Coleção 10 V - Livro 1 - Biologia- Aluno by Editora Elabore

Ana Clara Oliveira Líliam Faleiro

FRENTE

shutterstock / Kateryna Kon

BIOLOGIA Por falar nisso O que uma bactéria, uma planta, um fungo, uma árvore têm em comum com um homem? À primeira vista, esses organismos são muito diferentes entre si, não é mesmo? No entanto, esses seres vivos são formados pelos mesmos componentes químicos básicos. Os elementos constituintes de uma pequena árvore e um homem são, basicamente, os mesmos: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), enxofre (S) e fósforo (P). Esses elementos, por sua vez, formam as moléculas de água, sais minerais, carboidratos, lipídeos, proteínas, vitaminas e ácidos nucleicos, que estão presentes em todos os seres vivos. Entretanto, a quantidade média dessas substâncias varia dependendo do grau de evolução, da idade do organismo e da especificidade da atividade metabólica do tecido considerado. A imagem de abertura, nesta página, apresenta uma membrana celular que coloca, em evidência, as moléculas de lipídeos, como parte de sua constituição. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

A01 A02 A03 A04

A química da vida.............................................................................8 Glicídeos.........................................................................................15 Lipídeos..........................................................................................20 Aminoácidos e proteínas...............................................................28

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A01

ASSUNTOS ABORDADOS nn A química da vida nn Água nn Sais minerais

A QUÍMICA DA VIDA O desenvolvimento da Química foi essencial para desvendar as estruturas que compõem os seres vivos, e, consequentemente, as células. O campo das ciências que estuda a química da célula é chamado de Bioquímica. Portanto, a bioquímica é o ramo da Biologia ou das Ciências Naturais que estuda os compostos orgânicos e inorgânicos que constituem os seres vivos. Na natureza, existem cerca de cem elementos químicos diferentes, sendo que quatro desses elementos: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e o nitrogênio, constituem 96% de todos os seres vivos. Quando esses elementos químicos se unem, eles formam as substâncias químicas. As substâncias químicas são classificadas em: substâncias inorgânicas e substâncias orgânicas. As substâncias orgânicas são aquelas que possuem o elemento químico carbono em sua composição, fazendo exceção aos compostos de transição. Compostos de transição são aqueles que possuem átomos de carbono, porém, predominantemente, manifestam propriedades de compostos inorgânicos. Como exemplo, podemos citar o CO2, H2CO3, HCN, CaCO3. As substâncias inorgânicas podem ser produzidas dentro e fora dos organismos vivos.

Opirus/Arte

Fonte: shutterstock.com / nobeastsofierce

Os seres vivos são formados tanto por substâncias orgânicas como por substâncias inorgânicas. A água e os sais minerais são as duas substâncias inorgânicas presentes nos seres vivos. Já as proteínas, carboidratos, lipídeos e vitaminas são as substâncias orgânicas que compõem as células dos seres vivos. Observe, na figura a seguir, a distribuição das substâncias químicas nas células.

Figura 01 - Composição molecular média das células

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Água A água é a substância química mais abundante nos seres vivos, constituindo de 70 a 85% da sua massa corporal. O teor de água é variável nos organismos, dependendo do grau de evolução, da idade do organismo e da especificidade da atividade metabólica do tecido considerado. Na espécie humana, por exemplo, a atividade metabólica dos neurônios lhes confere maior teor de água quando comparado ao teor de água das células ósseas. Em indivíduos adultos, a porcentagem de água varia entre 65% e 70% da massa corporal; já em recém-nascidos, o teor de água é de 80%. Em espécies com menor grau de evolução, o teor de água pode aumentar para 98%, como ocorre nas águas-vivas do Filo Cnidária.

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As moléculas de água são compostas por dois átomos de (H) Hidrogênio e um átomo de (O) Oxigênio e, por essa razão, sua fórmula molecular é: H2O. Esses três átomos não se unem de maneira linear. Eles formam um ângulo de 104,5°, conforme ilustração a seguir:

Figura 02 - Representação de uma molécula de água.

Moléculas polares são aquelas cujo somatório da diferença de eletronegatividade en tre os átomos na molécula é diferente de zero. A água é uma substância polar e sua polaridade decorre da geometria angular e da diferença de eletronegatividade entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio. O átomo de oxigênio é mais eletronegativo que o átomo de hidrogênio. Por isso, o oxigênio apresenta carga elétrica negativa, enquanto que o átomo de hidrogênio apresenta carga elétrica positiva. O resultado do somatório vetorial para a molécula de água é um dipolo elétrico. Por essa razão, a água é uma molécula polar.

H O –

H + –

–

+ –

H H

O H Figura 03 - Ligações de hidrogênio entre moléculas de água.

SAIBA MAIS A VIDA QUASE SEM ÁGUA Você sabia que alguns seres vivos podem sobreviver por longos períodos quase totalmente sem água? Esse fenômeno é chamado de anidrobiose. Anidrobiose é a suspensão temporária das atividades vitais que possibilita a um organismo (animal ou vegetal) suportar uma longa desidratação. Um organismo, quando está em anidrobiose, reduz suas atividades metabólicas ao mínimo necessário, enquanto que as propriedades de reprodução, locomoção e crescimento estão suspensas, enquanto aguardam condições propícias para sua expressão.

A01  A química da vida

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Como vimos, a água apresenta uma parte positiva e uma parte negativa em sua molécula. A parte positiva da molécula (os átomos de hidrogênio) atrai a parte negativa de outra molécula (os átomos de oxigênio), formando as ligações de hidrogênio. Ou seja, uma ligação de hidrogênio é estabelecida quando um átomo de oxigênio de uma molécula de água interage com um átomo de hidrogênio de outra molécula de água. Essas ligações de hidrogênio são responsáveis por garantir a coesão entre as moléculas de água, como mostra a imagem a seguir:

Biologia

liberando moléculas de água (figura 05). Por outro lado, reações de quebra de moléculas, de que a água participa como reagente, são denominadas de reações de hidrólise. Um exemplo disso seria a quebra de moléculas de sacarose que ocorre por hidrólise (figura 06) e a própria respiração celular, que produz moléculas de água.

Água como solvente

A vida na Terra depende, entre outros fatores, da capacidade que a água tem de dissolver diversas substâncias, permitindo a ocorrência das reações químicas que sustentam os seres vivos. Por ser capaz de dissolver inúmeras substâncias químicas, a água é conhecida como solvente universal. O princípio físico envolvido, nessa função, é a atração eletrostática entre cargas opostas. Compostos iônicos e polares são atraídos pelos dipolos da água, dissolvendo-se nesse meio. Moléculas orgânicas e inorgânicas, com esse comportamento, são chamadas de hidrofílicas, por exemplo: o açúcar e o sal (figura 04). Porém, moléculas apolares como óleos, ceras e gorduras não dissolvem em água; ao contrário, repelem a água. Nesse caso, as substâncias são classificadas como hidrofóbicas.

Aminoácido

Condensação de aminoácidos por desidratação

Água produzida

H2O

H Ligação peptídica

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As propriedades físico-químicas da água são responsáveis pelas funções biológicas que essa substância exerce nos seres vivos. Devido a esse comportamento físico-químico, a água é indispensável para a vida em nosso planeta Terra. Entre as características da água, que são importantes para os seres vivos, discutiremos: o papel da água como solvente, participante de reações químicas, moderador de temperatura e a força de adesão e coesão entre suas moléculas.

Dipeptídeo

Figura 05 - Reação de condensação que ocorre pela união de aminoácidos para formar as proteínas.

Sacarose CH2OH

A01  A química da vida

Na síntese de proteínas, os aminoácidos reagem entre si pelas reações de condensação ou síntese de desidratação,

O + OH H2O

CH2OH

Frutose

CH2OH

O H H OH H

O +

H OH OH

CH2OH H

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O metabolismo celular é definido como a soma das reações químicas que visam ao processamento de moléculas. Reações químicas são transformações que envolvem quebra e/ou formação de ligações, resultando na formação de novas substâncias com propriedades diferentes das anteriores. Nos seres vivos, essas reações ocorrem a todo tempo, de forma ininterrupta. É a partir dessas reações que os seres vivos obtêm energia e produzem as moléculas necessárias para sua sobrevivência. É, nesse tipo de reação, a água participa, como solvente e como produto.

CH2OH H

A água nas reações químicas dos seres vivos

Glicose

Figura 04 - Esquema da dissolução do sal na água.

H OH H

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HO OH H H Cl H H H O O H

CH2OH

O H

H H O H HO + Na OH O H H H

Figura 06 - Reação de hidrólise, na digestão da molécula de sacarose, que resulta em glicose e frutose.

A água como moderador de temperatura A água é crucial para evitar que os organismos sofram bruscas variações em suas temperaturas corporais. Isso decorre do alto calor específico da água e do calor de vaporização. O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de uma substância em 1 °C, sem que haja mudança do estado

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físico. O calor de vaporização é a quantidade de calor absorvida durante a vaporização de uma substância em seu ponto de ebulição. A água tem elevado calor de vaporização, devido à forte coesão entre as moléculas. Em função dessas características da água, a temperatura se mantém equilibrada dentro das células. As enzimas, catalisadores orgânicos que intermedeiam as reações, exigem temperaturas específicas para o ideal funcionamento. Nesse contexto, a água tem importância fundamental na manutenção de temperatura constante. Grandes variações de temperatura produzem desnaturação, que compromete o metabolismo celular. A força de coesão e adesão da água As moléculas de água ficam fortemente unidas entre si. Essa forte atração, entre as moléculas de água, é chamada de coesão. A coesão das moléculas de água é visível no contorno das gotas de água. É a força de coesão entre as moléculas de água, mantida pelas ligações de hidrogênio, que permite a formação das gotas de água e que um inseto caminhe sobre a superfície de água líquida, sem afundar as patas. A esse fenômeno damos o nome de tensão superficial, que ocorre devido a uma razoável rigidez da água no estado líquido. As moléculas de água têm forte atração por outras moléculas polares. Esse fenômeno é denominado adesão (figura 7). A forte coesão entre as moléculas de água e a elevada adesão da água às superfícies polares são responsáveis pela capilaridade. Esta contribui para o deslocamento da seiva bruta, obtida do solo. Dessa forma, a água é transportada ao longo dos caules e troncos vegetais, por meio dos vasos condutores de seiva bruta: o xilema. Dentro do xilema, as moléculas de água, por coesão-tensão, criam uma coluna líquida contínua que pode atingir muitos metros. Esse é o modelo consensual adotado, para justificar o deslocamento da seiva bruta.

Coesão

Adesão: água/outras moléculas Coesão: água / água

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Adesão

A01  A química da vida

Fonte: Pixabay/ Didgeman

Figura 07 - Esquema do processo de adesão e coesão da água.

Figura 08 - À esquerda, tensão superficial das moléculas de água dando contorno à gota. À direita, tensão superficial das moléculas de água, resistindo à pressão das patas do inseto. 11

Biologia

Sais minerais Nos seres vivos, os sais minerais podem participar como constituintes de algumas estruturas do corpo, como, por exemplo, os íons cálcio na formação do esqueleto; assim como podem estar associados a outras moléculas orgânicas, como o ferro na molécula de hemoglobina. Os sais minerais são substâncias inorgânicas que, quando dissociados, fornecem íons (cátions e ânions). Os cátions são íons com carga elétrica total positiva; já os ânions são íons com carga elétrica total negativa. Esses íons, que formam os sais minerais, são muito importantes na estrutura de um ser vivo e nas várias reações do metabolismo e eventos fisiológicos.

A01  A química da vida

Principais cátions e elementos metálicos

Na tabela a seguir, temos os principais íons provenientes dos sais minerais, suas funções no organismo e quais são as fontes de ingestão desses sais. Sais minerais

Funções

Principais fontes

Sódio (Na+)

Participa da bomba iônica que gera diferença de potencial (DDP) entre a face externa e interna da membrana plasmática de vários tipos celulares, inclusive nos neurônios, atuando na geração de impulso elétrico das conduções nervosas. Atua no equilíbrio hidrossalínico dos animais.

Sal de cozinha e sal natural dos alimentos, carne e derivados processados.

Potássio (K+)

Frutas, verduras, feijão, banana e batata.

Cálcio (Ca2+)

Atua na formação dos ossos e dentes, na contração muscular, na coagulação sanguínea, na transmissão sináptica e na ativação de enzimas.

Laticínios e hortaliças de folhas verdes (brócolis, espinafre etc.).

Magnésio (Mg2+)

Atua na contração muscular. Importante na estrutura da clorofila e no bom funcionamento cardiovascular. Necessário para o trabalho de várias enzimas.

Carnes, hortaliças de folhas verdes, cereais integrais, soja e nozes.

Ferro (Fe2+/Fe3+)

Importante na estrutura da hemoglobina, da mioglobina, dos citocromos e de algumas enzimas. Na forma iônica mais reduzida, é mais bem absorvido pelo intestino humano.

Carnes, gema de ovo, pinhão, leguminosas e hortaliças de folhas verdes.

Zinco (Zn)

Ação no combate aos radicais livres e ao envelhecimento celular. Otimiza a atividade das enzimas e atua na modulação imunológica do timo.

Carnes, ostras, ovos, laticínios, amêndoas, cereais e feijão.

Cobre (Cu1+/Cu2+)

Otimiza a atividade das enzimas. Em concentração ideal, combate a formação de radicais livres mas em excesso aumenta a formação desses. Participa da estrutura da hemocianina, pigmento respiratório de crustáceos, cefalópodes e alguns aracnídeos.

Fígado, carnes e frutos do mar, cereais integrais.

Manganês (Mn)

Importante no mecanismo da memória e na formação da tiroxina.

Cereais, hortaliças, castanhas, nozes, avelãs e soja.

Cromo (Cr)

Auxilia na manutenção da glicemia e na síntese proteica.

Brócolis, nozes, fígado, gema de ovo, maçãs com casca, queijo, frutos do mar e cereais integrais.

Selênio (Se)

Combate a formação de radicais e aumenta a resposta imunológica.

Alimentos de origem vegetal e frutos do mar.

Molibdênio (Mo)

Otimiza a atividade das enzimas e atua no metabolismo das purinas.

Carnes, cereais, feijão e vegetais folhosos.

Cobalto (Co) 12

Formação da vitamina B-12.

Carnes vermelhas e vísceras.

Principais ânions

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Sais minerais

Funções

Principais fontes

Cloro (C–)

Importante na regulação osmótica e ativação de enzimas. Atua no equilíbrio hidrossalínico dos animais. Participa da bomba iônica geradora de DDP entre as faces interna e externa da membrana plasmática de vários tipos celulares.

Encontra-se combinado ao sódio no sal comum.

Iodo (I–)

Possui um importante papel na glândula tireoide, quanto à formação dos hormônios T3 e T4 (Tiroxina).

Sal de cozinha iodado, peixes e frutos do mar.

Enxofre (S2–)

Está presente na estrutura de alguns aminoácidos.

Carnes, peixes, ovos e laticínios.

Fosfato (PO43-)

Atua na formação de ossos, dentes e nucleotídeos. É muito importante nas reações de transferência de energia. Constitui um dos macronutrientes do solo requisitado pelas plantas.

Carnes, feijão, ervilha e ovos.

Bicarbonato (HCO3-)

Importante na regulação do pH e no transporte de gás carbônico no sangue.

Alimentos preparados com bicarbonato de sódio.

Flúor (F–)

Protege os dentes, por meio do esmalte, prevenindo a formação de cáries. Necessário para a ocorrência de depósitos de cálcio nos ossos.

Agrião, alho, aveia, brócolis, trigo integral. Água tratada fluoretada.

Nitrato (NO3-)

Constitui um dos macronutrientes do solo requisitado pelas plantas para a síntese de aminoácidos e ácidos nucleicos nos vegetais.

Ciclo do nitrogênio realizado por bactérias nitrificantes no solo.

Exercícios de Fixação

( ) A água é considerada uma solução universal. Falso. Solvente universal seria a resposta correta; ( ) As moléculas de água são dipolares. Verdadeiro; ( ) A coesão entre as moléculas de água só é possível em razão da presença de pontes de hidrogênio. Verdadeiro; ( ) A água apresenta baixos valores de calor específico, evitando variações bruscas na temperatura dos organismos. Falso. Ela apresenta altos valores de calor específico; ( ) Reações químicas em que ocorre união entre moléculas, com formação de água como produto, são chamadas reações de hidrólise. Falso. Elas são chamadas de síntese por desidratação.

02. (Enem MEC) A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as propriedades térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias por grama. A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de a) servir como doador de elétrons no processo de fotossíntese. b) funcionar como regulador térmico para os organismos vivos. c) agir como solvente universal nos tecidos animais e vegetais. d) transportar os íons de ferro e magnésio nos tecidos vegetais. e) funcionar como mantenedora do metabolismo nos organismos vivos.

03. A água é o líquido mais conhecido e indispensável à vida dos homens, animais e plantas. Diante disso, descreva cinco funções que a água desempenha. 04. (UFJF) Você já deve ter observado um inseto caminhando pela superfície da água de uma lagoa. A propriedade da água que permite que a pata do inseto não rompa a camada de água é: a) adesão. b) calor específico. c) tensão superficial. d) calor de vaporização. e) capilaridade. 05. (UPF) Os sais minerais, encontrados nos mais diversos alimentos, desempenham papel importante na saúde do homem e podem estar dissolvidos na forma de íons nos líquidos corporais, formando cristais encontrados no esqueleto ou, ainda, combinados com as moléculas orgânicas. A alternativa que relaciona corretamente o sal mineral com a sua função no organismo é a) potássio/ participa dos hormônios da tireoide. b) cálcio/ auxilia na coagulação sanguínea. c) fósforo/ participa da constituição da hemoglobina, proteína encontrada nas hemácias. d) flúor/ constitui, juntamente com o cálcio, o tecido ósseo e os dentes. e) cloro/ fortalece os ossos e os dentes e previne as cáries. Gabarito 03 A água é o principal solvente do organismo, possibilitando a ocorrência das reações químicas. É pela água que são transportados os nutrientes, moléculas e outras substâncias orgânicas. É essencial em processos fisiológicos, desde a digestão até a absorção e excreção de substâncias. Atua como lubrificante nos processos de mastigação, deglutição, excreção e nas articulações, entre outros. Auxilia na regulação da temperatura corporal.

A01  A química da vida

01. Sobre a água, marque (V) para verdadeiro ou (F) para falso:

Biologia

Exercícios Complementares 01. Qual a porcentagem aproximada (em massa) de água no corpo humano? Essa quantidade de água é a mesma para indivíduos de idades diferentes? 02. A respeito da água como constituinte celular, foram formuladas as seguintes afirmações: I.

A água age como solvente natural dos íons e outras substâncias encontradas nas células. II. A água geralmente se encontra dissociada ionicamente mantendo o pH e a pressão osmótica das células. III. A água funciona como enzima em muitas reações intracelulares. IV. A água é indispensável para a atividade celular, visto que os processos fisiológicos só ocorrem em meio aquoso. Estão corretas as afirmações: a) I e II b) I e Ill c) lI e lIl d) I e IV e) III e IV 03. (Uem PR) A respeito de alguns minerais, de suas funções no organismo humano e suas principais fontes na alimentação, assinale o que for correto. 01. O ferro é um componente da hemoglobina, da mioglobina e das enzimas respiratórias. O fígado de boi é uma fonte rica desse componente, na forma oxidada. 02. O sódio é o principal cátion no líquido intracelular,apresenta-se como um cátion bivalente e tem no sal de cozinha sua principal fonte. 04. O iodo é um dos componentes dos hormônios da tireoide e é encontrado na substância NaC. 08. O enxofre é um componente essencial na produção de lipídios e sua fonte principal são os sulfatos presentes em águas minerais. 16. O cálcio é um elemento essencial à coagulação sanguí17 nea, sendo encontrado em leites. 04. Dentre as propriedades fisico-químicas da água, com grande importância sob o ponto de vista biológico, podem-se citar

A01  A química da vida

a) o alto calor específico, o pequeno poder de dissolução e a grande tensão superficial. b) o baixo calor específico, o grande poder de dissolução e a pequena tensão superficial. c) o baixo calor específico, o pequeno poder de dissolução e a pequena tensão superficial. d) o alto calor específico, o alto poder de dissolução e a pequena tensão superficial. e) o alto calor específico, o alto poder de dissolução e a grande tensão superficial.

Questão 01 Aproximadamente 65% da massa de uma pessoa é água. No cérebro, 90% de sua massa é água. Os músculos concentram 85% de água em sua massa total. Já os ossos armazenam entre 25-40% de água em relação a sua massa. Pessoas mais jovens têm mais água proporcionalmente a sua massa do que pessoas mais velhas.

05. (Puc MG) Os sais minerais são importantes constituintes esqueléticos de nosso corpo ou podem ocorrer como íons intra e extracelulares que podem atuar em diversos processos fisiológicos. Algumas importantes funções dos íons são: 1. 2. 3. 4.

formação e manutenção de ossos e dentes. processos de transmissão de impulsos nervosos. regulação da contração muscular. manutenção do equilíbrio hídrico.

Entre as funções citadas, assinale o sal mineral que NÃO PARTICIPA diretamente de nenhuma dessas funções. a) cálcio b) ferro c) fósforo d) potássio 06. (UFES) Dos componentes da matéria viva, quais deles existem em maior proporção em qualquer célula? a) proteínas b) hidratos de carbono c) lipídeos d) água e) eletrólitos 07. Não é correto afirmar que os sais minerais a) estão, na maioria das vezes, no meio intracelular, dissociados em íons. b) na sua fórmula integral, participam com função estrutural da natureza de alguns tecidos, como por exemplo os sais de cálcio no tecido ósseo. c) têm papel importante no fenômeno da osmose. d) controlam a respiração celular. e) ajudam a manter constante o pH da célula. 08. Pode-se dizer corretamente que o teor de água nos tecidos animais superiores a) é maior quanto maior o seu metabolismo e diminui com o aumento da idade. b) é maior quanto maior o seu metabolismo e aumenta com o aumento da idade. c) é maior quanto menor o seu metabolismo e diminui com o aumento da idade. d) é maior quanto menor o seu metabolismo e aumenta com o aumento da idade. e) apresenta variações diferentes das citadas nas alternativas anteriores. 09. O que são os íons? Quais são as duas categorias em que eles são classificados? Íons são átomos ou substâncias eletricamente carregadas caracterizadas pelo perda ou ganho de elétrons. Existem dois tipos de íons. Eles são os cátions e os ânions. Cátions são íons com carga elétrica total positiva e ânions são íons com carga elétrica total negativa.

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BIOLOGIA

MÓDULO A02

GLICÍDEOS Também denominados como sacarídeos, carboidratos, hidratos de carbono ou açúcares, os glicídeos são encontrados nos alimentos e constituem a principal fonte de energia para os seres vivos. Os alimentos ricos em glicídeos são, geralmente, de origem vegetal, como frutas (banana, maçã, uva etc.), raízes e turbérculos (batata e cenoura), cereais (arroz e trigo), mas também são encontrados nas células animais.

ASSUNTOS ABORDADOS nn Glicídeos nn Funções dos glicídeos nn Classificação dos glicídeos

Os carboidratos são compostos orgânicos constituídos quase na totalidade por átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O). Nessas moléculas, cada átomo de carbono está ligado a um átomo de oxigênio e a dois de hidrogênio, constituindo poliidroxialdeídos (aldoses) ou poliidroxicetonas (cetoses).

Funções dos glicídeos A principal função dos glicídeos é de fornecer energia à célula. O carboidrato glicose, por exemplo, é utilizado como fonte primária de energia na geração de ATP (trifosfato de adenosina), durante o processo de respiração celular. Muitos seres vivos armazenam macromoléculas de carboidratos, como o amido e o glicogênio, que atuam como reserva energética para suas células. Além da função energética, os carboidratos também desempenham função estrutural. É o caso da celulose, que constitui as paredes celulares de algas e vegetais. A quitina é outro glicídio que exerce função estrutural. Ela forma a parede celular de alguns fungos e compõe o exoesqueleto de artrópodes. Os carboidratos também participam da constituição do material genético. As pentoses, desoxirribose e ribose, formam os nucleotídeos que constituem o DNA e o RNA, respectivamente.

Figura 01 - Massas, pães e cereais são alimentos ricos em carboidratos.

Fonte: shutterstock.com / Robyn Mackenzie

Os glicídeos podem se associar a proteínas e lipídeos, formando moléculas híbridas. A associação de um glicídeo a uma proteína origina uma glicoproteína; Já a união de um lipídeo a um glicídeo dá origem a um glicolipídeo. As glicoproteínas são encontradas na parede celular das bactérias e em secreções de mucosas do sistema digestório. Os glicolipídeos e glicoproteínas estão presentes nas membranas celulares dos seres vivos, formando o glicocálice, que têm função estrutural e de reconhecimento.

Biologia

CH2OH OH O

De acordo com o tamanho e a organização molecular, os glicídeos podem ser classificados em três grupos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

As pentoses, ribose e desoxirribose, compõem os nucleotídeos, unidades básicas formadoras dos ácidos nucleicos (RNA e DNA, respectivamente). As hexoses mais comuns são: glicose, frutose e galactose (figura 2). A glicose é a molécula mais utilizada pelas células na obtenção de energia. A frutose está presente nas frutas, e a galactose é um dos monossacarídios que compõe o leite.

HO H

H OH

HO CH2OH

HOCH2 O H H OH

OH H

Ribose (pentose)

CH2OH O

OH OH

O OH

CH2OH

OH Sacarose

Figura 03 - Síntese, por desidratação, da sacarose.

Alguns oligossacarídeos se ligam a proteínas formando glicoproteínas, mas o grupo de oligossacarídeos mais comuns aos seres vivos são os dissacarídeos, conforme tabela a seguir. Dissacarídeo

Monossacarídeo

Ocorrência

Sacarose

Glicose + Frutose

Plantas (frutos principalmente)

Lactose

Glicose + Galactose

Leite

Maltose

Glicose + Glicose

Plantas e animais (como produto da digestão do amido).

É comum encontrar pessoas que são intolerantes à lactose, e, por esse motivo, não podem ingerir alimentos que possuem esse tipo de glicídeo, como leite, queijos e iogurtes. No processo de digestão da lactose, a enzima responsável pela clivagem desse dissacarídeo em glicose e galactose é a lactase.

Galactose (hexose) HOCH2 O

Desoxirribose (pentose)

Oligossacarídeos

A02  Glicídeos

Frutose

INTOLERÂNCIA À LACTOSE

Figura 02 - Fórmulas estruturais das principais hexoses e pentoses

Os oligossacarídeos são formados pela união de duas a dez unidades de monossacarídeos. Por exemplo, os dissacarídeos são formados pela união de duas moléculas de monossacarídeos (figura 3), com a saída de uma molécula de água (síntese por desidratação ou condensação). Na reação de desidratação, um dos monossacarídeos perde um hidrogênio e o outro perde uma hidroxila e eles se unem por meio de uma ligação covalente, que recebe o nome de ligação glicosídica. 16

SAIBA MAIS

Frutose (hexose)

Glicose (hexose)

Opirus/Arte

HOCH2

Glicose

CH2OH

CH2OH O

CH2OH H OH

OH OH

H2O

São os glicídeos mais simples, que apresentam de 3 a 7 carbonos em sua estrutura. Os monossacarídeos possuem fórmula geral (CH2O)n, com o n variando de três a sete. Os monossacarídeos recebem o nome de acordo com o número de carbonos que apresentam (tri, tetra, penta, hexa e hepta) seguidas pela terminação ose. Por exemplo, um monossacarídeo com três átomos de carbono é uma triose, e outro com cinco átomos de carbono, uma pentose. Os monossacarídeos mais frequentes no organismos são as pentoses e as hexoses.

CH2OH O

Monossacarídeos

CH2OH O

Opirus/Arte

Classificação dos glicídeos

Na maioria dos mamíferos, a atividade da enzima lactase diminui na parede intestinal após o desmame, levando a uma diminuição da quantidade da lactase no intestino, processo esse chamado de hipolactasia. Consequentemente, a redução de lactase leva a uma dificuldade na digestão da lactose, surgindo diversos sintomas, como dor abdominal, diarreia e diverticulite, entre outras inflamações no trato digestório. A intensidade dos sintomas varia de pessoa para pessoa, e depende da quantidade de lactose ingerida, aumentando com o passar da idade. A hipolactasia é determinada geneticamente, entretanto, alguns indivíduos apresentam mutações que lhes conferem a capacidade de expressão da lactase, mesmo na idade adulta e, por essa razão, não são intolerantes à lactose.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Polissacarídeos Polissacarídeos são glicídeos constituídos por centenas, ou até milhares, de monossacarídeos unidos por ligação glicosídica. Moléculas de polissacarídeos são moléculas grandes, por essa razão, são tidas como macromoléculas (do grego makros: grande). Amido, glicogênio, celulose e quitina são classificados como homopolissacarídeos. Essa classificação decorre do fato de que, na hidrólise desses polissacarídeos, há formação de um único tipo de monômero: a glicose. Na hidrólise de heteropolissacarídeos, produz-se mais de um tipo de monossacarídeo. Os heteropolissacarídeos são os principais componentes das paredes celulares bacterianas. São os peptideoglicanos que têm por função principal garantir resistência mecânica às paredes das células procariotas (bactérias e cianobactérias). Amido O amido é produzido por algumas algas e pelas plantas para a reserva energética. As plantas, ao realizarem fotossíntese, produzem a glicose que compõe a macromolécula de amido, armazenada no citosol sob a forma de grânulos. Nos vegetais, os principais locais de armazenamento de amido são: raízes (mandioca, cenoura e batata-doce), caules (batata-inglesa, beterraba e inhame) e sementes (arroz, trigo e milho). O amido é formado pela união de dois tipos de polímeros da glicose: a amilose, com moléculas lineares, e a amilopectina, com moléculas ramificadas. CH2OH O H H OH H HO OH H

H OH Glicose

Estrutura do amido

Opirus/Arte

CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH O O O O O H H H H H H H H H H H H H H H OH H OH H OH H OH H OH H O OH O O O O

Figura 04 - Trecho de molécula de amido, constituída pela união de várias moléculas de glicose.

Glicogênio O glicogênio é encontrado apenas nos animais. As plantas não produzem esse polissacarídio, pois utilizam o amido como reserva energética. Nos animais, o glicogênio é encontrado nos músculos e no fígado, e é quebrado (catabolizado) pelas células na falta de glicose. Apresenta a mesma unidade básica (glicose) e o mesmo tipo de ligação do amido. A principal diferença entre o glicogênio e o amido é o grau de ramificação; o glicogênio é um polímero muito mais ramificado.

A02  Glicídeos

Quando o animal precisa rapidamente de energia, o glicogênio é degradado em unidades de glicose (glicogenólise), que serão usadas na síntese de ATP. O excedente é polimerizado em glicogênio no fígado e na musculatura (glicogênese). O glicogênio ocorre em grânulos no citosol das células desses órgãos. O glicogênio é um polímero de cadeia ramificada, formado pela união de várias moléculas de glicose. 17

Biologia

CH2OH CH2OH O O 14 O

O OH

CH2OH O O OH

Figura 05 - A. Representação da molécula de α-glicose com a numeração dos átomos de carbono. B. União de múltiplas moléculas α-glicose formando o glicogênio.

Celulose Trata-se do polissacarídeo mais abundante na natureza, sendo o principal componente da parede celular dos vegetais. A celulose é formada por milhares de moléculas de glicose, que estão unidas pelas ligações glicosídicas (quando o carbono 1 de uma glicose se liga ao carbono 4 de outra glicose). A molécula de celulose é linear e forma grandes fibras, com várias ligações de hidrogênio entre os vários monossacarídeos de glicose. Isso confere à celulose alta resistência e impermeabilidade à água.

CH2OH O OH H 4 H OH H 1 HO H H OH

Quitina Assim como a celulose, a quitina desempenha papel estrutural. Esse polissacarídeo é o principal componente do exoesqueleto dos artrópodes e também está presente na parede celular de alguns fungos. A quitina também é um homopolissacarídeo com todos os resíduos de N-acetil-glicosamina unidos por ligação glicosídica (carbono 1 → carbono 4).

B CH2OH O O O

1 OH

OH O O CH2OH

CH2OH O O O

O O CH2OH

CH2OH O O OH

Opirus/Arte

A celulose é uma das principais fontes de alimento dos herbívoros, sobretudo os ruminantes (bovinos, por exemplo). Os ruminantes apresentam em seu trato digestório, micro-organismos (bactérias e protozoários), que auxiliam na digestão da celulose. Nós, seres humanos, também ingerimos alimentos ricos em celulose. Todavia, ao contrário dos ruminantes, não possuímos micro-organismos que auxiliam na digestão desse componente. Apesar disso, os alimentos ricos em celulose são de extrema importância por serem fonte de minerais e vitaminas e favorecerem os movimentos peristálticos do intestino.

Opirus/Arte

6 CH2OH H 5 OH 4 H OH H 1 HO 3 2 OH H OH

Opirus/Arte

Figura 06 - (A). Representação da molécula de β-glicose com a numeração dos átomos de carbono. (B). União de múltiplas moléculas β-glicose presentes na celulose.

Figura 07 - (A). Representação da molécula da N-acetil-glicosamina com a numeração dos átomos de carbono. (B). União de múltiplas moléculas N-acetil-glucosamina formando a quitina.

Exercícios de Fixação 01. Exemplos de polissacarídeo, dissacarídeo, hexose e pentose, respectivamente: a) celulose, sacarose, ribose e frutose. b) amido, maltose, glicose e desoxirribose. c) coniferina, lactose, maltose e desoxirribose. d) amido, celulose, glicogênio e frutose. e) ácido hialurônico, quitina, frutose e ribose

A02  Glicídeos

02. (UCMG) São considerados polissacarídeos: a) lactose e maltose b) amido e lactose c) glicogênio e glicose d) amido e glicogênio e) glicose e frutose 03. (Puc RS) O polissacarídeo formado por unidades de glicose e que representa a principal forma de armazenamento intracelular de glicídeos nos animais é denominado:

a) amido b) colesterol c) ergosterol d) volutina e) glicogênio 04. São considerados oses ou monossacarídeos: a) maltose e glicose d) amido e sacarose b) glicose e frutose e) amido e glicogênio c) sacarose e maltose 05. (F. Lusíada-Santos) Polissacarídeos que participam da parede celular dos vegetais: a) celulose b) glicogênio c) quitina d) cerídeo e) amido

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

a) proteínas b) vitaminas c) celulose d) água e) glicose 02. A hidrólise de um polissacarídeo resulta em muitas moléculas de: a) monossacarídeos b) água e sais minerais c) água d) amido e) sais minerais 03. (ISE Sta. Cecília-SP) São carboidratos muito importantes na síntese dos ácidos nucleicos: a) glicose e galactose b) ribose e desoxirribose c) glicose e monose d) glicose e desoxirribose e) ribose e glicose 04. (Uerj RJ) Nos vegetais, uma parede celular envolve a membrana plasmática. Cite o principal tipo de carboidrato que compõe a parede celular dos vegetais, bem como o monossacarídeo que o forma. Indique, ainda, as duas principais funções dessa parede celular. 05. (Uerj RJ) As principais reservas de energia dos mamíferos são, em primeiro lugar, as gorduras e, em segundo lugar, um tipo de açúcar, o glicogênio. O glicogênio, porém, tem uma vantagem, para o organismo, em relação às gorduras. Essa vantagem está associada ao fato de o glicogênio apresentar, no organismo, maior capacidade de: a) sofrer hidrólise b) ser compactado c) produzir energia d) solubilizar-se em água 06. (Puc MG) Sobre a estrutura molecular e as funções apresentadas por carboidratos, assinale a afirmativa INCORRETA. a) O pão duro se torna macio, quando se adiciona água e é levemente aquecido, separando as cadeias de polissacarídeos no amido, anteriormente agregados pela secura. b) O glicogênio é polissacarídeo armazenado no fígado e nos músculos dos animais e pode ser hidrolisado a monômeros de glicose, a ser utilizada para a produção de ATP. Questão 04 Celulose e o monossacarídeo é a glicose. Duas das possibilidades: Promover a sustentação da célula. Proteger a célula contra o choque osmótico. Proteger a célula contra qualquer tipo de impacto mecânico.

c) Os usos potenciais das teias de aranha, caso pudessem ser produzidas em grandes quantidades, como suturas cirúrgicas, pois seus polímeros de glicose unidos são muito fortes. d) A quitina é polissacarídeo muito abundante na Terra, pois é constituinte do exoesqueleto dos insetos, de muitos crustáceos e também presentes em fungos. 07. (Uepa PA) No Jornal Nacional, foi comunicada a seguinte notícia: “Temos várias opções para escolher a forma em que queremos o açúcar que pode ser no seu estado sólido – em pó, mascavado, granulado – ou líquido – caramelizado. Agora, existe uma nova possibilidade: o açúcar (1) gaseificado. Um grupo de pesquisadores espanhóis da Universidade do País Basco, conseguiu vaporizar a substância conhecida como ribose (2), um açúcar composto por uma série de moléculas que fazem parte da composição celular, sendo, portanto, essenciais à vida”. Disponível em http://www.cienciahoje.pt/30

Quanto às palavras em destaque, leia as afirmativas abaixo: I. (1) é conhecido como carboidrato e possui função energética e estrutural. II. (2) participa da constituição estrutural dos ácidos nucléicos RNA e DNA. III. (2) possui cinco átomos de carbono e é classificado como uma pentose. IV. (1) quando possui seis carbonos é uma hexose como a glicose, que participa da respiração celular. A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é: a) I, II e III d) II, III e IV b) I, II e IV e) I, II, III e IV c) I,III e IV 08. (UEA AM) A tabela lista três glicídeos e seus componentes. Glicídio

Componentes

maltose

glicose + glicose

sacarose

glicose + frutose

lactose

glicose + galactose

Sobre os glicídeos da tabela, é correto afirmar que: a) A maltose é um monossacarídeo resultante da digestão do amido. b) A sacarose é um dissacarídeo encontrado em abundância na cana-de-açúcar. c) A lactose é um polissacarídeo que não pode ser digerido pelo ser humano. d) A maltose, a sacarose e a lactose são classificados como polissacarídeos. e) Os três glicídeos são dissacarídeos encontrados nos vegetais.

