

b

B Bb

b

Cada cromossomo se duplica e passa a ter duas cromtides.

Aa

aa

Aa

aa

Aa

aa

B B

b b

Os homlogos se separam.

Afetado

Normal

Afetado

Normal

Essa denio permite duas concluses importantes:B B b b

As cromtides se separam.

1. Cada gameta transporta apenas um gene de cada carter. 2. Em cada carter, um gene veio do pai e o outro da me. A meiose e a Primeira Lei.

2

TERMOS TCNICOSA seguir, esto relacionados alguns termos utilizados em Gentica: a) Gene dominante Representado por uma letra maiscula, expressa-se em dose simples (A_) e sempre manifesta sua caracterstica. b) Gene recessivo Representado por uma letra minscula, s manifesta sua caracterstica em dose dupla (aa). c) Homozigoto Aquele que apresenta os genes iguais para um carter: AA ou aa. d) Heterozigoto Possui os genes complementares de um carter: Aa. e) Gentipo Conjunto de genes que determina um carter (AA, Aa ou aa). f) Fentipo Expresso do gentipo; em geral, depende da integrao entre a ao dos genes e o meio ambiente. g) Autossmico Caracterstica que no tem relao com o sexo, apresentando a mesma frequncia em machos e fmeas.


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BIOLOGIA


5/21/10 4:26:04 PM

No cruzamento entre dois indivduos heterozigotos, a proporo esperada na 1a gerao de lhos (F1) de 3 indivduos dominantes para 1 recessivo.

P

XRato silvestre de pelo ondulado Rato silvestre de pelo ondulado

F1

Pelo ondulado Cruzamento de ratos silvestres e descendentes.

Pelo ondulado

Pelo ondulado

Pelo liso

3

PROBABILIDADE

A probabilidade de ocorrncia de um determinado evento (P) a relao entre o nmero de eventos favorveis (F) e o nmero de eventos possveis (n). F P= n

P

Vermelha (VV)

Branca (BB)

Regra do OUA probabilidade de ocorrncia de dois ou mais eventos mutuamente exclusivos, isto , um evento A ou um evento B, igual soma de suas probabilidades isoladas. P(A ou B) = PA + PBF1

Rsea (VB)

Regra do EA probabilidade de ocorrncia de dois ou mais eventos independentes simultneos, isto , um evento A e um evento B, igual ao produto de suas probabilidades isoladas. P(A ou B) = PA PB

F2

Vermelha (VV) 1

Rsea (VB) 2

Rsea (VB)

Branca (BB) 3

4

CODOMINNCIA (HERANA SEM DOMINNCIA)Herana sem dominncia em maravilha.

Caso particular da Primeira Lei, no qual no h dominncia entre os genes envolvidos na determinao de um certo carter. Os dois genes se manifestam no heterozigoto (hbrido). Cruzando dois homozigotos (puros) com caractersticas diferentes, o heterozigoto de F1 ter um fentipo intermedirio. O cruzamento entre esses heterozigotos produz uma F2 com uma proporo genotpica de 1 puro : 2 hbridos : 1 puro. Um exemplo a cor das ores da planta maravilha.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

5

GENEALOGIA (HEREDOGRAMA)

Representao grca da herana de uma determinada caracterstica em uma famlia. Auxilia na determinao do padro de herana associado caracterstica estudada, isto , se autossmica ou ligada ao sexo, recessiva ou dominante.

29

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:07 PM

Principais smbolos usados nas genealogiasa) b) c)2

ou ou

= homens ou mulheres sem a caracterstica estudada = homens ou mulheres com a caracterstica estudada = o trao horizontal signica casamento

I

1 4 5

d)II

= essa representao mostra irmandade. As moas 3 e 4 e os rapazes 5 e 6 (gerao II) so irmos, lhos dos indivduos 1 e 2 (gerao I)6

3

e)

= um trao duplo unindo o casal representa casamento consanguneo, ou seja, os cnjuges so parentes prximos

f)

= indivduo de sexo ignorado

Os quadrados representam indivduos do sexo masculino; e os crculos, os do sexo feminino.

6

RETROCRUZAMENTO (CRUZAMENTO-TESTE)

7

GENES LETAIS

Usado para determinar o gentipo do indivduo dominante (A_). Ele cruzado com o homozigoto recessivo (aa), observando-se os descendentes. Se forem todos dominantes (Aa), o testado homozigoto (AA); se surgir um descendente recessivo (aa), o indivduo dominante heterozigoto (Aa). Observe o quadro abaixo.B? Cobaia preta bb Cobaia branca

Genes cujo efeito fenotpico, quando se manifesta, provoca a morte na fase embrionria ou na infncia. De um modo geral, s expressam sua ao letal em dose dupla. Doenas humanas como a talassemia e a anemia falciforme so causadas por genes normalmente letais. Um exemplo dessa ao o gene K (de killer = matador), associado cor do pelo em camundongos e letal em dose dupla.

