Biologia

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Biologia

  1. 1. Cleuza Boschilia 2a Edição revista
  2. 2. Expediente Editor Italo Amadio Editora Assistente Katia F. Amadio Assistente Editorial Edna Emiko Nomura Revisão Ana Maria de Carvalho Tavares, Liduína Santana, Maria Teresa Martins Furtado Revisão Técnica Daniela Lopes Escarpa Elaboração do Encarte e Coordenação Pedagógica Tânia Dias Queiroz Mapas e Diagramação Kid’s Produções Gráficas Projeto Gráfico Jairo Souza Ilustração Fabiana Fernandes, Glória Costa e Markus Steiger Capa Antonio Carlos Ventura Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)Boschilia, Cleuza Biologia : teoria e prática / Cleuza Boschilia ; [ilustradoresFabiana Fernandes, Gloria Costa, Markus Steiger]. 2. ed. rev.– São Paulo : Rideel, 2006. ISBN 85-339-0804-0 1. Biologia – Estudo e ensino I. Fernandes, Fabiana II.Costa, Gloria. III. Steiger, Markus. IV Título.05-9959 CDU-570.7 Índice para catálogo sistemático: 1. Biologia: Estudo e ensino : Guias 570.7 © Copyright - Todos os direitos reservados à Av. Casa Verde, 455 – Casa Verde Cep 02519-000 – São Paulo – SP e-mail: sac@rideel.com.br www.rideel.com.br Proibida qualquer reprodução, seja mecânica ou eletrônica, total ou parcial, sem prévia permissão por escrito do editor. 2 4 6 8 9 7 5 3 1 0 1 0 6
  3. 3. APRESENTAÇÃO Esta obra foi concebido para aqueles que almejam desenvolver ou con-cluir seus estudos de Biologia, para os que se preparam para participar dosprincipais vestibulares do país, e a todos que se interessam pela matéria. Éum livro completo e fiel aos conteúdos programáticos atuais e vigentes. Suaimportância está, também, em sua utilização como fonte de pesquisa, pois,além de a teoria ter sido apresentada de forma concisa e objetiva, foi distri-buída com o equilíbrio necessário para a sistematização dos estudos e dasconsultas. O conteúdo da obra está distribuído por vinte e quatro capítulos comlinguagem clara e objetiva, contextualizados além de gráficos, ilustrações efotos, que dialogam com o texto auxiliando na compreensão deles. Todos os capítulos receberam, ao final, testes e questões de vesti-bulares aplicadas pelas melhores instituições educacionais de EnsinoSuperior do país. Além dos conteúdos conceituais a obra é complementada pela seçãoBionotícias com o intuito de vincular os conteúdos apresentados com arealidade do mundo em que vivemos de forma a estimular a curiosidade e apermitir a compreensão do todo, desenvolvendo o pensamento crítico e aautonomia intelectual. Certamente esta obra será de grande valia para o leitor, seja estudanteou interessado, em geral, da Biologia e seus avanços. O Editor
  4. 4. SUMÁRIOCapítulo 1 – Introdução à Biologia .................................................................................. 9Conceito de Biologia e sua importância, 9. O que é vida?, 9. Bionotícias – Divisões daBiologia, 11. Os níveis de organização dos seres vivos, 13. A origem da vida e a teoria gradualdos sistemas químicos, 14. Teorias da abiogênese e da biogênese, 16. Testes, 18. Questões, 20.Capítulo 2 – A célula ........................................................................................................ 21Microscópio e a descoberta da célula, 21. Bionotícias – Neurônios produzidos emlaboratório, 23. Teoria celular, 24. Aspectos gerais das células procarióticas e eucarióticas, 25Estudo comparativo entre células animais e vegetais, 26. Composição química dacélula, 27. Bionotícias – Alimentos transgênicos: riscos e benefícios, 29. Bionotícias –Comida a quilo: nem sempre a melhor opção, 31. Estudo da estrutura celular, 34. Testes, 45.Questões, 47.Capítulo 3 – Ácidos nucléicos ........................................................................................ 48Ácido desoxirribonucléico (DNA), 48. Bionotícias – Seqüenciamento do genoma abrenova era para o câncer, 50. Bionotícias – Gene da longevidade, 53. Testes, 57. Questões, 58Capítulo 4 – Ciclo celular ............................................................................................... 59Intérfase, 60. Divisão celular, 61. Testes, 70. Questões, 71.Capítulo 5 – Produção de energia da célula ................................................................ 72Respiração anaeróbica ou fermentação, 72. Respiração aeróbica, 76. Fotossíntese, 79.Testes, 83. Questões, 84.Capítulo 6 – Taxionomia dos seres vivos(classificando a diversidade biológica) .......................................................................... 85Sistema de classificação e nomenclatura, 86. Diversidade dos seres vivos e critérios deagrupamento dos reinos, 88. Testes, 88. Questões, 89.Capítulo 7 – Vírus: um caso à parte .............................................................................. 90Características gerais dos vírus, 90 Estrutura viral, 90. Principais viroses, 92. Bionotícias –Brasil quebra patente de remédio anti-Aids, 93. Testes, 98. Questões, 99.Capítulo 8 – Reino Monera ........................................................................................... 100Bactérias, 100. Bionotícias – Dicas para aprender, 102. Testes, 107. Questões, 108.Capítulo 9 – Reino Protista .......................................................................................... 109Protozoários, 109. Algas, 116. Testes, 119. Questões, 119.Capítulo 10 – Reino Fungi ............................................................................................ 120Doenças causadas por fungos, 125. Testes, 125. Questões, 126.
  5. 5. Capítulo 11 – Reino Plantae ou Metaphyta – Os Vegetais ....................................... 127Critérios para classificar os vegetais, 127. Bionotícias – Desflorestamento, 137. Bionotícias –Tomate transgênico pode prevenir câncer, 141. Testes, 142. Questões, 143.Capítulo 12 – Histologia, Anatomia e Fisiologia Vegetal ......................................... 144Histologia, 144.Anatomia e fisiologia, 149. Raiz, 149. Caule, 153. Folha, 156. Hormônios vegetais,161. Fotoperiodismo, 164. Testes, 165. Questões, 166.Capítulo 13 – Reino animalia ou metazoa – os animais ........................................... 167Poríferos, 167. Cnidários, 170. Platelmintos, 173. Nematelmintos, 179. Anelídeos, 182.Artrópodes, 184. Bionotícias – Exemplo de sociedade organizada, 188. Moluscos, 192.Bionotícias – Dinossauros: ágeis como os pássaros, 193. Equinodermos, 195. Cordados, 196.Testes, 207. Questões, 208.Capítulo 14 – Fisiologia animal .................................................................................... 209Nutrição, 209. Reprodução, 236. Funções de relação, 243. Equilíbrio entre as funções, 250.Coordenação, 250. Testes, 263. Questões, 264.Capítulo 15 – Genética ................................................................................................. 266Conceitos fundamentais em genética, 266. Genealogia, 268. Importância da genética ehereditariedade, 269. Testes, 274. Questões, 274.Capítulo 16 – Os trabalhos de Mendel ....................................................................... 275O princípio da dominância, 276. A 1ª Lei de Mendel, 277. Proporções Mendelianas, 279. A 2ªLei de Mendel, 279. Testes, 283. Questões, 283.Capítulo 17 – Alterações das proporções mendelianas ........................................... 285Semidominância, 285. Genes letais, 286. Herança determinada por alelos múltiplos (Polialelia),288. Testes, 295.Capitulo 18 – Determinação genética do sexo e ligação ao sexo .......................... 296Determinação do sexo, 296. Principais aneuploidias: humana, 301. Herança ligada ao sexo,303. Herança ligada ao sexo no ser humano, 304. Herança restrita ao sexo, 306. Herançainfluenciada pelo sexo, 306. Testes, 307.Capítulo 19 – Interações entre genes ......................................................................... 308Interação gênica, 308. Herança quantitativa, 311. Pleiotropia, 313. Epistasia, 314. Testes, 315.Questões, 315.Capítulo 20 – Linkage e mapa gênico ......................................................................... 316Permuta ou recombinação gênica, 317. Testes, 320. Questões, 321.Capítulo 21 – Evolução ................................................................................................. 322Teorias e evidências da evolução, 322. Adaptação e seleção natural, 327. Neodarwinismo, 328.Bionotícias – Mata Atlântica, 329. Especiação ( Formação de novas espécies), 331. Eras geológicase origem dos grupos atuais, 332. Testes, 335. Questões, 335.