A02  Glicídeos

01. Dentre as substâncias relacionadas, qual delas representa o principal suprimento energético de preferência das células?

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A03

ASSUNTOS ABORDADOS nn Lipídeos nn Tipos de lipídeos

LIPÍDEOS Antigamente, as pessoas se consideravam bem alimentadas, se estivessem com seu apetite satisfeito, sem levar em conta a qualidade da sua refeição. Hoje, em função dos conhecimentos adquiridos no campo da nutrição, sabemos que uma boa nutrição é mais do que satisfação do apetite e da fome. Uma alimentação correta e equilibrada busca suprir as necessidades de nutrientes de que o organismo precisa para ter boa condição de saúde. A alimentação saudável é o mesmo que dieta equilibrada ou balanceada e pode ser resumida em três princípios: variedade, moderação e equilíbrio. A saúde depende de vários fatores, entre eles, uma alimentação equilibrada que deve conter alimentos capazes de fornecer quantidades adequadas de nutrientes: proteínas, carboidratos, lipídeos, vitaminas, sais minerais, fibras e água. De maneira geral, podemos dizer que nutrientes são substâncias químicas encontradas em todos os alimentos e possuem funções específicas no organismo. Assim, também podemos dizer que alimentos são, portanto, veículos dos nutrientes, contendo também outras substâncias que lhes dão cor, sabor, odor e textura.

Lipídeos Gorduras, óleos e ceras constituem uma classe de moléculas com estrutura variada e que exerce diversas funções biológicas, tais como reserva energética, formação de membranas celulares, isolante térmico, impermeabilizante de superfícies vegetais e animais, além de sinalizadores químicos, quando na condição de hormônios. Os lipídeos apresentam como principal característica a insolubilidade em água, que se deve ao fato de serem moléculas apolares, e por essa razão, não possuem afinidade pelas moléculas polares da água. Todavia, são solúveis em outros solventes orgânicos apolares como éter, clorofórmio e benzeno.

Fonte: shutterstock / Evan Lorne

Figura 01 - Alimentos ricos em lipídeos, de origem animal e vegetal.

Tipos de lipídeos Os lipídeos são macromoléculas orgânicas, e as principais classes são formados pela união de moléculas de álcool a ácidos graxos, sendo classificados com base em sua natureza química, ou seja, de acordo com as moléculas de álcool e ácidos graxos que os formam. Neste módulo, iremos abordar as principais classes de lipídeos, que são: os glicerídeos, os fosfolipídeos, os cerídeos, os esteroides e os carotenoides.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Glicerídeos

+ 3 H2O

HO CH2 HO CH HO CH2

H O H C O C R O H C O C R O H C O C R H

Ácido graxo

Glicerol

Triglicerídeo

Água

O 3R

Opirus/Arte

Presentes em grande parte dos alimentos, os óleos e as gorduras são os principais representantes dos glicerídeos. Sua estrutura química é formada pela união de glicerol (um álcool) com ácidos graxos (ácidos monocarboxílicos com um total de 4 a 22 átomos de carbono). São, portanto, ésteres de álcool e ácido. O glicerol pode estar ligado a uma, duas, ou três (mais comum) moléculas de ácidos graxos. Nos óleos e gorduras, em geral, há três moléculas de ácidos graxos ligadas ao glicerol. Esse glicerídeo é chamado de triglicerídeo (figura 02).

Figura 02 - Triglicerídeo: união de um álcool e três ácidos graxos

Os ácidos graxos com ligação dupla entre carbonos da cadeia carbônica são denominados insaturados (figura 03). Os óleos apresentam ácidos graxos insaturados, sendo, portanto, líquidos à temperatura ambiente. Tais moléculas ocorrem principalmente nas plantas (frutos e sementes) mas também, em certos animais, frequentemente armazenados no fígado. Já os ácidos graxos, que possuem apenas ligação simples em sua cadeia, são chamados de saturados (figura 03). Por não possuírem dupla ligação, os ácidos graxos saturados podem aproximar-se mais uns dos outros, formando um empacotamento mais denso e, por isso, são sólidos à temperatura ambiente. As gorduras são geralmente de origem animal, mas existem gorduras de origem vegetal , como a manteiga de cacau.

Figura 04 - Representação esquemática ilustrando exemplos de alimentos que são fontes de lipídeos saudáveis (os chamados lipídeos “bons” ou popularmente “gorduras boas”) e que sua ingestão trazem benefícios à saúde. E fontes de lipídeos pouco saudáveis (os chamados lipídeos “ruins” ou popularmente “gorduras ruins”) e que podem ser prejudiciais à saúde dependendo da quantidade ingerida

Note que o ácido graxo saturado tem cadeia carbônica “reta”, enquanto o ácido graxo insaturado apresenta uma “dobra”, devido à presença das ligações duplas. Essas “dobras” resultam em um empacotamento mais frouxo dessas moléculas e, por essa razão, produzem um glicídeo líquido à temperatura ambiente.

O O

Ácido esteárico

Ácido graxo insaturado –

O O

Ácido oleico

A03  Lipídeos

–

Opirus/Arte

Ácido graxo saturado

Figura 03 - Representação de uma molécula de ácido graxo saturado e uma molécula de ácido graxo insaturado. Cada esfera colorida representa um átomo de carbono (cinzaescuro), hidrogênio (cinza) e oxigênio (vermelho).

Biologia

Nos animais, o excesso de glicose na dieta promove a sua conversão em gordura no fígado e adipócitos, e o depósito desta ocorre no tecido adiposo. Os triglicerídeos, em geral, servem como segundo depósito de energia para as células e sua oxidação completa produz mais energia, quando comparado aos carboidratos: primeiro depósito de energia das células. Nos animais, além de fornecer grandes quantidades de energia, a gordura também tem papel importante no isolamento térmico e serve como amortecedor contra choques mecânicos. Os mamíferos que habitam regiões de baixas temperaturas possuem uma espessa camada de gordura abaixo da pele. A hipoderme, constituída por tecido adiposo, tem função de proteção contra a perda de calor em condições extremas de temperatura. Uma dieta saudável deve conter certa quantidade de óleos e gorduras, pois, entre outras funções, eles são necessários para o organismo absorver as vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K). Além disso, nós, seres humanos, também precisamos ingerir ácidos graxos que não conseguimos produzir (ácidos graxos essenciais), e estão presentes em diversos óleos vegetais e em peixes do mar. As principais famílias de ácidos graxos essenciais são o ômega-6 e o ômega-3. Na família ômega-6, podemos citar o ácido linoleico e o ácido araquidônico que são encontrados em óleos vegetais como o óleo de milho, girassol, canola e soja. O ácido linolênico é um exemplo do grupo ômega-3, que é encontrado no óleo de soja e de canola. A engenharia de alimentos tem acrescentado esses ácidos graxos, ômega-3 e ômega-6, em diversos produtos de consumo humano, como leite e farinhas. Esses ácidos participam da construção de membranas celulares, atuam em processos inflamatórios por meio da oferta de substrato para síntese de prostaglandinas e reduzem o colesterol e triglicérides na corrente sanguínea contribuindo para a prevenção de quadros hipertensivos.

A03  Lipídeos

O que é gordura trans? O óleo vegetal é, comumente, hidrogenado na indústria para produção de margarinas. O processo consiste em desfazer as ligações duplas presentes nos ácidos graxos dos óleos vegetais por meio da adição de hidrogênios (hidrogenação). Como resultado da hidrogenação, são formados ácidos graxos na configuração cis e trans. Portanto, chamamos de gordura trans, ácidos graxos insaturados que foram hidrogenados e formaram ácidos graxos trans. O processo de hidrogenação do óleo é bastante utilizado na indústria alimentícia por aumentar a validade dos produtos e sua consistência, favorecendo o consumo. Entretanto, a ingestão exagerada de gordura trans pode levar ao aumento de placas de gordura (ateromas) nas artérias, resultando em um quadro de aterosclerose.

Para a espécie humana, o consumo excessivo de gordura, com predomínio de ácidos graxos saturados, associado ao sedentarismo e a uma predisposição genética pode levar a depósitos de triglicerídeos na parede dos vasos sanguíneos. Essas placas gordurosas reduzem o diâmetro dos vasos, diminuindo a passagem do sangue e produzindo hipertensão. Esse quadro denominado aterosclerose pode levar a acidentes vasculares cerebrais (AVC) e infarto do miocárdio.

Fonte: shutterstock.com / Kerdkanno

SAIBA MAIS

Figura 05 - Alimentos ricos em ômega-3 e ômega-6.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Fosfolipídeos

Ácido fosfórico Glicerol

+ – +

Meio intracelular

Ácido graxo

Figura 06 - Representação esquemática da estrutura da membrana plasmática.

Cerídeos Ceras são substâncias formadas por uma molécula de álcool de cadeia longa (diferente do glicerol) unida a uma ou mais moléculas de ácidos graxos.

Fonte: shutterstock.com / vldkont

Na indústria, são empregadas na fabricação de ceras de assoalho, velas, sabões, cosméticos, graxa de sapato etc. Na natureza, as ceras também exercem papel impermeabilizante e protetor. Nos vegetais, as ceras revestem as superfícies foliares e apresentam a função de evitar a evaporação da água (transpiração vegetal). A cera de origem vegetal mais conhecida e de carnaúba.

Figura 07 - Cera vegetal: impermeabilizante da superfície foliar. A água é uma substância polar, e as ceras são apolares; é por isso que podemos ver uma gota de água, escorrendo sobre a folha de um vegetal, quando a molhamos.

A03  Lipídeos

A membrana plasmática e as estruturas formadoras do complexo de endomembranas (envoltório nuclear, retículo endoplasmático, complexo golgiense, mitocôndrias, cloroplastos, etc.) são formadas, basicamente, por duas camadas de fosfolipídeos, nas quais estão imersas proteínas específicas. Por essa razão, a membrana plasmática é dita lipoproteica.

Meio extracelular

Opirus/Arte

Também chamados de fosfoacilgliceróis ou fosfoglicerídeos são formados por duas moléculas de ácido graxo ligadas a uma molécula de glicerol que, por sua vez, está ligada a um grupo fosfato. Assim, do ponto de vista químico, pode-se dizer que o fosfolipídeo é um glicerídeo combinado a um grupo fosfato. Nos fosfolipídeos, a extremidade da molécula com o ácido fosfórico é polar, e portanto hidrofílica (apresenta afinidade pela água), enquanto que a porção da molécula onde estão os ácidos graxos é apolar e, portanto, hidrofóbica (não possui afinidade pela água). Devido a essa propriedade, quando os fosfolipídeos estão envoltos por água, eles se dispõem naturalmente em duas camadas, ficando a parte hidrofílica da molécula em contato com a água e a parte hidrofóbica de uma camada em contato com a parte hidrofóbica da outra camada.

Biologia

As principais ceras de origem animal são: de abelhas, cerúmen da orelha de alguns mamíferos e a cera de lanolina, extraída da lã dos carneiros. A cera de abelha, por exemplo, é obtida na reação do ácido (palmítico) com o álcool (merissílico), formando o palmitato de merissila (cera de abelha). C15H31 - COOH +

HO - C30H61

de 17 átomos de carbono dispostos em quatro anéis carbônicos interligados. Três desses anéis são formados por seis átomos de carbono e o quarto anel apresenta cinco átomos de carbono.

→ C15H31 - COO - CH2C30H61 + H2O

ácido palmítico + álcool merissílico →

palmitato de merissila Figura 10 - Estrutura química básica dos esteroides

Dentre os esteroides mais importantes, destacam-se a vitamina D e os hormônios sexuais, que apresentam o colesterol como precursor.

Fonte: pixabay / PollyDot

Colesterol

Figura 08 - Favos da colmeia construídos com cera de abelha

Opirus/Arte

Algumas aves produzem uma secreção cerolipídica, na glândula uropigiana. As aves passam essa secreção em suas penas, tornando-as impermeáveis, possibilitando o voo na chuva e nadar, sem se encharcar.

O colesterol é um dos esteroides mais conhecidos pela sua relação com doenças cardiovasculares. É o esteroide mais abundante nos animais, e é produzido naturalmente no fígado, mas também é obtido pela ingestão de alimentos de origem animal. O colesterol reduz a fluidez das membranas e está presente nas membranas celulares dos animais, não ocorrendo nos procariotos e nem nos vegetais. Ele também é precursor de hormônios sexual masculino (testosterona) e feminino (estrógeno e progesterona), sais biliares e da vitamina D.

Fonte: pixabay / aranha

Figura 11 - Estrutura molecular da membrana plasmática: colesterol e fosfolipídeos CH3 HC CH3 CH2 CH2 CH2

Figura 09 - As aves aquáticas lubrificam as penas com a substância lipídica produzida pela glândula uropigiana, o que faz as penas repelirem a água, impedindo que as penas se molhem.

HC CH3 CH3

Colesterol

CH3 CH3

C CH3

A03  Lipídeos

Esteroides Os esteroides formam um grupo de lipídeos relativamente complexos, que se diferem dos glicerídeos e fosfolipídeos por apresentar anéis carbônicos em sua estrutura. Os esteroides apresentam estrutura química básica 24

CH3

Progesterona O

Figura 12 - Estrutura química do colesterol e progesterona

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

O colesterol é insolúvel em água, e é transportado na corrente sanguínea, associado a proteínas transportadoras. A LDL (Low Density Lipoprotein, lipoproteína de baixa densidade) transporta colesterol para os tecidos. Entretanto, quando há colesterol em excesso na circulação sanguínea, o complexo colesterol-LDL não aproveitado pelas células deposita-se nas paredes dos vasos sanguíneos, causando a aterosclerose. Por essa razão, o colesterol associado ao LDL também é conhecido como “colesterol ruim”. Já a HDL (High Density Lipoprotein, lipoproteína de alta densidade) é responsável por recolher o excesso de colesterol do sangue e levá-lo para o fígado, onde é degradado. Por essa razão, o colesterol associado ao HDL é conhecido como “colesterol bom”. As lipoproteínas HDL e LDL são produzidas principalmente no fígado. Existem duas outras lipoproteínas denominadas VLDL (lipoproteína de muito baixa densidade) e IDL (lipoproteína de densidade intermediária) que também realizam o transporte do colesterol no sangue. Alguns ácidos graxos insaturados também têm a capacidade de transportar o colesterol no sangue, contribuindo com a redução do “colesterol ruim”. Carotenoides

Figura 13 - Folhas, frutas e verduras com carotenoides em sua composição. Os carotenoides estão presentes em pigmentos que vão do amarelo ao vermelho, e os alimentos com essa coloração são excelentes fontes de vitamina A, dentre eles: cenoura, abóbora, pimentão vermelho e amarelo, azeitona roxa, tomate, folhas verde-escuras, maçã, damasco, manga, ameixa, melancia, laranja, tangerina, mamão, entre outros. Fonte: shutterstock.com / Vezzani Photography

Alguns tipos de carotenos como o licopeno não são convertidos em vitamina A pelo organismo, porém desempenham um papel antioxidante mais eficiente que o próprio betacaroteno. O licopeno é encontrado em vegetais de cor vermelha como o tomate, o mamão e a melancia.

A03  Lipídeos

Os caratenoides atuam como pigmentos acessórios no processo de fotossíntese. Existem mais de 900 tipos de carotenoides, divididos em dois grupos: carotenos e xantofilas. As xantofilas são pigmentos que podem variar de amarelo a marrom-avermelhado. Já os carotenos são pigmentos alaranjados, que ocorrem, por exemplo, predominantemente na cenoura.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. Os ésteres de ácidos graxos com álcoois são quimicamente classificados como: a) glicídeos ou carboidratos b) lipídeos c) proteínas d) ácidos nucleicos e) enzimas ou fermentos

03. Embora seja visto como um vilão, o colesterol é muito importante para o organismo humano porque ele é a) precursor da síntese de testosterona e progesterona. b) agente oxidante dos carboidratos. c) responsável pela resistência de cartilagens e tendões. d) cofator das reações biológicas. 04. Dentre os lipídeos, cite os principais grupos e dê um exemplo de cada. Os principais grupos são: glicerídeos (ex.: triglicerídeos), ceríde-

02. Os lipídeos são: a) os compostos energéticos consumidos preferencialmente pelo organismo. b) mais abundantes na composição química dos vegetais do que na dos animais. c) substâncias insolúveis na água, mas solúveis nos chamados solventes orgânicos (álcool, éter, benzeno). d) presentes como fosfolipídeos no interior da célula, mas nunca na estrutura da membrana plasmática. e) compostos orgânicos formados pela polimerização de ácidos carboxílicos de cadeias pequenas em meio alcalino.

os (ex.: cera de abelha), esteroides (ex.: colesterol), fosfolipídeos (ex.: lecitina) e carotenoides (ex.: licopeno).

05. Os esteroides são lipídeos bem diferentes dos glicerídeos e das ceras, apresentando uma estrutura composta por quatro anéis de átomos de carbono interligados. O colesterol é um dos esteroides mais conhecidos, devido à sua associação com as doenças cardiovasculares. No entanto, esse composto é muito importante para o homem, uma vez que desempenha uma série de funções. Complete os quadros a seguir com informações sobre esse composto. a) Duas principais funções do colesterol. b) Duas origens do colesterol sanguíneo.

a) As duas principais funções do colesterol são: participar da composição estrutural das membranas dos animais e ser precursor de hormônios sexuais (estrógenos, andrógenos e progesterona). b) O colesterol sanguíneo tem origem endógena ou exógena (proveniente da dieta).

Exercícios Complementares 01. Hormônios sexuais, como a testosterona e o estradiol, são exemplos de lipídeos do grupo dos(as): a) glicerídeos. b) ceras. c) carotenoides. d) fosfolipídeos. e) esteroides. 02. Todo ser humano necessita de gordura e não de fritura para sobreviver. O constante hábito de ingerir gorduras saturadas, como frituras em excesso, pode provocar algumas doenças como aumento da pressão arterial, problemas cardiovasculares, desenvolvimento de câncer, entre outras. Essas gorduras conhecidas por saturadas representam o seguinte tipo de lipídeo:

A03  Lipídeos

a) Cerídeo. b) Colesterol. c) Carotenoide. d) Triglicerídeo. 03. Os lipídeos são biomoléculas orgânicas compostas principalmente por átomos de hidrogênio, oxigênio e carbono. Fazem parte ainda da composição dos lipídeos, outros ele-

mentos como, por exemplo, o fósforo. Possuem funções básicas nos organismos tais como: fornecimento de energia para as células; alguns tipos participam da composição das membranas celulares; atuam como isolantes térmicos nos animais endotérmicos e facilitam determinadas reações químicas que ocorrem no organismo dos seres vivos. Sobre lipídeos, marque a alternativa INCORRETA. a) Glicerídeos, cerídeos e fosfolipídeos são classes de lipídeos com características pouco solúveis em água. b) Grande parte do colesterol é transportada no sangue através da LDL (Lipoproteína de Baixa Densidade). Uma parte dela é excretada no fígado e a outra serve para síntese de membranas celulares. c) O colesterol é precursor das vitaminas do complexo B, sendo estas lipossolúveis, importantes no metabolismo celular. d) Hormônios sexuais como a progesterona e a testosterona têm como precursores de sua síntese endógena os lipídeos esteroides. e) A bainha de mielina, responsável pela condução saltatória do impulso nervoso, possui em sua composição esfingolipídeos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

04. (Unitau SP) No sangue humano, o esteroide mais comum é o colesterol, que, em função da lipoproteína que o transporta, é conhecido por HDL (high density lipoprotein) ou LDL (low density lipoprotein). O colesterol tem papel importante em nosso corpo, porém, em excesso, pode causar efeitos indesejáveis. Quanto ao colesterol, responda:

07. (Enem MEC) A qualidade de óleos de cozinha, compostos principalmente por moléculas de ácidos graxos, pode ser medida pelo índice de iodo. Quanto maior o grau de insaturação da molécula, maior o índice de iodo determinado e melhor a qualidade do óleo. Na figura, são apresentados alguns compostos que podem estar presentes em diferentes óleos de cozinha:

a) Por que o colesterol HDL é conhecido por “bom” colesterol e o LDL é conhecido por “mau” colesterol? b) Descreva as funções do colesterol no corpo humano. 05. (Puc MG) Os lipídeos são moléculas formadas predominantemente por hidrocarbonetos sendo por isso tipicamente insolúveis em agua. Diferentes tipos de lipídeos desempenham diversos papéis nos organismos vivos. É INCORRETO afirmar que os lipídeos desempenham papéis de: a) armazenar energia em óleos e gorduras. b) captar energia solar pelos carotenoides. c) agir como isolante térmico e envolver axônios de células nervosas. d) atrair moléculas de água em óleos e ceras na superfície da pele, pelos e penas. 06. (UEPG PR) Os esteroides formam um grupo particular de lipídeos relativamente complexos. Existe um grupo de hormônios derivados da testosterona, os esteroides anabolizantes. Esses rém formas sintéticas foram desenvolvidas com finalidade médica visando a reposição de testosterona em quem a produz em déficit. Atualmente, algumas pessoas utilizam esses hormônios esteroides de forma indiscriminada. Com relação às propriedades e consequências do uso dessas substâncias, assinale o que for correto. 01. Os esteroides anabolizantes têm único efeito de promover a morte celular programada do tecido adiposo subcutâneo (apoptose), resultando em diminuição na quantidade de gordura no corpo. 02. Alguns dos efeitos colaterais do uso de esteroides anabolizantes são a possibilidade de elevação dos níveis de lipoproteínas de baixa densidade (LDL) e redução das lipopro-

melhor qualidade para os óleos de cozinha são os ácidos a) esteárico e oleico. b) linolênico e linoleico. c) palmítico e esteárico. d) palmítico e linolênico. e) linolênico e esteárico. 08. (Uem PR) O termo lipídeo designa alguns tipos de substâncias orgânicas cuja principal característica é a insolubilidade em água e a solubilidade em certos solventes orgânicos. Sobre esse assunto, é correto afirmar que: 01. A hidrólise de moléculas de lipídeos produz ácidos graxos e glicerol.

teínas de alta densidade (HDL), e, no caso das mulheres,

02. Os lipídeos exercem importante papel na estocagem de

também o crescimento de pelos na face e problemas no

energia, na estrutura das membranas celulares e na ação

ciclo menstrual.

hormonal.

04. Os anabolizantes, por causarem hipertrofia dos músculos, têm sido utilizados por pessoas que desejam aumentar sua força, resistência e massa muscular. 08. As mulheres não têm benefícios e não sofrem consequências pelo uso de esteroides anabolizantes, pois são hormô06

Dentre os compostos apresentados, os dois que proporcionam

04. Os fosfolipídeos apresentam, além de ácido graxo e glicerol, um grupo fosfato. 08. Os lipídeos são compostos orgânicos formados pela polimerização de ácidos carboxílicos de cadeias pequenas. 16. Os carotenoides são lipídeos importantes para os animais,

nios de função exclusivamente masculina.

22 por participarem da formação da vitamina A. Questão 04 a) LDL fornece colesterol aos tecidos; porém, quando em grande quantidade, acaba por se depositar nas paredes dos vasos sanguíneos, levando à arteriosclerose. Por outro lado, o HDL atua retirando o excesso de colesterol do sangue, encaminhando-o para o fígado, de onde é excretado para a bile. b) O colesterol, que compõe as membranas celulares, é precursor de testosterona e estrógeno dos sais biliares e da vitamina D.

A03  Lipídeos

hormônios são naturalmente encontrados no organismo, po-

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A04

ASSUNTOS ABORDADOS nn Aminoácidos e proteínas nn Aminoácidos: unidades formadoras das proteínas nn Funções das proteínas nn Estruturas e propriedades das proteínas nn Desnaturação das proteínas nn Classificação das proteínas

AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS Proteínas representam cerca de 50% a 80% do peso seco da célula, sendo, portanto, o composto orgânico de maior valor quantitativo e qualitativo dos seres vivos. Essas moléculas estão presentes em diversos alimentos como carne, ovos e leite e, quando digeridas, fornecem, para o organismo heterotrófico, grande quantidade de aminoácidos que serão utilizados para a síntese das próprias proteínas de acordo com o genoma desse organismo. Diferentemente dos carboidratos e lipídeos, as proteínas sofrem maior variação, conforme a espécie, e essa diferença é maior, à medida em que há distanciamento evolutivo (menor parentesco). As proteínas de um chimpanzé e de um ser humano apresentam mais semelhanças entre si do que com as de uma orquídea, por exemplo. Isso significa, na prática, que os genes humano e os genes do chimpanzé são mais parecidos e são responsáveis, portanto, por proteínas também semelhantes. As proteínas são macromoléculas orgânicas formadas pela união de moléculas menores denominadas aminoácidos. Dessa forma, podemos dizer que proteínas são polímeros formados por monômeros de aminoácidos. Vamos começar nosso estudo a partir dessas unidades básicas constituintes.

Fonte: shutterstock.com / Alexander Prokopenko

Figura 01 - Alimentos de origem animal, como leite, ovo, queijo e carne são excelentes fontes de proteína.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Aminoácidos: unidades formadoras das proteínas As proteínas são formadas pela união de dezenas, centenas ou até milhares de aminoácidos. A quantidade de cada aminoácido varia de acordo com o tipo de proteína. Por isso, as propriedades de uma proteína são determinadas pelo número e tipo de aminoácidos e pela sequência em que estão na molécula. Assim, duas proteínas que possuem a mesma quantidade e mesma proporção de aminoácidos podem ser diferentes, dependendo da ordem em que esses aminoácidos estão unidos na molécula. Estrutura dos aminoácidos Aminoácidos são compostos orgânicos formados por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, e em alguns casos, enxofre. São caracterizados por possuírem: um carbono central (α) ligado a um ácido carboxílico (ou grupo carboxila, -COOH), a um grupo amina (-NH2), a um hidrogênio e a um radical (R). O que difere um aminoácido do outro é o radical R. H N

H O C C

R Grupo amino (NH2)

Grupo carboxila (COOH)

Figura 02 - Representação geral de um aminoácido.

Opirus/Arte

A04  Aminoácidos e proteínas

Observe, a seguir, exemplos de aminoácidos e seus respectivos radicais. Você pode perceber que o radical R pode ser apenas um hidrogênio, como é o caso da glicina, ou pode ser um radical mais complexo como a histidina. Na natureza existem vinte aminoácidos e eles diferem uns dos outros apenas pelo seu radical R.

Figura 03 - Os aminoácidos existentes na natureza e suas fórmulas estruturais.

Biologia

Há um número imenso de combinações possíveis entre os vinte aminoácidos que formam uma variedade extraordinária de proteínas nos seres vivos. Já foram identificadas milhares de proteínas nos diferentes organismos e estima-se que os seres humanos possuam 200 mil tipos diferentes dessas moléculas. Ligação peptídica Para formar uma proteína, os aminoácidos devem ser unidos lado a lado. A união entre dois aminoácidos é chamada de ligação peptídica. Ela ocorre sempre entre o grupo carboxílico (COOH) de um aminoácido e o grupo amino (NH2) do outro, e há a liberação de uma molécula de água. As ligações peptídicas são formadas por condensação (síntese por desidratação) e são desfeitas por hidrólise. As moléculas, resultantes da união de aminoácidos são chamadas, genericamente, de peptídeos. Peptídeos são cadeias com poucos aminoácidos. Por exemplo, dois aminoácidos formam um dipeptídeo, três aminoácidos formam um tripeptídeo e assim sucessivamente. Chamamos de polipeptídeos as cadeias que possuem um número alto de aminoácidos ligados entre si. Opirus/Arte

Entrada de água (quebra por R H R hidrólise). + – CH C Natravés CH COO 3N dipeptídeo Figura 04 - Reação de formação deHum de uma ligação O peptídica entre dois aminoácidos 2

Opirus/Arte

A04  Aminoácidos e proteínas

Dipep deo

H2 O Entrada de água Ligação pep dica. (quebra por R H R hidrólise). + – H3N CH C N CH COO 1 2 R H R O + – H3N CH C OH + H N CH COO O H2 O Ligação Aminoácido 1 Aminoácido 2 pep dica. 1

Figura 05 - Hidrólise de um dipeptídeo, originando dois aminoácidos na sua 1 fórmula estrural original. H R2 R + H3N CH C OH + H N CH COO– 30 O Aminoácido 1

Aminoácido 2

Os aminoácidos podem ser classificados em naturais ou essenciais. Um aminoácido pode ser essencial para uma espécie e não ser para outra, uma vez que as espécies têm proteínas características. Os aminoácidos essenciais não são produzidos nas reações do metabolismo e são obtidos por meio da alimentação. No caso da espécie humana, os aminoácidos essenciais são: fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofona e valina. A combinação de alimentos vegetais, como arroz e feijão fornece os oito aminoácidos essenciais para a espécie humana. Os alimentos de origem animal, como carne, ovo e leite também fornecem boa quantidade de todos os aminoácidos essenciais. Os aminoácidos naturais (também chamados de não essenciais) são aqueles produzidos nas reações do metabolismo. Nós, humanos, conseguimos produzir doze dos vinte aminoácidos. Por outro lado, os seres autótrofos conseguem produzir todos os vinte aminoácidos necessários para a produção das proteínas.

Funções das proteínas As diferentes proteínas desempenham uma série de funções nos organismos. Elas podem desempenhar funções estruturais (plásticas) na célula, fornecendo suporte, sustentação e resistência às células e aos tecidos, como, por exemplo, o colágeno nos tendões e músculos e a queratina nas unhas, pele e cabelo. O crescimento dos animais e vegetais é dependente da oferta de proteínas que esses organismos têm. Para construir novas células e aumentar o tamanho dos tecidos e dos órgãos, a matéria-prima básica é a proteína. Alguns hormônios são proteínas (exemplo: insulina e glucagon) e possuem a função de regular atividades metabólicas no organismo e, por isso, pode-se dizer que proteínas podem ter função reguladora.

Dipep deo 1

Aminoácidos naturais e essenciais

Proteínas com função imunológica (de defesa) são os anticorpos produzidos pelas células de defesa do corpo. Eles atuam, protegendo o corpo contra os organismos invasores (antígenos). A função transportadora das proteínas é o que permite o transporte de substâncias de uma célula a outra, como, por exemplo, a hemoglobina, responsável pelo transporte do oxigênio. As proteínas podem ser utilizadas na produção de ATP para as células (função energética) quando as fontes de carboidratos e lipídeos são insuficientes para satisfazer as necessidades energéticas. Algumas proteínas têm função motora e atuam na contração de células e produção de movimento, como é o caso da actina e da miosina. Proteínas com função enzimática aceleram e facilitam reações químicas que ocorrem no interior das células, são as enzimas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Estruturas e propriedades das proteínas Quatro tipos de estruturas devem ser considerados para a definição da forma e função das proteínas: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. Estrutura primária Trata-se da sequência linear dos aminoácidos, sendo mantida por ligações peptídicas na sua cadeia.

Figura 06 - Estrutura primária da proteína

A alteração de um único aminoácido na estrutura primária em algumas proteínas pode causar graves patologias, como é o caso da anemia falciforme. Nessa enfermidade, a substituição de uma glutamina por uma valina na hemoglobina (proteína responsável pelo transporte de oxigênio nas hemácias) provoca uma alteração na conformação da proteína, resultando em hemácias com forma de foice/meia-lua, em vez do formato convencional. Essa hemoglobina falciforme recebe o nome de hemoglobina S.

SAIBA MAIS Doença relacionada à falta de ingestão de proteínas: Kwashiokor Kwashiokor é uma palavra africana, cujo significado é: “Doença que afeta uma criança quando a outra nasce”. Essa patologia, também conhecida como “doença do desmame” ou “doença do filho mais velho”, é resultado da insuficiência proteica na dieta alimentar. Em locais onde a miséria e falta de alimentos atingem uma grande parcela da população, quando nasce um segundo filho, a mãe começa a amamentá-lo e a criança que nasceu anteriormente passa a ter uma alimentação de baixa qualidade nutricional, pobre em proteínas. Dessa maneira, a criança não tem acesso aos aminoácidos essenciais, comprometendo a produção de proteínas cruciais para o desenvolvimento e crescimento.

Estrutura secundária A estrutura primária é quem irá determinar os tipos de dobramentos que irão ocorrer nas estruturas secundárias e terciárias. Isso ocorre devido a interações entre os aminoácidos vizinhos. Essas interações provocam um enrolamento helicoidal na molécula proteica. Portanto, a estrutura secundária de uma proteína é gerada pela maneira com que os aminoácidos interagem, formando ligações intermoleculares.

Figura 08 - Criança com sintomas de Kwashiokor, evidenciando o inchaço abdominal que é característico dos pacientes.

A04  Aminoácidos e proteínas

Figura 07 - Na foto, a imagem de uma hemácia falcêmica no meio de hemácias normais. A hemácia falcêmica não é tão eficiente para transportar o oxigênio como as normais. Por isso, pacientes com anemia falciforme, frequentemente, apresentam quadros de dificuldade respiratória.

Fonte: wikimedia commons / Dr. Lyle Conrad

Fonte: shutterstock / Kateryna Kon

Os sintomas clássicos dessa enfermidade são: fraqueza, atraso no desenvolvimentro físico e mental, edemas e baixa defesa imunológica.

Opirus/Arte

Biologia

Figura 09 - Representação esquemática dos quatro níveis de organização de uma proteína, usando a hemoglobina como exemplo. Vemos a sequência de aminoácidos da molécula na estrutura primária. Em seguida, na estrutura secundária, o filamento proteico enrolado em forma de hélice e na estrutura terciária o resultado do dobramento tridimensional da molécula sobre si mesma. A hemoglobina, por ser formada por quatro cadeias polipeptídicas, apresenta ainda a conformação quaternária que é resultado da associação entre as cadeias.

Estrutura terciária

A estabilização é atribuída a ligações covalentes estabelecidas entre os aminoácidos. Assim, se um aminoácido com carga negativa for substituído por um com carga positiva, a proteína pode assumir outro padrão de dobramento e perder sua função ou ter função reduzida. A forma tridimensional correta de uma proteína é o que permite a ela realizar atividades na célula. É importante ressaltar que a estrutura terciária é resultado da estrutura primária; por isso, proteínas com aminoácidos iguais, mas dispostos em sequências diferentes (estrutura primária diferente) assumem estruturas terciárias diferentes.

A04  Aminoácidos e proteínas

Estrutura quaternária A associação espacial de várias cadeias de polipeptídeos, já em estrutura terciária, é chamada de estrutura quaternária. A conformação tridimensional das proteínas não é alterada em meio aquoso, propriedade essa muito importante, uma vez que as reações biológicas das proteínas se dão nesses meios. A hemoglobina, por exemplo, é uma proteína formada pela união de quatro cadeias polipeptídicas, como ilustra a figura a seguir. 32

Opirus/Arte

Trata-se da estrutura tridimensional da proteína, e se refere a posteriores dobras e enrolamentos que as estruturas secundárias sofrem, diante de interações químicas entre aminoácidos, formando estruturas globosas ou alongadas.

Figura 10 - Molécula de hemoglobina formada por quatro subunidades (verde, azul, rosa e salmão) e cada uma tem um grupamento heme (um átomo de ferro, em vermelho) no qual se liga uma molécula de oxigênio. (Representação em cores fantasia).

Desnaturação das proteínas Até agora, vimos que a forma das proteínas é de suma importância para que ela exerca sua função na célula. Entretanto, alguns fatores são capazes de romper as ligações químicas que mantêm a forma tridimensional e, assim, afetar a configuração dessas moléculas (forma nativa). Quando isso ocorre, dizemos que a proteína sofreu desnaturação, e esse processo leva a perda de suas propriedades biológicas. Temperatura, grau de acidez ou alcalinidade, choques mecânicos e polaridade do meio são fatores capazes de promover a alteração espacial das proteínas, levando à desnaturação. Em alguns casos, se a desnaturação for branda, ela é reversível, basta ajustar o pH ou a temperatura. Mas, em ou-

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

tros casos, a desnaturação é irreversível, como, por exemplo, quando cozinhamos um ovo e vemos nitidamente a clara incolor, que é constiuída pela proteína albumina, saindo de uma consistência viscosa e formando uma massa sólida e branca.

Os grupos prostéticos inorgânicos são normalmente (mas não exclusivamente) íons de metais de transição; alguns exemplos incluem o ferro, o zinco, o magnésio e o molibdênio. As proteínas conjugadas são classificadas de acordo com a natureza do grupo prostético e os principais grupos são: nn Cromoproteínas:

Opirus/Arte

o grupo prostético confere cor à proteína (ex.: hemoglobina). nn Lipoproteínas: o grupo prostético é um lipídeo (ex.: LDL). nn Glicoproteínas: o grupo prostético é um glicídeo (ex.: glicoproteínas da membrana plasmática). nn Fosfoproteínas: o grupo prostético é um fosfato (ex.: caseína).

Figura 11 - Esquema de desnaturação e renaturação de uma proteína. (Representação em cores fantasia). Fonte: Autoral.

Classificação das proteínas Proteínas simples e conjugadas As proteínas são classificadas em dois grupos: proteínas simples e conjugadas. As proteínas simples (ou homoproteínas) são constituídas, exclusivamente, por aminoácidos. As proteínas conjugadas são aquelas que, por hidrólise, liberam aminoácidos e um radical não peptídico, denominado grupo prostético. Os grupos prostéticos podem ser orgânicos (como, por exemplo, uma vitamina ou um açúcar) ou inorgânicos, (por exemplo, um íon metálico) e encontram-se ligados à cadeia polipeptídica.