Amarelo (Kk)

Amarelo (Kk)

B

?

b

Bb Pretos

bb Albinos

(KK)

Amarelo (Kk)

Amarelo (Kk)

Aguti (kk)

1 possibilidade: nascem descendentes pretos Bb e albinos bb . Concluso: o tambm formou gametas b , sendo, portanto, heterozigoto Bb . Cruzamento-teste em cobaias.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

2 possibilidade: nascem somente descendentes pretos Concluso: o s formou gametas B , sendo, portanto, homozigoto BB .

Bb

.

Genes letais em camundongos ( = morte). 8

ALELOS MLTIPLOS

Ocorrncia de mais de dois genes alelos para um mesmo carter, em uma populao. Aumenta o nmero de gentipos e de fentipos disponveis, provocando uma maior variabilidade na populao.

30

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:23 PM

aa AA

Os genes determinam a formao de antgenos (aglutinognios) nas hemcias, contra os quais podem existir anticorpos (aglutininas) no plasma. Observe o quadro a seguir. Antgeno Hemcias Anticorpo Plasma

Aa AA'

Grupo

Gentipos IAIA ou IAi IBIB ou IBi IAIB

A A'a A'A' B

A

Anti-B

B

Anti-A

Trs genes para um mesmo carter numa populao

AB

AeB

9

SISTEMA ABOO

Principal sistema de grupos sanguneos humanos. Determinado por um conjunto de trs genes alelos (IA, IB e i; os dois primeiros so codominantes), que estabelece, na espcie humana, quatro grupos sanguneos diferentes: A, B, AB e O.

Anti-A e Anti-B

ii

Anti-A

Anti-B

Tipo de sangue

Nas transfuses, ocorre aglutinao quando h incompatibilidade entre as hemcias do doador e o plasma do receptor. O grupo O o doador universal (pode doar para os demais grupos), enquanto o grupo AB o receptor universal (pode receber sangue de qualquer grupo).

O

O

OA

A

A

B

B

B

AB

ABAB Esquema das transfuses possveis no sistema ABO.

Ausncia de aglutinao

Presena de aglutinao

10

FATOR RH

Grupos do sistema ABO.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Grupo sanguneo semelhante ao encontrado no macaco Rhesus. 85% dos indivduos possuem o fator Rh nas suas hemcias e so Rh positivos. Determinado por um par de genes: R (Rh positivo) e r (Rh negativo).

31

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:24 PM

1 Rh

O coelho produz anticorpos anti-Rh

2 Anticorpos anti-Rh

3

Rh

Sangue de macaco Rhesus injetado no coelho O soro anti-Rh aglutina as hemcias de 85% dos indivduos testados (Rh+)

4

Extrai-se soro de coelho com anti-Rh O soro anti-Rh no aglutina as hemcias de 15% dos indivduos testados (Rh)

anti-Rh

5

6

Rh 85% 15% Determinao do fator Rh.

Existem dois tipos de problemas associados ao fator Rh: 1. Transfuses Indivduos Rh negativo no podem receber sangue Rh positivo. A sensibilizao (aquisio da capacidade de produzir anticorpos) ocorre aps a 1a transfuso incorreta. 2. Gestao Mulheres Rh negativo (rr), casadas com homens Rh positivo (Rr), podem ter lhos Rh positivo (Rr), que apresentam eritroblastose fetal (doena hemoltica). A sensibilizao ocorre na primeira gestao Rh positivo, pela mistura de sangue no parto ou por uma transfuso errada. Na eritroblastose, anticorpos maternos anti-Rh (tambm denominados anti-D) atacam as hemcias Rh positivo da criana, provocando sua destruio.Rh antgeno Anti-Rh anticorpo

Gestao e eritroblastose fetal.

11

SISTEMA MN

Grupo sanguneo humano que no provoca problemas de transfuso, sendo til para exames de excluso de paternidade e compatibilidade para transplantes. Determinado por dois genes codominantes: M e N. Indivduos do grupo M tm gentipo MM; os do grupo N so NN; e os pertencentes ao grupo MN apresentam gentipo MN.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

32

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:26 PM

12

CROMOSSOMOS SEXUAIS

Autossomos

Na maioria das espcies animais e vegetais, os cromossomos so divididos em dois grupos: os autossomos, idnticos nos dois sexos; e os heterossomos (ou cromossomos sexuais), responsveis pela determinao do sexo.