  6. 6. Capítulo 22 – Ecologia .................................................................................................. 336Introdução, 336. Conceitos fundamentais em ecologia, 337. Sucessão ecológica, 337. Bionotícias– O petróleo em declínio, 339. Questões, 340.Capítulo 23 – Estrutura dos ecossistemas fluxo de energia ematéria ciclos biogeoquímicos .................................................................................... 341Direcionamento dos fluxos energético e da matéria, 343. Cadeias e teias alimentares, 343.Pirâmides ecológicas, 345. Bionotícias – O hidrogênio moverá o mundo, 346. Testes, 351.Questões, 351.Capítulo 24 – A interferência do homem e os desequilíbrios ecológicos ............. 352Poluição ambiental, 352. Efeito estufa, 353. Camada de ozônio, 354. Chuvas Ácidas, 355.Desmatamento, 355. Lixo urbano e poluentes radioativos, 356. Extinção das espécies, 357.Testes, 360. Questões, 360.Respostas dos testes e questões .................................................................................. 361
  7. 7. c a p í t u l o 1 INTRODUÇÃO À BIOLOGIAC ONCEITO DE BIOLOGIA E SUA IMPORTÂNCIA Biologia é a ciência que estuda a vida e todas as suas manifestaçõesvitais. Com origem no latim, bius significa vida, e logos, estudo. Podemosentender, então, a importância da Biologia em nossas vidas, pois permiteidentificar as transformações científicas, os grandes males dos nossos tempos,como AIDS, as drogas, a fome, os desequilíbrios ambientais e tantos outrosque prejudicam a vida na Terra. E, sendo conhecedores desses fatos, pode-mos nos tornar cidadãos críticos, capazes de lutar pelo direito de viver emum mundo melhor.O QUE É VIDA? A vida é definida por meio de características ausentes nos seres não-vivos. As principais características que definem um ser vivo são: composiçãoquímica complexa, organização celular, crescimento, reprodução, metabolis-mo, homeostase, reações a estímulos do ambiente e evolução. Vamos entãoanalisar mais profundamente essas características.R EAÇÕES A ESTÍMULOS DO AMBIENTE Os animais correm, saltam, nadam, procuram alimentos ou buscamparceiros para reprodução; os vegetais inclinam-se em movimentos maislentos em direção à luz, as raízes movimentam-se em direção à fonte deágua. Então a luz, a água, os alimentos, a necessidade de reproduçãopara a perpetuação da espécie são fatores estimulantes aos quais osseres vivos são capazes de reagir. capítulo 1 9
  8. 8. C RESCIMENTO O aumento do volume de um corpo nos permite dizer que ele cres-ceu. Nos seres vivos, esse crescimento acontece em decorrência do au-mento em número e tamanho das células. Isso ocorre devido à capacida-de de incorporar e assimilar alimentos, transformando-os em energia.R EPRODUÇÃO Todo ser vivo é capaz de dar origem a seres semelhantes a ele. Areprodução pode ser assexuada, quando não envolve união de gametas(nome genérico para óvulo e espermatozóide) ou sexuada, quando en-volve união de gametas.C OMPOSIÇÃO QUÍMICA Todos os seres vivos são formados por substâncias químicas seme-lhantes, que podem ser orgânicas ou inorgânicas. As proporções desseselementos são variáveis entre os seres vivos.a) Substâncias Inorgânicas São formadas por moléculas pequenas e com poucos átomos.As principais são: Substância percentual Substância percentual na célula animal na célula vegetal Água 60% 75% Sais Minerais 4% 2,5%b) Substâncias Orgânicas São formadas por grandes e complexas moléculas, tendo como ele-mento químico principal o carbono (C).As principais são: Substância percentual Substância percentual na célula animal na célula vegetal Proteínas 17% 4% Lipídios 8% 1% Carboidratos 6% 13,5% Vitaminas e outras substâncias 2% 1% Ácidos Nucléicos 3% 3%10 capítulo 1
  9. 9. Bionotícias Divisões da Biologia Biodiversidade: É a variedade biológica de plantas e animais existente emtodo o mundo. Os grandes centros da biodiversidade terrestre são as terras úmi-das, especialmente a floresta Amazônica. A luta pela sua conservação é grande,pois, cada vez mais, está sendo ameaçada pelo desenvolvimento. Biofísica: É a aplicação das teorias e técnicas da física à biologia. Pode sereferir ao estudo dos fenômenos naturais, como a condução elétrica dos impulsosnervosos, que estão relacionados com assuntos estudados na própria física, bemcomo à investigação de qualquer aspecto da biologia que se utilize de técnicas físicascomplicadas. Em ambos os casos é necessário entender alguma coisa de físicamoderna para se realizar a pesquisa. A biofísica, que pretende ser matéria quantita-tiva, exata, fez grandes contribuições a muitas áreas da biologia, como a teoria daação do músculo e do nervo, as propriedades físicas das membranas celulares e asestruturas do DNA e das proteínas moleculares – algumas com grande valor médico. Biogeografia: É o estudo da distribuição geográfica das coisas vivas, inclu-indo a fitogeografia (plantas) e a zoogeografia (animais). O objetivo inicial eracoletar informação a respeito da distribuição das plantas e dos animais e identifi-car padrões definidos. Dividiu-se o mundo em regiões principais, geralmente con-tinentes ou grupos de continentes que possuíam uma flora ou fauna característi-ca. Esses dois conjuntos de regiões não têm exatamente as mesmas fronteiras. Biomassa: É o peso total de todos os organismos vivos em qualquer áreadada, ou seu equivalente em energia. Na ecologia animal ou das plantas refere-seao número de organismos multiplicado pelo seu peso unitário, normalmentebiomassa fixa ou permanente, ou pelo pico, no caso de hábitats sazonais, comoprados. Em desenvolvimento ambiental, refere-se à parte da produção da plantaque pode ser reaproveitada para produzir energia, como álcool, lenha, comida oulixo (lixo produz biogás). Bioquímica: É o estudo dos processos químicos que acontecem nos organis-mos vivos. Existem diferentes processos químicos para cada célula e são necessá-rias técnicas avançadas para sua identificação e estudo. Essas técnicas mostramque as células de todos os organismos contêm quatro grupos de moléculas muitograndes, ou macromoléculas: os dois ácidos nucléicos – DNA e RNA –, proteí-nas, carboidratos e lipídios. A bioquímica também demonstra que todos os orga-nismos compartilham basicamente as mesmas moléculas de vida. capítulo 1 11
  10. 10. M ETABOLISMO É a somatória de todas as atividades químicas que ocorrem em umacélula ou em todo o organismo. São essas reações que permitem a umacélula ou um sistema transformar os alimentos em energia, que será utili-zada pelas células para que as mesmas se multipliquem, cresçam, movi-mentem-se etc. O metabolismo divide-se em duas etapas:a) catabolismo: quebra das substâncias ingeridas, com liberação de ener- gia e sobra de resíduos.b) anabolismo: utilização da energia produzida para reparação, cresci- mento e demais atividades celulares.O RGANIZAÇÃO CELULAR Com exceção dos vírus, que são desprovidos de uma organizaçãocelular, todos os demais seres vivos são formados por células. Existemaqueles em que o ser é formado por uma célula – são os unicelulares(protozoários, bactérias). Mas a maioria é composta por muitas células. As células possuem a capacidade de se modificarem, diferenciando-se entre si. Dessa forma, elas podem desempenhar melhor suas funções. Grupos de células semelhantes se unem, dando origem aos tecidos;tecidos se unem para formar um órgão, e órgãos se unem formando osistema. O conjunto de sistemas forma um organismo.H OMEOSTASE É a capacidade do organismo de manter em equilíbrio seu meio interno. oUm exemplo é a manutenção da temperatura de nosso corpo em 36,5 C, omesmo que a temperatura ambiente seja 15 C.E VOLUÇÃO Todo processo de modificações por que passam os seres vivos ao lon-go do tempo. As modificações que ocorrem ao acaso, devido a mutaçõesaleatórias no material genético do ser vivo, quando favoráveis em determi-nado ambiente, serão selecionadas e mantidas ao longo de gerações pormeio da reprodução. Esse processo é denominado seleção natural.12 capítulo 1
  11. 11. OS NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DOS SERES VIVOS A biodiversidade entre os seres vivos em nosso planeta nos permitedividi-los em níveis e estudá-los separadamente, para melhor entendertoda a sua complexidade, desde suas características moleculares até seucomportamento. Toda matéria orgânica ou inorgânica é formada por átomos (as me-nores partículas de um elemento químico). Dois ou mais átomos se unem para formar uma molécula. Exemplo:átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio formam a glicose (C6H12O6).❑ Moléculas se unem formando grânulos (estruturas de função defini- da encontradas no interior da célula). Exemplo: mitocôndria – res- ponsável pela respiração celular.❑ Orgânulos se unem para formar uma célula – unidade da matéria viva.❑ Células: semelhantes na forma e na função, se unem para formar tecidos. Exemplos: tecido ósseo, nervoso.❑ Tecidos: se unem para formar um órgão, que geralmente é formado por vários tecidos. Exemplo: olho, coração, boca.❑ Órgãos: se unem para formar um sistema. Exemplo: sistema diges- tório, respiratório.❑ Sistemas: se unem para formar um organismo. Exemplo: homem, cachorro.Os próximos níveis são denominados ecológicos:❑ População: conjunto de organismos, ou indivíduos, pertencentes à mesma espécie e que habitam a mesma área geográfica, em um determinado tempo.❑ Comunidade: conjunto de populações diferentes que habitam a mes- ma área geográfica, em um determinado tempo.❑ Ecossistema: quando as comunidades estão relacionadas com o meio físico e químico do ambiente, há interação entre eles, dizemos que se trata de um ecossistema. Exemplo: uma lagoa – onde vivem pei- xes, algas, plantas interagindo com a água, a luz, o oxigênio – dize- mos que se trata de um ecossistema.❑ Biosfera: é o conjunto de todos os ecossistemas da Terra, onde existe vida. capítulo 1 13
  12. 12. A ORIGEM DA VIDA E A TEORIA GRADUAL DOSSISTEMAS QUÍMICOS A preocupação do ser humano em desvendar a origem da vida datade antes de Cristo, tendo sido elaboradas várias hipóteses no decorrer devários séculos. Por volta de 1927, os cientistas Oparin e Haldane elabora-ram a hipótese mais aceita atualmente, que se baseia nas transforma-ções e alterações da Terra primitiva. Segundo eles, a atmosfera primitivaera formada pelos gases: NH3(amônia); CH4 (metano); H2 (hidrogênio) evapor de água. Por causa das altas temperaturas, durante um longo pe-ríodo ocorreu evaporação de água da superfície da Terra. Esses gasesforam se acumulando na atmosfera e sofreram resfriamento, condensando-se e caindo em forma de chuvas. O resfriamento da superfície terrestre permitiu que a água se acu-mulasse nas depressões deixadas pelas erupções vulcânicas. A água car-regava partículas presentes no solo e partículas oriundas da atmosferapara as depressões, originando os mares e oceanos. Com o passar dotempo, as águas dos oceanos foram se transformando em verdadeiroscaldos de substâncias, que seriam os precursores da matéria orgânica. As partículas foram-se aglomerando, dando origem a estruturasmaiores – os coacervados (coacervar=reunir). Esses coacervados aindanão são seres vivos, mas aglomerados de substâncias orgânicas. Oparine Haldane admitem que os coacervados continuaram a reagir entre si,dando origem a compostos mais complexos com capacidade de se repro-duzir. Teria surgido a primeira forma de vida. Moléculas simples encontradas na Terra primitiva são precursoras das moléculas orgânicas complexas.14 capítulo 1