Proteínas globulares e fibrosas As proteínas são classificadas também de acordo com a sua configuração espacial, e, por esse aspecto as proteínas podem ser fibrosas ou globulares. As globulares possuem uma relação comprimento-largura menor que 10:1 e apresentam cadeia enoveladas, em forma de glóbulos arredondados ou elípticos. A maioria das proteínas das células é globular, como a albumina, hemoglobina, a mioglobina, as enzimas e as proteínas das membranas celulares. Quando a relação comprimento-largura é maior que 10:1, a proteína é dita fibrosa, como, por exemplo, a queratina e o colágeno. As fibrosas são formadas por cadeias de aminoácidos colocadas paralelamente umas às outras e mantidas unidas por ligações de hidrogênio e ligações covalentes. São as proteínas mais insolúveis em água e estão em menor quantidade nas células em relação às globulares.

Exercícios de Fixação

02. (Puc MG) Considere as seguintes afirmativas: I.

II. III.

As proteínas são substâncias de grande importância para os seres vivos: muitas participam da construção da matéria viva. As proteínas chamadas enzimas facilitam reações químicas celulares. Os anticorpos, que também são proteínas, funcionam como substâncias de defesa.

Assinale: a) se somente I estiver correta. b) se somente II estiver correta. c) se somente III estiver correta. d) se I e II estiverem corretas. e) se todas estiverem corretas. 03. (IF CE) Sobre as proteínas e sua formação, é correto afirmar que: a) Leite, ovos e pão são reconhecidos como alimentos ricos em proteínas. b) As ligações peptídicas, que formam as proteínas, ocorrem entre os grupos carboxila de aminoácidos diferentes. c) São formadas pela união de vários aminoácidos por meio de ligações glicosídicas. d) Não apresentam função energética. e) Apresentam função plástica, também conhecida como função construtora.

A04  Aminoácidos e proteínas

01. (Uem PR) A ligação peptídica resulta da união entre o grupo: a) carboxila de um aminoácido e o grupo carboxila do outro. b) carboxila de um aminoácido e o grupo amina do outro. c) amina de um aminoácido e amina do outro. d) amina de um aminoácido e radical R do outro. e) carboxila de um aminoácido e radical R do outro.

Biologia

05. (OBB) A desnaturação proteica é uma modificação na estrutura nativa da molécula, com consequente perda de função, e pode ser desencadeada por diversos fatores, físicos e químicos. Os detergentes, por exemplo, são considerados agentes desnaturantes, pois provocam o rompimento de ligações estabilizadoras das proteínas denominadas a) ligações covalentes. b) pontes dissulfeto. c) interações hidrofóbicas. d) força de Van der Walls. e) pontes de hidrogênio.

A04  Aminoácidos e proteínas

06. (UECE) Os aminoácidos denominados essenciais são aqueles necessários para a síntese de proteínas; por não serem produzidos pelos animais, estão disponíveis apenas em alguns alimentos. Assinale a opção que contém somente aminoácidos essenciais. a) glicina, alanina, triptofano, fenilalanina. b) metionina, tirosina, lisina, serina. c) arginina, histidina, glutamina, prolina. d) isoleucina, valina, leucina, treonina. 07. (Puc Campinas SP) As proteínas são compostos: a) formados por carboidratos e lipídios unidos por pontes de hidrogênio. b) formados por aminoácidos unidos por ligações peptídicas. c) de tamanho muito pequeno (micromoléculas) e que ocorrem em baixa concentração dentro da célula. d) que não fazem parte da constituição química dos cromossomos. e) responsáveis diretamente pela transmissão da informação genética. 08. (UERN) “Kwashiorkor, uma palavra africana que significa ‘primeira criança segunda criança’, vem da observação de que a primeira desenvolve kwashiorkor quando a segunda criança nasce e substitui a primeira no peito da mãe. A primeira criança, desmamada, passa a ser alimentada com uma dieta exclusiva de carboidratos, que tem baixa qualidade nutricional com34

parada com o leite materno, assim a criança não se desenvolve. A deficiência acaba resultando em retenção fluida (edema), pois o sangue fica menos concentrado em relação aos tecidos e aparecem outros sintomas como: doença de pele, descoloração do cabelo e unhas enfraquecidas.” O kwashiorkor, também chamado de desnutrição úmida, está relacionado à falta de

Fonte: flickr / TKnoxB

04. (Mackenzie SP) A anemia falciforme é uma condição genética na qual há a substituição de um aminoácido na cadeia que compõe a hemoglobina. A esse respeito, considere as seguintes afirmativas: I. Nessa condição, as hemácias se apresentam deformadas. II. A substituição do aminoácido altera apenas a estrutura quaternária da molécula. III. A substituição de um único nucleotídeo na cadeia de DNA pode resultar em condições como essa. Assinale a alternativa correta. a) Apenas a afirmativa I está correta. b) Apenas as afirmativas I e III estão corretas. c) Apenas a afirmativa III está correta. d) Apenas as afirmativas II e III estão corretas. e) Todas as afirmativas estão corretas.

a) condições sanitárias, propiciando o aparecimento de verminoses que debilita o organismo. b) aminoácidos naturais ausentes na dieta rica em carboidratos. c) controle de natalidade e planejamento familiar, levando famílias a ter uma dieta pobre em calorias. d) aminoácidos essenciais necessários à síntese de proteínas. 09. (FCM PB) Os organismos conseguem sintetizar normalmente vinte aminoácidos. Os mesmos aminoácidos ocorrem em todas as proteínas, quer sejam bactérias, plantas ou animais. A maneira com que este conjunto específico de aminoácidos foi escolhido é um dos mistérios da evolução da vida. Aparentemente, não existe nenhuma razão química que explique por que outros aminoácidos não possam servir tão bem quanto esses vinte aminoácidos. Entretanto, uma vez que a escolha foi feita, ela não pode ser alterada. Em relação a essas moléculas, analise as proposições abaixo e assinale a alternativa CORRETA. I. Os aminoácidos naturais são aqueles produzidos no organismo. II. Os aminoácidos essenciais são aqueles que devem ser obtidos através da alimentação. III. Nas proteínas presentes na carne, nos ovos e no leite, encontram-se todos os aminoácidos essenciais, sendo esses alimentos considerados completos. IV. Os aminoácidos são considerados como unidades dos ácidos nucleicos. V. As proteínas são componentes estruturais importantes nos seres vivos. Elas são formadas pela união de aminoácidos por meio dos grupamentos amina (-NH2) e hidroxila (-OH). a) I, II, III, IV e V b) II, e IV c) III, IV e V d) I, II, III e V e) I, III, e V

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. Não é função básica das proteínas: a) atuar no sistema imunológico b) participar da coagulação sanguínea c) catalisar reações metabólicas d) transportar energia através da célula e) transportar O2 pelo organismo 02. (Unesp SP) Nas células ocorrem reações químicas para a síntese de moléculas orgânicas necessárias à própria célula e ao organismo. A figura mostra a reação química de formação de uma estrutura molecular maior a partir da união de três outras moléculas menores.

precisam comer carne. Se um dono de animal de estimação resolver que seu cão ou gato passará a ter uma dieta vegetariana, privará o animal de componentes orgânicos importantes, que são a) as proteínas, essenciais para a construção das células e tecidos. b) os carboidratos, fontes de energia. c) os lipídeos, reserva de energia e isolamento térmico. d) vitaminas, importantes para o metabolismo energético. e) ácidos nucleicos, para a renovação celular. 04. (UECE) Atente à seguinte representação química-estrutural de um aminoácido.

Considerando a figura acima, assinale a afirmação verdadeira. a) Observa-se a presença de um carbono central a(alfa) responsável pela diferenciação entre os vinte aminoácidos. b) O quarto ligante é um radical chamado genericamente de R ou cadeia lateral R, de forma constante ou inalterada nos vinte aminoácidos. c) Um grupamento carboxila, um grupamento amina, um grupo R e um átomo de hidrogênio estão ligados ao carbono central. d) Além desses vinte tipos de aminoácidos principais, há alguns aminoácidos especiais que só aparecem em alguns tipos de proteínas e não possuem o grupo amina.

Essa reação química ocorre no interior da célula durante a a) formação dos nucleotídeos. b) tradução do RNA mensageiro. c) formação dos triglicerídeos. d) transcrição do DNA. e) síntese dos polissacarídeos. 03. (IF SP) Os animais de estimação mais comuns são os gatos e os cães, que são carnívoros. Como o próprio nome já diz, animais de estimação são os bichos que foram antropomorfizados, recebendo nomes, roupas, brinquedos etc. Apesar de “domesticados”, as necessidades nutricionais são as mesmas de um animal carnívoro selvagem, isto é,

05. (UECE) As proteínas observadas na natureza evoluíram pela pressão seletiva para efetuar funções específicas, e suas propriedades funcionais dependem da sua estrutura tridimensional. Sobre essas biomoléculas, é correto afirmar que: a) A estrutura tridimensional das proteínas surge porque sequências de aminoácidos em cadeias polipeptídicas se enovelam a partir de uma cadeia enovelada em domínios compactos com estruturas tridimensionais específicas. b) As cadeias polipeptídicas das proteínas são normalmente compostas por vinte aminoácidos diferentes que são ligados não covalentemente durante o processo de síntese pela formação de uma ligação peptídica.

A04  Aminoácidos e proteínas

Jane B. Reece et al. Campbell biology, 2011. Adaptado.

Biologia

c) As interações que governam o enovelamento e a estabilidade das proteínas são: interações não covalentes, forças eletrostáticas, interações de Van de Waals, pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas. d) Os vinte aminoácidos que compõem proteínas possuem em comum somente o carbono alfa e o grupamento amino (NH2). 06. (UECE) A Astrobiologia, uma ciência moderna que trata de investigar a existência de moléculas orgânicas em outros planetas, asteroides e meteoros, aponta em pesquisas recentes a “importação” de aminoácidos por meteoritos que caíram na Terra. Tais moléculas são de grande relevância para o estudo da vida, pois são a) os monômeros dos ácidos nucleicos. b) os monômeros construtores de proteínas. c) moléculas básicas para a atividade da maioria das enzimas. d) coenzimas de importante relevância no processo de síntese proteica.

A04  Aminoácidos e proteínas

07. (OBB) Observe a imagem abaixo que mostra a importância das proteínas para nosso organismo:

Marque a alternativa correta com base nas informações presentes na figura e em seus conhecimentos prévios: a) proteínas não possuem papel plástico no organismo humano. b) algumas proteínas desempenham papel de proteção e impermeabilização. c) proteínas dos tendões têm o papel de facilitar sua contração. d) o hormônio insulina é produzido quando necessitamos de mais glicose circulante no sangue. e) a enzima amilase atua digerindo alimentos de origem animal em nossa saliva. 08. (Uneb BA) Sem cozinhar os alimentos, passaríamos metade do tempo mascando comida crua, como os chimpanzés. Cozinhar não apenas torna os alimentos mais apetitosos, mas também os amolece e quebra moléculas de amido e de proteínas em moléculas menores, mais digeríveis, permitin-

do aproveitar mais rapidamente as refeições e extrair delas mais nutrientes. Não há evidências arqueológicas claras sobre quando nossos ancestrais começaram a controlar o fogo, um pré-requisito para o cozimento, mas a evidência biológica é indiscutível: a primeira vez que sentimos o cheiro de um bom assado foi há 1,9 milhão de anos. Isso aconteceu com o surgimento de uma espécie primitiva de humanos, Homo erectus, e esses hominídeos, se comparados com seus ancestrais, tinham crânios 50% maiores, o que sugere cérebros maiores e abdomens menores. (WENNER, 2011, p.65). WENNER, Melinda. O cozimento. Scientific American Brasil. ano 8, n.89, out. 2009.

A respeito das informações contidas no texto sobre a importância do cozimento dos alimentos ao longo da evolução humana, é correto afirmar que: 01. O cozimento apresenta como desvantagem principal a tendência ao endurecimento do alimento, à medida que é aquecido ao fogo. 02. O cozimento das carnes favorece a desnaturação das proteínas e, consequentemente, facilita a sua digestão e a absorção por parte dos organismos que as ingerem. 03. Os alimentos cozidos são enriquecidos de nutrientes a partir da conversão de componentes inorgânicos em componentes orgânicos pela ação exergônica do aquecimento. 04. O amido presente nos alimentos é convertido em proteínas durante o processo de cozimento para que possa ser completamente digerido e absorvido pelos organismos. 05. O amido não pode ser digerido ao longo do trato digestivo dos animais devido à destruição, pelo cozimento, das enzi02 mas amilases responsáveis pela sua quebra. 09. (Fac. Santa Marcelina SP) Em Londres, foi degustado por críticos de gastronomia o primeiro hambúrguer com carne fabricada em laboratório, a partir de células-tronco bovinas. O frankenburger– referência ao monstro Frankenstein – foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Maastricht, Holanda, com milhares de tiras finas produzidas após a cultura de tecido muscular. O frankenburger apresentou características semelhantes às do hambúrguer bovino tradicional, mas os degustadores afirmam que o sabor ainda deixa a desejar, já que o hambúrguer de laboratório não apresenta gordura. (g1.globo.com. Adaptado.)

Considerando a ausência de gordura no frankenburger, é correto afirmar que o alimento apresenta, em sua composição química, principalmente, a) proteínas. b) ácidos graxos. c) glicogênio. d) carboidratos. e) glicerol.

FRENTE

BIOLOGIA

Exercícios de Aprofundamento 01. A água pode se apresentar no estado líquido, sólido e gasoso. Descreva como as moléculas de água se comportam em cada estado e cite as principais diferenças. Gabarito no final da página 02. A água é peça chave em reações do organismo. Quais são os exemplos de reação em que a água é incorporada ou liberada, respectivamente, durante o metabolismo dos organismos? Gabarito no final da página

03. O citoplasma celular é composto por organelas dispersas numa solução aquosa denominada citosol. A água, portanto, tem um papel fundamental na célula. Das funções que a água desempenha no citosol, qual NÃO está correta?

Analisando o gráfico e a tabela, pode-se afirmar que os íons representados por I, II e III são respectivamente: a) Ca+2, Na+ e K+ b) Na+, K+ e Ca+2 c) K+, Ca+2 e Na+ d) K+, Na+ e Ca+2 e) Na+, Ca+2 e K+ 05. (IF SP) A figura abaixo representa a pirâmide de alimento.

a) Participa no equilíbrio osmótico b) Catalisa reações químicas c) Atua como solvente universal d) Participa de reações de hidrólise e) Participa no transporte de moléculas 04. (UFF RJ) Os sais minerais são de importância vital para o bom funcionamento de diversos processos fisiológicos, sendo necessária a reposição da concentração de cada íon para que seja mantida a homeostasia do organismo. O gráfico e a tabela abaixo mostram a concentração e algumas atividades biológicas de três íons em seres humanos. 150

120

30 20 10 0 I

II Ions

III

Citossol Extracelular

Atividade Biológica

Íon envolvido

Condução nervosa

I, II

Construção muscular

III

Coagulação

III

Questão 01 No estado sólido, as moléculas estão superunidas porque a força de atração é maior que a força de repulsão. No estado líquido, as moléculas estão mais espalhadas porque a força de atração é equilibrada com a força de repulsão. No estado gasoso, as moléculas estão bem espalhadas porque a força de atração é menor que a força de repulsão.

A base da pirâmide é representada pelos alimentos energéticos, seguida pelos alimentos ricos em fibras, pelos ricos em proteínas e, no topo da pirâmide, estão os ricos em óleos. Os alimentos energéticos que estão na base são ricos em a) carboidratos, alimentos ricos em amido. b) lipídeos, como a celulose. c) carboidratos, ricos em aminoácidos. d) proteínas, como o amido. e) fibras, fonte de vitaminas. 06. (Fatec SP) Durante a realização de exercícios físicos intensos de média duração, como uma corrida de 400 metros, a principal fonte energética utilizada para a contração dos músculos de um atleta é a reserva de carboidratos que se encontra no interior de suas células musculares. Essa reserva de carboidratos, no interior das células mencionadas, corresponde a moléculas de a) amido, o qual é sintetizado a partir da ligação de aminoácidos. b) amido, o qual é sintetizado a partir da ligação de moléculas de glicose. c) ácidos graxos, os quais são sintetizados a partir da ligação de aminoácidos. d) glicogênio, o qual é sintetizado a partir da ligação de moléculas de glicose. e) glicogênio, o qual é sintetizado a partir da ligação de aminoácidos.

Questão 02 A fotossíntese é um processo bioquímico em que a água é incorporada em moléculas orgânicas. Na reação, átomos de hidrogênio da água produziram a glicose e os átomos de hidrogênio dessa água serão liberados como oxigênio molecular: dióxido de carbono (CO2) + água (H2O) + luz solar = glicose (C6H12O6) + oxigênio molecular (O2). A respiração aeróbica é um exemplo de reação bioquímica em que a água é um produto: glicose (C6H12O6) + oxigênio molecular (O2) = dióxido de carbono (CO2) + água (H2O).

Biologia

07. (UFRN) A perda excessiva de água pelo organismo pode levar à morte. Isto já foi observado tanto em pessoas com uma disenteria grave quanto em outras que estavam correndo numa maratona. Para se controlar o risco de morte nessas situações, é recomendável beber uma solução que, além de água, contenha cloreto de sódio e glicose ou sacarose. Uma solução desse tipo é o soro caseiro que pode ser preparado com uma colher de sopa de açúcar e uma colher de café de sal de cozinha, em um litro de água filtrada ou fervida. a) Quais as funções da água e do sal contidos no soro caseiro? b) Por que a quantidade de açúcar presente no soro caseiro é bem maior do que a do sal? Gabarito no final da página

FRENTE A  Exercícios de Aprofundamento

08. (Puc MG) Há hoje no mundo grande demanda para obtenção de produtos para adoçar alimentos no lugar do açúcar. Há uma tendência de consumir alimentos e bebidas com baixas calorias. Um desses produtos foi obtido em Londres, modificando-se a molécula de sacarose, obtendo-se a molécula de sucralose. É correto afirmar sobre sacarose e sucralose, EXCETO: a) As duas se ligam a certas proteínas nas papilas gustativas da língua, resultando no sabor doce conferido aos alimentos. b) As duas se ligam a moléculas digestivas para obtenção de energia, mas a sucralose é degradada mais rapidamente que a sacarose. c) As duas são carboidratos, um dos quatro principais tipos de moléculas orgânicas que caracterizam os sistemas vivos. d) Possuem em suas moléculas átomos de carbono, hidrogênio e o oxigênio unidos por ligações covalentes. 09. (Uem PR) A celulose é fonte de energia para vários animais, embora nem sempre esses sejam capazes de hidrolizá-la e de utilizar a glicose como fonte de energia. Assinale o que for correto sobre esse assunto. 01. Cupins que se alimentam de madeira são incapazes de digerir a celulose que ingerem, o que é feito pelo protozoário flagelado em uma relação de mutualismo. 02. Parte dos glicídeos produzidos na fotossíntese é transformada em celulose e em amido. 04. A celulose é um heterosídeo composto por moléculas de β-glicose e sacarose unidas por uma ligação glicosídica. 08. Nos ruminantes e nos humanos, bactérias presentes no intestino transformam a celulose em glicose. 16. A celulose é um carboidrato que apresenta as funções ál19 cool e éter. 10. (Unifor CE) Uma membrana constituída somente de fosfolipídeos experimenta uma transição nítida da forma cristalina para forma fluida quando é aquecida. Contudo, uma membrana contendo 80% de fosfolipídeos e 20% de colesterol experimenta uma mudança mais gradual da forma cristalina para forma fluida, quando aquecida pela mesma faixa de temperatura. Fonte: PRATT, C.W. & CORNELY, K.Bioquímica Essencial. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006

Isso ocorre porque a) os fosfolipídeos são todos formados por ácidos graxos de cadeias saturadas. b) o colesterol aumenta a flexibilidade da membrana tornando-a mais fluida. c) o colesterol estabiliza a membrana em função de seu sistema plano de anéis. d) o colesterol favorece a compactação íntima das cadeias acilas. e) os fosfolipídeos insaturados favorecem a aproximação das cadeias acilas. 11. (Enem MEC) Meios de cultura são utilizados como fontes de nutrientes para o crescimento de microrganismos em laboratórios. Pesquisadores brasileiros avaliaram a viabilidade da produção de ácido lático pela bactéria Leuconostoc mesenteroides B512F, utilizando na composição do meio de cultura um substrato à base de material obtido do aproveitamento de excedentes da agroindústria tropical local de caju. Os resultados obtidos mostraram que o meio de cultura enriquecido com xarope de caju propiciou um crescimento adequado desta bactéria. GUILHERME. A.A.; PINTO, G.A.S.; RODRIGUES, S. Avaliação da produção de ácido lático por Leuconostoc mesenteroides B512F em xarope de caju. Ciência Tecnologia de Alimentos, 29(4), 2009 (adaptado).

O carboidrato presente no xarope de caju que auxiliou no crescimento desta bactéria foi a a) celulose. b) glicose. c) maltose. d) lactose. e) ribose. 12. (Uneb BA) O ovo, por décadas, permaneceu à margem daquilo que é considerado um cardápio saudável. A má reputação parecia ter motivo. Afinal, o ovo era encarado como um poço de colesterol. A absolvição veio quando cientistas descobriram um composto especial entre os seus constituintes: a lecitina. Trata-se de um emulsificante natural de gordura, que inibe a absorção do colesterol no intestino. Como a gema é rica em colesterol, recomenda-se não exagerar todo dia, especialmente se a dieta já for constituída de carne, leite e queijos gordurosos. Os benefícios vão desde a presença de colina, de lecitina e de carotenoides, como a luteína e a zeaxantina, que são antioxidantes. (BIERNATH, 2012, p. 37). FONTE: BIERNATH, André. 12 guinadas médicas que podem mudar sua vida. Saúde é Vital, São Paulo: Abril, n. 350, maio 2012.

Considerando-se as implicações decorrentes de uma dieta alimentar rica em colesterol e as consequências em relação ao bom funcionamento das funções orgânicas, é correto afirmar que: 01. O colesterol é insolúvel em água e, consequentemente, insolúvel no sangue, sendo transportado através da corrente sanguínea, sob a forma de diversos tipos de lipoproteínas, como o LDL e o HDL.

Questão 07 a) A água tem a função de repor o líquido perdido, reidratando o organismo. O sal repõe os sais minerais, importantes para a manutenção do equilíbrio eletrolítico, permitindo a absorção de água por meio de osmose. Além disso, o sódio participa do processo de co-transporte da glicose e da transmissão dos impulsos nervosos. b) Porque a energia que o organismo precisa para realizar suas funções vitais nessas condições é obtida a partir do metabolismo do açúcar.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

13. (Unifor CE) Muitos componentes da alimentação dos brasileiros são associados ao desenvolvimento de doenças, como o câncer, problemas cardíacos, obesidade e outras enfermidades crônicas, como o diabetes. Por isso, alimentos ricos em gorduras, como carnes vermelhas, frituras, molhos com maionese, leite integral e derivados, bacon, presuntos, salsichas, linguiças, mortadelas, entre outros, devem ser ingeridos com moderação. A adoção de uma alimentação saudável previne o surgimento de doenças crônicas e melhora a qualidade de vida. Frutas, verduras, legumes e cereais integrais contêm vitaminas, fibras e outros compostos, que auxiliam as defesas naturais do corpo e devem ser ingeridos com frequência. Fonte: http://www.brasil.gov.br/sobre/saude/cuidados-eprevencao. Acesso em 19 maio. 2013. (com adaptações)

Sobre a situação apresentada, analise as sentenças: I. Os alimentos ricos em gorduras liberam o dobro de energia comparado aos carboidratos, por isso são a primeira fonte de energia para o organismo. II. Uma alimentação com dieta hiperproteica tem como consequência metabólica uma desaminação elevada. III. As fibras, apesar de não serem digeridas pelo organismo, ajudam a regularizar o funcionamento do intestino, aumentando o trânsito intestinal. IV. O bacon é uma gordura de origem animal, fonte de colesterol cuja função principal é a produção de sais biliares para emulsificar triglicerídeos no intestino. Estão corretas apenas as afirmações: a) I e IV. b) III e IV. c) II e III. d) II, III e IV. e) I e II. 14. (IF GO) Os lipídeos mais comuns nas células são os triglicerídeos (triacilgliceróis), fosfolipídeos, glicolipídeos e esteroides. Em relação aos lipídeos, analise as seguintes afirmações: I. Trata-se de um grupo de moléculas caracterizadas por sua insolubilidade em água e solubilidade em solventes orgânicos;

II.

Os triacilgliceróis servem como reserva energética para o organismo, e seus ácidos graxos, quando oxidados, liberam pequena quantidade de energia em comparação aos carboidratos; III. Um dos esteroides mais importantes é o colesterol, presente nas membranas de células animais. Está(ão) correta(s): a) Somente a afirmação I. b) Somente a afirmação II. c) Somente as afirmações I e II. d) Somente as afirmações I e III. e) Somente as afirmações II e III. 15. (Unifor CE) Os ácidos graxos podem ser usados para a produção de sabão por meio de uma reação conhecida como saponificação. Considerando a estrutura química de um ácido graxo, pode-se afirmar, EXCETO que

a) a reação com a base hidróxido de sódio forma um sal. b) a cadeia saturada não apresenta dupla ligação. c) apresenta cadeia polar e grupo carboxila apolar. d) a ocorrência de dupla ligação gera isômeros geométricos . e) apresenta grupos hidrofóbico e hidrofílico. 16. (UFF RJ) A transformação do leite em coalhada se deve: a) à desnaturação espontânea das proteínas do leite. b) à acidificação progressiva pelo envelhecimento da lactose. c) ao desdobramento das proteínas pela ação de micro-organismos. d) à coagulação enzimática da lactose e das proteínas. e) à coagulação das proteínas (desnaturação) pelo ácido produzido na fermentação da lactose. 17. Constituem exemplos de proteína globular e de proteína fibrosa respectivamente: a) celulose e fibrina b) hemoglobina e clorofila c) colágeno e fibrina d) fibrina e clorofila e) hemoglobina e colágeno 18. (Cescem SP) Na coagulação do sangue, a protrombina do plasma transforma-se em trombina em presença de íons cálcio e de tromboplastina. A trombina age sobre o fibrinogênio, que se transforma em fibrina. Portanto, na coagulação do sangue, agem como enzimas: a) a tromboplastina e o fibrinogênio. b) a tromboplastina e a trombina c) a trombina e a fibrina d) o fibrinogênio e a trombina e) a protrombina e a tromboplastina 39

FRENTE A  Exercícios de Aprofundamento

02. O colesterol presente na clara do ovo, ao ser absorvido pelo trato digestivo, pode se combinar com determinados carboidratos, favorecendo o seu deslocamento através do sangue pelas diversas partes do corpo. 03. Alimentos, como carne, leite e queijos gordurosos, fornecem todos os nutrientes necessários a uma boa nutrição, eliminando a necessidade de ingestão de ovos ou de qualquer outro alimento de origem animal. 04. O colesterol é uma substância considerada nociva ao organismo, não devendo estar presente, mesmo em pequenas quantidades, devido às complicações vasculares geradas pelo seu acúmulo nas células do coração. 05. A lecitina presente no ovo age como um emulsificante natural de gordura ao diminuir a quantidade de albumina efe01 tivamente absorvida pelo intestino.

FRENTE

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BIOLOGIA Por falar nisso O corpo humano é composto por trilhões de células vivas. Essas células crescem, dividem-se e morrem de forma ordenada. Durante os primeiros anos de vida de uma pessoa, as células se dividem mais rapidamente para permitir o desenvolvimento do indivíduo. Quando uma mutação no DNA leva as células de algum órgão ou tecido a se dividirem diferentemente do crescimento celular normal, isso pode dar início a um processo de malignização dessa célula, favorecendo o processo de carcinogênese, o que pode levar a formação do câncer. O estudo, que foi divulgado na revista Nature, afirma que essas mutações nos genes são responsáveis por 97% dos 30 tipos mais comuns de câncer. Entretanto, o resultado de mutações não se restringe a neoplasias. Outras patologias estão associadas a mudanças pontuais no DNA, como Alzheimer e até índices elevados de colesterol. A imagem de abertura, nessa página, ilustra uma molécula de DNA. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

B01 B02 B03 B04

Diferenças entre célula procariótica e eucariótica........................42 Composição e estrutura dos cromossomos................................47 Replicação do DNA.........................................................................54 Material genético celular e suas mutações genéticas..................60

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B01

DIFERENÇAS ENTRE CÉLULA PROCARIÓTICA E EUCARIÓTICA

ASSUNTOS ABORDADOS nn Diferenças entre célula procari-

ótica e eucariótica

A célula é a menor unidade estrutural e funcional de um ser vivo e, de acordo com sua organização estrutural, é dividida em: Procariótica e Eucariótica. A principal característica que permite a separação das células nesses dois grupos é a presença ou não de um envoltório membranoso, protegendo o material genético (DNA) da célula: células procarióticas (proto = primitivo; cario = núcleo) não possuem esse envoltório, em comparação com as células eucarióticas que o possuem (eu = verdadeiro; cario = núcleo; ontos = ser).

nn A célula procariótica nn A célula eucariótica nn Evolução das células

A célula procariótica

Opirus/Arte

Além da ausência de núcleo individualizado, as células procariotas não possuem sistema membranoso formador de organelas, como retículo endoplasmático, complexo golgiense, vacúolos, mitocôndrias e plastídeos, nem qualquer componente do citoesqueleto.

Figura 01 - Representação esquemática de uma célula procariótica evidenciando seus principais componentes.

As células procarióticas possuem uma única molécula de DNA, na forma de um anel, não associado a proteínas (denominado nucleoide). Esse material genético encontra-se disperso no citoplasma, no qual também estão os ribossomos. Esses últimos têm menores dimensões do que os ribossomos da célula eucariótica, mas desempenham o mesmo papel no processo de síntese de proteínas. As células procarióticas possuem uma membrana plasmática de constituição lipoproteica seletiva e protetora, semelhante à membrana das células eucarióticas. Envolvendo a membrana, há uma parede celular, composta por uma combinação de polissacarídeos e aminoácidos denominada peptidioglicano, que confere maior proteção mecânica à célula. Os organismos procariontes são todos unicelulares e pertencem ao Reino Monera, representado pelas bactérias, cianobactérias e arqueobactérias.

A célula eucariótica As células eucarióticas são mais complexas que as procarióticas. Os protozoários, algas, fungos, animais e plantas são dotados desse tipo de célula. As células de organismos eucariontes possuem membrana nuclear, individualizando o núcleo. Dois compartimentos ficam bem delimitados, núcleo e citoplasma. No citoplasma, um sistema de membranas organiza diversas organelas. Em geral, mitocôndrias ocorrem em células eucarióticas heterotróficas e autotróficas. Os cloroplastos (plastídeos) são comuns nos eucariontes fotossintetizantes. A célula eucariótica (que mede, normalmente, de 10 µm a 100 µm) é maior do que a célula procariótica (1 µm a 10 µm). Outra diferença importante relacionada aos ribossomos é que nas células procarióticas eles estão dispersos no citoplasma, enquanto que, nas eucarióticas, parte dos ribossomos estão associados a uma organela chamada retículo endoplasmático e outra parte está livre no citoplasma. O DNA nuclear dos eucariotos, durante os processos de divisão celular, sofre condensação por meio de associações com proteínas, formando os cromossomos. Nesse período a membrana nuclear também se desintegra. Quando a célula eucariótica não está se dividindo, o material genético apresenta-se em menor grau de condensação, em um estado denominado cromatina. Toda célula eucariótica possui genoma e massa de DNA maiores do que as células procarióticas. 42

Opirus/Arte

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Figura 02 - Representação esquemática de uma célula eucariótica com os seus principais componentes celulares.

Algumas células eucarióticas podem apresentar parede celular, como é o caso da célula vegetal. Entretanto, a constituição da parede celular das células vegetais é diferente das células procarióticas. Organela/estrutura

Célula Procariótica

Célula Eucariótica

DNA

Circular

Cromossomos

Complexo golgiense

Ausente

Lisossomos

Ausente

Membrana plasmática

Mitocôndria

Ausente

Parede celular

Proteínas associadas ao DNA

Ausente

Plastos

Ausente

Retículo endoplasmático

Ausente

Ribossomos

Citoesqueleto

Ausente

+ B01  Diferença entre célula procariótica e eucariótica

Tabela 01 - Comparação dos principais componentes celulares encontrados nas células eucarióticas e procarióticas. O símbolo (+) significa presença.

Evolução das células É altamente provável que as células eucarióticas tenham surgido por um processo de aperfeiçoamento contínuo das células procariontes, há 2,1 bilhões de anos atrás. Não é possível avaliar com precisão quanto tempo a célula “primitiva” levou para sofrer aperfeiçoamentos na sua estrutura até originar o modelo que hoje se repete na imensa maioria das células, mas é provável que tenha demorado milhões de anos. Cientistas acreditam que a célula eucariótica surgiu da procariótica por meio de invaginações de membrana e de invasões de bactérias nas células eucarióticas primitivas (formando algumas organelas, que estudaremos mais adiante). Esses processos levaram ao surgimento de uma célula compartimentalizada, em que cada segmento exerce uma função específica. Essa divisão das funções possibilita à célula eucariótica maior eficiência em seus processos metabólicos, o que propiciou a trajetória evolutiva em direção a multicelularidade.

SAIBA MAIS Os vírus não podem ser classificados como seres eucariontes ou procariontes, pois não têm estrutura celular. É possível que os vírus tenham sido originados a partir da fragmentação total de uma célula. Assim, sua origem seria posterior à célula.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (UFPB) Os componentes celulares que estão presentes tanto em células eucariontes como em procariontes são: a) membrana plasmática e mitocôndrias. b) mitocôndrias e ribossomos. c) ribossomos e lisossomos. d) lisossomos e membrana plasmática. e) membrana plasmática e ribossomos.

Pode-se dizer que a célula A a) é de um animal e que a célula B é de um vegetal. b) é de um vegetal e que a célula B é de um animal. c) é de um fungo e que a célula B é de um animal. d) é obrigatoriamente um parasita da célula B. e) pode sintetizar suas próprias proteínas, assim como a célula B.

02. (Ufop MG) Células procariotas e eucariotas apresentam semelhanças e diferenças. Qual das características abaixo é comum aos dois tipos de células? a) Núcleo envolvido por membrana b) Material genético é o DNA c) Ocorrência de mitocôndrias d) Ocorrência de cloroplastos e) Ausência de mitose

06. (UFC CE) Assinale a alternativa que apresenta característica(s) própria(s) das células procarióticas. a) Parede celular rica em quitina. b) Presença de envoltório nuclear e organelas. c) Presença de vacúolos envoltos por membranas. d) Genoma constituído por DNA associado a proteínas. e) Ausência de citoesqueleto e presença de DNA circular.

03. (UFF RJ) Levando-se em conta as diferenças entre células de organismos procariontes e eucariontes, podemos classificar os seres vivos em: a) procariotas (bactérias e animais) e eucariotas (cianobactérias, plantas e fungos). b) procariotas (bactérias e cianobactérias) e eucariotas (plantas, fungos e animais). c) procariotas (cujos cromossomos das células estão separados do citoplasma por membrana) e eucariotas (cujos núcleos das células não são individualizados e delimitados por membrana). d) procariotas (constituídos por células ricas em organelas) e eucariotas (cujas células são pobres em organelas). e) procariotas (cujas células possuem cromossomos) e eucariotas (cujas células possuem DNA circular)

B01  Diferença entre célula procariótica e eucariótica

04. (Fuvest SP) Um pesquisador estudou uma célula ao microscópio eletrônico, verificando a ausência de núcleo e de compartimentos membranosos. Com base nessas observações, ele concluiu que a célula pertence a: a) uma bactéria. b) uma planta. c) um animal. d) um fungo. e) um vírus. 05. (Unesp SP) As figuras A e B representam duas células.

07. (Unisc RS) Os procariontes diferenciam-se dos eucariontes porque os primeiros, entre outras características, a) não possuem material genético. b) não possuem material genético como os eucariotos. c) possuem núcleo, mas o material genético encontra-se disposto no citoplasma. d) possuem material genético disperso no núcleo, mas não em estruturas organizadas denominadas cromossomos. e) possuem núcleo e material genético organizado nos cromossomos. 08. (UFPB) Tanto em células eucariontes vegetais como em células procariontes podem ser encontradas as seguintes estruturas celulares: a) Parede celular e cloroplastos b) Cloroplastos e mitocôndrias c) Mitocôndrias e plastos d) Plastos e ribossomos e) Ribossomos e parede celular 09. (Fatec SP) A invenção do microscópio possibilitou várias descobertas e, graças ao surgimento dos microscópios eletrônicos, houve uma revolução no estudo das células. Esses equipamentos permitiram separar os seres vivos em procarióticos e eucarióticos, porque se descobriu que os primeiros, entre outras características, a) possuem parede celular e cloroplastos. b) possuem material genético disperso pelo citoplasma. c) possuem núcleo organizado envolto por membrana nuclear. d) não possuem núcleo e não têm material genético. e) não possuem clorofila e não se reproduzem.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (UnB DF) Na tabela abaixo, estão relacionados os tipos de células encontradas nos seres vivos e alguns de seus componentes subcelulares. Tipos de células Características

Procarióticas

Eucarióticas

Autotrófica

Heterotrófica

Autotrófica

Heterotrófica

Exemplos

Algas azuis

Algas verdes

protozoários

Presença de envoltórios celulares

Parede celular

Presença de mitocôndrias

Não

III

Sim

Capacidade de realizar a fotossíntese

Sim

Não

Presença de núcleo

Não

Sim

04. (Furg RS) As seguintes afirmações referem-se aos dois tipos básicos de células: procariontes e eucariontes. I. Mitocôndrias e cloroplastos existem somente nas células eucariontes. II. Os organismos procariontes e eucariontes diferenciam-se pela sua organização celular. III. As células procariontes apresentam pouco material genético e por isso elas não têm núcleo. IV. Células procariontes não têm cloroplastos, portanto não têm condições de realizar a fotossíntese. Quais afirmativas estão corretas?