X X

X Y Cromossomos sexuais (heterossomos)

Cromossomos em drosla.

Na drosla, nos mamferos e em muitas outras espcies, os heterossomos so designados por X e Y. As fmeas XX so denominadas homogamticas, porque seu gameta fornece sempre o mesmo cromossomo sexual. Os machos XY so heterogamticos, pois formam espermatozoides X ou espermatozoides Y, determinando o sexo do descendente.

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

11

12

13

14 Y

15

16

17 20

18 21 22

X X

16

17 20

18 21 22

X

19

19

Conjunto de cromossomos ordenados pertencente a uma clula sangunea feminina normal. Observe o par de cromossomos sexuais X, caracterstico da mulher.

Conjunto cromossmico de uma clula masculina normal. Observe o par de cromossomos sexuais X e Y, caracterstico do homem.

13

CROMATINA SEXUAL

Em qualquer clula diploide, somente um cromossomo X funciona. Na mulher normal (XX), um dos cromossomos X ca inativado e condensado na periferia do ncleo, formando a cromatina sexual (ou corpsculo de Barr). O nmero de cromatinas sexuais igual ao nmero de cromossomos X da clula menos 1.

Clula somtica de mulher normal (XX) (1 corpsculo de Barr) Nmero de cromatinas sexuais.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Clula somtica de mulher triplo X (XXX) (2 corpsculos de Barr)

33

BIOLOGIA


5/21/10 6:41:05 PM

14

HERANA LIGADA AO SEXO

Determinada por genes exclusivos do cromossomo X. A fmea pode ser homozigota (XAXA ou XaXa) ou heterozigota (XAXa), enquanto o macho hemizigoto dominante (XAY) ou recessivo (XaY). O cromossomo Y no tem nenhuma participao nesse tipo de herana. Doenas com herana recessiva ligada ao sexo so mais frequentes em homens e incluem o daltonismo, a hemolia e a distroa muscular progressiva. Veja como podem ser os lhos de um casal em que o homem normal para o daltonismo e a mulher portadora:

P

XDY

X

D d X X

XDXD

Mulher normal Mulher normal portadora Homem normal Homem daltnico

Gametas

XD

Y

XD

Xd

XDXd X Y X Yd D

F1

X X

D D

X X

D d

X Y

D

X Y

d

I 1 2

II 1 2 3 4 5 6 7 8 9

III 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Normais

Afetado

Portadora

Morte na infncia

Heredograma de famlia com hemoflicos.

Na herana dominante ligada ao sexo, h um nmero maior de mulheres afetadas. So exemplos o raquitismo resistente vitamina D e o esmalte escuro dos dentes.

Normais Herana dominante ligada ao sexo.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Afetados

34

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:33 PM

15

HERANA RESTRITA AO SEXO

Relacionada com genes encontrados somente no cromossomo Y (genes holndricos). A funo dos poucos genes do cromossomo Y est associada, quase exclusivamente, determinao do sexo masculino. Admite-se, tambm, que um gene do cromossomo Y possa ser o responsvel pela hipertricose (excesso de pelos) na orelha. a) b)

c)

d)

Com hipertricose

Homens com hipertricose de orelha (a), (b) e (c) e genealogia (d).

16

HERANA INFLUENCIADA PELO SEXO

17

CROMOSSOMOS SEXUAIS DE AVES

Herana determinada por genes autossmicos (no esto nos cromossomos sexuais), cuja ao inuenciada pelo sexo do portador. A calvcie gentica est associada a um gene autossmico, que se comporta como gene dominante no homem e como recessivo na mulher.Fentipos Gentipos Fentipos

Nas aves, o sexo heterogamtico o feminino e os cromossomos sexuais so representados pelas letras Z e W. O gentipo da fmea ZW e o do macho ZZ. Nas aves, a herana ligada ao sexo est relacionada com o cromossomo Z.

CC ZW

ZZ CC*

C*C*

C = cabelo normal C* = calvcie Nmero de cromatinas sexuais.Calvcie na mulher e no homem.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

35

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:33 PM

A herana de dois pares de genes1

CAPTULO 4

A SEGUNDA LEI DE MENDEL

A Segunda Lei de Mendel estuda a herana de dois ou mais caracteres simultaneamente e estabelece que os genes para dois ou mais caracteres (localizados em pares cromossmicos diferentes) segregam-se independentemente na formao dos gametas, em igual proporo. Observe o cruzamento entre plantas de ervilha, envolvendo dois caracteres.