  13. 13. E XPERIÊNCIA DE S TANLEY L. M ILLER Utilizando um aparelho formado por um sistema de vidros, Millermisturou os elementos químicos NH3, CH4, H2 e H2O, simulando a atmos-fera primitiva. Com a ação de descargas elétricas, simulou os raios queprovavelmente atingiram a Terra primitiva. No fim da experiência, verificouque a mistura continha moléculas orgânicas, entre elas aminoácidos,substâncias que formam as proteínas. Essa experiência reforçou assima hipótese gradual dos sistemas químicos de Oparin e Haldane.A HIPÓTESE HETEROTRÓFICA Para um ser vivo realizar suas funções e se reproduzir precisa deenergia. Essa energia é obtida por meio dos alimentos. Os primeiros seres vivos eram estruturas simples, viviam em ambi-entes aquáticos, cercados por matéria orgânica (mares e oceanosprimitivos) e incorporavam essa matéria orgânica para produção deenergia. Seriam portanto seres heterotróficos (incapazes de produzir seuspróprios alimentos). Nas condições atuais da Terra, a transformação dos alimentos emenergia ocorre graças às reações com o oxigênio. Supondo que o oxigênionão fazia parte da atmosfera e de mares primitivos, os primeiros seresvivos conseguiam energia por meio de um processo anaeróbico –fermentação. Esses organismos anaeróbicos ou fermentadores reproduziam-secontinuadamente, provocando escassez de matéria orgânica. Algumasmutações podem ter acontecido, permitindo a alguns seres utilizar aenergia solar como fonte de energia. Surgiram assim os primeiros seresautótrofos ou fotossintetizantes (capazes de produzir seus própriosalimentos por meio da matéria inorgânica: gás carbônico, luz e água). No processo da fotossíntese ocorreu a liberação de gás oxigênio(O2) para a atmosfera, e com a presença desse gás surgiu a respiraçãoaeróbica. A conclusão da hipótese heterotrófica é de que ocorreu primei-ramente a fermentação, em seguida a fotossíntese e posteriormentea respiração. capítulo 1 15
  14. 14. T EORIAS DA ABIOGÊNESE E DA BIOGÊNESE No decorrer dos séculos, inúmeras hipóteses têm sido elaboradas,na tentativa de entender se os seres vivos podem surgir da matéria inani-mada ou se dependem necessariamente de outro ser vivo. Por volta doano 380 a.C., acreditava-se que a vida era gerada a partir da matériabruta, como por exemplo: do lodo, do lixo, de roupas sujas e amontoadas,do sol e sob a interferência de forças vitais. A partir dessa linha de pensa-mento, surgiu a teoria da abiogênese ou da geração espontânea, segun-do a qual seres vivos podem nascer da matéria inanimada. Jan Baptist van Helmont (l577 – l644) médico fisiologista, formulavavárias receitas sobre a Teoria da Abiogênese; uma delas explicava a ori-gem dos camundongos. “Em um vasilhame qualquer, fechado, misturam-se roupas usadas com suor e trigo; passadas aproximadamente três se-manas, o trigo transforma-se em ratos.” Hoje, sabe-se que os ratos eramatraídos pela mistura. Por volta de 1650, por meio de experimentos, começaram a surgiralgumas teorias que combatiam a abiogênese ou geração espontânea.As que mais se destacaram foram:a) Francesco Redi (1626 – 1697) Observando carne contaminada por vermes, Redi elaborou a hipóte- se de que eles teriam se originado a partir de ovos postos por mos- cas. Para provar tal raciocínio, colocou carne em oito vidros, manten- A experiência de Redi mostrou que os vermes da carne em decomposição provêm de ovos de moscas.16 capítulo 1
  15. 15. do quatro deles abertos e os outros fechados, previamente esterili- zados. Após alguns dias, surgiram vermes apenas nos vidros aber- tos, provando assim que esses não surgiam espontaneamente da carne em estado de decomposição, e sim dos ovos postos pelas moscas.b) Por volta de 1750, renasce com Needhan a teoria da abiogênese Colocando em vários frascos uma sopa nutritiva (legumes, carnes etc.) e tampando os frascos para impedir a entrada do ar, ele sub- meteu os frascos a uma temperatura elevada e os resfriou nova- mente, na tentativa de matar os micróbios que neles já possivelmen- te existissem. Passados alguns dias, Needhan pôde ver que os fras- cos estavam cheios de micróbios novamente. Concluiu então que os micróbios tinham sido gerados espontaneamente.c) Por volta de 1770, Lazzaro Spallanzani refaz os experimentos de Needhan Ferveu novamente os frascos contendo a sopa nutritiva, por um tempo mais longo, tampando-os, e o caldo não mais apresentou o proces- so de contaminação. Needhan combateu Spallanzani, afirmando que, com o superaquecimento, o princípio ativo da vida havia sido elimi- nado. Spallanzani não conseguiu convencer, prevalecendo a teoria da geração espontânea.d) Louis Pasteur (1822 – 1895) anula a teoria da abiogênese e defi- nitivamente comprova a teoria da biogênese Pasteur realizou uma série de experiências conclusivas com seus famosos frascos de pescoço longo em forma de cisne. Submeteu os frascos com sopas nutritivas a fervura por tempo pro- longado. O pescoço fino e comprido dos vasos funcionava como fil- tro para as partículas e microrganismos que se encontravam em suspensão no ar, impedindo o contato com o caldo. Pasteur consta- tou que, após alguns meses, as soluções nutritivas continuavam isen- tas de qualquer tipo de contaminação. Para provar seu experimento, quebrou o pescoço de um dos frascos: o caldo em contato com o ar foi rapidamente contaminado. Colaborou, assim, com a queda da abiogênese, que foi substituída pela teoria da biogênese, a qual ba- seia-se na idéia de que toda vida provém de outra preexistente. capítulo 1 17
  16. 16. Pasteur usou frascos com gargalos longos e retorcidos para derrubar um dos prin- cipais argumentos dos abiogenistas: o de que a falta de ar fresco impedia a gera- ção espontânea de micróbios. t e s t e s1 – (FMU/Fiam-SP) esquema seguinte representa o período de evolução Oque vai de cerca de 4,5 bilhões de anos até hoje:As lacunas A, B, C, D e E devem ser respectivamente preenchidas por:18 capítulo 1
  17. 17. a) heterotrófico, respiração anaeróbia, nitrogênio, heterotrófico, fotossínteseb) heterotrófico, fotossíntese, oxigênio, heterotrófico, respiração aeróbiac) não-fotossintetizante, fotossíntese, hidrogênio, animal, respiração aeróbiad) clorofilado, heterotrófico, oxigênio, heterotrófico, respiração anaeróbiae) heterotrófico, respiração, gás carbônico, autotrófico, fotossíntese2 – (FMI-MG)Suponhamos que um dos planetas do Sistema Solar tenha,atualmente, as mesmas condições que a Terra primitiva deve ter apresentadoantes do aparecimento do primeiro ser vivo. Essas condições podem ser:I – atmosfera contendo 80% de nitrogênio livre;II – tempestades contínuas e violentasIII – produção e consumo contínuos de CO2 e O2IV – atmosfera contendo vapor de água, metano, amônia e hidrogênioV – altas temperaturasVI – presença da camada protetora de ozônio na atmosferaDas condições enumeradas acima, são verdadeiras:a) apenas I, II e VI c) apenas duas das afirmativasb) apenas II, III, IV e V d) apenas II, IV e V3 – (U.F.PA) Em 1953, Miller submeteu à ação de descargas elétricas de altavoltagem uma mistura de vapor de água, amônia(NH3), metano (CH4) e hidrogênio(H2). Obteve, como resultado, entre outros compostos, os aminoácidos glicina,alanina, ácido aspártico e ácido aminobutírico.Com base nesse experimento pode-se afirmar que:( 1 ) Ficou demonstrada a hipótese da geração espontânea( 2 ) Não se podem produzir proteínas artificialmente; elas provêm necessaria- mente dos seres vivos( 4 ) Formam-se moléculas orgânicas complexas em condições semelhantes às da atmosfera primitiva( 8 ) A vida tem origem sobrenatural, que não pode ser descrita em termos físicos nem químicos( 16 ) Compostos orgânicos podem se formar em condições abióticasDê como resposta a soma dos números das alternativas corretas ( ). capítulo 1 19
  18. 18. 4 – (Fuv est-SP)Segundo a teoria de Oparin, a formação de aminoácidos foi oprimeiro passo no sentido do aparecimento das proteínas, substâncias impres-cindíveis para que pudessem surgir os primeiros organismos celulares. Isso sedeveu à combinação de vapor de água com diversos gases simples que estavampresentes:a) nos mares primitivos d) no interior do globo terrestreb) na atmosfera e) no espaço cósmicoc) no solo quente da Terra5 – (UECE) Indique a opção que contém a seqüência lógica dos níveis de orga-nização dos seres vivos:a) organismo-população-comunidade-ecossistemab) organismo-comunidade-população-ecossistemac) população-comunidade-organismo-ecossistemad) população-comunidade-ecossistema-organismo6 – (UFAL) O conjunto de indivíduos de uma espécie que vive numa mesmaárea geográfica constitui:a) uma cadeia alimentar d) uma teia alimentarb) uma comunidade e) um ecossistemac) uma população questões1 – (Vunesp-SP)Considere a afirmação: As populações daquele ambientepertencem a diferentes espécies animais e vegetais. Explique que conceitos estãoimplícitos nessa frase se levarmos em consideração:a) somente o conjunto das populaçõesb) o conjunto das populações mais o ambiente abiótico2 – O que propunham as antigas idéias sobre a geração espontânea? Que sinônimopode ser usado para se falar de geração espontânea?3 – Defina Biologia. Qual a importância dos seus conhecimentos para o homem?4 – Dê os níveis de organização em que se classificam os seres vivos.5 – Defina as seguintes características dos seres vivos: metabolismo, evolução eecossistema.20 capítulo 1