Verifique se as associações abaixo completam a tabela, de forma adequada:

a) Apenas I, II, III. b) Apenas I, II. c) Apenas II, III, IV. d) Apenas III, IV. e) Apenas I, IV. 05. (UFR RJ) Um aluno observou células de organismos representantes de vários reinos e estabeleceu a tabela abaixo.

01. I – bactérias 02. II – parede celular 03. III – não 04. IV – não 05. V – sim C-C-C-E-E

02. (Ufam AM) Eucariotos multicelulares: a) artrópodes, crustáceos, moluscos, celenterados. b) bactérias violáceas, crustáceos, moluscos, celenterados. c) crustáceos, moluscos, celenterados, mitocôndrias. d) moluscos, celenterados, mitocôndrias, tripanossoma. e) ameba, artrópodes, crustáceos, moluscos.

Organismo A

Eucariótico

Organismo B

Procariótico

Organismo C

Eucariótico

Organismo D

Eucariótico

Organismo E

Procariótico

Organismo F

Eucariótico

a) Explique o critério de classificação utilizado pelo aluno. b) Que reino representam os organismos B e E? Gabarito no final da página

dos eucariontes, assinale a alternativa da tabela que indica presença (+) ou ausência (–) das organelas discriminadas.

duas células típicas: uma eucariótica e outra procariótica. Os traços indicam diferentes estruturas subcelulares.

B01  Diferença entre célula procariótica e eucariótica

03. (Unifor CE) Sendo I células dos procariontes e II células

06. (FM Petrópolis RJ) Considere as Figuras I e II, que ilustram

Parede celular Cápsula

Ribossomos

Lisossomos

Mitocôndrias

Membrana plasmá ca Citoplasma Ribossomos Plasmídeo Pili

Flagelo DNA circular

I Questão 05 a) O aluno usou, como critério, o fato de o material nuclear estar ou não separado do citoplasma. Não havendo separação, o organismo é procariótico. Havendo separação é eucariótico. b) Reino Monera.

Biologia

Re culo endoplasmá co rugoso

Re culo endoplasmá co Liso Aparelho de Golgi

Núcleo

09. (Ufam AM) A figura a seguir ilustra duas células diferentes. Observe-as com atenção e analise as afirmações:

Vesículas

Envoltório nuclear Centríolos Microtúbulos

Microfilamentos

Mitocôndria

Ribossomos

Lisossomos

II.

Sabendo-se, então, as principais diferenças entre esses eucariotos e procariotos, exemplificam e justificam serem os tipos celulares I e II, respectivamente, o que se apresenta em I

a) Cianoficea: tem plasmídeo

Plaqueta: tem ribossomos

Vírus: tem DNA circular

Ameba: tem mitocôndrias

Espermatozoide: tem flagelo

Bactéria: tem membrana plasmática

Bactéria: tem DNA citoplasmar

Leucócito: tem envoltório nuclear

Bactéria: tem pili

Vírus: tem núcleo

07. (Uel PR) Um estudante de Biologia, ao observar um micro-organismo ao microscópio eletrônico, visualizou uma célula com material genético disperso no citoplasma e ausência de estruturas intracelulares, como mitocôndria, retículo endoplasmático e complexo de Golgi. Baseado no texto e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar que se tratava de: a) Vírus. B01  Diferença entre célula procariótica e eucariótica

Membrana plasmá ca

b) Fungo. c) Protozoário. d) Bactéria. e) Alga. 08. (Uncisal AL) O micro-organismo Vibrio cholerae causa uma doença no homem. Ele se instala no intestino humano provocando uma intensa diarreia. Se esse vibrião fosse comparado com a célula intestinal, as organelas encontradas em ambos seriam a) apenas os ribossomos. b) as mitocôndrias e o sistema golgiense. c) os lisossomos e a membrana plasmática. d) as mitocôndrias e os ribossomos. e) os ribossomos e os retículos endoplasmáticos. 46

Fonte: <http://educador.brasilescola.com>. Acesso em 11-08-2014.

III.

A célula (α) é uma célula vegetal, porque apresenta, diferentemente da célula (β), parede celular, cloroplastos e ribossomos. A célula (α) é uma célula procariótica, enquanto a célula (β) é uma célula eucariótica. A célula (α) é uma célula heterotrófica, enquanto a célula (β) é uma célula autotrófica.

Assinale a alternativa correta: a) Somente as afirmativas I e II estão corretas. b) Somente as afirmativas I e III estão corretas. c) Somente as afirmativas II e III estão corretas. d) Todas as afirmativas estão corretas. e) Todas as afirmativas estão incorretas. 10. (Unirg TO) A comparação da organização estrutural entre as células dos organismos procarióticos e eucarióticos revela que a) as células procarióticas e as eucarióticas possuem regiões definidas, separadas do citoplasma por membrana interna, formando compartimentos, que são as organelas. b) as células eucarióticas e as procarióticas possuem material genético contido em uma ou mais moléculas circulares de DNA. c) as células procarióticas possuem o retículo endoplasmático rico em ribossomo, que constitui a maquinaria celular para a síntese de proteínas filamentosas. d) as células eucarióticas possuem um núcleo verdadeiro com um complexo envoltório nuclear, já nas células procarióticas o envoltório nuclear é ausente. 11. (Unioeste PR) Ao serem comparadas a célula bacteriana, a célula da epiderme foliar de um vegetal e a célula óssea do esqueleto humano, podemos AFIRMAR que todas apresentam a) DNA, RNA e ribossomos, porém somente a célula da epiderme foliar apresenta parede celular. b) membrana plasmática e citoplasma, entretanto, não são encontrados ribossomos na célula bacteriana. c) membrana plasmática e citoplasma, entretanto, as mitocôndrias estão presentes apenas na célula óssea. d) DNA, membrana plasmática e mitocôndrias, porém, apenas a célula da epiderme foliar possui cloroplastos. e) DNA, RNA e ribossomos, mas somente a bactéria e a célula da epiderme foliar apresentam parede celular.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B02

COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS Cada nucleotídeo tem aproximadamente 0,3 nanômetros de tamanho, ou seja, 0,0000003 milímetros. Isso parece pouco quando pensamos em um nucleotídeo isolado, mas o genoma humano, que é o conjunto de todo nosso DNA, possui cerca de 6 bilhões de nucleotídeos. Isso quer dizer que o genoma humano possui aproximadamente 2 metros de extensão. Mas como esses 2 metros de DNA cabem dentro do núcleo de nossas células, que medem aproximadamente 0,0000006 m2?

ASSUNTOS ABORDADOS n n Composição e estrutura dos

cromossomos

nn Cromossomos

É simplesmente uma questão de organização. Sabe quando você faz as malas para viajar e dobra as roupas e tudo cabe certinho, mas na volta, sem a mesma organização e compactação, fica mais difícil ou até impossível fechar a mala? O DNA pode estar organizado e compactado em dois diferentes níveis: cromatina ou cromossomos. Nesses estados, 2 metros de DNA humano cabem perfeitamente no núcleo da célula.

Cromossomos Cada cromossomo corresponde a uma molécula de DNA que contém sequências de nucleotídeos. Nos eucariontes, algumas sequências correspondem a genes e outras sequências não são nunca traduzidas, chamadas de DNA não codificante. Nesses organismos, os cromossomos são estruturas lineares de DNA dupla fita ou dupla hélice, altamente enovelado, associadas com proteínas normalmente encontradas no núcleo das células. Eles são individualizados apenas quando a célula está se dividindo, pois, nessa fase os cromossomos estão no maior grau de condensação. Em organismos procariontes, o DNA não assume a organização de unidade cromossômica, se apresentando de forma circular, sem o arranjo de compactação junto às proteínas, como histonas. Esse DNA único se localiza disperso no citoplasma das células, já que não existe o compartimento núcleo.

Fonte: Wikimedia Commons

Os cromossomos apresentam uma estrutura básica: uma molécula de DNA que apresenta porções enroladas em moléculas de uma proteína denominada de histona. Cada unidade de histona com DNA enrolado recebe o nome de nucleossomo. Figura 01 - Fita de DNA em dupla hélice.

Biologia

2 nm Cromossomo metafásico Nucleossomo

DNA

Condensação cromossômica (dois enrolamentos sucessivos)

Enrolamento helicoidal dos nucleossomos 30 nm

700 nm Opirus/Arte

Glóbulo de histona

Cromá de

Figura 02 - Representação esquemática dos níveis de organização de um cromossomo em organismos eucarióticos.

Em uma célula eucariótica, a organização do material genético varia de acordo com as fases do ciclo celular. O ciclo, pode ser divido em duas fases principais: a fase de interfase, momento em que a célula não está se dividindo, os filamentos de DNA estão em um nível menor de condensação e, por isso, são chamados de cromatina; e a fase de divisão celular, em que a cromatina fica altamente condensada e, nesse momento, ela passa a ser chamada de cromossomo.

O centrômero divide o cromossomo em duas regiões, chamadas braços. De acordo com a posição do centrômero, os braços assumem tamanhos relativos diferentes, e esses tamanhos servem de critério para classificar os cromossomos em quatro tipos (figura 04): nn Metacêntrico:

o centrômero está no meio do cromossomo, e os dois braços têm, aproximadamente, o mesmo tamanho.

nn Submetacêntrico: o centrômero está em uma região

mais deslocada da mediana, deixando os braços com tamanhos desiguais.

Opirus/Arte

B02  Composição e estrutura dos cromossomos

Cromossomos simples x Cromossomos duplicados O DNA que compõe a cromatina deve se autoduplicar para que a célula possa se dividir e gerar células filhas. Antes da replicação, a cromatina é suficiente para formar cromossomos simples, ou seja, formado por uma única molécula de DNA (dupla fita). Após a replicação, a cromatina é suficiente para formar cromossomos duplos, ou seja, formado por duas moléculas de DNA (duas duplas fitas). Cada molécula de DNA (fita dupla) corresponde a uma cromátide-irmã no cromossomo duplo. Elas estão unidas por uma região denominada centrômero. O centrômero apresenta um nível de condensação diferente do restante do material genético. No início da divisão celular (mitose ou meiose), a cromatina se condensa e os cromossomos duplos serão divididos de forma igualitária para as células-filhas (figura 03).

nn Acrocêntrico: o centrômero localiza-se em uma das

Figura 03 - Estrutura do cromossomo na metáfase, quando ele ainda está na forma simples e depois na forma duplicada.

extremidades do cromossomo, e um dos braços é muito maior do que o outro.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

nn Telocêntrico:

o centrômero localiza-se na região terminal do cromossomo, e há praticamente um só braço.

Braço

Opirus/Arte

Centrômero

Submetacêntrico

Acrocêntrico

Telocêntrico

Figura 04 - Tipos de cromossomo, de acordo com a posição do centrômero.

Células diploides e haploides

Cromossomos autossomos Os cromossomos autossomos estão igualmente presentes em células de ambos os sexos e são responsáveis pelas características comuns aos dois sexos. Nas células da espécie humana existem 44 cromossomos autossomos. A formação de órgãos somáticos, a estatura, cor dos olhos e pele, produção ou não de insulina deve-se a genes localizados nos autossomos, visto que esses órgãos existem nos dois sexos. Cromossomos sexuais Os cromossomos sexuais ou heterocromossomos são aqueles que variam entre os sexos e diferenciam as células masculinas e femininas. Na espécie humana, enquanto as mulheres apresentam dois cromossomos sexuais homólogos, denominados XX, os homens possuem um cromossomo X e um outro, não totalmente homólogo a X, denominado Y.

Opirus/Arte

As células que apresentam apenas um cromossomo de cada tipo são ditas haploides e são representadas pela sigla n. As células diploides (representadas pela sigla 2n) possuem dois cromossomos de cada tipo, que são chamados de cromossomos homólogos (do grego homo, igual). Os humanos possuem, em sua maioria, células diploides; nossas únicas células haploides são os gametas (óvulos e espermatozoides). Quando os gametas se encontram (na fecundação), o material genético de ambos se une e o número diploide volta a se restabelecer.

Figura 06 - Representação de cromossomos homólogos e a localização (ou locus gênico) de alguns genes alelos, que determinam características específicas.

Cromossomos homólogos Cromossomos homólogos são aqueles que apresentam a mesma forma, tamanho, posição do centrômero e têm os genes para as mesmas características posicionados na mesma região, ou seja, no mesmo locus gênico. Portanto, os dois cromossomos que formam um par do mesmo tipo, são ditos homólogos.

Fonte: Wikimedia Commons

Figura 05 - Representação esquemática de uma célula com um número de conjuntos cromossomos: A) haploide (n); B) diploide (2n).

Figura 07 - Micrografia eletrônica de varredura, com cores artificias, mostrando a diferença entre os cromossomos humanos X e Y (X e Y, sendo X o cromossomo maior e Y o cromossomo menor). Aumento de 9 mil vezes.

B02  Composição e estrutura dos cromossomos

Metacêntrico

Opirus/Arte

Braço

Biologia

DNA telomérico

Cariótipo

O telômero, presentes nas células eucarióticas, é uma estrutura que se localiza nas extremidades dos cromossomos; ocorrem nas células eucarióticas e são constituídos de DNA não codificante e proteínas. Nas células procarióticas, os cromossomos formam cadeias circulares, não apresentando locais de terminação para os telômeros. No entanto, algumas bactérias fazem exceções, apresentando DNA linear com telômero. O DNA telomérico contribui para a estabilidade e integridade dos cromossomos.

Definimos cariótipo como o conjunto de cromossomos contidos nas células de um organismo. Por meio da montagem de um cariótipo, é possível determinar a normalidade ou anormalidade (síndromes cromossômicas), ocasionadas por alterações, estruturais ou numéricas, como polissomias ou monossomias.

Telômero Célula Núcleo com cromossomos

Na espécie humana, o cariótipo de uma célula diploide, por exemplo, é constituído por 46 cromossomos, sendo o último par definidor sexual (XX ou XY – par alossômico), diferindo o gênero macho e fêmea (homem e mulher) e os outros 22 pares (autossômicos - AA) responsáveis por decodificar as demais características. Assim, temos para um cariótipo normal da espécie humana, as seguintes representações possíveis: nn Cariótipo nn Cariótipo

Os telômeros formam ‘capas’ nas extremidades dos cromossomos, com uma sequência de DNA repe da muitas vezes

Telômero

Opirus/Arte

Cromossomo

de um homem → 44AA + XY ou 46,XY; de uma mulher → 44AA + XX ou 46,XX.

Figura 08 - Estrutura de um cromossomo, evidenciando o telômero.

Telômeros e envelhecimento

B02  Composição e estrutura dos cromossomos

À medida que as células somáticas vão se dividindo, os telômeros vão sofrendo um processo natural de encurtamento. Essa alteração sinaliza para o envelhecimento da célula por meio da limitação dos processos de renovação celular (divisão celular). Os telômeros são, portanto, fundamentais no controle da divisão celular. Células germinativas, presentes nos testículos e ovários, não apresentam encurtamento dos telômeros, pois possuem uma enzima chamada telomerase, ausente em células somáticas, que tem a capacidade de produzir telômeros a partir de um molde de RNA, sendo, portanto, uma enzima do tipo transcriptase reversa. Células-tronco e cancerosas, em sua maioria, também possuem a enzima telomerase. A presença da enzima telomerase impõe um ritmo mitótico contínuo nas células, pois mantém o telômero alongado, e a célula em status “jovem”, portanto, ela está sempre se multiplicando. A montagem do cariótipo é feita a partir da ampliação de uma fotografia dos cromossomos de uma célula em plena mitose. Nessa fase, os cromossomos se apresentam altamente compactados e individualizados, permitindo sua contagem como também sua observação.(Figura 08). 50

Figura 09 - Cariótipo de um homem com 22 pares de cromossomos autossomos e 1 par de cromossomos sexuais.

Cromossomos gigantes Nos seres humanos, os cromossomos medem em geral de 4 a 6 µm (um micrometro equivale a 10–6 do metro) de comprimento. Há espécies, entretanto, dotadas de cromossomos que atingem grandes tamanhos, sendo, por essa razão, denominados cromossomos gigantes. Entre eles, destacamos os cromossomos politênicos ou multifilamentosos. Esses cromossomos foram observados pela primeira vez em 1881, em células das glândulas salivares de larvas de insetos. A Drosophila melanogaster (mosca-de-fruta) apresenta cromossomos politênicos, cerca de 100 vezes mais grossos que os normais, que podem conter várias cópias de DNA. O aumento exagerado nos cromossomos das glândulas salivares dessas larvas tem a função de fornecer, às células, material genético suficiente para comandar a síntese de um grande número de enzimas digestivas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (UFTM MG) O esquema representa um cariótipo normal de uma célula humana:

a) sintetizar códons de RNA a partir de códons de iniciação do DNA. b) ligar-se às fibras do fuso e movimentar de forma adequada os cromossomos. c) impedir a descondensação cromossômica durante o processo de divisão celular. d) estabilizar as histonas, permitindo a manutenção da condensação cromossômica. e) estabilizar as pontas dos cromossomos, impedindo seu encurtamento a cada divisão. 05. (Ufam AM) Os cromossomos podem ser classificados de acordo com a posição do centrômero, observando a figura abaixo classifique-os respectivamente:

02. (Univ. Potiguar RN) Célula diploide é aquela em que: a) existem dois cromossomos não homólogos. b) o cariótipo é formado por dois conjuntos haploides. c) cada cromossomo apresenta dois centrômeros. d) não existe tal célula. 03. (Uncisal AL) Considere a célula de um mamífero hipotético esquematizada com os seus cromossomos.

X Y

A célula representada pertence a um organismo do sexo a) feminino, apresentando quatro cromossomos autossomos. b) feminino, apresentando dois cromossomos autossomos. c) feminino, apresentando dois cromossomos sexuais. d) masculino, apresentando quatro cromossomos sexuais. e) masculino, apresentando dois cromossomos sexuais. 04. (FGV SP) Um cromossomo funcional eucariótico pode ser dividido em três regiões essenciais: a região do centrômero, a região do telômero e as regiões que apresentam as origens da replicação. Em relação ao centrômero, pode-se dizer que sua função principal é

(1)

(2)

(3)

(4)

a) 1 acrocêntrico; 2 submetacêntrico; 3 metacêntrico; 4 telocêntrico. b) 1 submetacêntrico; 2 metacêntrico; 3 acrocêntrico; 4 telocêntrico. c) 1 metacêntrico; 2 submetacêntrico; 3 acrocêntrico; 4 telocêntrico. d) 1 telocêntrico; 2 submetacêntrico; 3 acrocêntrico; 4 metacêntrico. 06. (UFPA) A duplicação do DNA, evento que garante a transmissão das informações existentes na célula original para cada uma das células-filhas. A duplicação do DNA origina a formação de pares de a) cromátides-irmãs presas uma à outra pelo centrômero. b) cromossomos homólogos ligados pelos quiasmas. c) nucléolos portadores de genes alelos. d) cromossomos duplos, cada um com uma cromátide. e) cromatinas diploides dispersas no nucléolo.

B02  Composição e estrutura dos cromossomos

Pode-se afirmar que essa célula apresenta a) 22 pares de cromossomos autossômicos e o par sexual. b) 22 cromossomos homólogos e 2 pares sexuais. c) 23 cromossomos autossômicos e o par sexual. d) 44 cromossomos autossômicos e 2 pares sexuais. e) 44 cromossomos homólogos, incluindo o par sexual.

07. Para que ocorra a divisão celular, é necessária a duplicação dos cromossomos. Os dois cromossomos idênticos produzidos ficam unidos por proteínas. As cópias associadas de um cromossomo são chamadas de: a) telômero. b) centrômero. c) nucleossomo. d) gene. e) cromátides-irmãs.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (Fac. de Ciências da Saúde de Barretos SP) Uma amostra de tecido de um paciente foi coletada e conduzida a um laboratório de análises. Entre diversos exames, foi realizada a análise citogenética do cariótipo, na qual se verificou a existência de um par de cromossomos sexuais idênticos e vinte e dois pares de autossomos. Tal cariótipo é certamente proveniente a) dos linfócitos masculinos ou femininos. b) das hemácias femininas. c) dos espermatozoides ou dos óvulos. d) das gônadas masculinas. e) do útero. 02. (Puc RS) Se compararmos as sequências de DNA de duas pessoas, veremos que são idênticas a) apenas nos cromossomos autossômicos. b) apenas no cromossomo mitocondrial. c) no cromossomo X, se forem de duas mulheres. d) no cromossomo Y, se forem de dois homens. e) em tudo, se forem de gêmeos monozigóticos. 03. (Escs DF) Supondo uma população (I) na qual existe o mesmo número de homens e mulheres, e outra (P), na qual existem três mulheres para cada homem, as proporções corretas entre cromossomos X e Y em cada população são: a) 1:1 em I e 1:1 em P; b) 2:1 em I e 6:1 em P; c) 2:1 em I e 7:1 em P; d) 3:1 em I e 6:1 em P; e) 3:1 em I e 7:1 em P.

B02  Composição e estrutura dos cromossomos

04. (Fameca SP) O Projeto Genográfico tem por objetivo realizar testes de ancestralidade em pessoas do mundo todo. A ideia é mapear o histórico de migrações desde que os primeiros humanos deixaram o leste da África. O diretor do projeto, Spencer Wells, recruta pessoas das mais diversas origens étnicas para doar amostras de DNA. As primeiras conclusões indicam que o cromossomo Y de toda a humanidade atual remonta a um único ancestral que viveu 60 mil anos atrás. Além disso, o uso do DNA mitocondrial como marcador de nossos ancestrais indica nossa origem em um ancestral ainda mais antigo. (Folha de S.Paulo, setembro, 2009. Adaptado)

O uso do cromossomo Y, nesse estudo, permite estabelecer uma relação de ancestralidade devido ao fato de esse cromossomo a) apresentar genes ligados ao sexo e que poderiam estar presentes nos ancestrais.

b) estabelecer uma ligação entre indivíduos do sexo masculino atuais e seus ancestrais. c) definir os caracteres masculinos quando em homozigose nos indivíduos atuais. d) ser encontrado em indivíduos dos dois sexos, influenciando caracteres masculinos. e) ser transmitido de geração em geração por meio de gametas masculinos e femininos. 05. (UFMS) Cada espécie animal apresenta um número determinado de cromossomos. Nesse sentido, o homem, o bovino e o equino apresentam número haploide de 23, 30 e 32 cromossomos, respectivamente. Com relação ao número normal de cromossomos, autossomos e sexuais, de gametas (haploides) e células somáticas (diploides), assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01. Uma célula epitelial equina apresenta 62 cromossomos autossomos e 2 sexuais. 02. Um neurônio bovino apresenta 1 cromossomo sexual e 59 autossomos. 04. Um leucócito humano apresenta 44 cromossomos autossomos e 2 sexuais. 08. Um espermatozoide equino apresenta 2 cromossomos sexuais e 30 autossomos. 16. Um óvulo humano apresenta 2 cromossomos sexuais e 21 autossomos. 32. Um espermatozoide bovino apresenta 29 cromosso37 mos autossomos e 1 sexual. 06. Assinale a alternativa incorreta em relação aos cromossomos da figura a seguir:

a) A figura mostra dois pares de cromossomos homólogos, AD e BC. b) A figura mostra quatro cromossomos e quatro moléculas de DNA. c) Os cromossomos da figura formam um conjunto 2n. d) Os cromossomos se encontram duplicados e o DNA que os constitui também está duplicado. e) Os dois filamentos de cada cromossomo se encontram unidos pelo centrômero.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

07. (Unifesp SP) No artigo “Retrato molecular do Brasil” (Ciência Hoje, 2001), Sérgio Penna, pesquisador da Universidade Federal de Minas Gerais, revelou que a contribuição dos europeus na composição genética do povo brasileiro fez-se basicamente por meio de indivíduos do sexo masculino, enquanto a contribuição genética de povos indígenas e africanos deu-se por meio das mulheres. Tais conclusões são possíveis com base em estudos moleculares, respectivamente, do DNA do cromossomo a) X e de autossomos. b) Y e de autossomos. c) Y e do cromossomo X. d) Y e mitocondrial. e) X e mitocondrial.

10. (UFR RJ) Os cinco bezerros, observados na figura ao lado, foram clonados por uma nova técnica e, segundo os pesquisadores, não são apenas bonitos e saudáveis. Parecem muito mais jovens do que sua idade sugeriria (ao contrário da ovelha Dolly, clonada em 1997). Essa afirmação foi feita quando compararam regiões dos cromossomos e verificaram serem mais longas que o normal, um sinal de que suas células se reproduzirão mais vezes e eles viverão por mais tempo. Essas regiões são denominadas:

08. (Unimontes MG) A figura abaixo representa cariótipos de indivíduos de sexos opostos de uma dada espécie. Analise-os.

Considerando a figura e o assunto relacionado com ela, analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa CORRETA. a) Essa espécie não apresenta cromossomos sexuais distintos. b) Essa é uma espécie diploide. c) Os cromossomos apresentados são do tipo acrocêntrico e submetacêntrico. d) Os cromossomos apresentados são autossomos. 09. (OBB) Os telômeros, antes conhecidos apenas como uma sequência de DNA “lixo”, ganhou grande importância em pesquisas atuais, devido à sua capacidade de proteger o DNA de danos. Sobre os telômeros, marque os itens corretos: I. A telomerase, enzima responsável pela restauração dos telômeros, pertence à classe das transcriptases reversas e está inativa na maioria das células do corpo. II. Os telômeros são perdidos no decorrer do envelhecimento celular, devido a mutações nas extremidades dos cromossomos. III. O estudo dos telômeros mostra-se importante no combate ao câncer, já que células cancerígenas tem a capacidade de replicá-los indefinidamente e impedir o envelhecimento. a) Somente I b) Somente III c) Somente I e III d) Somente II e III e) I, II e III

a) constrições primárias. b) satélites. c) telômeros. d) centrômeros. e) constrições secundárias. 11. (UFTM MG) Várias pesquisas têm demonstrado a importância das regiões terminais dos cromossomos, chamadas telômeros. São essas regiões que mantêm a estabilidade do material genético de geração em geração. Ao longo de sucessivas divisões celulares tais regiões vão diminuindo de tamanho, chegando a um limite que interrompe a divisão, dando início ao envelhecimento celular. A descoberta da telomerase, enzima que regula a replicação dos telômeros, tem animado os cientistas que estudam parasitas de doenças e o processo de envelhecimento do homem. Como é a atividade da telomerase em células somáticas e germinativas? Justifique sua resposta.

Diferente das células germinativas, a maioria das células somáticas não tem o gene da telomerase ativo, ou seja, não produzem a enzima telomerase.

12. Os cromossomos das células eucarióticas são fios de DNA associados a proteínas, formando um complexo arranjo. Nos cromossomos, é possível observar áreas onde segmentos de DNA estão enrolados sobre moléculas de proteínas histonas, formando uma unidade estrutural que recebe o nome de: a) cromátide. b) centrômero. c) nucleossomo. d) eucromatina. e) telômero

B02  Composição e estrutura dos cromossomos

NOTA: 6 pares de cromossomos indicando, em cada par, que os cromossomos da esquerda pertencem ao indivíduo 1 e os da direita ao indivíduo 2.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B03

ASSUNTOS ABORDADOS nn Replicação do DNA nn Síntese de DNA na fita contínua e descontínua nn Mecanismos de reparo do DNA

REPLICAÇÃO DO DNA A capacidade de se reproduzir é uma propriedade básica da célula. Quando a célula se divide, o material genético é previamente duplicado e transferido para cada uma de suas células-filhas. Para que isso aconteça, a célula, em divisão, precisa copiar o seu DNA, processo conhecido como replicação. A replicação do DNA ocorre em uma fase do ciclo celular conhecida como interfase, mais precisamente no período S (síntese) que precede a divisão celular.

Opirus/Arte

O DNA é uma macromolécula polimérica formada pela união de unidades básicas, denominadas nucleotídeos. Há desoxirribonucleotídeos (nucleotídeos de DNA) de quatro tipos, de acordo com a base nitrogenada presente (A, C, G, T) e a ordem de sua disposição na cadeia constitui o modo pela qual a informação genética é armazenada.

Figura 01 - Cada molécula de DNA é constituída por duas cadeias de nucleotídeos. Essas cadeias dobram sobre si mesmas, formando uma dupla-hélice. A natureza dupla da hélice de DNA desempenha um importante papel no processo replicativo.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Durante a replicação, a dupla-hélice de DNA é desenrolada em duas fitas pela ação da enzima DNA helicase, que rompe as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas complementares.

Forquilha de replicação Fita-filha nova

G C G

A T A

T C

Opirus/Arte

A G

T G

A G T G

T G

T C

Por fim, a enzima ligase é responsável pelo estabelecimento das ligações entre os nucleotídeos da mesma cadeia (ligação fosfodiéster). Portanto, cada nova molécula de DNA será constituída por uma cadeia antiga ou “molde” e uma cadeia complementar, recém-formada. Por isso, dizemos que a replicação é semiconservativa.

Fitas do DNA parental

A região do DNA onde a dupla-hélice parental é desenrolada, para que a síntese das novas fitas possa ocorrer, é denominada forquilha de replicação. Cada fita separada, a partir da forquilha de replicação, funciona como molde para a montagem de uma nova fita complementar, obtendo-se, assim, duas novas fitas complementares à fita molde. A síntese das cadeias novas é catalisada pela DNA polimerase, ou seja, essa enzima adiciona nucleotídeos e promove as ligações de hidrogênio entre os nucleotídeos complementares da cadeia molde e da Fita-filha cadeia nascente. Assim, ocorre o alongamento da cadeia nova, nova C sempre no sentido 5’-3’. T

Figura 02 - A replicação do DNA é semiconservativa. Perceba que cada nova dupla-hélice sintetizada é formada por um filamento complementar novo (verde) e por um filamento parental (azul).

SAIBA MAIS O EXPERIMENTO DE MESELSON E STAHL

B03  Replicação do DNA

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No final da década de 1950, trabalhando no Instituto de Tecnologia da Califórnia, os cientistas Matthew Meselson e Franklin Stahl realizaram um experimento que corroborou a hipótese de que a replicação do DNA era semiconservativa, conforme proposto por Watson e Crick anos antes. Meselson e Stahl cultivaram bactérias Escherichia coli, por diversas gerações, em meio contendo somente o isótopo “pesado” de nitrogênio (15N). Em seguida, os pesquisadores transferiram essas bactérias para um meio, contendo apenas o isótopo mais “leve” do nitrogênio (14N). Uma vez que o nitrogênio é incorporado às bases nitrogenadas empregadas na síntese das novas fitas de DNA durante a replicação, a ideia era isolar o material genético bacteriano, aferir e comparar suas densidades antes e depois da mudança de meio. Os resultados obtidos podem ser analisados no esquema a seguir. O experimento mostrou que antes de as bactérias reproduzirem-se, pela primeira vez, no meio com o nitrogênio leve, todo o DNA da geração parental era pesado (mais denso). Já a amostra coletada 20 minutos após a mudança para o meio leve (primeira geração, após uma rodada de replicação) apresentou moléculas de DNA de densidade intermediária, o que indica que cada uma dessas moléculas era formada por uma cadeia de nucleotídeos da geração inicial com 15N (cor vermelha) Figura 03 - O experimento de Meselson e Stahl. Uma centrífuga foi utilizada para distinguir as moléculas de e por uma cadeia recém-produzida DNA que apresentavam isótopos de nitrogênio com densidades diferentes. com 14N (cor azul). Na segunda geração, após duas rodadas de replicação, formaram-se moléculas com densidade intermediária e outras com densidade leve, em quantidades iguais. Tal padrão só poderia ser observado se cada molécula de DNA, produzida no processo replicativo, fosse formada por uma fita molde do DNA parental e uma nova fita complementar. Assim, eles concluíram que a replicação seguia o modelo semiconservativo.

Biologia

Síntese de DNA na fita contínua e descontínua As fitas de DNA são antiparalelas, ou seja, apresentam sentidos opostos uma em relação à outra. Claramente, as duas fitas recém-produzidas também precisam ser antiparalelas em relação às fitas originais. Assim que o DNA parental é desenrolado, as duas fitas novas serão sintetizadas na direção 5’ → 3’. Todavia, podemos distinguir a maneira como cada uma dessas novas fitas será construída. Uma das fitas crescerá continuamente à medida que a forquilha progride, trata-se da fita líder ou contínua.

pecífica do DNA, a partir do qual a enzima DNA polimerase passa a atuar. Posteriormente, sob a supervisão da própria DNA polimerase, esse fragmento de RNA será removido e substituído por um de DNA.

Opirus/Arte

Para alongar a outra fita nova no sentido obrigatório, respeitando o antiparalelismo, a enzima DNA polimerase atuará sobre a fita molde no sentido contrário ao de abertura da forquilha de replicação. Essa fita é denominada fita retardada ou descontínua e sua síntese ocorrerá com ligeiro atraso em relação à produção da fita contínua, uma vez que sua síntese consistirá na formação de uma série de fragmentos (fragmentos de Okazaki), conforme a fita molde vai sendo exposta na forquilha de replicação. Observe a figura.

Figura 05 - A enzima primase sintetiza uma fita oligonucleotídica iniciadora de RNA, utilizando o DNA parental como molde.

B03  Replicação do DNA

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Mecanismos de reparo do DNA

Figura 04 - As duas fitas-filhas são formadas de maneiras diferentes. A fita líder é formada de maneira contínua, mas a fita retardada é sintetizada de maneira descontínua, na forma de fragmentos de Okazaki (homenagem ao bioquímico japonês que os descobriu).

Em função da sua estrutura, a enzima DNA polimerase só pode adicionar nucleotídeos a partir da extremidade 3’ livre do oligonucleotídeo iniciador chamado primer (com cerca de 10 a 12 nucleotídeos e sintetizado por uma enzima chamada primase) de RNA complementar a uma região es56

Dada a complexidade da molécula de DNA, podem ocorrer erros durante a sua replicação. Com o intuito de manter a sequência correta de nucleotídeos, a enzima DNA polimerase faz um trabalho de conferência da cadeia nova e correção de algum eventual erro, evitando mutações. Esse processo de edição, em tempo real, reduz a possibilidade de que nucleotídeos não sejam erroneamente adicionados. Mesmo assim, nucleotídeos mal pareados eventualmente podem escapar ao mecanismo de verificação da DNA polimerase, podendo ocasionar defeitos hereditários, caso ocorram em células produtoras de gametas. Felizmente, as nossas células também dispõem de outros mecanismos de reparo, sondando e corrigindo pareamentos errôneos após a replicação. Tais mecanismos asseguram que as sequências de bases nitrogenadas sejam copiadas com relativa exatidão.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

Considere como pesado o DNA dupla hélice marcado com N; como leve o marcado com 14N; como intermediário o marcado com 14N e 15N. 15

Calcule as proporções dos três tipos de DNA dupla hélice – leve, e, intermediário e pesado – formados em células da segunda geração, após a troca da fonte de nitrogênio. leve = zero; intermediário = 50% ; pesado = 50%

02. (UFPE) Na figura a seguir, é ilustrado um processo muito importante para a vida. Analise-o e assinale a alternativa que indica corretamente qual é esse processo.

a) Produção de proteína b) Transcrição do RNA c) Produção de RNA ribossômico d) Helicoidização do DNA e) Replicação do DNA 03. (Uerj RJ) O experimento clássico de Meselson e Stahl, em 1957, demonstrou que a replicação do DNA era semiconservativa, ou seja, cada fita do DNA serve de molde para sua própria duplicação, formando moléculas de DNA idênticas à original. Nesse experimento, os cientistas cultivaram células de Escherichia coli inicialmente em presença de fonte de 14N (isótopo de nitrogênio leve), trocando, a seguir, por 15N (isótopo pesado), que é incorporado às bases nitrogenadas do DNA. Colheram, então, amostras de DNA após a primeira e a segunda gerações de células crescidas em 15N e analisaram essas amostras quanto à densidade do DNA formado.Considere como pesado o DNA dupla hélice marcado com 15N; como leve o marcado com 14N; como intermediário o marcado com 14 N e 15N.Justifique por que, após a troca da fonte de nitrogênio, a primeira geração de células foi totalmente constituída com DNA dupla hélice do tipo intermediário.

04. (UEFS BA)

LOPES, Sônia. Bio. São Paulo: Saraiva, 2008, v. único. p. 204.

A figura ilustra um momento do processo de duplicação do material genético presente nos seres vivos. É possível afirmar em relação a esse processo: a) Duas novas moléculas de DNA são produzidas a partir de duas cadeias já existentes na molécula utilizada como molde da replicação. b) A replicação ocorre de forma unidirecional, ao apresentar um sentido único dentro do sítio replicativo. c) A molécula de RNA produzida durante esse processo será responsável pela síntese de proteínas ao longo da tradução da informação genética. d) Enzimas específicas participam da separação das cadeias polinucleotídicas através da quebra das ligações peptídicas presentes entre elas. e) O sentido obrigatório de montagem das novas cadeias polinucleotídicas pelo DNA polimerase é sempre 3’ → 5’. 05. (Puc RJ) Sobre o processo de replicação do DNA, é INCORRETO afirmar que a) cada molécula de DNA nova é composta por um filamento antigo e um filamento recém-sintetizado. b) não há a necessidade de um primer de RNA para a polimerização do filamento contínuo. c) a polimerização se processa no sentido 5’ → 3’. d) mais de um tipo de DNA polimerase participa do processo. e) esse processo ocorre bidirecionalmente. 06. (Uesc BA) A DNA polimerase é uma enzima do processo replicativo, responsável por: 01. definir as especificidades no pareamento entre adenina e guanina. 02. promove a formação espontânea das pontes de hidrogênio entre bases nitrogenadas. 03. facilitar a recombinação entre RNAm e RNAr na tradução da mensagem genética. 04. produzir RNA a partir de moldes de DNA. 05. catalisar a síntese de uma cadeia polinucleotídica na re05 plicação do material genético.