Pais (P)

AABB

XAB ab

aabb

Gametas

Primeira gerao (F1) AaBb Cruzamento de F1 AaBb

XAaBb

Gametas

1/4

AB

1/4

Ab

1/4

aB

1/4

ab

1/16 AABB 1/4 AB Amarelas, lisas 1/16 AABb Segunda gerao (F2) 1/4 Ab Amarelas, lisas 1/16 AaBB 1/4 aB Amarelas, lisas 1/16 AaBb 1/4 ab Amarelas, lisas

1/16 AABb

1/16 AaBB

1/16 AaBb

Amarelas, lisas Amarelas, lisas Amarelas, lisas 1/16 AAbb 1/16 AaBb 1/16 Aabb

Am., rugosas 1/16 AaBb

Amarelas, lisas 1/16 aaBB

Am., rugosas 1/16 aaBb

Amarelas, lisas 1/16 Aabb

Verdes, lisas 1/16 aaBb

Verdes, lisas 1/16 aabb

Am., rugosas

Verdes, lisas

Verdes, rugosas

Cruzamento de Segunda Lei de Mendel.


36

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:37 PM

2

CONCEITOS ASSOCIADOS SEGUNDA LEI

4

LINKAGE

Os genes se separam de uma forma independente na formao dos gametas (graas meiose), em igual proporo. Para determinar o nmero de gametas formados, devemos aplicar a frmula 2n, na qual n o nmero de pares heterozigotos no gentipo. O indivduo AabbCCDdEEFf tem 3 pares heterozigotos e ir formar 8 gametas diferentes (23 = 8). No cruzamento entre dois dibridos (AaBb AaBb), a proporo fenotpica esperada nos descendentes ser 9 dominantedominante (A_B_) : 3 dominanterecessivo (A_bb) : 3 recessivodominante (aaB_) : 1 recessivorecessivo (aabb). O nmero de encontros gamticos possveis o resultado do produto do nmero de gametas do pai pelo nmero de gametas da me.

Genes localizados ao longo de um cromossomo esto ligados sicamente. Observe a gura ao lado. Os genes A e B esto em um cromossomo, e os seus alelos a e b, no cromossomo homlogo. Na meiose, a separao dos homlogos faz os genes A e B irem para uma clula, e os genes a e b, para outra. No nal da meiose, obteremos somente dois tipos de gametas (AB e ab), e no quatro, como seria esperado na segregao independente.

A B Genes ligados no mesmo par cromossmico.

a b

AaBb

A

a

Gametas B AB Ab aB ab b

Distribuio dos genes nos gametas na Segunda Lei.

3

PROBABILIDADE E SEGUNDA LEI

A

A a

a

Na resoluo de problemas da Segunda Lei, podemos separar os pares de genes em casos de Primeira Lei e aplicar a regra do E. No cruzamento entre dois indivduos AaBbCcDd, qual a probabilidade de nascer um indivduo aaBbCCDd? Vamos separar os pares de genes em cruzamentos de Primeira Lei:AP Aa X Aa P Bb X Bb

B

B b

b

A

a

a

BF1 AA (1/4) P Cc Aa Aa 14243 (1/2) X aa (1/4) Cc P F1 BB (1/4) Dd Bb Bb 14243 (1/2) X bb (1/4) Dd

B

b

b

AF1 CC (1/4) Cc Cc 14243 (1/2) cc (1/4) F1 DD (1/4) Dd Dd 14243 (1/2) dd (1/4)

A

a

a

B

B

b

b

A probabilidade de nascer um indivduo aa e Bb e CC e Dd 1/64, que o produto de 1/4 (aa) por 1/2 (Bb) por 1/4 (CC) por 1/2 (Dd).SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Meiose e formao de gametas com genes ligados.

37

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:54 PM

Os genes descritos apresentam ligao (linkage) e tendem a ser herdados juntos. Para essa clula formar gametas Ab e aB, os genes devem trocar de lugar. Isso pode ocorrer pelo crossing-over, que troca partes entre cromossomos homlogos.

Formaram-se quatro tipos de gametas. Dois (AB e ab) mantiveram a ordem original dos genes e so denominados parentais; e dois (Ab e aB) trocaram a ordem dos genes, constituindo os gametas recombinantes.

5 A a

Caractersticas associadas a casos de linkage

B

b

Aa A

a

O crossing-over um fenmeno casual, que no ocorre ao mesmo tempo, nos mesmos pares de genes, em todas as clulas. Por isso, a porcentagem de gametas recombinantes sempre menor que a porcentagem de gametas parentais. A soma das porcentagens dos gametas recombinantes a taxa (frequncia) de recombinao (ou de permutao). A distncia (medida em unidades de recombinao, ou morgandeos) entre dois genes ligados igual taxa de recombinao entre eles. A soma das porcentagens dos gametas recombinantes = taxa de recombinao entre os genes envolvidos = distncia entre os genes ligados.