  19. 19. c a p í t u l o 2 A CÉLULAM ICROSCÓPIO E A DESCOBERTA DA CÉLULA Citologia é um dos campos da Biologia que se encarrega de estudar ouniverso de uma célula. Mas esse universo, o olho humano não conseguedesvendar sem o auxílio de lentes que o ampliam. Portanto toda observa-ção e desenvolvimento da célula só foi possível a partir de 1590, após ainvenção do microscópio pelo holandês Zacharias Janssen, um estudiosoe fabricante de lentes. A célula como unidade viva dos seres vivos tem sido alvo de inúmeraspesquisas no decorrer dos últimos séculos. Por volta de 1665, Robert Hooke,cientista inglês, utilizando um microscópio bastante primitivo, iluminado a velae que ampliava a imagem cerca de 270 vezes, observou finas lâminas decortiça e comparou a imagem observada com um favo de mel, ou seja,seqüência de pequenas cavidades separadas por delgadas membranas, asquais denominou de células (em latim, diminutivo de cellar, espaço fechado).Na realidade, o que Hooke observou foram pedaços de tecido vegetal morto,e os espaços vazios foram deixados pelas células que morreram, permane-cendo as divisões das paredes celulares presentes nas células vegetais. Em 1833, Robert Brown, botânico escocês, analisando tecido vege-tal macerado, verificou que as células possuíam em sua região centralum concentrado de substância de forma arredondada que denominou denúcleo. Sabe-se hoje que, com exceção das bactérias e algas azuis, to-das as demais células possuem núcleo e que o mesmo abriga em seuinterior o material genético que é passado de pais para filhos, permitindoa continuidade das espécies. capítulo 2 21
  20. 20. Antes de prosseguirmos no estudo da evolução das células, vamosanalisar alguns tipos de microscópios e sua importância dentro da Biologia,como auxiliar do olho humano.a) Microscópio de Robert Hooke (1665)b) Partes de um microscópio óptico É um instrumento dotado de uma parte óptica: lente ocular, lentesobjetivas, espelho, condensador, diafragma. E uma parte mecânica: base,coluna ou braço, canhão, revólver, platina, parafusos (micrométrico emacrométrico) que ajustam a imagem observada. As lentes objetivas e ocularsão marcadas com números, que significam o seu poder de ampliação. Parasabermos quantas vezes o objeto observado está ampliado, basta multiplicaro número da lente objetiva pelo número da lente ocular. Exemplo: objetiva100 – ocular 10, a ampliação é de 1000 vezes. Pode-se observar célulasvivas ou mortas. A unidade de medida utilizada no microscópio óptico é o μm(micrômetro), que equivale à milésima parte de um milímetro (0,001 mm).22 capítulo 2
  21. 21. c) Microscópio eletrônico A partir de 1950, sua utilizaçãoprovocou avanços revolucionários Microscópio eletrônicona Biologia devido ao alto poten-cial de ampliar os objetos – maisde 500 mil vezes. Ao microscópioeletrônico só é possível observarmatéria morta, pois a mesma temde ser cortada em finas lâminas epreparada em uma câmara de vá-cuo. A unidade de medida utiliza-da no microscópio eletrônico é oÅ(ângstron), que equivale ao déci-mo milionésimo de parte de um milímetro (0,0000001mm). Bionotícias Neurônios produzidos em laboratório Grande novidade pode ajudar no mal de Parkinson: a cria o de c lulas nervosas em laborat rio. Nesse processo, c lulas em est gio em- brion rio retiradas do c rebro de ratos adultos s o transformadas em neur nios, podendo ger -los em n mero ilimitado. Os especialistas acre- ditam que poder o substituir as c lulas cerebrais produtoras de dopamina que˚ estiverem deterioradas. A falta dessa subst ncia provoca o mal de Parkinson. As c lulas-tronco podem se transformar em qualquer tipo de c lula do or anismo, o nico problema controlar o desenvolvimento g dessas c lulas. Se isso for obtido, os especialistas acreditam que o pro- cesso poder ser usado para transplante de tecidos e at mesmo para a cria o de g r os para transplante. capítulo 2 23
  22. 22. Célula observada pelo microscópio eletrônicoT EORIA CELULAR Em 1838, depois de longas e demoradas pesquisas, o botânico alemãoMatthias Schleiden observou a presença de células em vegetais. Em 1939, ozoólogo alemão Theodor Schwann concluiu que os animais eram formadospor células, estabelecendo-se assim a teoria celular de Schwann e Schleiden,segundo a qual “todos os seres vivos são formados por células”. Em 1858, o médico alemão Rudof Virchow concluiu que “toda célulatem sua origem em outra preexistente”. No decorrer do século XIX, novasdescobertas foram acontecendo, tais como estruturas com funções determi-nadas, denominadas organóides, encontrados no interior das células. Com acapacidade de realizar inúmeras funções e de reproduzir-se, a hipótese deque a célula é a menor parte viva de um ser vivo ganhou muita força, epassou a ser definida como a unidade morfológica e fisiológica de todos osseres vivos, passando também a ser responsável pela transmissão dascaracterísticas hereditárias. Com todos os conhecimentos adquiridos sobrea célula, foi possível formular a nova teoria celular:a) Todos os seres vivos são formados por células.b) As reações que ocorrem em um organismo, e que são responsáveis pela vida do mesmo, dependem do funcionamento das células. Portanto a célula é a unidade fisiológica de todos os seres vivos.c) Toda célula tem sua origem a partir de outra célula preexistente, que se divide fornecendo às células filhas seu material genético.24 capítulo 2
  23. 23. A SPECTOS GERAIS DAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS EEUCARIÓTICAS Se compararmos asimagens observadas ao Esquema de uma célula animalmicroscópio eletrônico dacélula que representa ocorpo de uma bactéria,com as células que for-mam o corpo de um ani-mal qualquer, vamos no-tar que a célula da bac-téria, quanto a sua or-ganização é muito maissimples, não apresenta onúcleo diferenciado; acromatina que forma o material genético encontra-se espalhada pelocitoplasma na região central da célula, e também dispersos pelo citoplasmasão encontrados os ribossomos, orgânulos citoplasmáticos responsáveis pelasíntese de proteínas. Um conjunto de membranas envolve todo esse material:por fora a membrana esquelética, mais espessa e resistente, e sob ela a membrana plasmática. Por não possuir a membrana Esquema de uma bactéria nuclear ou carioteca, que separa o material ge- nético do citoplasma, as bactérias e as algas azuis (ciano bactérias) são deno- minadas procariontes (proto = primeiro, primitivo, karyon = núcleo), que não têm o núcleo diferenciado. Todos os demais seres vivos, com exceção dos vírus, que são acelulares,são denominados eucariontes (eu = verdadeiro, karyon = núcleo), seres quepossuem o núcleo diferenciado, ou seja, o material genético encontra-sedelimitado no citoplasma pela carioteca. capítulo 2 25
  24. 24. E STUDO COMPARATIVO ENTRE CÉLULAS ANIMAIS EVEGETAISC ÉLULA ANIMAL Vimos anteriormen-te que, ao observarmos membrana plasmâticauma célula animal ao núcleo membranamicroscópio eletrônico, nucléolo nuclearpercebemos a presença cromatinade uma fina membrana centríolo retículo endoplasmâticoenvolvendo todos os complexo rugosocomponentes da célula de Golgi retículo endoplasmâticoe separando o meio mitocôndria liso ribossomointerno do externo; é a lisossomo vacúolomembrana plasmáticaou membrana celularque, por ser semiper-meável, permite trocas de materiais entre a célula e o meio que a cerca.Preenchendo a célula, vamos encontrar um material de consistência viscosadenominado citoplasma ou hialoplasma, onde ocorrem as funções vitais dacélula, tais como: digestão, respiração, transportes etc., pois é no citoplasmaque se encontram mergulhados os organóides e um vasto sistema demembranas. Os principais organóides são: ribossomos, retículo endoplasmático, com-plexo de Golgi, mitocôndrias, lisossomos, centríolos. Localizado geralmentena parte central das células eucariontes, vamos encontrar o núcleo, separa-do do citoplasma pela carioteca ou membrana nuclear. O núcleo é preenchi-do por uma substância denominada suco celular ou cariolinfa, semelhanteao citoplasma; mergulhado no suco celular encontra-se a cromatina (mate-rial genético) e os nucléolos, que estão relacionados com a produção deribossomos.C ÉLULA VEGETAL Com exceção dos centríolos, a célula vegetal possui todos oscomponentes da célula animal, e ainda apresenta um envoltório externo àmembrana celular, denominado membrana celulósica ou parede celular.26 capítulo 2
  25. 25. O citoplasma da célula vegetal apresenta gran- des vacúolos: cavida- des limitadas por mem- branas, contendo no seu interior o suco va- cuolar com reservas de água e outras subs- tâncias. São também en- contrados nas células vegetais os organóides denominados plastos,cuja função é armazenar substâncias, tais como o amido, ou pigmentos,como os cloroplastos, que armazenam o pigmento verde denominado clo-rofila responsável pela fotossíntese.C OMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA Como vimos no Capítulo 1, as substâncias inorgânicas como a água eos sais minerais são constituídos por moléculas simples e pequenas e po-dem ser encontradas livres na natureza ou fazendo parte de um organismo. Já as substâncias orgânicas, tais como: carboidratos, lipídios, pro-teínas são constituídos por grandes e complexas moléculas que obrigato-riamente possuem em sua composição o elemento químico carbono (C) esão sempre encontradas nos seres vivos.C OMPONENTES INORGÂNICOSA) ÁGUA Recobrindo 3/4 da superfície terrestre, a água é a substância químicamais abundante em nosso planeta. Suas principais funções em um orga-nismo são:❑ Solvente universal: dispersante de substâncias orgânicas e inorgânicas. Todas as reações químicas da natureza biológica ocor- rem em estado de solução.❑ Transporte de substâncias: tanto de dentro para fora como de fora para dentro das células, moléculas se difundem na H2O e por ela são transportadas. capítulo 2 27
  26. 26. ❑ Equilíbrio térmico: o excesso de calor é dissipado pelo suor, aju- dando na manutenção da temperatura interna de um ser homeo- térmico.❑ Lubrificante: ajuda a diminuir o atrito entre os ossos (nas articula- ções).B)SAIS MINERAIS❑ Solúvel: dissolvido na água em forma de íons, como o potássio (K+), o sódio (Na+) e o cloro (Cl-), participam do controle osmótico (entra- da e saída de H2O nas células) e também contribuem para a passa- gem dos impulsos nervosos nos neurônios.❑ Insolúvel: encontra-se imobilizado, como os fosfatos de cálcio que fazem parte da estrutura esquelética dos vertebrados, da casca de ovo, do exoesqueleto ou carapaças de insetos, siris, caranguejos etc., conferindo maior rigidez aos órgãos em que se encontram. Papel biológico de alguns sais minerais: Sais minerais na Papel biol gico (fun es) forma de onsC lcio (Ca++) Participa das contra es musculares, da coagula o do sangue eda forma o dos ossos e dentes + +S dio (Na ) e Pot ssio (K ) Equil brio dos l quidos no organismo (estabilidade da press o osm tica das c lulas)Ferro (Fe++) Faz parte da hemoglobina, que uma pro- te na fundamental no transporte de oxig nio e na respira oMagn sio Faz parte da mol cula da clorofila, indis- pens vel para a realiza o da fotoss nteseF sforo Importante na transfer ncia de energia dentro das c lulas28 capítulo 2