B03  Replicação do DNA

01. (Uerj RJ) O experimento clássico de Meselson e Stahl, em 1957, demonstrou que a replicação do DNA era semiconservativa, ou seja, cada fita do DNA serve de molde para sua própria duplicação, formando moléculas de DNA idênticas à original. Nesse experimento, os cientistas cultivaram células de Escherichia coli inicialmente em presença de fonte de 14N (isótopo de nitrogênio leve), trocando, a seguir, por 15N (isótopo pesado), que é incorporado às bases nitrogenadas do DNA. Colheram, então, amostras de DNA após a primeira e a segunda gerações de células crescidas em 15N e analisaram essas amostras quanto à densidade do DNA formado.

Na primeira geração, cada hélice do DNA que contém 14N molda a sua hélice complementar usando bases com 15N. Forma-se, portanto, DNA dupla hélice do tipo intermediário.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UFJF MG) A duplicação do DNA é o processo pelo qual as informações genéticas se propagam nas células, a cada geração. Suponha que uma molécula de DNA radioativo e precursores não radioativos sejam adicionados a um tubo de ensaio. Considerando-se que a replicação ocorra normalmente, o que será encontrado no tubo de ensaio após dois ciclos de replicação? a) uma molécula de DNA com 2 fitas radioativas, duas moléculas de DNA com 1 fita radioativa e 1 não radioativa, e uma molécula de DNA com 2 fitas não radioativas. b) duas moléculas de DNA com 2 fitas não radioativas, e duas moléculas de DNA com 1 fita radioativa e 1 fita não radioativa. c) duas moléculas de DNA com 2 fitas não radioativas, e duas moléculas de DNA com 2 fitas radioativas. d) quatro moléculas de DNA com as 2 fitas radioativas. e) quatro moléculas de DNA com as 2 fitas não radioativas. 02. (UEFS BA) O DNA é uma molécula de importância incontestável para a vida na Terra, mas a molécula em si não tem vida. As moléculas de DNA se replicam, mas não metabolizam nada e não são autopoiéticas. A replicação não é, nem de longe, uma característica tão fundamental da vida quanto à autopoiese. A mula, resultante do cruzamento de jumento com égua, não pode “replicar-se”. Ela é estéril, mas seu metabolismo funciona com o mesmo vigor que o de seus pais; sendo autopoiética, ela tem vida. MARGULIS; SAGAN, 2002, p. 31

Em relação à importância incontestável do material genético na formação e manutenção da vida no planeta, pode-se afirmar que:

B03  Replicação do DNA

a) A replicação é considerada um processo bioquímico de menor importância para a manutenção da vida devido à sua dependência com os conjuntos enzimáticos ligados ao ciclo celular. b) A mula, por ser resultado de um cruzamento entre espécies diferentes, perdeu a capacidade de replicar o material genético presente nos seus cromossomos, o que justifica a sua esterilidade. c) A replicação semiconservativa do DNA produz moléculas de RNA, que serão essenciais na produção de enzimas controladoras do metabolismo celular. d) O controle do metabolismo celular realizado pelas moléculas de DNA favorece a organização interna dos sistemas vivos e ocorre predominantemente durante o período de divisão do ciclo celular.

e) O DNA é responsável pela manutenção e pela expressão da informação genética dos seres vivos que ocorrem, respectivamente, por meio dos processos de replicação e transcrição/tradução da informação genética. 03. (UEFS BA)

Com Francis Crick, estudando a relação entre a informação contida no DNA, as proteínas e os ácidos ribonucleicos (RNAs), surgiu a interrogação sobre como a informação contida na molécula de DNA fluía para gerar uma proteína [...]. Baseando-se majoritariamente em suposições teóricas, Crick postulou a “Hipótese da sequência”, que é mais conhecida como o Dogma Central da Biologia Molecular. Os esquemas reproduzem, de forma simplificada, as principais ideias propostas pelo Dogma Central da Biologia Molecular. Em A, aparece o modelo possível de transferência do código genético, enquanto, em B, está retratado o modelo comprovado experimentalmente e até hoje aceito. Fonte: <http://www.nature.com/ nature/journal/v227/n5258/pdf/227561a0.pdf> “Central Dogma of Molecular Biology”, Nature, 227: 561–563/. Acesso em: 25 maio 2015.

A replicação do DNA consiste na síntese completa e idêntica do DNA de uma célula e só acontece a cada ciclo de divisão celular. Hipóteses foram postuladas a fim de ajudar a explicar o processo da replicação. Apenas em 1958, através de experimento realizado por Meselson e Stahl, chegou-se ao modelo que demonstra a replicação do DNA, no qual o mesmo afirma: a) O DNA seria replicado a partir de fragmentos dele próprio, previamente gerado por clivagem da molécula. b) As fitas do DNA seriam separadas, atuando, cada uma, como molde para a síntese de uma fita nova. c) As fitas-filhas contêm DNA recém-sintetizados e parentais em cada uma das fitas, considerando a replicação um processo dispersivo. d) As fitas-filhas consistem de uma fita molde e de uma fita codificadora, considerando a replicação, um processo conservador. e) Ambas as fitas atuariam como molde da reação de replicação, havendo a sua união ao final de replicação, caracterizando um processo semiconservador.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sobre o DNA, assinale a alternativa CORRETA: a) Uma fita de DNA em dupla hélice apresenta 10% de bases do tipo citosina. Logo, a concentração de bases do tipo guanina é de 90%. b) A replicação de DNA ocorre conforme o modelo conservativo, onde as duas fitas parentais se associam novamente após servirem de moldes para a síntese das novas fitas, restaurando a dupla-hélice parental. c) Uma fita de DNA em dupla hélice apresenta 10% de bases do tipo adenina. Logo, a concentração de bases do tipo guanina nessa fita é de 40%. d) A sequência de bases no DNA é a “linguagem” química que, após transcrita, originará a sequência de nucleotídeos em uma proteína. e) A complementaridade de bases no DNA permite que uma base purínica (C ou G) de uma fita seja pareada com uma base pirimidínica (A e T) na outra fita. 05. (FGV SP) Depois da descoberta da estrutura da molécula do Ácido Desoxirribonucleico (DNA) novos métodos de diagnóstico foram desenvolvidos e utilizados para inúmeros fins (identificação de micro-organismos patogênicos, testes de paternidade, mapa genético, medicina forense, entre outros). Assinale a afirmação correta. a) A molécula de DNA é constituída por uma fita única e por vários nucleotídeos que têm a transcrição como principal função. b) A molécula de DNA nas bactérias se encontra na carioteca da célula. c) A molécula de DNA não é capaz de produzir a molécula de RNA. d) A molécula de DNA tem função de duplicação e é constituída por uma fita dupla, sendo que cada filamento é composto por vários nucleotídeos. e) A molécula de DNA, nos organismos eucariontes, não se encontra no núcleo da célula. 06. (Centro Universitário de Franca SP) Um segmento de uma fita de DNA com a sequência de bases nitrogenadas CGATTGC terá em sua fita complementar a seguinte sequência: a) GCTAACG. b) CGATTGC. c) CGTTAGC. d) GCTUUCG. e) GCUAACG. 07. (UEFS BA) Em uma investigação, pesquisadores da UFSCar estão analisando bactérias e arqueias coletadas em mais de dez

pontos de rios da bacia do rio Amazonas. A abordagem usada na pesquisa é a metagenômica, que permite a análise de uma mistura complexa de DNA obtida de vários organismos, diferenciando-se da análise genômica, feita a partir de DNA isolado de um único exemplar. Os resultados obtidos até agora mostram que, enquanto alguns micro-organismos aparecem apenas em certos locais devido a características, como salinidade, pH e temperatura, outros são encontrados em todos os pontos analisado. MICROBIOTA do Amazonas. Ciência Hoje, São Paulo: SBPC, n. 307, v. 52, set. 2013. Adaptado

A molécula de DNA é um material de amplo uso em estudos de identificação dos seres vivos. Sobre a organização e as propriedades do DNA, analise as afirmativas e marque com V as verdadeiras e com F, as falsas. ( ) A estrutura em dupla hélice torna dispensáveis processos de reparo que reduziriam a ocorrência de substituições e deleções de nucleotídeos. ( ) O pareamento específico entre bases nitrogenadas determina uma desproporção numérica entre as púricas e as pirimídicas. ( )As moléculas-filha guardam identidade com a molécula-mãe em consequência da replicação semiconservativa. ( ) A estrutura polinucleotídica permite identificar sequências específicas que diferenciam os organismos. A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a a) F F V V b) F V F V c) F V V F d) V V F F e) V F V F 08. (Uniube MG) No processo de duplicação do DNA, as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas de cada uma das cadeias são rompidas, ocorrendo assim a separação progressiva das duas cadeias de nucleotídeos. A partir dessas cadeias, os nucleotídeos serão adicionados a cada uma das cadeias novas em formação, seguindo a regra de complementaridade entre as bases, resultando na formação de duas moléculas de DNA, sendo que cada uma dessas moléculas contém uma cadeia nova e uma cadeia parental. Considerando a descrição acima mencionada, podemos afirmar que a duplicação do DNA é: a) semidescontínua. b) conservativa. c) semiconservativa. d) contínua. e) alternativa.

B03  Replicação do DNA

04. (Ufan AM) Em abril de 1953, James Watson e Francis Crick agitaram a comunidade científica com um elegante modelo de dupla-hélice para a estrutura do DNA, o ácido desoxirribonucleico, cuja “linguagem” química codifica a informação hereditária.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B04

ASSUNTOS ABORDADOS nn Material genético celular e suas

mutações genéticas nn Mutações gênicas

MATERIAL GENÉTICO CELULAR E SUAS MUTAÇÕES GENÉTICAS As moléculas de DNA têm capacidade de armazenar, transmitir a informação genética e de se duplicarem (replicação). Além disso, notoriamente importante, é a possibilidade do DNA sofrer alterações na sua estrutura molecular: mutações gênicas. Na forma condensada, como cromossomo, o DNA também pode sofrer “acidentes”: mutações cromossômicas estruturais. Todas essas alterações, por sua vez, levam a mudanças nas sequências do DNA, que aumentam a variabilidade genética das populações, acarretando o aparecimento de novos genes. Assim, diante de novas condições ambientais, podem ocorrer adaptações, isso é evolução. Entretanto, ao mesmo tempo, ela também é a fonte de modificação genética que pode levar à morte celular, às doenças genéticas e neoplasias (como o câncer).

Mutações gênicas Uma mutação gênica é definida como uma alteração na sequência de nucleotídeos do DNA, causada por diferentes processos, que estudaremos. Qualquer modificação em um par de bases, em qualquer parte da molécula de DNA, pode ser considerada uma mutação. As mutações podem ocorrer em regiões do gene que codificam proteínas ou nas regiões não codificadoras. Quando essas mutações ocorrem no DNA não codificante, geralmente, os efeitos são imperceptíveis, esse tipo de mutação é chamada de mutação silenciosa. Classificação das mutações com base na localização As mutações podem ser classificadas, conforme a localização em que ocorrem. Mutações somáticas são aquelas que ocorrem em qualquer tipo celular do corpo, com exceção dos gametas e não são transmitidas às futuras gerações. Por exemplo, uma mutação em uma célula epitelial (da pele) é classificada como uma mutação somática. Mutações germinativas (ou mutações na linhagem germinativa) são as que ocorrem nos gametas, e que, caso esse gameta seja fecundado, a mutação será transmitida à prole. Uma mutação autossômica é aquela que ocorre em genes localizados nos cromossomos autossomos (são os relacionados às características comuns aos dois sexos), enquanto que as mutações, em cromossomos sexuais, podem estar tanto no cromossomo X quanto no Y. Mutação somática Sabemos que mutações somáticas são aquelas que ocorrem em genes de células somáticas. Portanto, permanece restrita ao indivíduo que a porta, não sendo transmitida aos descendentes por meio dos gametas. Um bom exemplo de mutação somática ocorre na coloração de íris, ou seja, a heterocromia de íris: condição na qual as duas íris são de cores distintas ou apenas uma porção da íris é de cor diferente do restante (figura 03, pag. 63). Se ambas as íris apresentarem coloração distinta, a mutação ocorreu na primeira célula que originou as demais. Caso a mutação surja em um estágio mais avançado do desenvolvimento da íris, o indivíduo apresenta apenas uma mancha em uma das íris. 60

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Origem das mutações espontâneas As taxas de mutações espontâneas são baixas na maior parte dos seres vivos. Calcula-se que, em média, uma célula de mamífero tenham uma taxa média de mutação de 10-5; entretanto, esse número pode variar de gene e espécie. Mutações espontâneas podem ocorrer em qualquer local do gene, no entanto, são mais frequentes em regiões com sequências de DNA repetitivas, os chamados hotspot (pontos quentes); em genes de maior tamanho, que, assim, têm maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequência de bases; e em genes do genoma mitocondrial que não há mecanismos de reparação do DNA. Algumas das principais origens das mutações espontâneas são: erros durante a replicação do DNA, dano oxidativo, sequências de DNA saltadores e mudanças químicas nas bases nitrogenadas. Na forquilha de replicação a DNA-polimerase, pode acidentalmente inserir (adição), “pular” ou retirar (deleção) ou substituir (substituição) nucleotídeos incorretos na fita de DNA, que está sendo sintetizada. Embora as DNA-polimerases consigam reparar a maioria desses erros de replicação, alguns nucleotídeos mal incorporados podem persistir, e esses erros levarem a mutações (figura 01). O DNA também pode ser danificado por subprodutos dos processos metabólicos celulares (por exemplo, respiração aeróbica), como: O−2, OH (radical hidroxila) e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Esses produtos são altamente reativos e têm a capacidade de oxidar a molécula de DNA, prejudicando o seu funcionamento. Os segmentos de DNA saltadores (denominados, transposons) se movimentam no genoma e caso se insiram em uma região codificadora do gene podem alterar a fase de leitura, comprometendo a síntese proteica; ou, caso se insiram em uma região reguladora de um gene, podem interromper a expressão apropriada do mesmo. As bases nitrogenadas também podem existir em formas químicas alternativas que diferem em um único próton na molécula (chamada de formas tautoméricas). Esse processo permite a formação de ligações de hidrogênio entre bases não complementares, podendo levar a mudanças permanentes nos pareamentos de bases. Mutações induzidas

A A C T G G C A T C

A A C T A G C A T C

T T G A C C G T A G

T T G A T C G T A G

ADIÇÃO

Sequência original

Sequência com mutação

A C C G A T C A T G

A C C G A T C G A T G

T G G C T A G T A C

T G G C T A G C T A C

Sequência original

Sequência com mutação

A C C G A T C A T G

A C C G T C A T G

T G G C T A G T A C

T G G C A G T A C

Figura 01 - Representação esquemática, ilustrando mutações gênicas causadas por substituição, adição e deleção de nucleotídeos.

B04  Material genético celular e suas mutações

SUBSTITUIÇÃO

Algumas substâncias químicas sintetizadas em laboratórios, quando entram em contato com as células do corpo causam mutação no material genético, causando

Sequência com mutação

Opirus/Arte

Todas as células da Terra estão expostas a agentes mutagênicos, que têm potencial para causar mutações no DNA. Alguns desses agentes, como a radiação, são componentes naturais do nosso ambiente; outros, como alguns poluentes ambientes, são adicionados por ação antrópica. Os principais agentes mutagênicos são: radiação ionizantes, luz ultravioleta e substâncias químicas específicas como a amônia, os organoclorados (base química dos inseticidas), nicotina, aditivos químicos de alimentos industrializados.

DELEÇÃO

Erro Sequência original

Biologia

ativação ou desativação de genes reguladores das divisões celulares. Assim, a exposição aos fatores mutagênicos está relacionado com o desenvolvimento de câncer. Como, por exemplo, a nicotina, presente no cigarro, que aumenta o risco de câncer de pulmão, a exposição à radiação ultravioleta do sol que aumenta o risco de melanoma (câncer de pele). As bases nitrogenadas do DNA, purinas e pirimidinas, têm a capacidade de absorver a radiação ultravioleta (UV) (com comprimento de onda de, aproximadamente, 260 nm). A absorção leva à distorção do DNA, pois afeta as ligações covalentes das bases. Esse processo pode levar a erros na sequência de bases no DNA durante a replicação. A radiação ionizante, por ter baixo comprimento de onda, é mais energética que a radiação UV e penetra mais profundamente nos tecidos, causando ionização das moléculas por onde passa, transformando moléculas e átomos em radicais livres. Os radicais livres, por sua vez, podem alterar direta ou indiretamente o DNA. A radiação ionizante também é capaz de perturbar a integridade dos cromossomos, pois ela quebra as ligações fosfodiéster que o estabilizam. Algumas doenças causadas por mutações gênicas As doenças genéticas resultam de mutações em genes, sejam eles autossômicos ou sexuais, em células somáticas ou germinativas, e podem ser causadas pela mutação em apenas um gene ou em vários.

Localização primária da neoplasia maligna

Estimativas de novos casos

Pele

180 mil

Próstata

69 mil

Mama

57 mil

Cólon e reto

33 mil

Pulmão

27 mil

Estômago

20 mil

Tabela 01 - Os tipos de câncer mais comuns entre mulheres e homens no Brasil no ano de 2016.

Anemia falciforme É uma doença que leva à produção de moléculas defeituosas de hemoglobina, o que dá à hemácia o aspecto de foice. Com isso, essas células não transportam eficientemente o oxigênio, e, por serem células frágeis, frequentemente se rompem, causando uma série de problemas para o paciente. A doença ocorre devido a uma mutação, em uma base, na trinca CTT para CAT do DNA. Com isso, o códon no RNA mensageiro muda para GAA, que traduz o aminoácido valina, quando deveria ser (na hemácia normal) o aminoácido glutamina (GUA).

O câncer é uma doença genética, caracterizada por mutações em oncogenes e genes supressores de tumor, o que leva ao crescimento e multiplicação descontrolada das células cancerosas. Proto-oncogenes são genes que regulam vias de divisão e crescimento celular. Quando um proto-oncogene sofre mutações, torna-se um gene “ruim”, que pode ficar permanentemente ligado ou ativado quando normalmente não deveria ser assim. Este gene ruim é chamado de oncogene. Genes supressores do tumor são genes normais que retardam a divisão celular, reparam erros do DNA ou indicam quando as células devem morrer (apoptose). Quando os genes supressores do tumor não funcionam corretamente, as células podem perder o controle da divisão celular. Algumas alterações podem ser herdadas em algumas síndromes cancerígenas hereditárias, causando certos tipos de câncer, classificado como câncer familiar. Mas a maioria das mutações de genes supressores do tumor é adquirida, não herdada. Anormalidades do gene TP53 (que codifica a proteína p53) foram encontradas em mais de metade dos cân62

Opirus/Arte

B04  Material genético celular e suas mutações

Câncer

ceres humanos; mutações, nos genes BRCA1 e BRAC2, aumentam a chance de desenvolver câncer de mama e ovário; e outros genes, como PTEN, RB ras, p16 e p21, se encontram mutados nos mais diferentes tipos de câncer.

Figura 02 - Representação esquemática, comparando os trechos de DNA, RNAm e proteína da hemoglobina normal com os trechos alterados das mesmas moléculas, que resultam em hemácias falciformes.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Progeria A Progeria é uma doença, causada por mutações no gene LMNA, bastante rara (1 criança em 4 milhões é portadora dessa anomalia), ainda sem cura. Esta anomalia acelera o processo de envelhecimento em cerca de sete vezes mais do que o normal. A esperança média de vida das meninas com progeria é de 14 anos e dos meninos é cerca de 16 anos. A mutação do gene LMNA provoca uma produção anormal da proteína progerina, pois resulta no desaparecimento de cerca de 50 aminoácidos dessa proteína. Essa alteração desestabiliza a membrana nuclear das células, mudando a sua forma e tornando-a instável. Esse processo impede que as células se renovem (por divisão celular), o que inviabiliza a regeneração dos tecidos, provocando a morte das células, e consequentemente, o envelhecimento. Hemofilia A hemofilia é uma doença hereditária que se caracteriza pelo retardo no tempo de coagulação do sangue em face de deficiência na produção de uma proteína codificada pelo gene dominante (H) e não codificada pelo seu alelo recessivo (h), localizados no cromossomo X. Como é transmitida por meio do cromossomo sexual X, quando a mulher é a portadora, pode transmitir para os filhos homens, que normalmente desenvolvem a doença e para filhas mulheres. Já os homens só transmitem o gene mutante para as filhas mulheres.

SAIBA MAIS Os organismos usam sistemas de reparo do DNA para agir contra as mutações. Os seres vivos possuem elaborados sistemas de reparo que se contrapõem tanto aos danos induzidos como espontâneos no DNA. Esses sistemas de reparo são absolutamente necessários para manutenção da integridade genética dos organismos e, consequentemente, a sobrevivência desses organismos na Terra. O equilíbrio entre a mutação e o reparo resulta nas taxas de mutação observadas nos organismo.

B04  Material genético celular e suas mutações

Fonte: Wikimedia Commons

Figura 03 - Heterocromia ou heterocromia ocular é definida como uma anomalia genética na qual o indivíduo apresenta olhos de cores distintas, ou duas cores em um mesmo olho. Essa condição é rara em humanos, sendo mais observada em animais, especialmente em cães (como dálmatas e pastores australianos), gatos e cavalos. Quando acomete gatos, estes recebem a denominação de gato de olho ímpar.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (Unirv GO) Considerando os ácidos nucleicos, a ocorrência de mutações e as consequentes mudanças do ciclo de vida da célula, julguem os itens abaixo em (V) verdadeiro ou (F) falso. a) Uma mutação gênica no DNA sempre irá alterar a proteína que é produto desse gene. b) Genes supressores tumorais são genes que normalmente regulam e estimulam os processos de crescimento e divisão das células. c) Os seres vivos não possuem elaborados sistemas de reparo que reparam aos danos induzidos como espontâneos no DNA, portanto, todos as mutações se acumulam na célula. d) A mutação é uma estratégia natural da evolução, proporciona o aparecimento de novas formas de um gene e, F-F-F-V sendo responsável, portanto, pela variabilidade gênica. 02. (Puc SP) Em uma aula sobre Evolução, cujo tema discutido era a mutação gênica, o professor pediu para que os alunos analisassem cinco afirmações. Qual delas está CORRETA? a) Mutações são alterações que ocorrem na molécula de DNA sempre transmitidas de pais para seus descendentes. b) Mutações ocorrem devido a uma necessidade de adaptação do indivíduo ao ambiente. c) Mutações são alterações que ocorrem na molécula de RNA mensageiro que controla a produção de uma proteína. d) Em espécies diploides, uma mutação autossômica recessiva se expressa em indivíduos portadores de apenas um gene mutante. e) Uma determinada mutação pode ser vantajosa em um ambiente e prejudicial em outro. 03. (Uerj RJ) Qualquer célula de um organismo pode sofrer mutações. Há um tipo de célula, porém, de grande importância evolutiva, que é capaz de transmitir a mutação diretamente à descendência. As células com essa característica são denominadas: a) diploides b) somáticas c) germinativas d) embrionárias B04  Material genético celular e suas mutações

04. (Unioeste PR) Um dos efeitos do terremoto e do tsunami ocorrido em 11 de marco de 2011 foi a explosão ocorrida, no dia seguinte, na Central Nuclear de Fukushima com consequente vazamento de radiação. Entre os efeitos causados por radiações está a ocorrência de mutações no material genético. Sobre o processo de mutação, assinale a alternativa INCORRETA. a) Mutação é um processo irreversível. b) Mutação pode ser causada por agentes biológicos. c) Mutação pode ser causada por agentes químicos. d) Mutação pode ser causada por agentes físicos. e) Mutação pode ser espontânea, decorrente da tautomeria das bases nitrogenadas.

05. (FGV SP) As mutações desempenham um papel ambíguo para a vida. São, ao mesmo tempo, responsáveis pela variação existente entre os organismos e são, também, a causa de muitos distúrbios e doenças, como, por exemplo, o câncer. Entre os tipos de mutações existentes, sabe-se que a mutação gênica é caracterizada como sendo uma a) pequena alteração na sequência dos nucleotídeos do DNA, envolvendo um gene. b) alteração na ploidia da célula, gerando uma aneuploidia, mas raramente uma euploidia. c) mudança na estrutura dos cromossomos, que pode ser uma translocação ou inversão. d) pequena alteração envolvendo poucos cromossomos de uma célula germinativa. e) alteração nos genes encontrados exclusivamente nas células germinativas. 06. (Enem MEC) Os materiais radioativos emitem diferentes tipos de radiação. A radiação gama, por exemplo, por sua alta energia e penetração, consegue remover elétrons dos átomos dos tecidos internos e romper ligações químicas por ionização, podendo causar mutação no DNA. Já as partículas beta têm o mesmo efeito ionizante, mas atuam sobre as células da pele. RODRIGUES JR., A. A. O que é radiação? E contaminação radioativa? Vamos esclarecer. Física na Escola. V. 8, nº 2, 2007. São Paulo: Sociedade Brasileira de Física (adaptado).

Segundo o texto, um indivíduo irradiado por uma fonte radioativa é exposto ao risco de a) transformar-se em um corpo radioativo. b) absorver a radiação e armazená-la. c) emitir radiação e contaminar outras pessoas. d) sofrer alterações gênicas e desenvolver câncer. e) transportar a radiação e contaminar outros ambientes. 07. (UFTM MG) Existem genes supressores de tumores que inibem o desenvolvimento do câncer. Esses genes atuam codificando a) proteínas específicas que inibem as divisões celulares descontroladas. b) polinucleotídeos específicos que podem inibir o controle mitótico. c) polipeptídeos alterados que aumentam o índice mitótico. d) glicídeos específicos que podem desequilibrar o controle mitótico. e) fosfolipídeos que alteram o metabolismo que controla o ciclo celular. 08. As mutações podem ser induzidas por agentes físicos e químicos, denominados genericamente de: a) Agentes gênicos b) Agentes mutagênicos c) Agentes Alelos d) Agentes evolutivos e) Agentes mutantes.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (FGV SP) A substituição de apenas um nucleotídeo no DNA pode representar uma grave consequência ao seu portador, em função de uma modificação de um componente molecular na proteína sintetizada a partir do trecho alterado.É o caso da anemia falciforme, na qual a síntese da hemoglobina humana normal, Hb A, é parcial ou totalmente substituída pela hemoglobina falciforme mutante, Hb S, em decorrência da presença de um nucleotídeo com adenina no lugar de outro com timina. Tal mutação é responsável pela a) leitura incompleta do RNAm transcrito, codificador da hemoglobina. b) alteração na sequência de aminoácidos da hemoglobina sintetizada. c) modificação na sequência de nucleotídeos da hemoglobina das hemácias. d) tradução de uma hemoglobina mutante com um aminoácido a mais. e) transcrição de uma hemoglobina mutante com um aminoácido a menos. 03. (Unifor CE)

As raízes do

MAL

Evidência recentes desafiam as teorias consagradas sobre como as células se tornam malignas e sugerem novos caminhos para deter tumores antes que eles se desenvolvam

POR W. WAYT GIBBS

O texto lido faz referência a um assunto bastante atual: CÂNCER, que hoje é encarado como uma das doenças mais complexas no mundo. O título da reportagem cita que já existem teorias consagradas de como as células se tornam malignas. Dentre os itens abaixo, assinale aquele que NÃO está diretamente relacionado com o surgimento e desenvolvimento de tais células. a) As principais estruturas moleculares que são danificadas numa célula cancerosa são as proteínas recém-sintetizadas. b) O câncer surge de uma única célula que sofreu mutação, multiplicou-se por mitoses e suas descendentes acumularam mutações, até darem origem a uma célula cancerosa. c) A célula cancerosa prolifera muito e pode se estabelecer em locais distantes da sua origem, onde produz tumores secundários: as metástases. d) Normalmente se chama de câncer aos tumores malignos para distingui-los dos tumores benignos, nos quais as células permanecem localizadas. e) Os principais agentes carcinogênicos são agentes virais, fumo, álcool, substâncias químicas do ambiente e agentes físicos como certos tipos de radiação. 04. (Uerj RJ) A alteração da sequência normal de bases nitrogenadas de um segmento de DNA pode provocar uma mutação. A alternativa que expressa fatores que podem causar esse fenômeno é: a) radiação ionizante de origens diversas / doenças como o diabetes mellitus. b) interações com determinadas substâncias químicas / doenças como o diabetes mellitus. c) alterações provocadas em laboratórios por introdução de genes em cadeias de DNA / radiações ionizantes de origens diversas. d) autorregulação do organismo como forma de resistência a algumas doenças / interações com determinadas substâncias químicas.

B04  Material genético celular e suas mutações

01. (IF PE) Desde o dia 02 de abril de 2015, um incêndio, que durou nove dias, foi consumindo tonéis de combustíveis da companhia Ultracargo (empresa de armazenagem de granéis líquidos do Brasil) no porto de Santos-SP. Dois dias depois do início do incêndio, peixes mortos foram encontrados na orla da avenida beira-mar, em Cubatão, e esse fato foi relacionado ao produto químico que vazou no momento do combate às chamas. A emissão de fumaça também foi outra consequência ambiental grave, pois o benzeno existente na queima do combustível, em longo prazo, induz a aberrações cromossômicas e ao câncer. Esses dois problemas em destaque podem ser provocados por a) uma maior incidência de mutação. b) um aumento no número de meioses. c) um reparo mais eficiente dos danos cromossômicos. d) uma redução no número de mitoses. e) uma segregação independente dos genes.

05. (UFRN) Devido à maior proximidade da linha do Equador, o Nordeste do Brasil recebe uma elevada incidência de radiação ultravioleta (UV), o que torna a população dessa região mais propensa ao câncer de pele. Essa doença ocorre porque as células do tecido epitelial multiplicam-se com muita frequência, ficando mais vulneráveis à ação dos raios UV existentes na luz solar. Essa maior vulnerabilidade decorre da a) replicação acentuada do DNA, tornando-o mais susceptível às mutações. b) inserção de nucleotídeos no genoma, retardando a duplicação do DNA.

Biologia

c) inversão de bases no DNA, prejudicando a transcrição para RNA. d) substituição de nucleotídeos no RNA, impedindo a formação de radicais livres. 06. (PUC Campinas SP) Atenção: Para responder a esta questão considere o texto apresentado abaixo. A pelagem das preguiças parece ser realmente um bom meio de cultura de algas. Tem estrias e fissuras e, ao contrário do pelo de outros mamíferos, absorve água. Além de fornecer um despiste cromático para os mamíferos, as algas talvez sejam uma pequena fonte extra de nutrientes que seriam absorvidos por difusão pela pele das preguiças. Outras hipóteses ainda não testadas têm sido propostas para explicar essa estreita ligação entre algas e preguiças. As algas poderiam, por exemplo, produzir substâncias que deixariam os pelos com a textura mais apropriada para o crescimento de bactérias benéficas. Ou ainda produzir certos tipos de aminoácidos que absorveriam raios ultravioleta, ou seja, atuariam como protetores solares para as preguiças. (Adaptado: Revista Pesquisa Fapesp, junho de 2010, p. 61)

B04  Material genético celular e suas mutações

O uso de protetor solar é um importante aliado contra o câncer de pele. Isso porque, os raios UV presentes na luz solar são agentes mutagênicos e podem causar alterações permanentes na estrutura e fisiologia das células. A respeito das mutações causadas por raios UV nas células da pele é correto afirmar que: a) Podem ser transmitidas aos descendentes por meio da reprodução. b) Contribuem para o aumento da variabilidade genética e para a evolução. c) Alteram aminoácidos e, consequentemente, interferem na síntese proteica. d) Modificam o DNA, o que pode levar a alterações nas proteínas celulares. e) Alteram o processo de tradução e com isso modificam os RNAs mensageiros. 07. (Unesp SP) A respeito das mutações gênicas, foram apresentadas as cinco afirmações seguintes. I. As mutações podem ocorrer tanto em células somáticas como em células germinativas. II. Somente as mutações ocorridas em células somáticas poderão produzir alterações transmitidas à sua descendência, independentemente do seu sistema reprodutivo. III. Apenas as mutações que atingem as células germinativas da espécie humana podem ser transmitidas aos descendentes. IV. As mutações não podem ser “espontâneas”, mas apenas causadas por fatores mutagênicos, tais como agentes químicos e físicos. V. As mutações são fatores importantes na promoção da variabilidade genética e para a evolução das espécies.

Assinale a alternativa que contém todas as afirmações corretas. a) I, II e III. b) I, III e V. c) I, IV e V. d) II, III e IV. e) II, III e V. 08. (Puc RJ) Como consequência de uma mutação hipotética em uma molécula de RNA mensageiro, podemos esperar que ocorram diversas mudanças, à exceção de alterações: a) na transcrição reversa desse RNA para DNA. b) na autoduplicação do DNA que o originou. c) na tradução dessa molécula de RNA. d) moleculares em proteínas estruturais originadas desse RNA. e) funcionais em proteínas enzimáticas originadas desse RNA. 09. (UECE) Banho de sol é benéfico à saúde, em certas horas do dia. Outrora, as pessoas davam prioridade às aparências sem atentar para a saúde. Exemplo disso, era a exposição indiscriminada ao sol para obter bronzeamento. Hoje em dia, verifica-se um cuidado maior com a pele, por meio do uso de protetores solares. Essa prática protege o corpo contra os raios a) ultravioleta, causadores de melanomas. b) infravermelhos, causadores de leucemia. c) ultravioleta, causadores de leucemia. d) infravermelhos, causadores de melanoma. 10. (Ibmec RJ) “Radioatividade após acidente de Fukushima causou mutação nas borboletas” “Mutações genéticas foram detectadas em três gerações de borboletas nos arredores da central nuclear japonesa de Fukushima, informaram cientistas japoneses, o que aumenta os temores de que a radioatividade possa afetar outras espécies.” Fonte: UOL Notícias Tecnologia.

O texto acima é um fragmento de uma notícia veiculada em agosto deste ano na mídia eletrônica. De acordo com os dados da notícia e seus conhecimentos sobre o assunto, assinale a alternativa CORRETA: a) Os cientistas japoneses concluíram que se até as borboletas, que são seres pequenos e frágeis, foram afetadas pela radioatividade, com certeza os seres humanos também foram. b) Em Fukushima, a radioatividade atuou como agente mutagênico para as borboletas dos arredores da central nuclear, causando nelas alterações genéticas. c) A radioatividade causou mutação nas borboletas da região próxima a Fukushima, pois as borboletas são seres que têm predisposição genética para esse tipo de erro. d) A mutação, como a ocorrida nas borboletas, nada mais é do que uma diminuição do número de células do organismo. e) O agente mutagênico, que nesse caso é a radioatividade, é uma substância capaz de multiplicar células normais nos organismos.

FRENTE

BIOLOGIA

Exercícios de Aprofundamento 01. (Udesc SC) Em um organismo unicelular, uma única célula realiza todas as funções vitais. Por outro lado, em organismos multicelulares _____ células é(são) especializada(s) para realizar(em) _____ funções. Devido à ____ celular, as células dos organismos multicelulares _____ outras células do organismo para sua sobrevivência. A alternativa que preenche corretamente, e em sequência, as lacunas da afirmativa acima é: a) algumas – inúmeras – especialização – misturam-se com b) poucas – a maioria das – diferenciação – independem de c) boa parte das – muitas – indiferenciação – interagem com d) a maioria das – uma ou poucas – especialização – dependem de e) uma grande variedade de – poucas – padronização – interagem com 02. (UFPR) As células procarióticas são geralmente menores que as eucarióticas. Analise esse fato tendo em vista as necessidades de trocas que as células têm de realizar para manter funcional e eficiente o seu metabolismo. Questão no final da página 03. (UFMS) Observe as figuras A e B, que são representações de dois organismos distintos, e assinale a alternativa correta.

c) A Figura A representa um organismo procarionte, e a Figura B representa um organismo eucarionte. Apresentam diferença no tamanho. Em B, há a presença de membrana nuclear e organelas citoplasmáticas. Em A, as enzimas responsáveis pelo processo de respiração localizam-se na membrana plasmática. d) A Figura A representa um organismo procarionte, e a Figura B representa um organismo eucarionte. Apresentam diferença na forma. Em B, há a presença de membrana nuclear e cloroplastos. Em A, as enzimas responsáveis pelo processo de respiração localizam-se no núcleo. e) A Figura A representa um organismo procarionte, e a Figura B representa um organismo eucarionte. Apresentam diferença no tamanho. Em B, há a presença de membrana plasmática e mitocôndrias. Em A, as enzimas responsáveis pelo processo de respiração localizam-se no citoplasma. 04. (Puc Campinas SP) Esferas minúsculas podem se tornar uma arma contra a leishmaniose viceral, doença causada pelo protozoário Leishmania chagasi que, sem tratamento, é fatal em 90% dos casos. A principal terapia disponível emprega antimônio, um metal bastante tóxico para o paciente. Agora um grupo coordenado pelo farmacologista André Gustavo Tampone, do Instituto Adolfo Lutz, testou com sucesso a furazolidona, um medicamento usado contra a giardíase, uma parasitose intestinal, e contra a Helicobacter pylori, bactéria causadora da úlcera gástrica. (Revista Pesquisa Fapesp, junho de 2010, p. 42)

a) A Figura A representa um organismo eucarionte, e a Figura B representa um organismo procarionte. Apresentam diferença na forma. Em B, há a presença de membrana nuclear e cloroplasto. Em A, as enzimas responsáveis pelo processo de respiração localizam-se na mitocôndria. b) A Figura A representa um organismo eucarionte, e a Figura B representa um organismo procarionte. Apresentam diferença no tamanho. Em B, há a presença de membrana plasmática e organelas citoplasmáticas. Em A, as enzimas responsáveis pelo processo de respiração localizam-se na membrana plasmática.

Giardíase é uma infecção causada por um organismo eucariótico, Giardia, enquanto Helicobacter pylori é um organismo procariótico. Em relação ao tipo celular que forma esses organismos é correto afirmar que: a) nos dois casos o espaço intracelular é subdividido em compartimentos membranosos que desempenham diferentes funções metabólicas. b) Giardia e Helicobacter pylori pertencem ao mesmo reino na classificação dos seres vivos. c) Helicobacter pylori é um organismo multicelular cujas células apresentam pares de cromossomos circulares que controlam seu metabolismo. d) o organismo que causa giardíase é pluricelular, cujas células apresentam metabolismo energético anaeróbio por fermentação. e) em Giardia, parte do metabolismo energético ocorre no interior de organelas celulares com dupla membrana e DNA próprio.