B Bb

b 6

Notao em casos de linkage

A representao do gentipo de genes em linkage feita por uma barra indicando os genes ligados: ABA A a a

ab

arranjo CIS ou

Ab aB

arranjo TRANS

B

b

B

b 7

MAPAS GENTICOS

A

A

a

a

Permitem determinar a ordem de genes ligados em um cromossomo, a partir da taxa de recombinao (TR) entre eles, que igual distncia entre os genes ligados. Por exemplo, trs genes (A, F e D) esto ligados, mas no sabemos a ordem. A TR entre A e D 3% (= distncia 3 unidades); a TR entre A e F 7% (= distncia 7 unidades) e a TR entre D e F 4% (= distncia 4 unidades). A ordem :A 3 D 7 4 F

B

b

B

b

Meiose com crossing over.


38

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:56 PM

A Evoluo Biolgica

CAPTULO 5

1

TEORIAS SOBRE A EVOLUO LAMARCK

O francs Jean Baptiste Lamarck armou que o meio provoca modicaes dirigidas nos organismos, visando adaptao e provocando a evoluo. Sua explicao evolutiva apoiava-se em duas leis: Uso e Desuso: um rgo muito usado desenvolve-se; um rgo pouco utilizado, atroa. Herana dos Caracteres Adquiridos: uma caracterstica adaptativa que o indivduo adquire em vida pode ser transmitida aos seus descendentes (falso!).

Explicao lamarckista para o tamanho do pescoo da girafa. 2

A TEORIA EVOLUTIVA DE DARWIN1

A teoria evolucionista de Darwin arma que o meio seleciona variaes casuais, visando adaptao e possibilitando a evoluo.

25

Gerao

50

75 Explicao darwinista para o tamanho do pescoo da girafa.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

Seleo natural para pescoos longos

39

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:57 PM

Os pontos bsicos da teoria de Darwin so as variaes e a seleo natural. Variaes Modicaes casuais, que nascem com o indivduo e podem ser hereditrias.

A nica falha importante no trabalho de Darwin a ausncia de uma explicao do mecanismo que originava e transmitia as variaes.3

NEODARWINISMO (TEORIA SINTTICA DA EVOLUO)

O advento da Gentica permitiu explicar as variaes como eventos decorrentes de mutaes e recombinao gnica. A evoluo ocorre pela xao das variaes (determinadas pela recombinao gentica e pelas mutaes) favorveis, por meio da seleo natural (ao do meio).Seleo natural

Mutaes

Sementes (alguns insetos) Insetos (algumas sementes e flores)

InsetosVariabilidade Adaptao

Recombinao gentica

Insetos, frutas, nctar (Ilhas Cocos) Frutinhos, brotos, flores

4

EVIDNCIAS DE EVOLUO

Variaes na forma dos bicos de aves das Ilhas Galpagos.

Seleo natural Mecanismo estabelecido pelo meio, que seleciona as variaes, eliminando as desfavorveis e mantendo as favorveis.

Os fsseis (restos mineralizados de seres vivos) so uma evidncia documental do processo evolutivo, comprovando, no registro geolgico, as modicaes sofridas pelos organismos ao longo do tempo. rgos homlogos (de mesma origem embrionria) mostram como estruturas com a mesma origem podem se modicar, ao longo da evoluo, para realizar diferentes funes. rgos anlogos (origem diferente e mesma funo) apresentam solues semelhantes para resolver o mesmo problema adaptativo.

Homem Guepardo (agarrar, segurar) (correr)

Baleia (nadar)

Morcego (voar)

Liblula (voar)

mero Rdio Ulna Carpos Metacarpos Falanges

Seleo natural da cor de mariposas.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

rgos homlogos e rgos anlogos.

40

BIOLOGIA


5/21/10 4:26:59 PM

Espcies diferentes, submetidas s mesmas presses seletivas e apresentando rgos anlogos, ilustram a convergncia adaptativa. Quando espcies de mesma origem, submetidas a diferentes presses seletivas, adaptam-se a ambientes e funes diferentes, fala-se em irradiaco adaptativa.Ciclstomos (vertebrados sem mandbula) Classe dos Condrictes (peixes cartilaginosos)

Ramo dos rpteis que se locomovem na terra

Tubaro Nadadeira peitoral Classe dos Rpteis Classe das Aves Classe dos Mamferos Pingim Nadadeira (derivada de uma asa)

Golfinho Nadadeira (derivada de um membro anterior) Convergncia adaptativa.