  27. 27. C OMPONENTES ORGÂNICOSA) G L I C Í D I O S O U C A R B O I D R AT O S Também conhecidos como açúcares, os glicídios são os grandes for-necedores imediatos de energia para os seres vivos. São fabricados pe-las plantas no processo da fotossíntese e apresentam em suas moléculasátomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O). Além de fornece-dores de energia, possuem também função estrutural, como a celulose,encontrada revestindo as células vegetais; e constituindo os ácidosnucléicos (material genético).Os glicídios são classificados em três grupos: Bionotícias Alimentos transgênicos: riscos e benefícios Desde que os produtos trans- g nicos sur iram no mercado, g h contrariedades com a nova tecno- logia. Os argumentos utilizados em defesa da libera o desses produtos est o ancorados em quest es de or - dem econ mica e tecnol gica, vin- culados ao progresso e necessi- dade do avan o da ci ncia. poss - vel que a cr tica, s vezes, parta de quem desconhe a tais produtos. Ini- cialmente restrita aos movimentos ambientalistas, esta posi o vem-se ampliando de forma expressiva, na medida em que repercutem, nas sociedades, as vozes contr rias inova o — muitas vezes oriundas do meio cient fico — e que os governos mais e mais discutem o tema e criam controles sobre o mesmo. capítulo 2 29
  28. 28. ❑ Monossacarídios: são os açúcares mais simples, formados por pe- quenas moléculas que não se dividem na presença de água, portanto não sofrem hidrólise. Os exemplos mais comuns encontrados nos organismos vivos são: glicose (produzido pelos vegetais na fotossíntese), frutose (encontrado nas frutas doces), galactose (en- contrado no leite) e ribose e desoxirribose (componentes dos ácidos nucléicos).❑ Dissacarídeos: são glicídios constituídos pela união de dois mo- nossacarídios. Na ligação de dois ou mais monossacarídios, estamos ingerindo dissacarídios ou polissacarídios, nosso sistema digestório os transforma em monossacarídios para que estes possam fornecer energia para a célula. Todos os dissacarídios têm função energética e os principais são: – Sacarose: glicose+frutose, suas principais fontes são: a cana de açúcar e beterraba. – Lactose: glicose+galactose, sua principal fonte é o leite. – Maltose: glicose+glicose, suas principais fontes são: raízes, caule, folhas dos vegetais.❑ Polissacarídios: os polissacarídios são moléculas grandes, constituí- das por ligação de muitos monossacarídios. Os polissacarídios não são solúveis em água, alguns são reservas de energia, como o amido, outros fazem parte da estrutura esquelética da célula vegetal, como a celulose. Os principais polissacarídios são: – Amido: formado por inúmeras moléculas de glicose, encontrado nos vegetais, funciona como reserva de energia. – Celulose: formado por inúmeras glicoses, encontrado revestindo externamente as células vegetais, funciona como reforço esquelético. – Glicogênio: formado por inúmeras glicoses, encontrado nos ani- mais, funciona como reserva de energia.B) LIPÍDIOS Substâncias orgânicas de origem animal ou vegetal, mais conheci-dos como óleo, gordura e cera. Alguns tipos de lipídios funcionam comoreservatório de energia, outros entram na composição das membranascelulares ou ainda formam hormônios. Possuem como característicacomum o fato de serem insolúveis em água e solúveis em solventes orgâ-nicos como o éter, o álcool e a benzina.30 capítulo 2
  29. 29. Bionotícias Comida a quilo: nem sempre a melhor opção Uma pesquisa feita pela nutricionista Edeli Simioni de Abreu, douto-randa pela Faculdade de Sa de P blica da Universidade de S o Paulo (USP)e autora da disserta o de mestrado Restaurante por quilo : vale quantopesa? , mostrou que, em restaurantesself service, nem sempre os consu-midores se lembram da import ncia do equil brio alimentar na hora deescolher o que comer. Observou que em uma nica refei o a densidadeenerg tica dos alimentos atingiu a m dia de 1.400 calorias por prato, con-sumo elevado diante da recomenda o de 2.000 calorias di rias. As pes-soas n o comem nutrientes, mas alimentos aos quais dif cil resistir ,afirma Edeli de Abreu. Aapresenta o dos pratos no balc o induz aoconsumo. O consumo m dio observado foi de 454 gramas por prato.A pir mi-de alimentar ideal deve apresentar de 50 a 60% de carboidratos, 25 a 30%de lip dios e de 10 a 15% de prote nas. A presen a exagerada de cidos graxos saturados, gorduras e a ca-res simples podem contribuir para a obesidade e o aparecimento de doen- as card acas e c ncer excesso, os lip dios, subst ncias que n o se . Emdissolvem na gua, s o os maio-res causadores das doen asdo cora o.Assim como oscarboidratos, eles fornecemenergia para o organismo, en-quanto as prote nas auxiliam nareconstitui o de tecidos. Porisso, importante ter uma ali-menta o balanceada, abusandode legumes, verdura e frutos — osverdadeiros amigos da sa de e daboa forma. capítulo 2 31
  30. 30. São classificados em: – Glicerídeos: os lipídios simples. Compreendem os óleos, as gordu- ras, e as ceras, podem ter origem animal ou vegetal. Principais funções dos glicerídeos: As gorduras são reservatórios de energia e também isolante térmico, principalmente para os animais de regiões frias. Os óleos presentes nas sementes de girassol, da soja, do amendoim servem de alimento para o embrião das sementes germinar. As ceras impermeabilizam as folhas de muitas plantas e é fabricada pelas abelhas, que constroem os favos de mel. – Fosfolipídeos: presentes na composição química das membranas celulares dos animais e vegetais. – Esteróides: o mais conhecido é o colesterol. Produzido pelos ani- mais, faz parte da composição química de suas membranas celulares e é precursor de alguns hormônios, como a testosterona (hormônio mas- culino) e a progesterona (hormônio feminino).PROTEÍNAS São os componentes orgânicos presentes em maior percentual no or-ganismo dos seres vivos. Fundamentais para a vida na Terra, são encontra-das em todos os seres vivos, inclusive nos vírus que não possuem uma es-trutura celular. As proteínas são resultantes de uma seqüência de ligaçõesentre moléculas menores denominadas aminoácidos. Principais funções das proteínas: – Elemento construtor: faz parte, juntamente com os lipídios, da com- posição das membranas celulares. Exemplo: o colágeno, proteína que confere resistência às células da pele, dos tendões, das cartilagens etc. A miosina e a actina, que conferem elasticidade aos músculos; a queratina, que confere impermeabilidade aos cabelos e à pele, contri- buindo para adaptação dos animais à vida terrestre. – Função enzimática: dentro das células ocorrem muitas reações quí- micas. Para que elas aconteçam é necessário energia. Em alguns ca- sos, não há energia suficiente para a ocorrência da reação química e se faz necessária a presença de um catalisador (substância que desenca- deia ou acelera reações químicas). Os catalisadores das células são um32 capítulo 2
  31. 31. tipo de proteína especial chamada enzima. As atividades enzimáticas dependem da temperatura e do pH. Analisando o gráfico, ve- Temperatura ótima para uma reaçãorifica-se que a 0°C de tempe-ratura as enzimas se encontraminativas. À medida que aumen-ta a temperatura, a atividadeenzimática também aumenta,chegando ao ponto ótimo de40° C. Acima disso, a atividadeenzimática vai diminuindo, atéque por volta de 60° C ocorredesnaturação das enzimas(o calor acarreta mudanças espaciais na proteína, o que acarreta a perda desua função). Quanto ao pH (nível de acidez do meio), cada enzima atua emum específico. Exemplo: a pepsina – enzima do suco estomacal – é ativasomente em pH ácido, ou seja, por volta de 2; a ptialina – enzima da saliva –é atuante somente em um pH neutro, ou seja, por volta de 7. Atuação enzimática ou modelo chave-fechadura. Cada tipo de enzima consegue catalisar um único tipo de substrato (subs-tância reagente). O encaixe da enzima no substrato assemelha-se ao siste-ma chave-fechadura. Esse modelo explica a especificidade das enzimas.Após a reação ocorrer, as enzimas deixam o substrato intactas, podendoatuar em outros substratos. capítulo 2 33
  32. 32. – Função de defesa. Antígenos são substâncias estranhas ao nosso organismo. A presença de um antígeno no organismo induz o sistema imunológico a produzir uma proteína de defesa, denominada anticorpo. – Função hormonal. Alguns hormônios são de origem protéica; exem- plo: a insulina, hormônio produzido pelo pâncreas, cuja função é de controlar a manutenção da taxa de glicose no sangue. – Função energética. As proteínas são fontes de aminoácidos, que uma vez oxidados pelo organismo, liberam energia, principalmente no processo da respiração.V ITAMINAS Substâncias orgânicas sintetizadas pelos vegetais e por alguns se-res unicelulares, funcionam como ativadores das enzimas. As vitaminasdiferem entre si na composição química, formando um grupo heterogêneo.Para classificar esse grupo foi usado o grau de solubilidade em lipídios(lipossolúveis), que são: A, D, E e K, e as solúveis em água (hidrossolúveis),que são: C e o complexo B (B1, B2, B3, B6 e B12).E STUDO DA ESTRUTURA CELULARM EMBRANAS CELULARES Separando, protegendo,delimitando o meio interno e oexterno, as células possuem amembrana plasmática. Estatambém possui permeabilidadeseletiva, isto é, permite que assubstâncias necessárias aofuncionamento das células se-jam selecionadas e transporta-das para o interior das mesmasou jogadas para fora quandonão necessárias. É o inter-câmbio do meio interno com oexterno.34 capítulo 2
  33. 33. A) E STRUTURA Somente a partir do uso do microscópio eletrônico na Biologia é quefoi possível identificar as estruturas e funções das membranas celulares.Até então, sua existência era apenas suposta, pois não são visíveis aomicroscópio óptico. As primeiras imagens obtidas das membranas permi-tem identificar uma estrutura formada por três camadas: duas defosfolipídios intercaladas por uma de proteína, concluindo que sua com-posição é lipoprotéica. Através de estudos mais recentes sobre as mem-branas, pôde-se concluir que as camadas lipídicas encontram-se em es-tado fluido, e as moléculas protéicas se encontram encaixadas nesse su-porte lipídico. Devido à maleabilidade das camadas lipídicas, as proteí-nas deslocam-se por ela com grande facilidade, e a essa nova concepçãode estrutura da membrana – proposta por S. J. Singer e G. Nicholson(1972), deu-se o nome de “mosaico fluido”.B) T RANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS ATRAVÉS DA MEMBRANA Por possuir permeabilidade seletiva, a membrana celular permite quesubstâncias entrem e saiam da célula, conforme suas necessidades. Mas nem todos os processos de transporte pela membrana se pro-cessam da mesma forma. Analisaremos então os diversos processos queocorrem. capítulo 2 35