Questão 02 A célula eucariótica é maior pois tem maior número de organelas citoplasmáticas que as procarióticas, o que proporciona maior capacidade de realização de funções metabólicas; além disso, por ser mais funcionante metabolicamente, interage de forma dinâmica com o meio interno (inclusive entre núcleo e citoplasma, diferenciação inexistente nos procariontes) e externo e, para isso, deve ter uma estrutura maior que a dos procariontes.

Biologia

05. (Unicesumar SP) O cladograma a seguir representa as relações evolutivas entre organismos pertencentes aos reinos Monera, Protista, Plantae, Fungi e Animalia.

cados os significados dos símbolos usados na figura. A partir dessas informações, assinale a opção correta. O cariótipo da espécie representada na figura é a) 2n = 6. b) 2n = 3. c) 6, XX e 6, XY. d) 3, XX e 3, XY. 07. (Puc Campinas SP)

Neste cladograma, a carioteca é uma característica representada pelo algarismo a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. 06. (UnB DF) Casal Z

A a B b

c D

D d

Fêmea

(http://educacao.uol.com.br/ciencias/abelhas2.jhtm)

Macho

Significado dos símbolos usados na figura A

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

Gene para número de patas

Gene para cauda

Gene para cor

Gene para chifre

AA e Aa

Quatro patas

Duas patas

Cauda longa

Cauda média

Sem cauda

Laranja

Verde

roxo

d ou dd

Chifre

DD, Dd e D

Sem chifre

Na figura acima, estão representados pares de cromossomos homólogos de uma fêmea e de um macho de uma espécie animal imaginária, que formam o casal Z, e, na tabela, estão indi-

Abelhas As abelhas são insetos sociais. Os indivíduos que vivem nas colmeias se dividem em três castas: rainha, operárias e zangões. A maioria das abelhas de uma colmeia é formada por fêmeas: 1 rainha e cerca de 5 000 a 100 000 operárias. Os machos − os zangões − são encontrados em um número máximo de 400 indivíduos. A rainha é quase duas vezes maior que as operárias e é a única fêmea fértil da colmeia, com um sistema reprodutivo bastante desenvolvido. Ela coloca cerca de 2 500 ovos por dia! Os ovos fertilizados produzem operárias e rainhas. Ovos não fertilizados se desenvolvem em zangões. O que determina se o ovo formará uma rainha ou uma operária é o alimento oferecido à larva originada do próprio ovo. As larvas que se alimentam exclusivamente de geleia real se desenvolvem em rainhas. As que se alimentam de geleia de operária, contendo menos açúcar do que a geleia real, mais mel e pólen, transformam-se em operárias. A rainha mantém a ordem social por meio da liberação de substâncias químicas, os feromônios, que informam os outros membros da colônia que ela está ativa e presente, além de inibir a produção de novas rainhas. Os cromossomos de uma célula nervosa da abelha-rainha de uma determinada espécie foram fotografados e organizados em um cariótipo apresentado a seguir.

O número de moléculas de DNA em um núcleo de uma célula somática de cada casta de abelhas dessa espécie é Rainhas

Zangões

Operárias

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

quantidade de DNA

Observe, agora, os gráficos correspondentes aos resultados obtidos, para cada geração, após a substituição do nitrogênio das bases por 15N: X

densidade

densidade Z

densidade

Os gráficos que correspondem, respectivamente, à primeira, à segunda e à terceira gerações são: a) X, Y, Z b) Z, Y, X c) Z, X, Y d) Y, Z, X 69

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

10. (Puc SP) Na aula de Biologia, o professor fez a seguinte afirmação: “A produção de ribossomos depende, indiretamente, da atividade dos cromossomos.” Em seguida, pediu a seus alunos que analisassem a afirmação e a explicassem. Foram obtidas cinco explicações diferentes, que se encontram a seguir citadas. Assinale a única afirmação correta: a) os cromossomos são constituídos essencialmente por RNA ribossômico e proteínas, material utilizado na produção de ribossomos. b) os cromossomos são constituídos essencialmente por RNA mensageiro e proteínas, material utilizado na produção de ribossomos. c) Os cromossomos são moléculas de DNA altamente condensadas. Neles são encontrados os genes, que são porções do DNA responsáveis pela síntese de proteínas.

densidade

quantidade de DNA

09. (UFRN) A mosca de frutas (Drosophila melanogaster) apresenta 08 cromossomos nas células somáticas. É correto afirmar, portanto, que uma célula somática do referido inseto apresenta a) 4 cromátides-irmãs na interfase. b) 8 cromátides-irmãs na interfase. c) 32 centrômeros na metáfase. d) 16 centrômeros na divisão celular.

11. (Uerj RJ) Leia abaixo a descrição do experimento por meio do qual se comprovou que a replicação do DNA é do tipo semiconservativo. Uma cultura de células teve, inicialmente, o seu ciclo de divisão sincronizado, ou seja, todas iniciavam e completavam a síntese de DNA ao mesmo tempo. A cultura foi mantida em um meio nutritivo normal e, após um ciclo de replicação, as células foram transferidas para outro meio, onde todas as bases nitrogenadas continham o isótopo do nitrogênio 15N em substituição ao 14N. Sob essas condições, essas células foram acompanhadas por três gerações seguidas. O DNA de cada geração foi preparado e separado por centrifugação conforme sua densidade. Observe o gráfico correspondente ao resultado obtido na primeira etapa do experimento, na qual as células se reproduziram em meio normal com 14N:

quantidade de DNA

Porcos e javalis são subespécies de uma mesma espécie, Sus scrofa. A referência ao número de cromossomos justifica-se pelo fato de que são considerados javalis puros apenas os indivíduos com 36 cromossomos. Os porcos domésticos possuem 38 cromossomos e podem cruzar com javalis. Desse modo, é correto afirmar que: a) os animais com 37 cromossomos serão filhos de um leitão ou de uma leitoa, mas não de um casal de javalis. b) um híbrido de porco e javali, conhecido como javaporco, terá 74 cromossomos, tendo herdado o material genético de ambas as subespécies. c) do cruzamento de uma leitoa com um javali devem resultar híbridos fêmeas com 38 cromossomos e híbridos machos com 36 cromossomos. d) os animais não puros terão o mesmo número de cromossomos do porco doméstico, mas não o número cromossômico do javali. e) os animais puros, aos quais o restaurante se refere, são filhos de casais em que pelo menos um dos animais paternos tem 36 cromossomos.

d) os cromossomos são constituídos essencialmente por RNA transportador e proteínas, material utilizado na produção de ribossomos. e) os cromossomos, produzidos a partir do nucléolo, fornecem material para a organização dos ribossomos.

quantidade de DNA

08. (Unesp SP) Leia a placa informativa presente em uma churrascaria.

Biologia

12. (UFRJ) O genoma da bactéria E.coli tem um tamanho de 4 x 106

e) A replicação será contínua para os fragmentos A e D e des-

pares de nucleotídeos. Já o genoma haploide humano tem 3 x 10

contínua para os fragmentos B e C.

pares de nucleotídeos. Para replicar o genoma, antes da divisão celular, existe uma enzima, a DNA polimerase, cuja velocidade de

15. (Uesc BA) Ainda faltava uma peça no quebra-cabeça da dupla

reação é equivalente a cerca de 800 nucleotídeos /s. Assim, para

hélice, pois não havíamos testado experimentalmente a nossa

replicar todo o genoma de uma bactéria, a DNA polimerase

ideia de que, na replicação do DNA, as duas fitas se abrem mais

consumiria cerca de 83 minutos e, para o genoma humano,

ou menos como um zíper. Max Delbruck, por exemplo, temia

aproximadamente 43 dias! Sabemos, no entanto, que o tempo

que abri-la como um zíper pudesse gerar alguns emaranhados

de geração da E.coli é de cerca de 20 minutos, e que o tempo

terríveis. Essa lacuna foi preenchida com o uso de experiências

médio de replicação de uma célula eucariota é de 12 horas. As-

simples e sucintas, como a de Meselson e Stahl, em que anali-

sumindo que a DNA polimerase apresenta uma velocidade de

sou por várias gerações de bactérias amostras de DNA, confor-

reação constante para todas as espécies analisadas, explique

me o diagrama ilustra. (WATSON, 2005, p. 72).

essa aparente contradição.

Várias moléculas de DNA polimerase iniciam a replicação do DNA, simultaneamente em diversos sítios do genoma denominados de origem de replicação.

13. (UEFS BA) O DNA é uma molécula com potencial replicativo semiconservativo e, diante dessa informação, 50 moléculas desse ácido nucleico foram marcadas com timina radioativa e posteriormente transferidas para um meio sem esse isótopo e com condições necessárias para a sua replicação. Após três duplicações consecutivas, o número de moléculas de DNAs que ainda apresentarão esse marcador radioativo é a) 50 b) 100 c) 150 d) 400 e) nenhum 14. (UFT TO) A figura a seguir representa uma dupla fita de DNA, com as seguintes características definidas: polaridades (5’ e 3’), ponto origem de replicação (Ori), direções de abertura das fitas e de síntese das novas cadeias de DNA (setas). Os fragmentos designados por A, B, C e D são as fitas moldes para o processo replicativo. Ori

A análise do experimento evidencia:

01. A estratégia de usar o nitrogênio pesado apoiou-se na pre-

sença desse elemento em todos os componentes molecu-

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

lares dos nucleotídeos. Com relação à replicação contínua e descontínua, marque a al-

02. A incorporação do nitrogênio pesado ocorre durante o processo de centrifugação.

ternativa CORRETA: a) A replicação será contínua para os fragmentos A e C e des-

03. A cada replicação, uma das fitas da molécula do DNA-mãe é conservada para a síntese de uma fita nova nas molécu-

contínua para os fragmentos B e D.

las-filha.

b) A replicação será contínua para os fragmentos A e B e descontínua para os fragmentos C e D.

04. À medida que se sucedem as gerações, deve aumentar a quantidade de moléculas de DNA híbridas.

c) A replicação será contínua para os fragmentos B e D e descontínua para os fragmentos A e C.

05. A diferença de densidade do DNA, centrifugado a cada geração, se deve à transformação progressiva do N2 pesado

d) A replicação será contínua para os fragmentos B e C e descontínua para os fragmentos A e D. 70

em leve.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

16. (Unesp SP) Erros podem ocorrer, embora em baixa frequên-

III.

Entre os fatores que concorrem e podem se sobrepor

cia, durante os processos de replicação, transcrição e tradução

favorecendo o desenvolvimento do câncer, citam-se:

do DNA. Entretanto, as consequências desses erros podem ser

tabagismo, exposição à radiação, distúrbios hormonais, alguns vírus e mutações genéticas.

mais graves, por serem herdáveis, quando ocorrem: a) na transcrição, apenas.

IV.

Os proto-oncogenes são genes mutados que ao serem

b) na replicação, apenas.

ativados provocam a divisão incontrolada da célula, oca-

c) na replicação e na transcrição, apenas.

sionando a formação do tumor.

d) na transcrição e na tradução, apenas.

Todas as afirmações estão corretas em:

e) em qualquer um dos três processos.

a) I - II - III

17. (FGV SP) Atualmente são bem conhecidos os efeitos adversos à saúde humana, causados por diversos poluentes ambientais, especialmente aqueles que possuem potencialidades mutagê-

b) II - III - IV c) I - III d) III - IV

nicas ou carcinogênicas, os quais, devido à sua interação com

19. (Fuvest SP) A hemoglobina, proteína responsável pelo trans-

mecanismos genéticos, podem causar mutações e doenças nas

porte de oxigênio dos pulmões para os tecidos do corpo, é

gerações futuras.

produzida nas células precursoras das hemácias. A anemia

Assinale as afirmações corretas. Mutações são modificações bruscas do material genético que podem ser transmitidas à prole (descendência ou células-filhas). II.

III.

tes físicos, químicos ou biológicos com potencial mu-

forme, foram obtidos:

tagênico.

nn DNA do genoma total (DNA genômico) e

Mutação é toda alteração do material genético, que resulta

nn RNA mensageiro, que serviu de molde para a síntese do

Mutações gênicas podem ser causadas por poluentes recimento de genótipos diferentes numa população.

A alternativa que contém as afirmações corretas é: a) I e III. b) II e III. c) I, II e IV. d) IV e III.

DNA complementar, pelo processo de transcrição reversa (RNA → DNA). a) A base nitrogenada trocada, que levou à substituição do aminoácido na hemoglobina, pode ser detectada no DNA complementar obtido a partir das células da mucosa bucal? Justifique sua resposta. b) Essa troca de bases pode ser detectada no DNA genômico obtido a partir das células da mucosa bucal? Justifique sua resposta. 20. (Ufu MG) A mutação gênica é uma alteração que ocorre na mo-

e) III. 18. (Acafe SC) O câncer é uma doença multifatorial, o que significa que diversos fatores concorrem e podem se sobrepor, favorecendo seu desenvolvimento. Sobre o tema, analise as afirmações a seguir.

II.

glutâmico, a proteína tem uma valina. De células da mucosa bucal de uma pessoa com anemia falci-

ambientais e provocar alterações responsáveis pelo apa-

leva à substituição de um aminoácido: no lugar de um ácido

A mutação pode ser espontânea ou induzida por agen-

sempre de segregação ou recombinação cromossômicas. IV.

hemoglobina. É determinada por mutação no gene HBB, que

lécula de DNA ao atingir a sequência de bases. Essa mutação é determinada por falha na replicação do DNA, que, quando alterado, codifica uma mensagem que leva à produção de proteínas modificadas, alterando o fenótipo. Mutações podem ser favoráveis ou desfavoráveis ao organismo, dependendo do am-

Chamamos de câncer uma classe de doenças que tem

biente. Durante a replicação, a fita -A-C-G-T-T-A-C-C-G- sofreu

como característica básica o crescimento desordenado e

uma mutação a qual gerou a produção da fita complementar

irregular de células que podem invadir outros tecidos e/ou

-T-G-C-G-A-T-G-G-C-, que levou essa molécula de DNA a codifi-

espalhar-se para outras regiões do organismo (metástase).

car uma proteína diferente da original.

Em condições normais, através de um processo denominado divisão celular, as células do nosso corpo crescem, duplicam seu material genético e se dividem. Quando uma célula se divide e dá origem a duas células idênticas, o processo de divisão celular é denominado mitose.

Essa mutação ocorreu devido à a) substituição de nucleotídeo. b) adição de nucleotídeo. c) inserção de nucleotídeo. d) deleção de nucleotídeo.

Questão 19. a) Não. Como as células da mucosa bucal não produzem hemoglobina, seu DNA não expressa o gene que produz o RNAm para essa proteína. Assim, no DNA complementar obtido a partir dos RNAs dessas células não será possível detectar a troca. b) Sim. Todas as células somáticas nucleadas apresentam toda a informação genética do organismo, sendo possível detectar a troca de bases.

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

falciforme é uma doença genética causada por alteração da

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FRENTE

BIOLOGIA Por falar nisso Desde a antiguidade uma grande indagação provoca o homem: “Como apareceram os primeiros seres vivos?” Essa questão inspirou as mentes humanas e a indústria cinematográfica. <http://mundotentacular.blogspot.com.br/2016/01/a-verdadeainda-esta-la-fora-arquivo-x.html>. Acesso em: 08. mar. 2016.

Teriam vindo do espaço (panspermia)? Teriam sido criados em um ato divino? Teriam sido formados por matéria não viva? Teriam surgido como resultado de um longo processo de evolução de compostos químicos? Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

C01 C02 C03 C04

Ideias sobre a origem dos seres vivos: abiogênese x biogênese.....74 Evolução gradual dos compostos químicos...................................80 Teoria endossimbiótica..................................................................91 Evolução da microscopia e método científico...............................98

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C01

ASSUNTOS ABORDADOS nn Ideias sobre a origem dos seres vi-

vos: abiogênese versus biogênese nn O experimento de Redi nn Needham versus Spallanzani nn O experimento de Louis Pasteur

IDEIAS SOBRE A ORIGEM DOS SERES VIVOS: ABIOGÊNESE VERSUS BIOGÊNESE O filósofo grego Aristóteles (384-322 a.C) acreditava que uma “força vital”, algo não material, transformava matéria bruta em seres vivos. Essas “teoria” foi nomeada abiogênese ou geração espontânea. Considerando a importância e a influência que Aristóteles exerceu sobre a humanidade, podemos imaginar como essas ideias atravessaram séculos. René Descartes (1596-1650), Isaac Newton (1642-1727) eram adeptos da abiogênese para explicar a origem dos seres vivos. Jan Baptist van Helmont (1577-1644) chegou a produzir uma receita para obter ratos, que basicamente consistia na reunião de uma camisa suada e trigo, depositados em um quarto escuro e fechado por semanas. Opositores a essas ideias entravam em constante enfrentamento com os adeptos da geração espontânea. Eles se alinhavam com os princípios da biogênese. A vida só poderia vir da própria vida, ou seja, os seres vivos originam somente por reprodução de seres da sua própria espécie. O estudo sobre a origem da vida é marcado por muitas ideias (de cientistas daquela época) controversas, como estudaremos a seguir.

SAIBA MAIS QUAL É O PRIMEIRO VESTÍGIO DE VIDA NA TERRA? Os vestígios de vida mais antigos, conhecidos até hoje, são os estromatólitos, que são filamentos de cianobactérias (procariontes que realizam fotossíntese). Os fósseis foram encontrados na Austrália e estima-se que teriam 3,5 bilhões de anos. Apesar de muito antigos, cientistas acreditam que esses fósseis não foram os primeiros seres vivos a existirem na Terra, pois acreditam que já existiam outros tipos de procariontes que não realizavam fotossíntese, antes dos estromatólitos.

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Francesco Redi (Arezzo, 18 de fevereiro de 1626 – Pisa, 1.° de março de 1697) foi um biólogo italiano conhecido pelo seu experimento realizado em 1668 que se considera um dos primeiros passos para a queda de reputação da abiogênese.

O experimento de Redi O primeiro grande golpe sobre a abiogênese aconteceu em meados do século XVII quando um pesquisador chamado Francesco Redi propôs um experimento (figura 01) criterioso para demonstrar que “vermes”, ou seja, larvas, não se formam a partir de cadáveres ou pedaços de tecidos animais. Ele preparou frascos, contendo pedaços de igual tamanho de carne. Alguns frascos foram tampados com gaze, outros ficaram destampados, totalmente expostos ao ar. A hipótese que Redi queria provar era de que moscas sobrevoavam os pedaços de carne expostos e depositavam seus ovos que, mais tarde, se convertiam em larvas. Portanto, a carne não formava as larvas. Os frascos fechados constituíam o grupo teste do experimento. Alinhado com a hipótese de que as moscas, impedidas de entrar no frasco, não depositavam ovos e não formavam larvas. Os frascos abertos constituíam o grupo controle. O grupo controle do experimento apresenta sempre condições opostas ao grupo teste, ou seja, condições para a “carne gerar vermes”. Esse experimento provou que os vermes, existentes na carne em decomposição, nasciam dos ovos colocados pelas moscas, e que não eram gerados espontaneamente. Por mais bem-sucedido que tenha sido esse estudo de Redi, ele não foi suficiente para convencer os adeptos da abiogênese, principalmente, em relação aos micro-organismos. Nos primórdios da microscopia, por mais contraditório que pareça, essa tecnologia emergente, reforçou as ideias de geração espontânea. Seres tão pequenos, que os olhos humanos não enxergavam, não poderiam apresentar algum tipo de reprodução.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Figura 01 - Experimento de Redi, meados do século XVII.

Needham versus Spallanzani Uma tentativa de reforçar a abiogênese foi feita por Needham (1713- 1781). Ele colocou caldo de carne em diversos frascos e procedeu à fervura por 30 minutos. Sua intenção era mostrar que, eliminando totalmente os micro-organismos do caldo nutritivo, esse, ainda assim, geraria novos micro-organismos por geração espontânea. Ele vedou os frascos com rolhas de cortiça. Depois de algum tempo, os caldos estavam completamente transformados. Os micro-organismos haviam aparecido a partir do meio material. Como ele acreditava que o aquecimento havia matado todos os seres, o reaparecimento deles, só poderia ser explicado devido à geração espontânea no caldo nutritivo.

C01  Ideias sobre a origem dos seres vivos: abiogênese versus biogênese

Lazzaro Spallanzani (1729-1799), determinado a desqualificar as conclusões de Needham, refez toda a experimentação, porém promoveu o fechamento hermético de alguns frascos e prolongou o tempo de fervura dos caldos. Após vários dias fechados, em nenhum dos frascos havia micro-organismos, portanto, o cientista concluiu que, se o caldo nutritivo fosse completamente esterilizado e fechado corretamente, nenhum organismo surgiria ali. Um argumento difícil de ser discutido partiu de Needhan, que rebateu Spallanzani, dizendo que: a fervura prolongada e o fechamento hermético teria impedido a entrada da “força vital”, um elemento místico que teria o poder de transformar caldo nutritivo de carne em seres vivos microscópicos.

O experimento de Louis Pasteur

As partículas de poeira, onde se concentrava micro-organismo, sofriam um processo de deposição nessas gotas de água

Fervura do Exposição do Caldo caldo nutri vo caldo fervido nutri vo no ar transformado

Opirus/Arte

O golpe final na abiogênese ocorreu por volta de 1860, quando um cientista francês Louis Pasteur (1822-1895) apresentou, na Academia Francesa de Ciências, um experimento bastante criativo que colocou um fim na controvérsia arrastada por séculos. Ele preparou quatro frascos contendo caldos nutritivos e inovou ao acoplar aos frascos um gargalo cheio de curvaturas, mas com a extremidade aberta. Esses frascos ficaram conhecidos como gargalo de cisne. Ele ferveu os caldos nesses frascos com o gargalo retorcido e esperou, então, o resfriamento dos conteúdos. À medida que o vapor percorria o gargalo, ocorria a formação de gotas principalmente nas curvaturas. Após esse resfriamento, o ar do meio externo entrava livremente pelo gargalo aberto, portanto, não se podia falar da impossibilidade da entrada do “princípio ativo” ou “força vital”.

Caldo nutri vo intacto no frasco de pescoço de cisne

Caldo nutri vo transformado após exposição ao ar

Figura 02 - Experimento de Pasteur na década de 1860.

Biologia

nas curvaturas internas do gargalo, ficando retidas ali e não contaminavam o caldo. Como esse processo, promoveu a filtragem do ar, os micro-organismos não chegavam ao caldo e assim ele permaneceu intacto. Diante da argumentação de que a fervura tinha eliminado o “poder vital”, Pauster procedeu, em um dos frascos, um golpe que quebrou o gargalo retorcido. Rapidamente esse caldo se transformou, pois micro-organismos do ar entraram em contato direto com o meio nutritivo favorável e ali se desenvolveram e reproduziram. Dessa forma, nem o fechamento hermético, nem a fervura poderiam invalidar a conclusão de que os microscópicos seres vivos estão suspensos no ar e em todos os meios. Uma vez que a matéria orgânica esterilizada (mesmo em contato com o ar), não gerava micro-organismos espontaneamente, Pasteur conseguiu provar que não havia nenhuma “força vital” no ar (como a maioria dos cientista e sociedade acreditavam) que geraria vida em matéria inanimada.

SAIBA MAIS

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PASTEURIZAÇÃO Foram inúmeras as contribuições de Pasteur para a humanidade, seja no campo da saúde, seja na preservação dos alimentos. Seus trabalhos resultaram em uma técnica usada em todo o mundo para evitar a deterioração de alimentos e ficou conhecida como Pasteurização. O processo é baseado em aquecimentos moderados seguidos de resfriamento que produz a eliminação seletiva de micro-organismos seguido de fechamento hermético. No Brasil, o leite só pode ser comercializado após a indústria proceder a sua pasteurização. O leite é mantido a 62 °C por 30 minutos. O tratamento elimina a maioria dos micro-organismos, inclusive a bactéria causadora da tuberculose. As técnicas de Pasteur inspiraram médicos a promoverem a esterilização do local da cirurgia e da instrumentação utilizada. Houve uma redução drástica no número de mortes, no pós-operatório, com a introdução de mudanças nas práticas hospitalares. Ainda no campo da imunologia, Pasteur investigou a raiva e como não conseguiu observar ao microscópio o micro-organismo responsável pela doença, concluiu que um agente muito menor que a bactérias seria o causador dessa doença. Contaminando coelhos, Pasteur conseguiu produzir uma substância que tornava animais e pessoas imunes à doença. Ele também criou vacinas contra alguns infectantes, tendo suas criações baseadas em princípios de Edward Jenner (1749-1823), o inventor da vacinação no ano de 1796. Essas vacinas contribuíram de forma significativa para o aprimoramento dos estudos sobre imunidade. As principais foram: contra cólera das galinhas e contra a raiva.

Louis Pasteur (1822-1895)

O Instituto Pasteur é uma fundação francesa privada, sem fins lucrativos, dedicada ao estudo da biologia dos micro-organismos, das doenças e vacinas. Seu nome é uma homenagem a Louis Pasteur, seu fundador e primeiro diretor, que, em 1885, produziu a primeira vacina contra a raiva. O Instituto Pasteur conserva até os dias atuais os frascos de vidro com o “pescoço de cisne” que foram utilizadas por Pasteur nos seus experimentos para comprovar a hipótese da biogênese.

Instituto Pasteur, 25-28 Rue du Dr Roux, 75015 Paris, França.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (UERN) Em 1668, foi feita uma investigação da suposta origem de vermes em corpos decompostos. O experimento feito com pedaço de carne crua dentro de frascos abertos e fechados com gaze, confirmou e comprovou que não havia geração espontânea de vermes a partir de corpos em decomposição. Nessa época, quem foi o responsável por esse experimento? a) Louis Pasteur. b) Francesco Redi. c) John T. Needham. d) Lazzaro Spallanzani.

com o formato de “pescoço de cisne”, contendo um “caldo nutritivo” e submetido primeiramente ao isolamento e posteriormente à exposição ao ar, conforme figura abaixo, foi usado para se provar a origem da vida.

O autor e a teoria por ele provada foram, respectivamente: a) Charles Darwin e Teoria da Evolução. b) Francesco Redi e Teoria da Abiogênese. c) Aristóteles e Teoria da Geração Espontânea. d) Louis Pasteur e Teoria da Biogênese. e) Louis Joblot e Teoria da Seleção Natural. 03. (UFSJ MG) O aparecimento de animais vermiformes em carne durante o processo de decomposição pode ser observado frequentemente. Em 1668, Francesco Redi realizou um experimento para tentar elucidar o fenômeno citado. O experimento, de forma simplificada, consistiu em dois frascos de vidro, onde, em ambos, Redi colocou pedaços de carne. Um dos frascos foi fechado com gaze e o outro mantido aberto, conforme a figura a seguir. Depois de vários dias, Redi encontrou os animais vermiformes.

Com relação ao experimento, analise as afirmativas abaixo. I. A gaze no frasco B impede a entrada de insetos, mas não impede a entrada de micro-organismos. II. Os vermes são formas larvais das moscas e por isso só apareceram no frasco A. III. O frasco A controla experimentalmente o frasco B. IV. Redi não padronizou a quantidade de carne nos frascos. Com isso, o experimento é inconclusivo. V. Toda matéria em estado de decomposição produz naturalmente seus vermes. Por isso, os vermes foram observados nos dois frascos. VI. Os vermes aparecem nos dois frascos, porém aparecem primeiro no frasco A e vários dias depois no frasco B. De acordo com essa análise, estão CORRETAS apenas as alternativas a) II, III e lV b) l, V e VI c) I, II e III d) IV, V e VI

C01  Ideias sobre a origem dos seres vivos: abiogênese versus biogênese

02. (UPE PE) O experimento, utilizando-se de frascos de vidro,

04. (Enem MEC) Em certos locais, larvas de moscas, criadas em arroz cozido, são utilizadas como iscas para pesca. Alguns criadores, no entanto, acreditam que essas larvas surgem espontaneamente do arroz cozido, tal como preconizado pela teoria da geração espontânea. Essa teoria começou a ser refutada pelos cientistas ainda no século XVII, a partir dos estudos de Redi e Pasteur, que mostraram experimentalmente que a) seres vivos podem ser criados em laboratório. b) a vida se originou no planeta a partir de micro-organismos. c) o ser vivo é oriundo da reprodução de outro ser vivo preexistente. d) seres vermiformes e micro-organismos são evolutivamente aparentados. e) vermes e micro-organismos são gerados pela matéria existente nos cadáveres e nos caldos nutritivos, respectivamente.

Biologia

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05. (UEPB) Sobre a origem dos seres vivos, duas teorias sustentaram uma polêmica nos meios científicos, até fins do século XIX: a Teoria da Abiogênese e a Teoria da Biogênese. Sobre essa temática, são enunciadas as proposições abaixo. Coloque V para as verdadeiras e F para as falsas. ( ) O filósofo grego Aristóteles acreditava que um “princípio ativo” ou “vital” teria a capacidade de transformar a matéria bruta em um ser vivo; essa forma de pensar foi a base filosófica para o surgimento da Teoria da Abiogênese ou Teoria da Geração Espontânea. ( ) Coube a Louis Pasteur, por volta de 1860, provar definitivamente que os seres vivos se originam de outros seres vivos; para isso ele realizou experimentos com balões do tipo pescoço de cisne. ( ) Jan Baptist van Helmont e Francesco Redi eram adeptos da Teoria da Abiogênese, chegando mesmo a formular “receitas” para produzir seres vivos. ( ) O fato de Louis Pasteur ter utilizado balões do tipo pescoço de cisne foi fundamental para o sucesso do experimento, pois as gotículas de água que se acumulam nesse pescoço durante o resfriamento funcionam como um filtro, retendo os micróbios contidos no ar que penetra no balão. ( ) Lazzaro Spallanzani aqueceu por cerca de uma hora substâncias nutritivas em frascos hermeticamente fechados. Após alguns dias ele abriu o frasco e observou o líquido ao microscópio: a presença de organismos fortalecia a Teoria da Abiogênese. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta: a) F – V – F – V – V b) F – V – V – F – F c) F – F – V – F – V d) V – V – F – V – V e) V – V – F – V – F 06. (Cefet MG) A possibilidade de um ser vivo ter surgido da matéria bruta associa-se à a) hipótese autotrófica. b) teoria da biogênese. c) teoria da abiogênese. d) hipótese heterotrófica. 07. (Cefet CE) Dentre as teorias desenvolvidas para explicar a origem da vida, a teoria da abiogênese se constituiu num verdadeiro entrave para o progresso da Biologia. São informações corretas sobre esta teoria: a) foi proposta por Pasteur e defendia que um ser vivo só pode se originar de outro ser vivo. b) foi amplamente divulgada por Aristóteles e defendia a possibilidade de os seres vivos surgirem espontaneamente de matéria sem vida. c) foi defendida por Redi e Spallanzani que provaram a sua veracidade por meio de experiências bem sucedidas.

d) foi contestada por Needham e Joblot por meio dos famosos caldos nutritivos preparados à base de carne. e) teve em Pasteur um grande defensor. 08. (Cefet CE) É INCORRETO em relação à teoria da BIOGÊNESE: a) trata-se de uma teoria contrária à da geração espontânea. b) comprovou que os seres vivos se originam de matéria não viva. c) teve como principal defensor o cientista francês Louis Pasteur. d) baseava-se no fato de que todo ser vivo se origina por reprodução de outro ser vivo da mesma espécie. e) o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani foi um grande aliado desta teoria. 09. (Cefet MG) O trecho a seguir foi escrito por um determinado cientista do século XIX para descrever sua teoria a respeito da origem da vida. (...) E, embora seja fato, observado diariamente, que um número infinito de vermes é produzido em cadáveres e em vegetais em decomposição, eu me sinto tentado a acreditar que esses vermes são todos gerados por inseminação (reprodução sexuada) e que o material em putrefação, no qual são encontrados, não tem outra função senão servir de lugar para eles fazerem ninhos, onde depositam os ovos na época de reprodução e onde também encontram alimento. (...) A teoria defendida por este cientista é denominada a) big-bang. b) abiogênese. c) biogênese. d) geração espontânea. 10. (Uespi PI) Após utilizar parte do molho de tomate que preparara, Mariana guardou o que restou na geladeira. Depois de alguns dias, ao tentar reutilizar o molho, percebeu que este estava tomado por bolores (fungos). Considerando os princípios da origem da vida, é correto afirmar que: a) O surgimento de bolores no molho de tomate (matéria inanimada) ilustra o princípio da geração espontânea. b) Segundo o princípio da biogênese, o bolor haveria crescido no molho devido à sua contaminação anterior por fungos presentes no ambiente. c) O princípio da geração espontânea sustenta que organismos vivos surgem de organismos mortos da mesma espécie. d) Caso não houvessem surgido bolores no molho de tomate, o princípio da biogênese estaria refutado. e) Os princípios da Biogênese e da Geração espontânea não explicam o surgimento de bolores em alimentos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (UPE PE) Leia o texto a seguir: “...Com sua teoria dos micróbios como agentes causadores de doenças e seus preceitos antissépticos, suas vacinas e seu tratamento inovador contra a raiva (que salvou vidas que, do contrário, estariam perdidas), Pasteur não só revolucionou a medicina como se tornou um benfeitor da humanidade. Foi ele, ainda, o principal responsável pela refutação definitiva da teoria da geração espontânea...”

03. (UPE PE) Louis Pasteur ficou conhecido pelos seus experimentos, realizados por volta de 1860, reforçando a hipótese da biogênese, contribuindo, principalmente, para a Microbiologia e Medicina. Sobre suas contribuições, analise os itens a seguir: I.

micro-organismos, que, posteriormente, passou a se chamar bactéria, usando um microscópio de lente simples projetado por ele mesmo. II.

Assinale a alternativa que aponta qual experimento e sua respectiva conclusão foram responsáveis pela oposição e refutação da geração espontânea. a) O experimento com balões do tipo pescoço de cisne mostrou que um líquido fervido mantém a “força vital”. Nesse caso, as gotículas de água acumuladas nesse pescoço retêm os micróbios contidos no ar atmosférico que penetram no balão. b) O experimento com balões do tipo pescoço de cisne mostrou que um líquido fervido perde a “força vital”, pois quando o pescoço do balão é quebrado, após a fervura desse líquido, surgem seres vivos. c) O experimento com balões de vidro fechados com rolhas mostrou que um líquido fervido está isolado do ar atmosférico. Nesse caso, um líquido fervido não perde a “força vital”, sendo responsável pelo surgimento de novas formas vivas. d) O experimento com balões de vidro hermeticamente fechados mostrou que um líquido fervido, por duas vezes, destrói a “força vital” e torna o ar desfavorável ao aparecimento de vida. e) O experimento com balões de vidro com gargalos derretidos no fogo mostrou que um líquido fervido por muito tempo mantém a “força vital”, restabelecida pela entrada de ar fresco, mas torna o ar desfavorável ao aparecimento de vida.

Descobriu que a raiva era transmitida por um agente que não podia ser visto pelo microscópio, revelando assim o mundo dos vírus.

III.

Introduziu mudanças nas práticas hospitalares, minimizando a disseminação de doenças provocadas por micróbios.

IV.

Desenvolveu técnicas para vacinar cachorros contra a

Descobriu que as mutações são mecanismos que per-

raiva e tratar pessoas mordidas por cães contaminados. mitem a seleção natural em bactérias e fungos causadores de doenças.

Fonte: Silva, Elias O. Conversando sobre Ciência. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética, 2013. 299p. Adaptado.

Observou, como primeiro cientista, a existência de

Estão CORRETOS: a) I e III. b) II e V. c) II e IV. d) I, II e III. e) III, IV e V. 04. (Fatec SP) Com relação à origem da vida são feitas três

C01  Ideias sobre a origem dos seres vivos: abiogênese versus biogênese

01. (Unicamp SP) Na antiguidade, alguns cientistas e pensadores famosos tinham um conceito curioso sobre a origem da vida e em alguns casos existiam até receitas para reproduzir esse processo. Os experimentos de Pasteur foram importantes para a mudança dos conceitos e hipóteses alternativas para o surgimento da vida. Evidências sobre a origem da vida sugerem que a) a composição química da atmosfera influenciou o surgimento da vida. b) os coacervados deram origem às moléculas orgânicas. c) a teoria da abiogênese foi provada pelos experimentos de Pasteur. d) o vitalismo é uma das bases da biogênese.

afirmações: I.

A ideia de que a vida surge a partir de vida preexisten-

II.

A crença em que a vida poderia surgir a partir de água,

te é conhecida como biogênese. lixo, sujeira e outros meios caracteriza a ideia de abiogênese. III.

A crença em que a vida é fruto da ação de um criador (como consta no livro Gênesis, da Bíblia) é denominada de Criacionismo.

Assinale a alternativa que classifica corretamente cada afirmação como derrubada (+) ou não derrubada (-) por Pasteur. a) I. (+), II. (-), III. (-). b) I. (-), II. (+), III. (-). c) I. (-), II. (-), III. (+). d) I. (+), II. (+), III. (+). e) I. (-), II. (-), III. (-).

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C02

ASSUNTOS ABORDADOS nn Evolução gradual dos compostos

químicos

nn A hipótese da evolução gradual dos compostos químicos nn O experimento de Miller e Urey nn O experimento de Fox nn A primeira célula teria nutrição heterotrófica? nn A primeira célula teria nutrição autotrófica?

EVOLUÇÃO GRADUAL DOS COMPOSTOS QUÍMICOS O planeta Terra, com aproximadamente 5 bilhões de anos, nem sempre abrigou vida. Para discutirmos essa questão, é necessário considerar: nn sua

origem a partir de um único concentrado de matéria que sofreu uma expansão gigantesca e liberou muita energia, o “Big Bang” ;

nn seu tamanho e sua massa que geram um campo gravitacional que mantém uma

atmosfera precisa em sua densidade e luz; nn sua

temperatura, também relacionada à sua distância do Sol.