Outras evidncias da evoluo so a embriologia comparada, a anlise do DNA das diferentes espcies e a comparao das caractersticas ecolgicas e comportamentais das espcies.

Fendas branquiais

Cauda Peixe Rptil Ave Homem

Comparao entre embries de vertebrados, na fase inicial do desenvolvimento.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

41

BIOLOGIA


5/21/10 4:27:02 PM

5

ESPECIAO

Processo de formao de novas espcies. Quando se estabelece uma barreira (isolamento geogrco) entre duas populaes de uma mesma espcie, podem ocorrer variaes diferentes e presses seletivas distintas, provocando modicaes nas duas populaes. Se indivduos

dos dois grupos forem cruzados e produzirem descendentes frteis e viveis, as duas populaes constituem raas (subespcies) da mesma espcie. Se os indivduos das duas populaes no se cruzarem ou produzirem hbridos inviveis ou estreis, estabeleceu-se um isolamento reprodutivo, e os dois grupos constituem duas novas espcies.

Isolamento geogrfico

Variabilidade e seleo diferentes

Isolamento reprodutivo

Processo de especiao. 6

EVOLUO NO REGISTRO GEOLGICOEra Perodo Quaternrio Pleistoceno Plioceno Cenozoica Tercirio Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno Cretceo Mesozoica Jurssico Trissico Permiano Carbonfero Devoniano Siluriano Ordoviciano Cambriano Proterozoica Pr-Cambriano 2 5 25 40 55 65 140 210 240 280 360 410 440 500 600 3.500 Extino dos dinossauros. Dinossauros dominantes; primeiras aves. Primeiros dinossauros e primeiros mamferos. Declnio dos anfbios e expanso dos rpteis. Domnio dos anfbios e insetos; primeiros rpteis. Domnio dos peixes; primeiros insetos e anfbios. Irradiao dos peixes. Primeiros vertebrados. Representantes marinhos da maioria dos invertebrados. Bactrias e cianobactrias. Dominncia do meio terrestre por insetos, aves e mamferos. Primeiros humanos. Primeiros homindeos. poca Recente Incio (*) 0,01 Vida Fauna e ora atuais.

Paleozoica

(*) Em milhes de anos, do incio do perodo at hoje.


42

BIOLOGIA


5/21/10 6:44:17 PM

Noes de Biotecnologia

CAPTULO 6

1

BIOTECNOLOGIA E ENGENHARIA GENTICA

A Biotecnologia o conjunto de tcnicas que utilizam seres vivos para obteno de produtos para o uso humano. Modernamente, a Biotecnologia utiliza a tecnologia do DNA recombinante (Engenharia Gentica), que o conjunto de processos de manipulao do materal gentico, por meio do corte e da recombinao da molcula do DNA.

Aplicaes clssicas da Biotecnologia.

As enzimas de restrio (endonucleases) so utilizadas para cortar o DNA em regies especcas. Outras enzimas (ligases) permitem unir segmentos de diferentes molculas de DNA, formando o DNA recombinante.

Enzimas de restrio

G C

A T

A T

T A

T A

C G

Enzimas de restrio

G

A

A

T

T

C G

C T T A A

Extremidades livres

Mecanismo de ao de uma enzima de restrio.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

G C T T A A

A

A

T

T

C G

43

BIOLOGIA


5/21/10 4:27:04 PM

A PCR (Reao em Cadeia da Polimerase) uma tcnica automatizada e rpida para a produo de cpias de DNA, a partir de pequenos fragmentos.

Desnaturao Ciclos de DNA Ciclos de PCR

14243

1

1

Fragmento de DNA a ser copiado mltiplas vezes

2

2

4

3

8

4

16 etc.

5 etc.

Mecanismo da PCR.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

44

BIOLOGIA


5/21/10 4:27:05 PM

2

APLICAES DA ENGENHARIA GENTICA

Fragmentos de DNA, cortados por enzimas de restrio e separados por eletroforese, podem ser utilizados para testes de paternidade e identicao de criminosos.

Mistura de fragmentos de DNA de diferentes tamanhos

Os fragmentos de DNA so separados em bandas, com base em seu tamanho molecular

Eletrodo Fragmentos mais longos

Fonte de energia

+ Eletrodo Gel Placas de vidro

Fragmentos mais curtos

Eletroforese de fragmentos de DNA. O gel exposto a um corante, que se liga ao DNA e uoresce sob a luz ultravioleta.