  34. 34. ❑ Difusão Difusão simples é a dispersão ou deslocamento espontâneo departículas. Na difusão as partículas tendem a movimentar-se da região demaior concentração de partículas para a região onde a concentração émenor. Esse processo não consome energia e termina quando as con-centrações se igualam. Por exemplo: ao abrirmos um vidro de perfumenum recinto, percebemos que, em pouco tempo, em qualquer lugar dorecinto sentiremos o seu cheiro. A entrada de gás oxigênio (O2) e a saída de gás carbônico (CO2) emnossas células se dá por difusão, devido à concentração diferenciadadesses gases entre o líquido que banha as células e o interior da mesma.E por não consumir energia a difusão é considerada um tipo de transportepassivo. Diz-se difusão facilitada quando a passagem de substância sem gastode energia é acelerada pela ação de proteínas (permeases).❑ Osmose Outro tipo de transporte passivo, a osmose, permite o transporte desolvente (água) e não do soluto. Através de uma membrana semiper-meável, o solvente passa do local de menor concentração do solutopara o de maior concentração36 capítulo 2
  35. 35. ❑ Quando a solução apresentar maior concentração de soluto, em rela- ção ao meio, dizemos que a solução é hipertônica.❑ Quando a solução apresentar menor concentração de soluto, em re- lação ao meio, dizemos que a solução é hipotônica.❑ Quando a solução entrar em equilíbrio com o meio, diz-se que a solu- ção é isotônica.Transporte ativo (com consumo de energia) Determina-das substâncias,mesmo existindoem menor quanti-dade fora da célu-la, tendem a en-trar nela, con-trariando os prin-cípios da difusão.Esse fenômeno écomum em nos-sas hemácias. Nes- +sas células a concentração de íons potássio (K ) é maior do que no plasmasanguíneo, onde as hemácias estão submersas, por outro lado; há íons sódio +(Na ) no plasma em maior concentração do que no interior das hemácias. Asdiferenças de concentração desses elementos químicos mantêm-seinalteradas, mesmo ocorrendo difusão, e, para que essa situação se mante-nha, algumas proteínas da membrana funcionam como verdadeiras +carregadoras de substância, bombeando constantemente o K (potássio) para +o interior das hemácias e o Na (sódio) para fora das hemácias. São as cha-madas bombas de sódio e potássio. Por ocorrer contra um gradiente de con-centração provoca gasto de energia, sendo portanto transporte ativo.Transporte de partículas Endocitose – algumas células possuem a propriedade de capturarpartículas grandes que não conseguem atravessar a membrana do meioexterno. São incorporadas pela célula por meio do processo de endocitose(endo = interior, cito = célula, ose = condição). Conhecem-se dois tipos de endocitose: a fagocitose (fago = comer) ea pinocitose (pino = beber). capítulo 2 37
  36. 36. ❑ Fagocitose Na fagocitose a célula engloba partículas por meio de projeçõescitoplasmáticas denominadas pseudópodes (falsos pés). Depois deingerido, o material permanece no citoplasma, envolvido por parte damembrana, recebendo o nome de fagossomo. A fagocitose é comum nosseres unicelulares; exemplo: a ameba, quando captura alimentos, e porglóbulos brancos do nosso sangue, como meio de defesa, englobandopartículas estranhas ao nosso corpo.❑ Pinocitose: ingestão de partículas líquidas; exemplo: gotas de lipídios pela invaginação da membrana.C ITOPLASMA Ocupando o espaço entre a membrana celular e a carioteca, nos sereseucariontes, encontra-se o citoplasma. Constituído de 85% de água, sais minerais, proteínas, açúcares, é nocitoplasma que ocorrem as reações químicas, realizadas por orgânulos aípresentes, e que são fundamentais para a vida da célula. O citoplasma não se encontra inerte, e sim em constante movimento,denominado ciclose. Analisaremos a seguir os orgânulos principais.Retículo endoplasmático Ao microscópio eletrônico, apresenta-se como uma verdadeira redede canais e bolsas membranosas e achatadas. Em algumas regiões dessasmembranas apresentam uma característica rugosa devido à aderênciados ribossomos, que são responsáveis pela síntese de proteínas. Apresença ou ausência de ribossomos permite distinguir dois tipos de38 capítulo 2
  37. 37. retículo endoplasmático: o rugoso ou granular, também chamado deergastoplasma, e o liso ou agranular.As principais funções do retículo endoplasmático são: Transporte: no interior dos canais circulam proteínas, lipídios e ou-tros materiais, que são transportados por toda a célula. Armazenamento: dilatação de canais do R.E. dão origem aosvacúolos nas células vegetais, nos quais são armazenadas determinadassoluções. Regulação da pressão osmótica: o armazenamento de substânci-as internas pode favorecer a osmose. Realiza síntese de lipídios, princi-palmente os esteróides. As funções praticamente são as mesmas tanto no R.E.L. como noR.E.R.. O retículo endoplasmático rugoso aparece com maior freqüêncianas células produtoras de enzimas, como é o caso das células do pân-creas, que produz enzimas digestivas. Isso ocorre devido à proximidade com os ribossomos.Ribossomos São as organelas produtoras de proteínas. Possuem em sua composição molecular R.N.A ribossômico e proteí- capítulo 2 39
  38. 38. nas. São encontrados livres pelo citoplasma ou aderidos às membranasdo retículo endoplasmático rugoso. São constituídos por duas subunidades.Complexo de Golgi Conjunto de bolsas achatadas, empilhadas umas sobre as outras, deonde se desprendem pequenas vesículas.- Funções do Complexo de Golgi❑ Armazenar substâncias produzidas pela célula e encaminhar essassubstâncias para fora da mesma. A esse processo de eliminação de subs-tâncias dá-se o nome de “secreção celular”.❑ Faz parte da composição do acromosso (cabeça do espermatozóide). Ocomplexo de Golgi presente nas células do acromosso contém enzimasdigestivas que irão perfurar a membrana do óvulo, permitindo a fecunda-ção.❑ As vesículas eliminadas das bordas do complexo de Golgi dão origemaos lisossomos, pequenas bolsas cheias de enzimas.40 capítulo 2
  39. 39. Lisossomos Pequenas bolsas repletas de inúmeros tiposdeenzimas, res- ponsáveispela diges- tão intracelular, e em alguns casos digerem elementos da pró- priacélula (autofagia). Os lisossomos se originam do despre- endimento de vesí- culas do complexo de Golgi. As enzimas di-gestivas são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso, armazenadasno complexo de Golgi e liberadas dentro de vesículas – os lisossomosprimários. As substâncias englobadas pela célula, por meio dos proces-sos de fagocitose e pinocitose, formam no interior da célula o fagossomo,que se funde aos lisossomos, dando origem ao vacúolo digestivo oulisossomo secundário. No interior do vacúolo, a substância é digerida. Aparte aproveitável é absorvida e a não aproveitável é eliminada pelo pro-cesso da clasmocitose ou exocitose.Mitocôndrias Organelas geradoras de energia, de forma ovalada, constituídas de du-pla membrana lipoprotéica. A membrana externa é lisa e contínua, e a inter-na apresenta pregas formando as cristas mitocondriais. Preenchendo os capítulo 2 41
  40. 40. espaços e entre as pregas, encontra-se uma substância amorfa, denomi-nada matriz. A presença de ribossomos – DNA e RNA – na matriz permiteas mitocôndriais produzir suas próprias proteínas e apresentar capacidadede autoduplicação. No interior das mitocôndrias ocorrem a oxidação final das moléculasorgânicas obtidas dos alimentos ingeridos, com liberação de energia, napresença do oxigênio (respiração aeróbica).Plastos Organelas ovaladas, típicas das células vegetais e de alguns protistas,como nas diatomáceas e euglenófitas (algas unicelulares). Os plastos,dependendo da função e dos pigmentos que apresentam, podem ser clas-sificados em: – Leucoplastos – plastos incolores com função de armazenar reser- vas de alimentos. – Cromoplastos – plastos coloridos. Dependendo da cor do pigmen- to, os cromoplastos podem ser classificados em: – Xantoplastos – plastos em pigmentos carotenóides de cor amarela. Exemplo: o amarelo do milho. – Eritroplastos – plastos com grande quantidade de pigmentos carotenóides de cor vermelha. Exemplo: o vermelho do tomate. – Cloroplastos – são mais freqüentes nas células vegetais. De forma ovóide, dotado de dupla membrana lipoprotéica, a externa é lisa e con- tínua e a interna apresenta dobras, que se dispõem paralelamente, como se fossem lâminas. A parte interna das dobras recebe o nome de lamela, e sobre as lamelas encontram-se minúsculas bolsas achatadas empilhadas uma sobre a outra como se fossem moedas, denominadas ti- lacóides. Cada pilha de tilacóide recebe o nome de granum. Ade- rido nas mem- branas das tila- cóides estão as moléculas de42 capítulo 2
  41. 41. clorofila, que captam a luz solar, fundamental no processo da fotossíntese. O espaço interno dos cloroplastos são preenchidos por umlíquido denominado estromaou matrizdo cloroplasto, contendo DNA, enzimas eribossomos.Centríolo Estruturas constituídas por dois cilindros. Cada cilindro é for- mado por nove conjuntos de três microtúbulos. Presente na grande maioria dos seres eucariontes e ausente nos angiospermas e gimnos- permas. Acredita-se que sua função esteja relacionada ao processo de orientação da divisão celular.Cílios e flagelos Expansões móveis da super-fície da célula. Os cílios e osflagelos diferem em número e ta-manho. Os cílios são curtos e nume-rosos, e os flagelos são longos eem pequeno número. São encontrados em seresunicelulares e em algumas célu-las de organismos pluricelulares. A estrutura interna dos cíliose flagelos é a mesma, ou seja, for-mados por nove pares periféricosde microtúbulos e um par demicrotúbulos central. capítulo 2 43
  42. 42. Vacúolo São cavidades presentes no citoplasma, delimitadas por membranaprotéica. Podendo distinguir três tipos: – a) Vacúolo digestivo – formado a partir do acoplamento de um lisossomo com partículas englobadas pelo processo da fagocitose ou pinocitose. – b) Vacúolos pulsáteis ou contráteis – encontrados em pro- tozoários de água doce, que por serem hipertônicos em relação ao meio, a água entra por osmose. O excesso de água tem de ser transferido para fora, sob pena de romper a célula. – c) Vacúolo vegetal – ocupando grande parte do citoplasma da célula vegetal adulta, tem por função armazenar água, sais, açúca- res e pigmentos.N ÚCLEO Presente nas células eucariontes, é constituído dos seguintes ele-mentos: cariolinfa, cromatina e nucléolos. Todos esses elementos encon-tram-se envolvidos e separados do citoplasma pela carioteca ou mem-brana nuclear.44 capítulo 2