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Essas características peculiares da Terra nos permitem especular que outros planetas no universo poderiam ter condições semelhantes, já que tiveram a mesma origem, o Big Bang. Por meio de um processo de evolução lenta de compostos químicos, como foi proposto pelo cientista russo, Aleksander Ivanovich Oparin, a vida poderia estar presente, então, além da Terra.

Figura 01 - Abstração aos primórdios do sistema Solar.

Fonte: Wikimedia Commons

A hipótese da evolução gradual dos compostos químicos

Aleksandr Ivanovich (Oparin) 80

Na década de 1920, dois cientistas de forma independente, Oparin (1894-1980) e Haldane (1892-1964), propuseram uma hipótese química para o aparecimento da primeira célula na terra primitiva: os eventos químicos que levaram ao ancestral mais remoto de todas as forma de vida hoje existentes. Trabalhando com método científico dedutivo, considerando que as condições físicas e químicas da Terra eram completamente diferentes das condições atuais, deduziram situações que os conduziam para novas deduções. O planeta era um local quimicamente instável e passava por um processo de resfriamento da sua superfície. O relevo jovem, em formação, estava sujeito a violentas atividades vulcânicas. A atmosfera e a superfície terrestre eram bombardeadas por radiação ultravioleta e tempestades elétricas intensas. Segundo estudos desses pesquisadores, a atmosfera primitiva, há, aproximadamente, 4 bilhões de anos, era constituída por CH4, vapor d’água, NH3 e H2. Haldane, diferentemente de Oparin, propôs CO2 no lugar do metano, considerando as volumosas liberações desse gás nas atividades vulcânicas. Não havia O2 nessa mistura gasosa e a Terra não tinha seu escudo protetor contra radiação ultravioleta - a camada de ozônio.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Nessa atmosfera, choques aconteciam entre essas moléculas, promovidos por essas diversas modalidades de energia. Em algum momento, as primeiras moléculas orgânicas se formaram - os aminoácidos. Arrastados pelas chuvas torrenciais, em um ciclo hidrológico interminável, esses compostos orgânicos simples foram arremessados sobre a argila ainda morna da crosta terrestre. É possível que o calor tenha promovido ligação entre aminoácidos, formando peptídeos e proteínas. Esse material foi levado pelas enxurradas para as depressões do relevo, onde mares e lagos de águas rasas e mornas se formavam. O mar primitivo, então, se converteu em uma “sopa” ou “caldo” proteico. Dentro dos mares, as proteínas se organizaram em gotas individualizadas nomeadas coacervados. O coacervado é uma gotícula formada por partículas muito pequenas ricas em polímeros em suspensão num meio aquoso. A membrana do coacervado é formada por moléculas de água dispostas em redor dos polímeros. O coacervado pode interagir com o meio, incorporando moléculas na sua estrutura, crescer e dividir-se. À medida que novas moléculas agregavam-se, o coacervado se destruiria, caso a nova combinação molecular não fosse estável. Se fosse estável, o coacervado aumentaria de tamanho, até que se dividiria em dois. Desse modo, esse conjunto de moléculas funcionaria como uma pré-célula. Esse era o meio protobiótico. É possível que as reações químicas, dentro desse sistema, fossem mais estáveis e que moléculas com atividade catalisadora tenham se formado dentro dos coacervados. Hoje, se discute que, talvez, essas moléculas poderiam ter se formado também no meio externo. Em um dado momento dessa sequência, uma membrana quimicamente mais complexa e seletiva substituiu a película de água do coacervado. Proteínas especiais com capacidade de replicação e regulação de reações químicas se formaram dentro dessa estrutura, garantindo sua reprodução. A partir desse momento, estava definida a célula primitiva. Nesse meio instável, é possível que a seleção natural exercesse uma pressão em favor das reações químicas mais eficientes e seguras na perpetuação do padrão celular estabelecido.

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

Fonte: Wikimedia Commons

Evolução gradual dos compostos químicos

Figura 02 - Ilustração de como seria a Terra nas condições primitivas.

Biologia

Tempo geológico Domínio dos dinossauros Plantas de terra firme Fósseis mais an gos de organismos mul celulares

21 20

Úl mo b

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bilh

2,01,

anos atrás ões de

Acúmulo de gás oxigênio na atmosfera

13 Meio-dia 11 12

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6 7

3,0

e ilhões d anos atrás

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Opirus/Arte

de ão

0-3 4,

Fósseis mais an gos de seres eucarió cos

ilh

Aparecimento do Homo sapiens arcaico (23:59:30) Formação da Terra 24 23 Meia-noite 1 Rochas mais an gas 2 conhecidas 4, de 5-4 b 3 anos a il

Fósseis mais an gos Primeiros organismos fotossinte zantes

8 9

Figura 03 - Se a história da Terra fosse comprimida em uma escala de 24 horas, nossa espécie teria surgido apenas no último minuto, o que nos dá ideia de como isso ocorreu recentemente, na escala de tempo geológico.

Controversa

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

Considerando essa hipótese, temos que admitir a formação de proteínas anterior a algum tipo de material genético e a desvinculação dessas proteínas, presentes no mar primitivo, de um código genético. Seria uma situação única já que no ambiente celular, tal qual conhecemos, a síntese proteica é dependente do DNA (ácido desoxirribonucleico). Constatações mais atualizadas revelam a existência de um RNA (ácido ribonucleico) com função catalítica, a ribozima, abrindo a possibilidade do RNA ter sido anterior ao DNA na célula primitiva. Na evolução do material genético, moléculas de RNA serviram de molde para construção de DNA. Pela hipótese de Oparin, mesmo que uma única vez, em condições que não ocorrem mais no planeta Terra, a vida veio da não vida.

SAIBA MAIS Praticamente todas as substâncias químicas fundamentais dos seres vivos já foram detectadas em corpos celestes, como nuvens de gases interestelares, grãos de poeira cósmica, asteroides e cometas (inclusive nos famosos cometas Halley e Hale-Bopp). Isso significa que os ingredientes básicos para a formação de vida deveriam estar disponíveis desde os primórdios da existência da Terra.

O experimento de Miller e Urey Em 1953, as ideias de Oparin sobre a origem da vida ganharam algum reforço. Stanley Miller (1930-2007) e Harold C. Urey (1893-1981) em 1952, construíram uma maquete de vidro, simulando as supostas condições da atmosfera primitiva quanto à composição química dos gases: amônia, metano e gás hidrogênio e água que aquecida gerou vapor. Esses gases foram bombardeados com descargas elétricas. Após resfriamento, que promovia condensação, em determinado local do sistema, pode se constatar aminoácidos, ácidos graxos simples e ureia. Tal resultado, publicado em 1953 na revista científica “Science”, abriu portas para a crença de que a matéria precursora da vida poderia ter se formado, espontaneamente, a partir dessas substâncias.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Figura 04 - Experimento de Miller e Urey, 1953.

O experimento de Fox Sidney Fox (1912-1998), em 1958, conseguiu produzir em laboratório proteínas, a partir de uma mistura seca de aminoácidos submetidos ao aquecimento. Quando em solução aquosa essas proteínas se aglomeravam formando gotículas coloidais individualizadas. Mais uma vez as ideias, mesmo que parcialmente, de Oparin ganharam reforço. Fonte: Wikimedia Commons

A primeira célula teria nutrição heterotrófica?

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

Tomando o parâmetro que, no contexto da evolução dos seres vivos, o mais simples “surge primeiro”, é natural admitirmos que a primeira célula retirasse nutrientes orgânicos do mar primitivo. Quimicamente é mais simples obter essas moléculas do meio externo do que produzi-las internamente. Além de muitos recursos genéticos, há também uma demanda complexa de enzimas para produção intracelular, por exemplo, da glicose. Isso sugere que a forma inicial de nutrição da célula primitiva era heterotrófica.

Figura 05 - Experimento de Sidney Fox, 1958.

Biologia

Na mesma linha de raciocínio, a fermentação seria um processo mais simples e rústico de retirar energia desses nutrientes vindos do meio externo. A fermentação, como forma de respiração, ainda é corroborada pela ausência de gás oxigênio na atmosfera da Terra primitiva. O material genético presente nesse organismo unicelular simples, semelhante às bactérias atuais, pode ter sofrido mutações. As inovações genéticas (resultado dessas mutações) trouxeram novas enzimas que catalisavam novas reações metabólicas. Entre elas, a capacidade de síntese de glicose, utilizando CO2 atmosférico como reagente, ou seja, fotossíntese.

4 –3,8

–3,1 –2,7

–2

–1,6

–1

–0,6 –0,2 –0,6 –0,4 –0,1 Tempo (bilhões de anos)

Fonte: ENEM2000

0,1

primário secundário terciário Quartenário

aparecimento da vida

anteparo de ozônio

pré-cambriano

atmosfera primi va

atmosfera semelhante à do planeta Marte

primeira célula eucarionte

primeiros vertebrados

Oxigênio (% da quan dade 100 atual)

começo da fotossíntese

Sequência de eventos evolutivos propostos por Oparin, a partir do aparecimento da célula primitiva.

comquista da terra

No mar, uma pressão seletiva pode ter atuado sobre a população de células primitivas. Os nutrientes estavam se escasseando. A vida mal tinha começado na Terra e poderia ter entrado em extinção. O ambiente selecionou as células portadoras de vantagens em termos de nutrição. Essa população de células liberava O2 no meio. Nessa nova condição ambiental, foi possível, na sequência, que células com novidades metabólicas, como maior eficiência no processo de respiração, fossem selecionadas. A respiração celular aeróbica apareceu como consequência dos fenômenos que trazem variabilidade genética aos organismos. Assim, os seres vivos primitivos foram alterando a composição química da atmosfera primitiva.

Figura 06 - Variação da composição química da atmosfera da Terra.

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

A primeira célula teria nutrição autotrófica? Alguns pesquisadores apoiam a ideia de que as primeiras células produziam seus próprios nutrientes orgânicos. O processo relacionado seria a quimiossíntese. Os argumentos associados a essa hipótese são embasados no fato de a superfície terrestre se apresentar altamente instável com as violentas chuvas de meteoritos. Assim, regiões mais profundas dos mares ofereciam maior proteção para a vida principiante. Nessas condições, a quimiossíntese garantiria a nutrição autotrófica à semelhança com bactérias hoje encontradas em grandes profundidades, em fendas do assoalho marinho, onde brotam as fontes termais. A energia para construir matéria orgânica seria resultante de reações inorgânicas de oxidação. Elétrons energizados promoveriam, no ambiente celular, a síntese da glicose. Nesse contexto, as células heterotróficas surgiram mais tarde, seguidas pelas fotossintetizantes e, finalmente, a células com equipamento enzimático para realizar a respiração aeróbica. 84

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Nitrobactérias O2

H2 O

Amônia

Nitrito

Nitrato

Energia (Elétrons energizados)

CO2 + H2O

C4H12O6 + O2 Ferrobactérias

4 FeO + O2

CO2 + H2O

2Fe2O3 Energia (Elétrons energizados) C6H12O6 + O2

Figura 07 - Equação química de diversas bactérias quimiossintetizantes.

SAIBA MAIS O HOLOCAUSTO DO GÁS OXIGÊNIO Há 2 bilhões de anos, com a explosão populacional dos seres fotossintetizantes, o gás oxigênio passou a ser abundante na atmosfera, o que causou a oxidação de muitos compostos, que acabaram por se alojar nas profundezas de mares e fundos de rios, e originaram (o que hoje conhecemos) como os depósitos de minérios, como a hematita (altamente explorado pelas indústrias). Além disso, como a maioria dos seres não haviam desenvolvido processos para se proteger dos efeitos nocivos do gás oxigênio (pois trata-se de uma substância altamente oxidativa, que gera radicais livres), a presença desse gás acabou extinguindo esses seres vivos. Como uma grande quantidade de seres foi dizimada pela presença do gás oxigênio na atmosfera, os cientistas denominam esse acontecimento como: “Holocausto do oxigênio”.

Exercícios de Fixação

O esquema acima representa o aparelho projetado por Stanley Miller e Urey em meados do século passado. Por esse engenhoso sistema, circulavam hidrogênio (H2), vapor de água (H2O), metano (CH4) e amônia (NH3) e, por meio de eletrodos, era fornecida energia na forma de descargas elétricas, simulando assim as condições da atmosfera primitiva do planeta Terra. Após algum tempo, Miller e Urey observaram, como resultado de reações químicas, a formação de produtos como aminoácidos, carboidratos e ácidos graxos simples, que foram se acumulando.

Sobre a hipótese que esse experimento corroborou sobre a origem da vida no planeta Terra, é correto afirmar que: a) Reforça a evolução gradual dos sistemas químicos, onde os gases da atmosfera primitiva formaram, espontaneamente, os compostos orgânicos que originaram as primeiras formas de vida no planeta Terra. b) Fortalece a hipótese do criacionismo, exatamente como está escrito em Gênesis, primeiro livro da Bíblia, pois em nenhum momento do experimento ilustrado acima surgiram formas de vida, mas apenas substâncias orgânicas simples. c) Reforça a hipótese cosmozoica, que defende que a vida (micro-organismos) foi transportada casualmente para o planeta Terra, por meio de meteoritos e cometas que viajavam pelo espaço e se chocaram com a superfície terrestre. d) Fortalece a teoria da abiogênese, que afirmava que compostos inorgânicos e orgânicos poderiam originar, por geração espontânea, os seres vivos do planeta Terra. e) Reforça a teoria segundo de que a vida na Terra originou-se a partir de moléculas orgânicas complexas, como proteínas e ácidos nucleicos, que sofreram polimerização, dando origem aos coacervados, que evoluíram para as primeiras formas de vida.

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

01. (IF CE)

Biologia

02. (Puc Campinas SP) Há muito, muito tempo, quando ocorreu a origem da vida na Terra, surgiram vários processos biológicos. Tendo em vista condições ambientais existentes então, podemos afirmar que a sequência correta do aparecimento dos processos abaixo foi amostrada em a) respiração aeróbica → fermentação → fotossíntese. b) fermentação → respiração aeróbia → fotossíntese. c) fermentação → fotossíntese → respiração aeróbia. d) fotossíntese → respiração aeróbia → fermentação. e) fotossíntese → fermentação → respiração aeróbia. 03. (Uem PR) Sobre a origem da vida, segundo a Biologia, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. A vida na Terra teve início com o surgimento de uma bicamada fosfolipídica, que envolveu moléculas com capacidade de autoduplicação e metabolismo.

05. (UFPI) Nas condições da atmosfera primitiva, faça uma simulação do experimento histórico e típico de Stanley Lloyd Miller (1930-2007), que teria reproduzido o surgimento das moléculas orgânicas essenciais à vida. Use o desenho esquemático a seguir para responder às indagações: I.

Quais os gases que simulavam a mistura submetida às descargas elétricas (3), no experimento de Miller? Coloque-os no compartimento 1.

II.

Qual a substância que foi colocada no compartimento

III.

Quais as prováveis moléculas orgânicas simples que

2, para aquecimento (4)? poderiam ter representantes retidos no espaço 5? Marque a alternativa que contém somente dados corretos, seguindo a sequência das indagações.

02. A panspermia sustenta que compostos orgânicos simples podem ter sido produzidos de maneira abiótica em vários pontos da Terra. 04. Um dos primeiros cientistas a formular ideias sobre a origem da vida foi Alexander Oparin, estudioso que produziu aminoácidos. 08. Atualmente a Ciência admite duas hipóteses sobre a origem da vida: a origem extraterrestre e a origem por evolução química. 16. A abiogênese foi contestada por Needham e Joblot por meio dos famosos caldos nutritivos preparados à base de carne. 01 + 08 = 09. 04. (Unirio RJ) Em 1936, Alexander Oparin propõe uma nova explicação para a origem da vida. Sua hipótese se resume nos seguintes passos descritos no esquema que se segue a)

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

Pela teoria de Oparin, os primeiros seres surgidos na Terra teriam sido a) heterótrofos e aeróbicos. b) heterótrofos e anaeróbicos. c) autótrofos e anaeróbicos. d) autótrofos e aeróbicos. e) autótrofos e heterótrofos.

III

COO2, CHO4, NH2, H2

H2O2

Amido, nucleotídeos, glicogênio e polipeptídeos.

H2O2

Amônia, proteínas, ácidos nucleicos e vitaminas.

CO2, CH3, NH2, H3

COO2, CHO4, NH2, H2

H2O

Coacervados, proteínas, ácidos nucleicos e polipeptídeos.

CO2, CH3, NH2, H2

H2O

Sacarose, coacervados, aminoácidos e proteínas.

CH4, H2, NH3

H2O

Glicina, alanina, sarcosina, purinas e pirimidinas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

06. (UF CE) A definição de vida é motivo de muitos debates. Segundo a Biologia, o início da vida na Terra deu-se com: a) O “Big Bang”, que deu origem ao Universo e, consequentemente, à vida. b) O aumento dos níveis de O2 atmosférico, que permitiu a proliferação dos seres aeróbios. c) O surgimento dos coacervados, os quais, em soluções aquosas, são capazes de criar uma membrana, isolando a matéria orgânica do meio externo. d) O surgimento de uma bicamada fosfolipídica, que envolveu moléculas com capacidade de autoduplicação e metabolismo. e) O resfriamento da atmosfera, que propiciou uma condição favorável para a origem de moléculas precursoras de vida. 07. (UECE) Analise as afirmações a seguir sobre a origem da vida na Terra. I. O início do período holoceno é o marco inicial para o surgimento da vida na Terra. II. Stanley Miller, em 1953, teve o mérito de demonstrar que moléculas orgânicas poderiam ter se formado nas condições da Terra primitiva. III. A teoria da “Panspermia”, sobre a origem da vida, afirma que a vida se originou no fundo do mar, longe de uma fonte fornecedora de fotossintato, e aproveitando a energia geotérmica emanada por chaminés submarinas. Sobre as afirmações anteriores, assinale o correto. a) Apenas a I é verdadeira. b) Apenas a II é verdadeira. c) Apenas a III é verdadeira. d) São verdadeiras a I, a II e a III.

a) organismos heterotróficos com respiração aeróbica. b) organismos heterotróficos com respiração anaeróbica. c) organismos fotoautotróficos. d) organismos quimioautotróficos. e) organismos foto-heterotróficos. 09. (Enem MEC) Na solução aquosa das substâncias orgânicas pré-bióticas (antes da vida), a catálise produziu a síntese de moléculas complexas de toda classe, inclusive proteínas e ácidos nucleicos. A natureza dos catalisadores primitivos que agiam antes não é conhecida. É quase certo que as argilas desempenharam papel importante: cadeias de aminoácidos podem ser produzidas no tubo de ensaio mediante a presença de certos tipos de argila. (...) Mas o avanço verdadeiramente criativo - que pode, na realidade, ter ocorrido apenas uma vez - ocorreu quando uma molécula de ácido nucleico “aprendeu” a orientar a reunião de uma proteína, que, por sua vez, ajudou a copiar o próprio ácido nucléico. Em outros termos, um ácido nucleico serviu como modelo para a reunião de uma enzima que poderia então auxiliar na produção de mais ácido nucleico. Com este desenvolvimento apareceu o primeiro mecanismo potente de realização. A vida tinha começado. Adaptado de: LURIA, S.E. Vida: experiência inacabada. Belo Horizonte: Editora Itatiaia; São Paulo: EDUSP, 1979.

Considere o esquema abaixo:

08. (Unisinos RS)

(Disponível em http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2015/ 09/150928_marte_descobertas_cc. Acesso em 29 set. 2015.)

Em 2015, por meio da análise de imagens do satélite Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), a NASA afirmou que pode haver, escorrendo nas encostas em algumas montanhas do planeta Marte, água salgada líquida. Com isso, seria possível existir, ou ter existido, vida microbiana no planeta. No planeta Terra, há muito se discute a origem da vida, sendo a Teoria Clássica a mais aceita, a qual afirma que a Terra primitiva teria sido um ambiente rico em compostos orgânicos. De acordo com essa teoria, os primeiros seres que habitaram nosso planeta seriam

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

Agência espacial americana (NASA) afirma ter encontrado água corrente em Marte, o que pode possibilitar existência de vida.

Adaptado de GEPEQ - Grupo de Pesquisa em Educação Química. USP Interações e Transformações atmosfera: fonte de materiais extrativos e sintéticos. São Paulo: EDUSP, 1998.

O “avanço verdadeiramente criativo” citado no texto deve ter ocorrido no período (em bilhões de anos) compreendido aproximadamente entre a) 5,0 e 4,5. c) 3,5 e 2,0. e) 1,0 e 0,5. b) 4,5 e 3,5. d) 2,0 e 1,5. 10. (Cefet CE) O professor, químico e cientista Stanley Miller ficou famoso, por ter sido o primeiro a demonstrar que moléculas orgânicas necessárias à vida poderiam ser geradas em laboratório. Miller conseguiu produzir, em seu experimento, as moléculas: a) polissacarídeos d) aminoácidos b) triglicerídeos e) DNA e RNA c) moléculas de benzeno

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UPE PE) Há 4 bilhões de anos, a atmosfera da Terra não continha oxigênio, mas, outros gases, como metano, amônia e vapor d’água, dentre outros. A Terra primitiva não sustentava a vida. A abiogênese teria ocorrido uma vez na história do planeta, no início de tudo. A figura abaixo ilustra a sequência da Teoria da Sopa Primordial, testada por Stanley Miller e Harold Urey (1953), que bombardearam, com raios UV e descarga de eletricidade, uma “sopa” feita com água, amônia, metano e hidrogênio.

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

Assinale a alternativa CORRETA que represente os produtos (A, B, C) e os catalisadores (I e II), conforme o esquema acima. a) A – Aminoácidos, B – Coacervados, C – Células primitivas, I – A chuva arrastou os compostos para o solo e os mares, onde eles se combinaram com outras substâncias, II – Moléculas de lipídios isolaram as moléculas orgânicas. b) A – Compostos inorgânicos, B – Células primitivas, C – Tecidos fotossintetizantes, I – Água rica em sais minerais catalisou a combinação de diversas moléculas com compostos inorgânicos, II – Moléculas de açúcares, na presença de oxigênio e gás carbônico, formaram células especializadas em fotossíntese. c) A – Moléculas de gás ozônio, B – Composto orgânico, C – Organismo unicelular, I – Substâncias combinaram-se com outras substâncias em poças de água, II – Moléculas de metano combinaram-se com moléculas de água, formando as primeiras células. d) A – Coacervados, B – Moléculas orgânicas, C – Micro-organismos, I – Moléculas orgânicas combinaram-se com moléculas de aminoácidos nos mares primitivos, II – Atmosfera rica em oxigênio acelerou o metabolismo das células, aperfeiçoando as organelas. e) A – Organismo unicelular, B – Organismo pluricelular, C – Células orgânicas, I – Oxigênio formado pela combinação de água, metano e amônia estimulou a divisão das células, II – Formação dos mares acelerando a combinação de moléculas orgânicas. 02. (Puc RS) Há menos de dois bilhões de anos, as primeiras células, que replicavam seu DNA e que deram origem às linhagens hoje existentes, teriam sido exterminadas se a) fossem de tamanho minúsculo. b) vivessem isoladas e independentes. c) fossem envoltas por uma membrana. d) sintetizassem moléculas contendo carbono. e) ficassem expostas à radiação da luz ultravioleta.

03. (UFRGS) Leia a tira abaixo.

Com base nos dados apresentados na tira acima e em seus conhecimentos sobre a presença de vida na Terra, considere as afirmações abaixo. I. A presença de metano poderia ser indício de vida em Marte, uma vez que algumas espécies procariontes conhecidas produzem metano por meio da redução de CO2. II. A atmosfera de Marte apresenta os mesmos componentes da atmosfera atual da Terra, mas, em nosso planeta, o oxigênio é o componente predominante. III. A capacidade de quebrar moléculas de água, na Terra, levou à liberação de O2, o que abriu caminho para a evolução das reações de oxidação aeróbicas. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 04. (Uespi PI) O planeta abriga uma imensa diversidade biológica, cuja origem possivelmente ocorreu em lagos e oceanos na Terra primitiva. Considerando que a formação de coacervados, ilustrada abaixo, poderia fornecer uma explicação para o surgimento da vida, há bilhões de anos atrás, analise as afirmativas abaixo.

1. Caso houvesse disponibilidade de metano, amônia, hidrogênio e água na atmosfera da Terra primitiva, tais compostos seriam prováveis fontes de aminoácidos necessários à formação de coacervados. 2. Os coacervados eram células eucariontes primitivas envoltas por uma película de água e com funções básicas intracelulares, como absorção e excreção.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

05. (UFSC) Evidências indicam que a Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos de idade. A partir de sua formação até o aparecimento de condições propícias ao desenvolvimento de formas vivas, milhões de anos se passaram. Sobre a origem da vida e suas hipóteses, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. O aparecimento da fotossíntese foi muito importante, pois através deste fenômeno alguns seres vivos passaram a ter capacidade de formar moléculas energéticas. 02. Segundo a hipótese heterotrófica, os primeiros seres vivos obtinham energia através de processos químicos bem simples como a respiração aeróbica. 04. As hipóteses heterotrófica e autotrófica foram baseadas em fatos comprovados que levaram à formulação da Lei da Evolução Química. 08. Os processos químicos nos seres vivos ocorrem dentro de compartimentos isolados do meio externo, em função da existência de uma membrana citoplasmática. 16. Em 1953, Stanley L. Miller, simulando as prováveis condições ambientais da Terra no passado, comprovou a possibilidade da formação de moléculas complexas como proteínas e glicídeos. 32. Há um consenso entre os cientistas quanto à impossibilidade de serem formadas moléculas orgânicas fora do ambiente terrestre. 64. A capacidade de duplicar moléculas orgânicas foi uma etapa crucial na origem dos seres vivos. 01 + 08 + 64 = 73. 06. (UPE PE) Em uma gincana de Biologia, você concorre a uma vaga para representar Pernambuco na etapa nacional. O ponto sorteado foi Origem da vida. Você e seu adversário receberam cartas de um jogo, relacionadas às hipóteses: (1) autotrófica e (2) heterotrófica. Observe as cartas a seguir:

Vence aquele que inter-relacionar as cartas, montando uma sequência coerente com uma dessas duas hipóteses, associando as afirmações das colunas 1 e 2. Coluna 1 I. Autotrófica, pois a carta 3 traz a definição dos seres autótrofos,seguida da carta 5 representando a quimiossíntese, que antecede o processo de fermentação mostrado na carta 2. II. Autotrófica, pois a carta 5 representa a fotossíntese, que antecede a carta 3 por trazer a definição dos seres heterótrofos relacionados aos processos de fermentação e respiração, mostrados na carta 2. III. Heterotrófica, pois as cartas 2 e 3 iniciam tratando de fermentação e, consequentemente, antecedem os processos de fotossíntese e respiração, representados, respectivamente, nas cartas 5 e 2.

Coluna 2

A. A carta 2 pode ser relacionada às cartas 4 e 1 associadas, respectivamente, à fotossíntese e à respiração. B. A carta 2 pode ser relacionada às cartas 4 e 1 associadas, respectivamente, à quimiossíntese e à fermentação.

Estão corretas as associações a) I e A. b) I e B. c) II e A. d) III e A. e) III e B. 07. (Uesc SC) A origem das células a partir de compostos químicos espumosos pode ter ocorrido uma vez ou diversas vezes. Em qualquer caso, as primeiras células em nossa linhagem foram sistemas proteicos autossustentáveis fechados por membranas, baseados em RNA e DNA. Em termos de detalhes da estrutura celular do comportamento metabólico, elas eram muito semelhantes a nós. Seus componentes materiais estavam em constante intercâmbio com o ambiente externo. Elas se desfaziam dos resíduos enquanto obtinham alimentos e energia. Seus padrões perduravam enquanto elas reabasteciam as entranhas com compostos químicos trazidos do ambiente.

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

3. Nos coacervados, as reações químicas eram promovidas com energia de ativação fornecida pela radiação solar e pelas descargas elétricas. Está(ão) correta(s) apenas: a) 1 e 2 c) 1 e) 2 e 3 b) 1 e 3 d) 2

MARGULIS, Lynn. O planeta simbiótico: uma nova perspectiva da evolução. Rio de Janeiro: Rocco, 2001.

A respeito dos pré-requisitos necessários na geração dos primeiros seres vivos no planeta e as suas repercussões na determinação do padrão básico celular atual, pode-se afirmar que a) uma evolução química na atmosfera primitiva do planeta Terra permitiu forjar os elementos químicos essenciais na constituição dos primeiros seres vivos.

Biologia

b) a membrana lipoproteica favoreceu o isolamento do protobionte em relação ao ambiente circundante presente nos oceanos primitivos. c) a presença de uma molécula para a informação genética capacitou os seres vivos primordiais na realização de uma reprodução associada à hereditariedade. d) a obtenção de energia e matéria a partir da utilização do seu próprio resíduo foi essencial no estabelecimento desses seres autotróficos originais. e) os seres atuais se diferenciam dos protobiontes devido à ausência, nos sistemas vivos primordiais, de um metabolismo celular que controlasse as atividades biológicas. 08. (UFSM RS) O cérebro humano evoluiu e, ainda nos primórdios da civilização, nossos hipotéticos ancestrais já poderiam viver, como certos microrganismos quimiolitoautotróficos atuais, ao redor de fendas vulcânicas submersas, onde há liberação contínua de gás sulfídrico (H2S). Segundo a hipótese autotrófica, os outros tipos de seres vivos teriam se originado a partir dos primeiros seres quimiolitoautotróficos, na seguinte ordem: ( X ) primeiro, os que realizavam fermentação; depois, os fotossintetizantes; por fim, os que respiravam oxigênio (aeróbios). ( ) primeiro, os fotossintetizantes; depois, os que realizavam fermentação; por fim, os que respiravam oxigênio (aeróbios). ( ) primeiro, os fotossintetizantes; depois, os que respiravam oxigênio (aeróbios); por fim, os que realizavam fermentação. ( ) os que respiravam oxigênio (aeróbios); depois, os que realizavam fermentação; por fim, os fotossintetizantes. ( ) primeiro, os que respiravam oxigênio (aeróbios); depois, os fotossintetizantes; por fim, os que realizavam fermentação.

concentração

C02  Evolução gradual dos compostos químicos

09. (UFPI) A atmosfera da Terra primitiva era composta por gases simples, como vapor d’água, hidrogênio, metano e amônia. Esses gases continham os ingredientes básicos necessários para a vida. Em cada um dos gráficos a seguir, o eixo vertical representa quantidades e o horizontal, o tempo. Supondo que a quantidade de aminoácidos, numa seção do mar primitivo, aumentou ao longo de um determinado tempo, qual dos gráficos a seguir pode representar melhor a quantidade de amônia no mesmo período de tempo?

I tempo

III

a) I b) II c) III d) IV e) V 10. (Enem MEC) O gráfico abaixo representa a evolução da quantidade de oxigênio na atmosfera no curso dos tempos geológicos. O número 100 sugere a quantidade atual de oxigênio na atmosfera, e os demais valores indicam diferentes porcentagens dessa quantidade.

LEGENDA: 1 - Pneumatosfera primitiva; 2 - Aparecimento da vida; 3 - Começo da fotossíntese; 4 - Primeira célula eucarionte; 5 - Pré-Cambriano; 6 - Primário; 7 - Secundário; 8 - Terciário e Quaternário; 9 - Primeiros vertebrados; 10 - Conquista da Terra. De acordo com o gráfico é correto afirmar que: a) As primeiras formas de vida surgiram na ausência de O2. b) A atmosfera primitiva apresentava 1% de teor de oxigênio. c) Após o início da fotossíntese, o teor de oxigênio na atmosfera mantém-se estável. d) Desde o Pré-Cambriano, a atmosfera mantém os mesmos níveis de teor de oxigênio. e) Na escala evolutiva da vida, quando surgiram os anfíbios, o teor de oxigênio atmosférico já se havia estabilizado.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C03

TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA

ASSUNTOS ABORDADOS

Em 1981, a cientista norte-americana, Lynn Margulis (1938-2011) apresenta à comunidade científica uma proposta ousada para explicar a origem da mitocôndria e do cloroplasto presentes nas células eucariotas: a teoria endossimbiótica. Sua hipótese se baseia na associação entre procariontes aeróbicos e clorofilados com células heterotróficas, presentes no mesmo meio há aproximadamente 1,7 bilhões de anos.

nn Teoria endossimbiótica nn Hipótese da endossimbiose sequencial nn A origem da célula eucariota: continuidade membranosa

Animais Plantas

Pro stas Cloroplasto

Bactérias Célula Primi va

Cianobactérias

Opirus/Arte

Mitocôndrias

Figura 01 - Visão geral do processo de endossimbiose.

Hipótese da endossimbiose sequencial Nos mares primitivos, uma célula maior, procariota, possivelmente heterotrófica (que não produz seu alimento) englobou, por endocitose, procariontes menores. Em um primeiro momento, uma bactéria aeróbica (consumidora de gás oxigênio) foi incorporada. Essa associação trouxe benefícios para as duas células. A célula heterotrófica ganhou um adicional na disponibilidade de ATP para o seu metabolismo. Enquanto a bactéria aeróbica englobada ganhou proteção. O relacionamento positivo para ambas as células, do tipo simbiose ou mutualismo, resultou em um ganho evolutivo, e, posteriormente, ficaram incapacitados de viver isoladamente. O conjunto, agora, tinha uma eficiência maior na geração de energia. É possível que essa célula tenha adquirido estabilidade, superado as demais e se estabelecido no meio. A bactéria aeróbica se transformou em mitocôndria. Em outro evento de endocitose, a célula já portadora de mitocôndrias englobou uma cianobactéria, procarionte clorofilado. Assim, o conjunto produzia glicose por meio da fotossíntese e gerava ATP por atividade respiratória aeróbica. O evento de endocitose que resultou nos cloroplastos deve ter ocorrido mais tardiamente que o das mitocôndrias e deve ter ocorrido separadamente pelo menos três vezes, o que explica a grande variedade de pigmentos e propriedades existentes nos diversos cloroplastos de plantas e algas. Essa relação mostrou-se tão vantajosa que se perpetuou, e essas cianobactérias teriam dado origem aos atuais cloroplastos. Como ocorrido em relação às mitocôndrias, os cloroplastos adquiriram proteção e nutrientes inorgânicos que garantiam a síntese de glicose.

Lynn Margulis (Chicago, 5 de março de 1938 – Massachusetts, 22 de novembro de 2011) foi uma bióloga e professora na Universidade de Massachusetts. Seu trabalho científico mais importante foi a teoria da endossimbiose, segundo a qual a mitocôndria teria surgido de um organismo separado que teria entrado em simbiose com células eucarióticas. 91

Biologia

A argumentação de Margulis foi embasada na ideia de que ao longo de milhões de anos de simbiose, os procariontes englobados sofreram um profundo processo de coevolução (quando organismos, ao longo do tempo, interferem no processo evolutivo uns dos outros) com as células hospedeiras. Esse processo os tornou, em grande parte, dependente destas últimas e, consequentemente, incapazes de sobreviver isoladamente no meio externo, bem como de produzir certas proteínas necessárias ao seu funcionamento. Um exemplo desse mecanismo coevolutivo é: mitocôndrias e cloroplastos expressam genes exclusivos presentes em seus respectivos genomas e que são traduzidos dentro dessas organelas, entretanto certas proteínas, presentes dentro dessas organelas, vieram do meio citoplasmático. Como exemplo, a proteína nomeada citocromo C. Ela participa das cadeias transportadoras de elétrons existentes na mitocôndria e no cloroplasto. Essas organelas são dependentes de genoma do núcleo da célula para síntese do citocromo C que, portanto, ocorre no citoplasma.

Opirus/Arte

A publicação do livro intitulado A simbiose na evolução celular (Symbiosis in Cell Evolytion) a teoria de Margulis começou a se popularizar. Atualmente ela é amplamente aceita pela comunidade científica.

Figura 02 - Representação esquemática da “Endossimbiose sequencial”.

Evidências a favor da endossimbiose sequencial As mitocôndrias e cloroplastos apresentam: nn tamanhos

C03  Teoria endossimbiótica

SAIBA MAIS São exemplos de endossimbiose as zooxantela que é a designação dada à associação de algas unicelulares, que vivem dentro de células de protistas heterotróficos marinhos e corais. Esta simbiose permite o desenvolvimento de organismos heterotróficos em águas marinhas tropicais pobres em nutrientes.

compatíveis com os tamanhos das bactérias e cianobactérias, respectivamente;

nn duas

membranas, a interna e a externa, o que sugere o processo de endocitose. A membrana interna corresponderia à membrana da célula englobada e a externa seria a membrana da célula que englobou. Na membrana interna das bactérias, encontram-se as enzimas respiratórias, à semelhança do que ocorre nas cristas mitocôndrias que são formadas pela membrana interna que é o local de concentração das enzimas respiratórias;

nn material

genético similar ao dos procariontes atuais. Uma única molécula de DNA circular sem associação com proteínas histonas;

nn ocorrência de DNA, RNA e ribossomos de tamanho compatível aos das bactérias

e cianobactérias;

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

nn autoduplicação

no interior da célula hospedeira;

nn efeitos

resultantes da ação de certos antibióticos em organismos eucariontes que inibem a síntese proteica em bactérias, evidenciando a sua similaridade.

A origem da célula eucariota: continuidade membranosa As células eucarióticas teriam surgido a partir de células procarióticas, por meio de um processo de dobramento gradual da membrana plasmática da célula procariota. Essas dobras ofereciam maior superfície de contato com o meio externo e maior volume de obtenção de recursos nutricionais. As dobras internas construíram um sistema contínuo de endomembranas resultantes de invaginações da membrana plasmática. A primeira estrutura a surgir dentro da célula seria o envelope nuclear ou carioteca. Na sequência, teriam surgido outras organelas membranosas como retículo endoplasmático e complexo golgiense. Existe uma continuidade membranosa que parte da membrana, continua pelo retículo e complexo golgiense e segue até a carioteca, ou seja, a membrana é uma só, que se prolonga para dentro da célula até o núcleo.