Outra aplicao da Engenharia Gentica a terapia gnica, que possibilita a substituio de genes defeituosos ou a introduo de genes para combater tumores.

Gene anormal Vrus de RNA (retrovrus) so usados para introduzir o gene normal nas clulas medulares RNA recombinante Gene normal

Clulas da medula ssea so removidas

Retrovrus Transcrio reversa Por transcrio reversa, o gene normal inserido no genoma

As clulas modificadas so reintroduzidas no paciente

DNA recombinante

Terapia gnica.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

45

BIOLOGIA


5/21/10 4:27:05 PM

A Engenharia Gentica possibilita a formao de organismos transgnicos, que incorporam genes transferidos de outras espcies. Bactrias transgnicas, que receberam genes humanos, so utilizadas para a produo de hormnios, anticorpos ou fatores de coagulao do sangue. Animais transgnicos podem sintetizar substncias humanas de interesse mdico. Os vegetais transgnicos podem receber genes para aumentar sua resistncia contra insetos e outras pragas, aumentando a produtividade agrcola, mas seu uso s deve ser liberado aps estudos srios de impacto ambiental e na sade humana.

Planta de tabaco transgnica luminescente, que recebeu gene do vagalume.

3

CLONAGEM

Clones so organismos formados a partir das clulas somticas de um doador, em um processo de reproduo assexuada. Animais clonados so geneticamente idnticos ao animal doador.

1

Clulas retiradas de uma ovelha da raa Finn Dorset so colocadas em cultura pobre em nutrientes. Nessas condies, as clulas param de se dividir e ativam todos os seus genes.

Suco do ncleo

3As duas clulas so colocadas lado a lado e, por meio de pulsos eltricos, provoca-se sua fuso. Um segundo pulso eltrico estimula a clula resultante da fuso a entrar em diviso.

2De um vulo de uma ovelha da raa Scottish Blackface retira-se o ncleo, deixando-se toda a estrutura celular necessria para produzir um embrio.

DNA

vulo

4Aps seis dias, o embrio resultante implantado no tero de outra ovelha, que funciona como me de aluguel .

5Depois do perodo normal de gestao, nasce uma ovelha (Dolly), que geneticamente idntica ovelha doadora da figura 1.

Clonagem da ovelha Dolly.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

46

BIOLOGIA


5/21/10 4:27:06 PM

Os grupos animais

CAPTULO 7

1

INTRODUO

O Reino Animal compreende organismos hetertrofos, pluricelulares, constitudos por clulas eucariticas. Os nove los mais importantes do Reino Animal so: Filo Porferos Exemplos: esponjas Filo Cnidrios Exemplos: medusas, corais, guasvivas, hidras Filo Platelmintos Exs: planria, tnia (Taenia sp.), esquistossomo (Schistosoma mansoni) Filo Nematelmintos Exemplos: lombriga (Ascaris lumbricoides), ancilstomo (Ancylostoma duodenale) Filo Aneldeos Exemplos: minhocas, sanguessugas, poliquetos Filo Moluscos Exemplos: lesmas, caracis, polvos, mexilhes Filo Artrpodes Exemplos: lagostas, aranhas, moscas, lacraias Filo Equinodermos Exemplos: estrelas-do-mar, bolachas-da-praia, ourios-do-mar Filo Cordados Exemplos: anoxo, lampreias, tubares, sardinhas, sapos, cobras, galinhas, homens O Filo Porferos bastante diferente dos demais los, pois os animais desse grupo no apresentam uma cavidade digestria no interior de seu corpo. Assim, podem ser considerados como parazorios, enquanto todos os de-

mais los, por possurem uma cavidade ou tubo digestrio, so ditos enterozorios. Ao longo de seu desenvolvimento embrionrio, alguns enterozorios (como os animais do Filo Cnidrios) tm seu embrio formado a partir de apenas duas camadas iniciais de clulas; estes so ditos animais diblsticos. Outros se desenvolvem a partir de trs camadas (triblsticos). Para os animais triblsticos, utilizamos ainda mais dois critrios de classicao baseados no desenvolvimento embrionrio: a) destino do blastporo (o blastporo um orifcio que comunica, no embrio, a cavidade digestria com o meio externo). Desse modo, se o blastporo servir para formar a boca do animal, este dito protostmio ( o caso dos Platelmintos, Nematelmintos, Aneldeos, Moluscos e Artrpodes); se o blastporo der origem ao nus, o animal dito deuterostmio ( o caso dos Equinodermos e dos Cordados). b) existncia ou no de uma cavidade no interior do corpo, denominada celoma. Assim, distinguimos os animais triblsticos em acelomados (como os animais do Filo Platelmintos), pseudocelomados (Filo Nematelmintos) e celomados (Filos Aneldeos, Moluscos, Artrpodes, Equinodermos e Cordados). Veja no quadro a seguir como cam agrupados os nove los mencionados, quando consideramos os critrios embriolgicos de distino entre eles.