  43. 43. Carioteca Separa o material genético do citoplasma; é constituída por uma mem-brana dupla e lipoprotéica, semelhante às demais membranas. Apresentaporos, através dos quais ocorrem trocas de moléculas entre o núcleo e ocitoplasma. A membrana mais externa comunica-se com o retículoendoplasmático rugoso.Cariolinfa ou nucleoplasma Massa semilíquida que preenche o núcleo, onde se encontram mer-gulhados os cromossomos e nucléolos.Cromatina Filamento constituído por DNA e proteínas, que quando observadoao microscópio eletrônico apresenta dois tipos básicos: – heterocromatina: porção menos ativa e bem visível, forma oscromossomos no processo da divisão celular. – eucromatina: menos condensada, portanto menos visível. É umaregião molecular de DNA mais ativa, em que os genes estão orientando asíntese de RNA e proteínas.Nucléolo Corpúsculo denso, constituído por proteínas e RNA ribossômico,presente no núcleo interfásico das células eucariontes, cuja função é sin-tetizar os ribossomos. Sendo a cromatina constituída por DNA e proteínas, material químicodos genes, em que se localizam as matrizes das proteínas que serãofabricadas, o núcleo é considerado o centro de controle da célula, é eleque comanda o funcionamento da mesma. t e s t e s1 – (UA-AM) Observando as célulasabaixo e analisando as estruturas queas integram, somos levados a dizer que:a) ambas são características de animaisb) ambas são características de vegetais capítulo 2 45
  44. 44. c) a número 1 pertence a um vegetal e a número 2 pertence a um animald) a número 1 pertence a um animal e a número 2 pertence a um vegetale) as duas variedades de células são típicas, tanto de animais como vegetais2 – Em relação aos componentes celulares, assinale a alternativa correta.a) Membrana plasmática é uma estrutura lipoprotéica que funciona como bar- reira seletiva entre o citoplasma e o núcleob) Parede celular é uma exoesquelética rígida que circunda e protege o con- teúdo da maior parte das células vegetaisc) Plastos são organelas citoplasmáticas em células vegetais, recobertas por membranas e incapazes de autoduplicaçãod) Mitocôndrias são organelas limitadas por membranas, encontradas somen- te em células animais e que geram energia química na forma de ATPe) O núcleo é uma organela revestida por envoltório nuclear, presente tanto em organismos procariontes como em organismos eucariontes3 – O esquema abaixo representa a digestão intracelularI, II e III indicam, respectivamente:a) lisossomo, fagossomo e vacúolo digestivob) lisossomo, vacúolo digestivo e fagossomoc) vacúolo digestivo, fagossomo e lisossomod) fagossomo, lisossomo e vacúolo digestivoe) fagossomo, vacúolo digestivo e lisossomo46 capítulo 2
  45. 45. 4 – A figura abaixo mostra uma célula animal:Mitocôndrias e retículo endoplasmático rugosoestão representados, respectivamente, por:a) I e IVb) II e Ic) II e IIId) III e IVe) IV e I quest es1 – Utilizando os conhecimentos sobre a vida do planeta Terra, responda:a) De onde provem todos os açúcares naturais (carboidratos) utilizados pelosanimais e vegetais?b) Por que se diz, se a produção dos açúcares naturais acabasse, a vida na Terraseria extinta?2 – (U.Taubaté) Citar a composição química e as funções da membranaplasmática.3 – (Unicamp-SP) A fagocitose é um mecanismo de endocitose utilizado pelascélulas, relacionado a diferentes funções nos seres vivos. Esse mecanismo ocorretanto em organismos unicelulares como em pluricelulares. Mencione duas fun-ções nas quais a fagocitose se encontra.4 – Considere as seguintes atividades celulares.a) síntese de proteínasb) transporte ativoc) digestão intracelular. Em qual delas o núcleo celular tem participação mais direta? Por quê?5 – Uma célula que apresenta grande quantidade de síntese protéica tende, emgeral, a apresentar um grande nucléolo. Explique a relação. capítulo 2 47
  46. 46. c a p í t u l o 3 ÁCIDOS NUCLÉICOS Chamados de moléculas da vida, os ácidos nucléicos são de doistipos básicos: o ácido desoxirribonucléico – representado pela sigla DNA,responsável pela constituição do material genético (cromossomos egenes), localizado basicamente no núcleo das células – e o ácidoribonucléico – representado pela sigla RNA, sintetizado no núcleo peloDNA, atua no citoplasma, participando da síntese de proteínas.Os ácidosnucléicos são formados por grandes moléculas, ligadas à hereditariedadee ao comando e controle das atividades celulares.Á CIDO DESOXIRRIBONUCLÉICO ( DNA ) Localizado em quase sua totalidade no núcleo das células eucariontes,e em menor quantidade no interior das mitocôndrias, dos cloroplastos eassociado aos centríolos. Nas células procarióticas, os cromossomos circulares dispersos pelocitoplasma são constituídos por DNA. A partir da década de 40 do último século, vários pesquisadores defi-niram algumas de suas propriedades, tais como:❑ A molécula de DNA, sendo uma substância orgânica, é formada por partículas menores denominadas nucleotídeos;❑ Está relacionado à hereditariedade;❑ Seu formato deve ser um fio em forma de hélice;48 capítulo 3
  47. 47. ❑ O açúcar do DNA é a pentose dessoxirribose;❑ As bases nitrogenadas do DNA são adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T);❑ As proporções entre as bases nitrogenadas: adenina-timina e citosina- guanina é de 1 para 1. Com base nessas informações, o americano James D. Watson e oinglês Francis H. C. Crick iniciaram um estudo com a finalidade de criarum modelo para a molécula de DNA. Em 1953 propuseram uma estruturaque ficou conhecida como Modelo de Watson e Crick (que lhes valeu oPrêmio Nobel de Fisiologia e Medicina de 1962). Segundo o modelo proposto por Watson e Crick, a molécula de DNAé composta por uma dupla hélice, ou duas cadeias helicoidais depolinucleotídeos, lembrando duas fitas enroladas uma na outra, unidaspelas bases nitrogenadas, e as ligações entre as bases é feita por pontesde hidrogênio. 1- Duas cadeias de nucleotídeos 2 - bases nitrogenadas G – guanina pareia com C – citosina T – timina pareia com A – ademina Modelo proposto por Watson e Crick capítulo 3 49
  48. 48. Bionotícias Seqüenciamento do genoma abre nova era para o câncer Pesquisadores e médicos norte-americanos afirmam que estamos entrando em uma nova era da medicina genética e molecular com a conclusão do seqüenciamento do genoma humano, colocando a pesquisa sobre câncer em um novo nível, visto que é uma doença dos genes. Algumas aplicações podem ser previstas, dentre elas uma melhor caracte- rização dos tumores, o que levará a tratamentos altamente específicos e diag- nósticos precoces antes da manifestação de sintomas. “Também há a possibili- dade de entender como as células normais se tornam cancerosas e usar medica- ções para prevenir essa transformação.” Especialistas acreditam que um dia pessoas, em especial aquelas com casos de câncer na família, terão seus perfis genéticos armazenados em um local seguro, prontos para serem analisados e alterar seu código genético (genes mutantes) que controla as funções do nosso corpo.E STRUTURA DA MOLÉCULA E SUA DUPLICAÇÃO A molécula de DNA é constituída pelo encadeamento de moléculasmenores denominadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo é constituído por três substâncias químicasdiferentes:❑ uma base nitrogenada;❑ uma pentose (açúcar com 5 átomos de carbono);❑ um fosfato (PH4). O açúcar é sempre o mesmo: a desoxirribose. O fosfato também é o mesmo. Mas as bases nitrogenadas podem serde quatro tipos diferentes: adenina, timina, citosina e guanina, e pertencema duas categorias distintas: a adenina e a guanina, por derivar de umasubstância denominada purina, recebem o nome de bases púricas ou50 capítulo 3
  49. 49. purímicas. A citosina e a timina derivam de uma substância denominadapurimidina e recebem o nome de bases purimídicas. A molécula de DNA é descrita como uma dupla hélice, e que as pro-porções entre as bases A(adenina) e T(timina) é sempre de 1 para 1,assim como, entre as bases G(guanina) e C(citosina). Com base nesses dados, diz-se que, A e T são bases complementares,assim como C e G. Podendo concluir que em uma molécula de DNA com aseqüência de bases T C A C T G, a cadeia complementar será: A G T G A C,respectivamente. Ex: se no DNA de uma célula existem 15% de guanina,e como a guanina se liga à citosina, o percentual de citosina será de 15%.Restando portanto 70% para as outras bases: timina e adenina. Comotimina e adenina se completam, conclui-se então que o DNA terá 35% deadenina e 35% de timina. Uma molécula de DNA difere da outra pela ordem com que osnucleotídeos se dispõem ao longo da molécula.DUPLICAÇÃO DO DNA Com a presença da matéria-prima (nucleotídeos) e da enzimapolimerase, a molécula de DNA se duplica, produzindo réplicas de si mesma. capítulo 3 51
  50. 50. No processo da replicação, ocorre primeiramente o rompimento daspontes de hidrogênio, separando os filamentos da molécula; em seguida,nucleotídeos livres encontrados dispersos no interior da célula são con-duzidos pela enzima polimerase ao encontro dos filamentos livres, e vãose unindo aos nucleotídeos dos filamentos, obedecendo sempre àafinidade entre duas bases nitrogenadas. Dessa forma, quando o processose completa, cada filamento antigo serviu de molde para a construção deum novo filamento. Podemos dizer que a replicação do DNA é semiconservativa: poiscada DNA recém-formado possui um dos filamentos do DNA antigo.52 capítulo 3
  51. 51. Bionotícias Gene da longevidade Um conjunto de até dez genes – quepodem conter o segredo da longevidade –é a mais nova descoberta dos cientistas.Eles acreditam que os portadores dessesgenes não desenvolvem câncer, doençascardíacas, demência ou osteoporose. De-pois que as substâncias químicas produ-zidas pelos genes forem identificadas, oscientistas poderão sintetizá-las na formade medicamentos, beneficiando os idosos. A pesquisa foi feita com mosca-das-frutas e mostrou que, para aumentar aduração da vida, poucos genes precisam ser modificados. Espera-se que uma com-paração meticulosa dos perfis de genes humanos leve à descoberta de fatoressemelhantes nos seres humanos.Á CIDO RIBONUCLÉICO ( RNA ) Sintetizado pelo DNA, o RNA é uma macromolécula orgânica, consti-tuída por unidades menores, denominadas nucleotídeos. Mas difere do DNA na estrutura molecular, pois sua molécula é cons-tituída por um único filamento ou cadeia de nucleotídeos. Difere também do açúcar, cuja pentose é a ribose, e a base nitro-genada timina é específica da molécula de DNA e substituída pela basenitrogenada uracila (U); as demais bases são as mesmas, tanto para oDNA como para o RNA. Transcrição = produção de RNA a partir de uma seqüência da molé-cula de DNA. capítulo 3 53
  52. 52. Para o DNA controlar as atividades celulares, ele sintetiza moléculasde RNA que transportam as informações genéticas aos locais onde elasserão interpretadas e transformadas em ações; como coordenar a produ-ção de proteínas e enzimas. Na síntese do RNA, a molécula de DNA abre-se em um determinadoponto. Nucleotídeos livres na célula vão se pareando a esse segmentoaberto. Completado o pareamento a esse segmento aberto, está pronta amolécula de RNA. Após a liberação do RNA, o DNA que serviu de moldereconstitui a molécula original.54 capítulo 3
  53. 53. TIPOS DE RNA O DNA transcreve três tipos de RNA, que se diferenciam entre si, naestrutura molecular e na função. São eles: RNA-mensageiro RNA-transportador RNA-ribossômico (RNAm) (RNAt) (RNAr) Transporta as Encaminha os Faz parte da es- informações do có- aminoácidos dis- trutura dos ribosso- digo genético do DNA persos no citoplas- mos (organelas cito- para o citoplasma, ou ma ao local onde plasmáticas) onde a seja, determina as ocorrerá a síntese síntese de proteínas seqüências dos ami- das proteínas ocorrerá noácidos na cons- trução das proteínasS ÍNTESE DE PROTEÍNAS Sabemos que o DNA coordena a síntese de proteínas, transcrevendoo seu código para a molécula de RNAm, que passa a conter uma seqüênciade nucleotídeos complementares à do filamento de DNA que o originou. Éessa seqüência que irá determinar a ordem que o aminoácido deve ter namolécula de proteína. São quatro as bases nitrogenadas que formam os nucleotídeos doRNAm: que representam cada um dos vinte aminoácidos existentes queformam as proteínas. Na década de 60 do último século, foi provado que cada grupo detrês nucleotídeos do RNAm forma um códon, e cada códon codifica umaminoácido. Exemplificando: uma proteína constituída por 200 aminoácidosé comandada por um RNAm com 600 nucleotídeos e 200 códons. Estipulada a seqüência de nucleotídeos no RNAm, o mesmo migrapara o citoplasma, unindo-se ao ribossomo, onde se inicia a leitura outradução do código. O ribossomo desliza ao longo da cadeia de RNAm, e ao mesmo tempoo RNAt encaminha os aminoácidos até os ribossomos. Os RNAt, por capítulo 3 55
  54. 54. possuírem bases complementares aos do RNAm, recebem a denomina-ção de anticódon. E, por afinidade das bases do códon do RNAm com asdo anticódon do RNAt, ocorre a ligação. À medida que completa a ligação, o ribossomo desliza para o códonseguinte, e outros aminoácidos vão sendo encaminhados pelo RNAt, atéque a proteína se completa.C ÓDIGO GENÉTICO O gene pode ser definido como a parte da molécula de DNA respon-sável pela síntese de uma proteína. Código genético é a relação entre cada códon e o aminoácido queele codifica. Se as bases nitrogenadas do RNAm permitem formar 64 agru-pamentos de três nucleotídeos, e cada trio de bases forma um códon quecodifica um aminoácido, então, por que existem somente vinte aminoácidosna natureza? A resposta está no trabalho de decifrar qual ou quaisaminoácidos são codificados por cada códon. E, na decifração do códigogenético, concluiu-se que os códons (UAG, UAA E UGA) não codificamnenhum aminoácido, mas indicam o fim de uma ligação ou cadeia deaminoácidos. E que o mesmo aminoácido pode ser codificado por códonsdiferentes. Como a correspondência entre os códons e os aminoácidosnão são extremamente específicas, diz-se que o código genético é dege-nerado.56 capítulo 3
  55. 55. Relação dos vinte aminoácidos, assim como seus códons cor-respondentes. t e s t e s1 – (UNIP-SP)A estrutura abaixo relaciona-se com:a) síntese lipídicab) síntese de polissacarídeosc) síntese protéicad) fotossíntesee) quimiossíntese capítulo 3 57
  56. 56. 2 – (UFBA) A especificidade de dois segmentos de DNA que têm o mesmonúmero de nucleotídeos é determinada:a) pelo emparelhamento das bases complementaresb) pela natureza das moléculas de pentosec) pela seqüência das bases ao longo da cadeiad) pela relação entre os números de pares AT e GCe) pela relação entre os números de moléculas de pentose e de grupos fosfóricos3 – (Fuv est-SP)Qual das seqüências abaixo corresponde ao produto de trans-crição do segmento AATCACGAT de uma fita de DNA?a) TTACTCGTA d) UUAGUGCUAb) TTAGTGCTA e) AATGUGCTAc) AAUCACGAU questões1 – (Fuvest-SP)De que maneira o DNA determina a seqüência de aminoácidosdas moléculas de proteínas?2 – (OMEC-SP)Como se duplica uma molécula de DNA? Por que essa dupli-cação é semiconservativa?3 – (Fuv est-SP)A análise química de uma molécula de ácido nucléico revelou aseguinte porcentagem de bases nitrogenadas: 15% de adenina, 25% de uracila,20% de citosina e 40% de guanina.Afirmou-se que a referida molécula era de DNA e não de RNA. Você concorda?Apresente duas características que justifiquem sua resposta.4 – (Fuv est-SP)Um determinado segmento da molécula de DNA apresentaa seguinte seqüência de bases: ACTCCGCTTAGG e TGAGGCGAATCC.Quais poderiam ser as seqüências de bases do RNA por ele produzido? Por quê?58 capítulo 3
  57. 57. c a p í t u l o 4 CICLO CELULAR É o período compreendido entre o surgimento de uma célula e a suadivisão, quando a mesma encerra a sua existência na produção de células-filhas, passando para elas as informações necessárias para a sua sobrevi-vência e para gerar novas células, dando continuidade à vida. A divisão celular pode ocorrer basicamente de duas formas: por mitosee por meiose. A mitose, nos seres eucariontes, é o processo de divisão responsávelpelo crescimento, desenvolvimento e reposição de células envelhecidasde um organismo. Nesse processo a célula envolvida origina duas célulasgeneticamente idênticas à célula-mãe. A meiose é o processo que tem por função produzir células germinativas,como o óvulo e o espermatozóide. Na meiose, a célula-mãe origina quatrocélulas-filhas, cada uma com metade da sua quantidade de material genético. Antes de iniciar o processo de divisão, a célula se prepara, fabri-cando algumassubstâncias edegradando ou-tras. A esse pe-ríodo interme-diário ou de pre-paração dá-se onome de intér-fase. capítulo 4 59
  58. 58. I NTÉRFASE É o espaço compreendido entre duas divisões celulares sucessivas,e representa cerca de 80% do ciclo celular. Nesse período, a célula nãoestá se dividindo, mas encontra-se em grande atividade metabólica. Nointerior do núcleo ocorre a duplicação do DNA. No citoplasma ocorre aprodução da proteína histona, que, juntamente com o DNA, forma osfilamentos cromossômicos, através dos quais as informações genéticassão transmitidas da célula-mãe para as células-filhas. Baseando-se naduplicação do DNA, a intérfase pode ser dividida em três períodosconsecutivos: 1º período: G1 – antecede a duplicação do DNA; nele ocorre a inten-sa produção de RNA e diversas proteínas; 2º período: S – no qual ocorre a duplicação do DNA, e em conse-qüência a duplicação dos filamentos de cromatina formando oscromossomos; 3º período: G2 – inicia-se com o término da duplicação do DNA e vaiaté o início da divisão. Nesta fase, os centríolos terminam sua duplicaçãoe se aproximam do núcleo; proteínas necessárias à divisão são produzi-das. A célula aumenta de tamanho induzindo a divisão.60 capítulo 4
  59. 59. F ORMAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Os cromossomos originam-se a partir da espiralização da cromatina,o que ocorre na intérfase. O emaranhado de fios que forma a cromatinase espiraliza, tornando-os mais curtos, mais espessos e duplos devido àduplicação do DNA. Cada braço do filamento duplicado é chamado decromátide. As cromátides de cada cromossomo permanecem unidas emuma região denominada centrômero. O centrômero é a última região dascromátides e se multiplicar. Quanto à posição dos centrômeros, os cromossomos podem ser clas-sificados em: a) Metacêntrico – forma dois braços do mesmo tamanho; b) Submetacêntrico – forma dois braços de tamanhos diferentes; c) Acrocêntrico – um dos braços é bem curto em relação ao outro; d) Telocêntrico – centrômero localizado na região terminal, o quedetermina um único braço. Quando as cromátides se separam totalmente, fenômeno que ocorredurante o processo de divisão celular, dão origem a dois cromossomosindependentes.D IVISÃO CELULARM ITOSE É o processo de divisão celular em que uma célula se divide e produzduas cópias de si mesma, ou seja: as células-filhas são idênticas à célula-mãe. capítulo 4 61
  60. 60. Com exceção dos neurônios (células nervosas) e algumas célulasmusculares, todas as demais células de um organismo (somáticas) sofremmitoses. A mitose é um processo contínuo, mas, para facilitar seu entendi-mento, foi dividida em fases: prófase, metáfase, anáfase e telófase.PRÓFASE É a fase inicial, em que ocorrem os seguintes eventos:a) Os centríolos duplicados na intérfase migram para pólos opostos da cé- lula, a partir dos quais forma-se um conjunto de fibras protéicas, consti- tuindo o áster, e um conjunto de fibras que vão de um centríolo ao outro, formando o fuso mitótico. São as chamadas fibras cromossômicas.b) Os nucléolos vão se desintegrando, até desaparecer.c) Os cromossomos se condensam, tornando-se visíveis.d) O núcleo aumenta de volume, provocando o rompimento da carioteca nuclear. Com a desintegração da carioteca, termina a prófase, inician- do-se a metáfase. célula na prófase intérfase inicial centríolos duplicados etapas da prófase cromatina nucléolos prófase finalMETÁFASE Após a desintegração da carioteca, os cromossomos atingem o máximode condensação e migram para a região equatorial da célula. Aí, cadacromossomo se une aos dois pólos da célula por meio das fibras do fuso. Nofinal da metáfase cada cromossomo já possui seu centrômero próprio.62 capítulo 4
  61. 61. ANÁFASE Os centrômeros, já indivi-dualizados, separam-se, e ocor-re o encurtamento das fibras dofuso. Os cromossomos irmãos mi-gram para pólos opostos em di-reção aos centríolos.TELÓFASEa) Os cromossomos se descondensam, os nucléolos reaparecem, e as fibras do fuso e o áster desaparecem.b) Ocorre a cariocinese: divisão do núcleo.c) Ocorre a citocinese: divisão do citoplasma. Na célula animal a citocinese ocorre de fo- ra para dentro.d) A carioteca se reorganiza ao redor de cada núcleo filho. As cé- lulas-filhas se separam. capítulo 4 63
  62. 62. M I TO S E NA CÉLULA V E G E TA L São duas as diferenças básicas entre a mitose da célula vegetal, e ada célula animal.a) Não há centríolos nem áster na mitose vegetal, chamada portanto de anastral e acêntrica. Mas formam-se as fibras do fuso.b) A citocinese é de dentro para fora. Surge na região equatorial da célula uma membrana fina e elástica, na qual ocorre um depósito de celulo- se que acaba por delimitar as duas células.M EIOSE Prófase I Metáfase I Divisão I (Reducional R!) Anáfase I Telófase I Meiose Prófase II Divisão II (Equacional E!) Metáfase II Anáfase II Telófase II Esta divisão produz células-filhas com metade dos cromossomos dacélula-mãe. Nos animais, ameiose produz ga-metas (óvulos e es-permatozóides); nosvegetais produz es-poros. A meiose constade duas divisõescelulares consecu-tivas, e cada divisãoconsta de quatrofases:64 capítulo 4

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