ANIMAIS METAZORIOS (pluricelulares)

Parazorios (sem cavidade digestria)

1 critrio: cavidade digestria

Enterozorios (com cavidade digestria)

Diblsticos (dois folhetos: ecto + endo)

2 critrio: nmero de folhetos embrionrios

Triblsticos (trs folhetos: ecto meso

endo)

Protostmios (blastporo boca)

3 critrio: destino do blastporo

Deuterostmios (blastporo nus)

Filo Porferos

Filo Cnidrios

Filo Platelmintos

Filo Nematelmintos

Filo Aneldeos

Filo Moluscos

Filo Artrpodes

Filo Equinodermos

Filo Cordados

4 critrio: cavidade corporal

14243 1442443 144444444444424444444444443Acelomados Pseudocelomados Celomados


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PORFEROS

So as esponjas, animais exclusivamente aquticos, em sua maioria de ambiente marinho; vivem xos a um substrato (rochas, corais etc.). So animais ltradores (isto , retiram seu alimento da gua: algas e animais microscpicos). A gua entra numa esponja atravs de inmeros poros existentes na parede do corpo; cai numa cavidade interna (trio ou espongiocele) e sai por uma abertura nica (o sculo). A cavidade atrial forrada por uma camada de clulas especiais, dotadas de agelos, os coancitos. Essas clulas (exclusivas dos Porferos) realizam a movimentao da gua, e a captura e a digesto do alimento; assim, nas esponjas a digesto intracelular.

Vrios tipos de esponjas.

sculo

Clula ameboide

Clula epitelial

Coancito

Colarinho

Porcito

Ncleo Flagelo Vacolos contendo alimentos Fluxo de gua Espculas Poros inalantes

direita, seco ampliada da parede do corpo de uma esponja. Embaixo, esquerda, detalhe de um coancito, clula tpica e exclusiva dos Porferos.SISTEMA ANGLO DE ENSINO

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Os Porferos no possuem rgos nem tecidos: sua organizao corporal extremamente simples; desse modo, apresentam alto grau de regenerao. Sua reproduo pode ser assexuada (por brotamento) ou sexuada; algumas espcies de gua doce produzem estruturas de resistncia chamadas gmulas. As esponjas possuem estruturas de sustentao, como espculas calcrias ou silicosas, ou ainda uma rede de bras proteicas (espongina, nas esponjas de banho).3

CNIDRIOS OU CELENTERADOS

So as anmonas, os corais, a gua-viva. So animais exclusivamente aquticos, a maioria de ambiente marinho; a hidra um representante de gua-doce. Algumas espcies so coloniais, como os corais e a caravela. Os Cnidrios apresentam duas formas corporais distintas (polimorsmo): os plipos (de corpo cilndrico, xos a um substrato) e as medusas (corpo com a forma de uma calota, mveis). Na maioria das espcies, essas duas formas ocorrem num mesmo ciclo de vida com alternncia de geraes (metagnese): plipos reproduzem-se assexuadamente, originando medusas; e estas do origem a plipos, por meio de reproduo sexuada.Coral Coral Medusa

Anmona

Alguns representantes do lo Cnidrios.

Hidra

Gnada

vulo Espermatozoide Plipo alimentador Plipo reprodutor (brotamento de medusas)

Zigoto

REPRODUO ASSEXUADA (por brotamento)

REPRODUO SEXUADA

Colnia jovem

Plnula (larva ciliada)

Ciclo de vida com alternncia de geraes (Obelia sp).SISTEMA ANGLO DE ENSINO

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O nome Celenterados refere-se ao fato de esses animais serem os primeiros, na escala evolutiva, a apresentar uma cavidade digestria simples, com uma nica abertura; a digesto feita, inicialmente, nessa cavidade, graas a enzimas a lanadas (digesto extracelular), e termina no interior das clulas (digesto intracelular). O nome Cnidrios refere-se ao fato de esses animais apresentarem a superfcie do corpo revestida por clulas urticantes, os cnidcitos, utilizadas na defesa e na captura de alimento.

Plipo

Cnidcito "descarregado"

Oprculo Filamento oco Ncleos Cnidoclio

Cpsula (nematocisto) com toxinas

Cnidcito "armado"

Epiderme Fibras ne

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ROTEIRO Biologia Anglo 2010