Opirus/Arte

As características funcionais e estruturais das endomembranas celulares são as mesmas em todos os compartimentos da célula. Os fosfolipídeos e proteínas se apresentam com a mesma organização e propriedades que estão presentes na membrana plasmática. As membranas internas definem organelas com funções específicas, compartimentalizando o metabolismo celular. É possível que a aquisição da mitocôndria e do cloroplasto pode ter ocorrido simultaneamente ao processo de dobramentos da membrana plasmática que resultou no sistema de membranas na célula eucariota.

Figura 03 - Dobramentos da membrana: formação das célula eucariota.

# ciêntistas em AÇÃO

C03  Teoria endossimbiótica

Fonte: wikimedia.commons/Julia Margaret Cameron (1815–1879)

Fonte: wikimedia.commons/Javier Pedreira

LYNN MARGULIS E DARWIN A bióloga Lynn Margulis (1938-2011), conhecida por seus trabalhos sobre a origem e evolução das células, é considerada uma autoridade em biologia evolutiva. Ficou conhecida pela teoria da simbiogênese, (endossimbiose sequencial) que desafia as teorias neodarwinistas com o argumento de que as variações herdadas não se devem a mutações ao acaso, mas à interação entre os organismos em longo prazo. Além disso, segundo Margulis, a evolução das espécies obedece a processos de auto-organização e de autorregulacão. Enquanto Darwin (1809-1882) vê, na natureza, o adaptacionismo e a competição, como aspectos mais fundamentais no processo evolutivo das espécies, Lynn Margulis defende a cooperação (simbiose). Sendo assim: “Os seres vivos não ocupam o mundo pela força, mas por cooperação”.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (Enem MEC) Segundo a teoria evolutiva mais aceita hoje, as

03. (Puc RJ) Lynn Margulis, na sua Teoria Endossimbiótica,

mitocôndrias, organelas celulares responsáveis pela produ-

propôs que algumas organelas celulares das células euca-

ção de ATP em células eucariotas, assim como os cloroplas-

rióticas tenham-se originado da associação simbiótica com

tos, teriam sido originados de procariontes ancestrais que

células procarióticas.

foram incorporados por células mais complexas.

Essas organelas são:

Uma característica da mitocôndria que sustenta essa teoria é a

a) mitocôndrias e complexo de Golgi.

a) capacidade de produzir moléculas de ATP.

c) mitocôndrias e cloroplastos.

b) presença de parede celular semelhante à de procariontes.

d) centríolos e cloroplastos.

c) presença de membranas envolvendo e separando a ma-

e) lisossomos e complexo de Golgi.

triz mitocondrial do citoplasma. d) capacidade de autoduplicação dada por DNA circular próprio semelhante ao bacteriano. e) presença de um sistema enzimático eficiente às reações químicas do metabolismo aeróbio. 02. (FGV SP) Observe a figura que ilustra uma possível explicação, formulada pela pesquisadora Lynn Margulis, em 1981, para o processo de evolução das células eucariontes a partir de um ancestral procarionte.

b) lisossomos e mitocôndrias.

04. A Teoria da Endossimbiose, criada por Lynn Margulis em 1970, propõe que as organelas que compõem as células eucarióticas tenham surgido como consequência de uma associação simbiótica estável entre organismos. Mais especificamente, esta teoria postula que os cloroplastos e as mitocôndrias têm origem num procarionte autotrófico que viveu em simbiose dentro de outro organismo, também unicelular, obtendo proteção e fornecendo ao hospedeiro a energia necessária para as atividades metabólicas. Desse modo, a célula eucariótica atual seria uma quimera formada por três genomas: o nuclear; o cloroplastidial e o mitocondrial. Sendo assim, podemos concluir que a teoria da endossimbiose propõe uma explicação para: a) o surgimento da célula procarionte. b) o surgimento dos autótrofos. c) o surgimento dos heterótrofos.

De acordo com a pesquisadora, o processo evolutivo celular teria ocorrido em função a) da internalização de organelas membranosas, tais como o lisossomo e o complexo de Golgi, a partir da simbiose com procariontes.

é a de que elas são derivadas de organismos procariontes que viviam no citoplasma de outras células. Dois argumentos que dão suporte a essa teoria são: a) as mitocôndrias possuem DNA próprio e a constituição

de organismos primitivos procariontes semelhantes às

do seu retículo endoplasmático é similar à de células pro-

c) do desenvolvimento de organelas membranosas, tais como mitocôndrias e cloroplastos, a partir de invaginações da membrana celular.

C03  Teoria endossimbiótica

05. (UFJF) A teoria mais aceita sobre a origem das mitocôndrias

b) do surgimento do núcleo celular a partir da incorporação bactérias.

d) da fagocitose de procariontes aeróbios e fotossintetizantes, originando os eucariontes autótrofos e heterótrofos, respectivamente. e) da formação de membranas internas e, posteriormente, da endossimbiose de ancestrais das mitocôndrias e dos cloroplastos.

d) o surgimento da célula eucarionte.

cariontes. b) as mitocôndrias possuem ribossomos e material genético similares aos das bactérias. c) as mitocôndrias formam mesossomos e têm citoesqueleto muito desenvolvido, como as bactérias. d) as mitocôndrias, assim como as bactérias, se multiplicam por meiose e não possuem peroxissomos. e) a membrana externa e os RNAs mensageiros das mitocôndrias são similares aos das bactérias.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

06. (Uerj RJ) Durante o processo evolutivo, algumas organelas de células eucariotas se formaram por endossimbiose com procariotos. Tais organelas mantiveram o mesmo mecanismo de síntese proteica encontrado nesses procariotos.

09. A estrutura química composta pela bicamada fosfolipídica é uma evidência que apoia a continuidade membranosa presente nas células eucariotas. Essa estrutura química está presente no

Considere as seguintes organelas celulares, existentes em eucariotos:

a) citoesqueleto

1 - mitocôndrias

c) nucléolo

2 – aparelho golgiense

d) ribossomo

3 - lisossomas

b) envelope nuclear

10. (UEG GO) A figura a seguir representa as relações evolutivas

4 - cloroplastos 5 - vesículas secretoras

entre os grupos de seres vivos.

6 - peroxissomos Nas células das plantas, as organelas que apresentam o mecanismo de síntese proteica igual ao dos procariotos correspondem às de números: b) As mitocôndrias e cloroplastos, diferentemente das demais organelas citoplasmáticas, possuem seu próprio DNA, sintetizam algumas de suas próprias proteínas e são capazes de se autoduplicar.

a) 1 e 4 b) 2 e 3 c) 3 e 6 d) 4 e 5 07. (UFPA) Segundo a teoria de Lynn Margulis, as bactérias e os cloroplastos atuais teriam sido seres procariontes independentes que foram englobados pelas primeiras células eucarióticas que surgiram na face da Terra. Os estudos sobre as mitocôndrias e cloroplastos fornecem alguns argumentos a favor dessa teoria, porque estas organelas apresentam a) nucléolos que participam diretamente dos processos de divisão celular. b) movimentos ameboides, como nos organismos unicelulares. c) moléculas de DNA que produzem enzimas responsáveis pela digestão e armazenamento. d) material genético próprio e ribossomos, e são capazes de produzir proteínas. e) microfilamentos responsáveis pelo armazenamento e transporte de macromoléculas.

a) complexo golgiense b) retículo endoplasmático c) centríolos d) carioteca

Com base na análise da figura, responda ao que se pede: a) A endossimbiose foi um processo importante na história de vida dos organismos eucarióticos multicelulares. Explique a teoria da endossimbiose. b) Qual a diferença exclusiva é ressaltada ao se comparar cloroplastos e mitocôndrias com as demais organelas citoplasmáticas na evolução dos organismos?

a) A teoria da endossimbiose, também conhecida como hipótese simbiogênica, propõe que tanto mitocôndrias como plastos descendem de bactérias primitivas que, num passado distante, associaram-se simbioticamente às primitivas células eucarióticas. Segundo essa teoria, as primeiras células eucarióticas adquiriram capacidade de respirar gás oxigênio quando passaram a abrigar, em seu citoplasma, células procarióticas respiratórias. Estabeleceu-se, então, uma troca de benefícios entre esses seres: a célula eucariótica garantia abrigo e alimento à célula procariótica e essa lhe fornecia energia, obtida por meio da respiração aeróbica. A associação, segundo a teoria, foi tão bem-sucedida que se tornou permanente e os inquilinos procarióticos se transformaram em organelas respiratórias (mitocôndrias). A história dos cloroplastos é bem parecida com a das mitocôndrias. De acordo com a hipótese simbiogênica, os plastos teriam surgido pela associação entre primitivas células eucarióticas (que já haviam se associado anteriormente às mitocôndrias) e bactérias fotossintetizantes.

C03  Teoria endossimbiótica

08. Durante a evolução da célula, a membrana plasmática sofreu deformações que originaram diversas estruturas membranosas, exceto:

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UFPA) A figura abaixo ilustra o mais provável mecanismo que originou as organelas celulares conhecidas como mitocôndrias.

03. (UFSM RS) Considerando a importância da luz solar nos processos de origem e evolução biológica, assinale a afirmativa correta.

Sobre essas organelas celulares, considere as seguintes afirmativas. I. As mitocôndrias apresentam-se envolvidas por membrana dupla. A membrana interna representa a membrana celular bacteriana original e a membrana externa é derivada, em termos evolucionários, da membrana celular da célula eucariótica ancestral. II. Mitocôndrias possuem seu próprio DNA, o que torna possível que se reproduzam por autoduplicação de mitocôndrias preexistentes. III. Sem mitocôndrias, animais, fungos e plantas seriam incapazes de usar o oxigênio para extrair o máximo de energia contida nas moléculas de alimento. É correto o que se afirma em: a) I, apenas. b) I, II e III. c) I e II, apenas. d) II, apenas. e) II e III, apenas.

a) Os vírus foram os primeiros seres vivos a surgir no planeta, a partir de seres autotróficos. b) Os fungos incluem seres eucarióticos e autotróficos. c) Na evolução da vida, as bactérias foram precursoras dos protozoários. d) Todas as bactérias são heterotróficas, sendo divididas em aeróbicas, anaeróbicas e fermentadoras. e) Os reinos dos fungos e dos protozoários apresentam exemplos de seres primitivos e procarióticos.

C03  Teoria endossimbiótica

02. (UFRGS RS) A teoria da endossimbiose, relacionada à evolução eucariótica, baseia-se em várias evidências. Com relação a essa teoria, considere as afirmações abaixo. I. As membranas duplas das mitocôndrias e dos cloroplastos corroboram a teoria endossimbiótica. II. Os procariontes que dão origem às organelas mantêm o seu DNA intacto. III. Um procarionte fotossintetizador pequeno, englobado por um procarionte maior, pode contribuir com monossacarídeos e receber proteção. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III.

Texto e imagem para as questões 04 e 05: A figura ilustra as relações de endossimbiose que devem ter ocorrido ao longo da evolução dos seres eucariontes, segundo hipótese de Lynn Margulis.

04. (Uesc SC) O organismo que primeiro apresentou registrado nas marcas traçadas pela sua história evolutiva a presença das duas relações de endossimbiose pode ser representado atualmente pelo grupo a) dos vegetais. b) dos fungos. c) dos animais. d) das algas unicelulares. e) das algas pluricelulares. 05. (Uesc SC) O estabelecimento da primeira endossimbiose representada produziu um importante impacto na evolução do domínio Eucaria e pode ser identificado como

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

06. (UFMG) Analise estas figuras, em que está representada a evolução de seres eucariotas oriundos da endossimbiose com bactérias:

A partir dessa análise, é INCORRETO afirmar que estratégias de endossimbiose resultaram em a) produção do próprio alimento. b) obtenção de energia nos processos respiratórios. c) transmissão das organelas ao longo das gerações. d) difusão de moléculas pela membrana. 07. (Unifal MG) Observe o esquema abaixo, que representa algumas das etapas da hipótese de que as células eucarióticas surgiram, em parte, como resultado evolutivo de um processo gradual de endossimbiose:

O esquema acima ilustra o processo de endossimbiose. Utilizando o esquema como base, assinale a afirmativa INCORRETA: a) A endossimbiose de um procariota fotossintético VI com um proeucariota originou as células eucarióticas heterotróficas atuais.

b) As invaginações da membrana plasmática aumentaram a superfície de contato e a capacidade de transporte em procarióticos IV. c) Uma célula procariótica aeróbia I associou-se a uma procariótica heterotrófica anaeróbia II, aumentando o potencial energético. d) Como resultado das invaginações, um envelope nuclear precursor formou-se em uma célula proeucariótica V. e) Uma célula procariótica III teve a sua capacidade aeróbia aumentada, em virtude da compartimentalização das membranas nas mitocôndrias. 08. (UFT TO) A origem da vida parece ter ocorrido há cerca de 3 400 M.a., quando o planeta Terra teria já 1 000 a 1 500 M.a., e os seres vivos conservam em si marcas do seu passado. Atualmente, há reconhecidamente duas formas de organização celular entre os seres vivos: a célula procariótica e a célula eucariótica, que provavelmente originaram-se de organismos ancestrais, a partir de eventos evolutivos e interações com os ecossistemas em que habitavam. Qual seria a origem da diferença entre células procarióticas e eucarióticas? Até há pouco tempo, considerava-se que as células eucarióticas teriam derivado da invaginação e especialização da membrana plasmática da célula procariótica. A cientista Lynn Margulis sugeriu que a origem da célula eucariótica se deve ao desenvolvimento de associações simbióticas obrigatórias entre diferentes seres, que ocorreram em três etapas: (1) Uma célula proto-eucarionte hospedou uma bactéria aeróbia, obtendo assim a mitocôndria; (2) Essa célula proto-eucarionte hospedou uma espiroqueta obtendo assim cílios, flagelos e citoesqueleto; (3) Finalmente, esta célula proto-eucarionte hospedou uma cianobactéria e obteve assim os plastos. É verdadeiro que: I. Essa hipótese chamada Teoria Endossimbiontica é muito improvável porque a simbiose raramente ocorre na Natureza. II. A síntese proteica em mitocôndrias e cloroplastos não ocorre na presença de substâncias inibidoras de procariontes, como estreptomicina e cloranfenicol. III. A membrana que envolve as mitocôndrias e plastos é dupla, o que sugere que a bactéria endossimbionte foi fagocitada pela célula proto-eucarionte. IV. Houve a aquisição de complexidade na estrutura e função da célula eucariótica em relação à célula procariótica, inclusive permitindo a maturação de proteínas. V. As organelas de eucariontes, mitocôndrias e plastos, não têm DNA próprio e, portanto não podem fazer divisão autônoma. Indique a alternativa em que todas as afirmativas são verdadeiras. a) II, III e IV b) I, II e IV c) I, II, IV e V d) IV e V

C03  Teoria endossimbiótica

a) o advento de endomembranas que favoreceu a síntese de proteínas associada a um retículo endoplasmático. b) o aumento da eficiência na obtenção de energia a partir de processos oxidativos de transformação energética. c) o estabelecimento de reações fotoautotrofas na produção de componente orgânico. d) a intensificação nas relações parasitárias que dificultaram a sobrevivência dos eucariotos. e) a formação de uma membrana interna delimitadora do material genético celular.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C04

ASSUNTOS ABORDADOS nn Evolução da microscopia e mé-

todo científico

nn A história do microscópio nn Teoria celular nn Microscopia moderna nn Método científico

EVOLUÇÃO DA MICROSCOPIA E MÉTODO CIENTÍFICO O desenvolvimento da Citologia só foi possível, a partir da invenção do microscópio. O olho humano não consegue visualizar as células, exceto em pouquíssimas situações de ocorrência de células macroscópicas, por exemplo, a gema de ovo de aves e répteis. Um microscópio age em dois aspectos: na ampliação e na resolução do objeto observado. Ampliação é a capacidade de fazer um objeto parecer maior do que ele realmente é. O poder de resolução é a capacidade de uma lente de formar detalhes mínimos, dando qualidade à imagem observada. O olho humano só consegue enxergar, distintamente, dois pontos que estejam distantes em 0,1mm, é o nosso limite de resolução. As células têm dimensões muito inferiores a esse limite, portanto, o desenvolvimento da microscopia revelou a célula e todas as suas estruturas internas invisíveis ao olho humano. A tecnologia envolvida nos microscópios atuais tem valores muito pequenos de limite de resolução, concedendo uma boa ampliação e uma excelente nitidez na imagem, ou seja, atribuindo um grande poder de resolução.

A História do microscópio Em 1591, pai e filho, Hans e Zacharias Janssen, construtores de óculos, construíram o primeiro microscópio sem nenhuma pretensão científica. Era um instrumento em tubo portador de duas lentes nas extremidades que conferiam ampliação às imagens observadas.

#Curiosidade

1591 - Hans e Zacharias Janssen: sem finalidade cien fica construíram o microscópio Zacharias Janssen

O primeiro microscópio Opirus/Arte

Embora ambos os instrumentos ampliem objetos de modo que o olho humano possa ver, um microscópio olha para as coisas muito de perto e telescópios permitem ver as coisas que estão muito longe. Microscópios são comumente encontrados em laboratórios, muitas vezes usados por biólogos e químicos, enquanto os telescópios estão localizados em observatórios, o mais frequentemente utilizado pelos astrônomos. Telescópios mostram grandes objetos - objetos distantes, planetas e outros corpos celestes - a sua lente objetiva produz uma versão menor da imagem real. Por outro lado, microscópios mostram objetos muito pequenos, e sua lente objetiva produz uma versão ampliada da imagem real.

Figura 01 - O primeiro microscópio.

Em 1663, o físico Robert Hooke, (1635-1703) fabricou um microscópio composto, constituído por duas lentes, uma chamada ocular e a outra chamada objetiva. Esse aparelho permitia ampliação de 40X. Em 1665, ele publicou uma obra, contendo os desenhos de todas as suas visualizações. Ele observou um pedaço de cortiça e visualizou numerosas cavidades, às quais chamou “poros” ou “células”. Naquela época, Hooke não tinha noção de que estava observando apenas contornos de células vegetais mortas. Quando aprimorou suas observações em plantas vivas, verificou os mesmos “espaços” ou “células”, porém preenchidos por um material gelatinoso.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Robert Hooke (1635-1703)

Opirus/Arte

Cor ça: material observado por Hooke em 1665

Figura 02 - Visualizações de Hooke: “espaços” onde se alojavam as células vegetais.

No final do século XVII, por volta de 1668, Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) construiu um microscópio com apenas uma lente (microscópio simples) que permitia um aumento de cerca de 200X. Ele utilizou esse instrumento para observar material biológico como esperma, sangue, água estagnada e descobriu micro-organismos nomeados, na época, micróbios. Acerca de suas observações, Leeuwenhoek manifestou: “Não há prazer maior, quando meu olhar encontra milhares de criaturas em apenas uma gota de água.” Por meio de desenhos produzidos por um desenhista contratado, ele registrava todas as suas visualizações inspirado pelo trabalho de Hooke.

Teoria celular

Figura 03 - Microscópio de Robert Hooke.

C04  Evolução da microscopia e método científico

Fonte: Wikimedia Commons

Theodor Schwann e Mathias Schleiden, no final da década de 1830, após longas observações de material biológico, postularam a teoria celular. Esses estudiosos alemães, Schwann (médico) e Schleiden (botânico), concluíram que tanto plantas quanto animais eram constituídos por unidades morfofisiológicas: as células. A Teoria Celular é a base da Biologia Celular e uma das mais importantes afirmações de toda a Biologia. Percebe-se, portanto, que conhecer a célula e seu funcionamento é fundamental para compreender a vida e, consequentemente, a ciência que a estuda.

Biologia

A moderna doutrina celular pode ser resumida em quatro conceitos fundamentais: nn a

menor unidade da vida é a célula;

nn todo

ser vivo pluricelular provém de uma célula, o zigoto;

nn todas

as células provêm de uma preexistente;

nn todas

as reações metabólicas de um organismo vivo ocorrem dentro de suas células.

Microscopia moderna

C04  Evolução da microscopia e método científico

Opirus/Arte

Atualmente, os aparelhos utilizados nos laboratórios de biologia de escolas e universidades são, na maioria, microscópios ópticos ou fotônicos, que utilizam luz. Eles possuem dois conjuntos de lentes de vidro ou de cristal, e geralmente fornecem ampliações de 100 a 1 000 vezes. A luz, projetada através do objeto em observação, atravessa as lentes da objetiva e ocular e chega ao olho do observador. O aumento da imagem que vemos ao microscópio composto é dado pela multiplicação do aumento da ocular pelo aumento da objetiva. Assim, um microscópio composto com ocular 10 vezes e objetiva 40 vezes possibilita ampliação de 400 vezes. Utiliza-se, então, um micrômetro e um macrômetro para focalizar o objeto fracionado na lâmina estudada e o charriot (é a peça responsável pela movimentação lateral da lâmina em observação, sendo possível analisá-la de forma totalitária) para efetuar a varredura, que é a visualização dos diferentes campos de uma lâmina.

Figura 04 - O microscópio de luz.

SAIBA MAIS OS VÍRUS E A TEORIA CELULAR Os vírus não são formados por células, característica que faz com que alguns autores não os considerem seres vivos. Entretanto, eles apresentam grande dependência de células para realizar suas atividades, sendo considerados parasitas intracelulares obrigatórios. Assim sendo, mesmo que não tenham células, os vírus necessitam de células para seu funcionamento. Vírus: cápsulas proteicas, contendo, no seu interior, um pequeno genoma. 100

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

escala de tamanho

Opirus/Arte

O ser humano possui em torno de 1,7 metros. Estamos aqui, então, na escala de metro. Dando um zoom nessa escala, podemos observar um palito de fósforo com 5 centímetros. Um grão de café possui 1 centímetro. Partindo para a escala de milímetros e micrômetros, temos o papel, com espessura de 150 micrômetros, enquanto um fio de cabelo possui largura de 100 micrômetros. (...). Mas nosso olho tem uma resolução capaz de enxergar apenas até 100 micrômetros. Esse é o tamanho do menor objeto visível a olho nu. Para se ter uma ideia, o óvulo é a maior célula do corpo humano, e possui 120 micrômetros. Uma célula da pele, porém, já possui 35 micrômetros, uma mitocôndria (4 micrômetros), o vírus do HIV (90 nanômetros) ou mesmo a molécula de DNA (3 nanômetros de largura)... além de outras muito menores, como moléculas bem pequenas ou mesmo estruturas atômicas. Lembre-se de que um milímetro contém 1000 micrômetros e que 1 micrômetro equivale a 1000 nanômetros (ou seja, 1 nanômetro corresponde a 1 x 10-9 metros, que seria o mesmo que pegar 1 metro e dividir por 1 bilhão!).

especiais, muito duras, que permitem cortes ultrafinos obtidos por meio das navalhas de vidro do instrumento conhecido como ultramicrótomo.

Não é possível observar material vivo nesse tipo de microscópio. O material a ser estudado passa por um complexo processo de desidratação, fixação e inclusão em resinas

Fonte: Wikimedia Commons / Ricce

A diferença básica entre o microscópio óptico e o eletrônico é que, no eletrônico, não é utilizado a luz, mas sim feixes de elétrons. No microscópio eletrônico, não há lentes de cristal e, sim, bobinas, chamadas de lentes eletromagnéticas. A riqueza de detalhes que um microscópio oferece é determinada não por seu poder de aumento, mas sim por seu limite de resolução. Nesse sentido, os microscópios eletrônicos são mais poderosos que os microscópios ópticos por possuírem um poder de resolução bem maior. Enquanto o menor objeto observável pelo olho humano possui 100 micrômetros e o microscópio óptico possui um limite de quase 0,2 micrômetros de resolução, os microscópios eletrônicos atingem limite de resolução de 0,2 nanômetros.

C04  Evolução da microscopia e método científico

A invenção do microscópio eletrônico ocorreu em 1931, pelo físico alemão Ernst Ruska e vem sendo aperfeiçoado desde então. Esse aparelho proporcionou desvendar aspectos mínimos das células, que não poderiam ser feitos com a microscopia óptica, podendo proporcionar aumentos de 5 mil e 100 mil vezes.

Figura 05 - O microscópio eletrônico.

101

Biologia

Método científico

Fonte: Wikimedia Commons

C04  Evolução da microscopia e método científico

O trabalho científico é conduzido dentro de uma metodologia criteriosa. Ao aplicar o Método Científico, o pesquisador ganha junto à comunidade científica a credibilidade e o reconhecimento desse trabalho. A publicação, em meios científicos validados, disponibiliza e divulga as novas informações. A sociedade moderna exige, cada vez mais, precisão nas informações e conclusões obtidas pelos trabalhos científicos. O Método Científico atualmente mais utilizado é o Método Indutivo, embora o Método Dedutivo seja também um método científico reconhecido. Oparin (1894-1980), bioquímico russo que se dedicou ao estudo da origem da vida na Terra, utilizou-se de Método Dedutivo para estabelecer suas ideias que propunham uma sequência química para origem da célula primitiva e suas características metabólicas. Por esse método, Oparin propunha hipóteses: “se não havia O2 na atmosfera da terra primitiva, logo a primeira célula era anaeróbia”; “se a condição heterotrófica é metabolicamente mais simples do que fabricar internamente a própria glicose é provável que a primeira célula tenha sido heterotrófica, já que o status mais simples vem primeiro no processo evolutivo.” Nesse método, uma dedução leva a outra. Entretanto, os recursos tecnológicos atuais permitem amplamente a realização de experimentos em laboratórios que promovam conclusões mais precisas e contraprovas desses testes, e, por essa razão, o método dedutivo é menos utilizado no meio científico.

No método indutivo, o cientista observa um fato, em seguida cria um questionamento sobre aquele fato. Esse questionamento leva a elaboração de hipóteses que podem explicar o fato observado. Diante das hipóteses estabelecidas, o pesquisador monta e executa um experimento controlado. Esse experimento possui um grupo teste. Nesse grupo, o fator a ser testado é aplicado e deve haver total alinhamento da hipótese e a montagem do grupo teste. Um grupo controle também é providenciado. O grupo controle tem as condições opostas às condições investidas no grupo teste, ou seja, o fator testado não é aplicado. Esse grupo serve de confronto com o grupo teste, permitindo comparações. Por exemplo, se um pesquisador quer descobrir se um agrotóxico está matando as borboletas de uma lavoura, ele deve montar um experimento em que: no grupo teste as borboletas sejam tratadas com o agrotóxico; enquanto que no grupo controle, essas borboletas não irão passar por tratamento. Assim, ao final do experimento, ele compara o grupo teste com o grupo controle, afim de identificar se o agrotóxico aumentou o número de borboletas mortas. Uma conclusão, após a execução do experimento controlado e após a leitura dos resultados obtidos, pode descartar a hipótese ou confirmá-la. Caso a hipótese seja descartada, um novo experimento controlado deve ser montado para testar a próxima hipótese levantada. A hipótese confirmada pelo experimento controlado pode se configurar como uma teoria depois de repetidos testes.

Figura 06 - Etapas do Método Científico Indutivo.

102

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

02. (Uel PR) Das estruturas celulares a seguir, aquela cuja existência foi revelada pelo microscópio eletrônico é: a) o nucléolo. b) a cromatina. c) a mitocôndria. d) o centríolo. e) o retículo endoplasmático. 03. (Puc RJ) Com relação ao tamanho dos seres microscópios, é correto afirmar que: a) Os vírus são menores que os protozoários. b) A maioria das bactérias é maior que as leveduras. c) A maioria dos vírus é maior que as bactérias. d) Bactérias e protozoários têm o mesmo tamanho. e) Protozoários são geralmente menores que as bactérias.

Indique a opção com os itens corretos: a) 1, 2, 4 b) 8, 4, 1 c) 8, 2, 1 d) 1, 2, 4, 8 e) 4, 8 05. (Puc SP) ”Uma cultura de Staphylococcus aureus, contendo 100 milhões de bactérias, foi exposta a dose relativamente fraca de penicilina e só 10 células sobreviveram. Os descendentes dessas conseguiram viver e se multiplicar e, quando em presença de dose duas vezes mais forte de penicilina, quase todas morreram. As que sobreviveram foram expostas a doses cada vez mais fortes, até que, ao se repetir o processo pela quinta vez, a dose empregada foi 2 500 vezes mais forte que a inicial e algumas bactérias continuavam a sobreviver.” No trecho acima, está descrito: a) um fato. b) uma hipótese. c) uma teoria. d) uma lei. e) um axioma. 06. Se você estiver observando uma lâmina histológica na objetiva 20x e com oculares de aumento 5x, qual o aumento da imagem projetada? a) 20X b) 10X c) 100X d) 200X e) 25X

04. (Unifor CE) Um estudante presenciou o desenvolvimento das gemas laterais numa planta em seu jardim após a poda da região apical (extremidade) por um jardineiro. Atribuiu o fato à interrupção do transporte de substâncias da extremidade para as regiões laterais. Então, em outra planta, cortou a extremidade e colocou um macerado de seu material sobre o corte, esperando pelo resultado.

07. (Uerj RJ) Até o século XVII, o papel dos espermatozoides na fertilização do óvulo não era reconhecido. O cientista italiano Lazzaro Spallanzani, em 1785, questionou se seria o próprio sêmen, ou simplesmente o vapor dele derivado, a causa do desenvolvimento do óvulo. Do relatório que escreveu a partir de seus estudos sobre a fertilização, foi retirado o seguinte trecho: (…) Para decidir a questão, é importante empregar um meio conveniente que permita separar o vapor da parte figurada do sêmen e fazê-lo de tal modo, que os embriões sejam mais ou menos envolvidos pelo vapor.

De acordo com o relato anterior, as etapas do método científico realizadas pelo estudante foram: 1 — observação do fato; 2 — formulação da hipótese; 4 — realização do experimento; 8 — elaboração da teoria.

Dentre as etapas que constituem o método científico, esse trecho do relatório é um exemplo de: a) análise de dados. b) elaboração de hipótese. c) coleta de material. d) planejamento do experimento.

103

C04  Evolução da microscopia e método científico

01. (UFMG) Um estudante decidiu testar os resultados da falta de determinada vitamina na alimentação de um grupo de ratos. Colocou então cinco ratos em uma gaiola e retirou de sua dieta os alimentos ricos na vitamina em questão. Após alguns dias, os pelos dos ratos começaram a cair. Concluiu então que essa vitamina desempenha algum papel no crescimento e na manutenção dos pelos. Sobre essa experiência podemos afirmar que: a) A experiência obedeceu aos princípios do método científico, mas a conclusão do estudante pode não ser verdadeira. b) A experiência foi correta e a conclusão também. O estudante seguiu as normas de método científico adequadamente. c) A experiência não foi realizada corretamente, porque o estudante não usou um grupo de controle. d) O estudante não fez a experiência de forma correta, pois não utilizou instrumentos especializados. e) A experiência não foi correta por que a hipótese do estudante não era uma hipótese passível de ser testada experimentalmente.

Biologia

08. (UFSC) Ao examinar um fenômeno biológico, o cientista su-

dos em muitos tipos de plantas e animais, lançaram a ideia

gere uma explicação para o seu mecanismo, baseando-se na

de que todos os seres vivos são formados por pequenas uni-

causa e no efeito observados. Esse procedimento:

dades chamadas células. Essa constatação foi possível gra-

01. Faz parte do método científico.

ças à possibilidade gerada pela combinação de duas partes

02. É denominado formulação de hipóteses.

(A e C) do microscópio ótico.

04. Deverá ser seguido pela elaboração de um problema ou questionamento. 08. Deve ser precedido por uma conclusão. Dê como resposta a soma dos números das asserções corretas. 01+02= 03 09. (Vunesp SP ) Analise os itens a seguir. I.

Levantamento de deduções;

II.

Formulação de hipótese;

III.

Experimentos que podem ser realizados;

IV.

Observação de um fato.

Os itens listados são etapas simplificadas do método científico. Pode-se prever que os passos lógicos desse método seriam a) I, II, III e IV. b) I, IV, II e III. c) III, I, II e IV. d) III, II, IV e I. e) IV, II, I e III. 10. (Uema MA) A construção do microscópio composto ou binocular por Robert Hooke, em 1663, permitiu a visualização de estruturas até então desconhecidas pelos cientistas, a partir da utilização de lentes de grande aumento. Com o advento da microscopia, os pesquisadores, após vários estu-

C04  Evolução da microscopia e método científico

Exercícios Complementares 01. A seleção sexual é a seleção de características que conferem vantagens aos seus detentores durante a corte ou quando eles competem por parceiros sexuais ou recursos. É a seleção sexual que explica porque a cauda do pavão é tão grande e colorida, afinal quanto mais vistosa a cauda do macho maior a chance de ele copular com uma fêmea e, assim, transferir seus genes para seus descendentes. O gráfico mostra um experimento com uma determinada espécie de ave. A finalidade do experimento era concluir se a seleção sexual afeta a evolução do tamanho da cauda dessa espécie.

104

O sistema de lentes A e C, responsável pelo aumento final de uma célula, é chamado, respectivamente, de a) diafragma e condensador. b) objetiva e condensador. c) condensador e ocular. d) ocular e diafragma. e) ocular e objetiva.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias a) Cauda normal. Confrontar com o grupo teste, ou seja, permitir comparações para obter uma conclusão mais segura. b) Quanto maior a cauda do macho maior será a seleção sexual exercida pelas fêmeas sobre esse macho. Assim os machos de cauda aumentada têm mais chance de reproduzir e transferir suas informações genéticas.

Sobre o experimento, responda: a) No experimento, qual é o grupo controle e qual sua importância? b) Com os resultados obtidos pelo experimento, qual seria a conclusão a que se pode chegar? 02. (Puc PR) Ao microscópio óptico, ao ser observado um certo tecido, em corte transversal, foi possível identificar as seguintes características citológicas: I.

Células vivas.

II.

Membranas celulósicas cutinizadas.

III.

Citoplasma sem cloroplasto.

IV.

Células intimamente unidas.

Na figura I, várias organelas foram identificadas e evidenciadas por diferentes cores. Após a remoção de todas as organelas delimitadas por membranas da figura I, restou a região de cor azul (figura II). Assinale a alternativa que identifica a região azul e duas estruturas celulares encontradas

Baseado nessas características, podemos afirmar que:

nessa região.

a) É epiderme vegetal.

a) hialoplasma - microtúbulo e cariomembrana

b) Pode se tratar de um tecido animal.

b) citoplasma - centríolo e desmossomo

c) Corresponde ao floema responsável pelo transporte da

c) citosol - ribossomo e microtúbulo

seiva elaborada. d) É o meristema primário responsável pelo crescimento do vegetal. e) É o meristema secundário responsável pelo crescimento do vegetal em espessura. 03. (UFPE) Muitos eventos e estruturas biológicas são menores

d) citoplasma - corpúsculo basal e endossomo e) citosol - microtúbulo e vacúolo 05. A arte é uma atividade na qual os seres humanos manifestam de diferentes formas seus sentimentos, ideais e emoções. Os biólogos expressam sua arte utilizando, por exemplo, as micrografias, que são fotos tiradas das lâminas

do que pode o olho humano enxergar, cujo poder de resolu-

que estão sendo observadas através dos microscópios. Em

ção fica em torno de 100ìm. O microscópio óptico aumenta

alguns congressos sobre microscopia, existem até concursos

esse poder para cerca de 200nm (0.2ìm), limitado pelo com-

para escolher a melhor micrografia. A micrografia apresen-

primento da luz visível (0.4-0.7ìm). O microscópio eletrônico

tada, feita ao microscópio óptico, evidencia células da folha

pode aumentar esse poder para 2nm (0.002ìm) pela substi-

de uma plantinha aquática chamada Elódea. Nessas células,

tuição do feixe de luz por um feixe de elétrons.

é possível observar algumas estruturas numeradas que não

Assinale a alternativa em que a estrutura biológica pode ser visualizada pelo recurso indicado a seguir.

são encontradas nas células animais.

a) Vírus, pelo microscópio óptico. b) Mitocôndrias, pela vista desarmada. c) Óvulo animal, pela vista desarmada. C04  Evolução da microscopia e método científico

d) Molécula de ATP, pelo microscópio eletrônico. e) Estrias das células musculares esqueléticas, pela vista desarmada. 04. (UFF RJ) Até a metade do século passado, só era possível observar células ao microscópio óptico. Com a evolução da tecnologia, novos aparelhos passaram a ser empregados no estudo da célula. Hoje em dia são utilizados microscópios informatizados e com programas que permitem o processamento de imagens obtidas como as representadas nas figuras a seguir:

105

Biologia

Nessa micrografia, as estruturas celulares numeradas por 1 e 2 são denominadas, respectivamente, a) núcleo e mitocôndrias. b) parede celular e cloroplastos. c) retículo endoplasmático e plastos. d) complexo golgiense e ribossomos. e) membrana plasmática e centríolos. 06. Qual é o conjunto de peças ópticas em um microscópio ótico comum (M.O.C): a) canhão e Braço b) Oculares e Objetivas

Em qual posição deve ser indicado um vírus bacteriófago? a) Entre a proteína e a mitocôndria. b) Entre a bactéria e o linfócito. c) Entre o aminoácido e a proteína. d) Entre o linfócito e o ovo de inseto. e) Entre o ovo de inseto e o óvulo de galinha. 09. (UFV MG) Um grupo de calouros debatia sobre a qual organismo deveria pertencer a única célula observada ao microscópio. As seguintes hipóteses (I, II, III, IV e V) foram formuladas: I.

plasto.

c) Objetivas e revólver d) Oculares e canhão

II.

pletá-lo.

III.

de crescer perto de urna colônia de fungos contaminantes, A

IV.

suponho que seja de vegetal, aquilo deve ser mitocôndrias.

pode ser de uma célula animal, pois não vejo parede celulósica.

identificação posterior dos antibióticos comprovou a hipótese

Embora não tenham certeza sobre o organismo citado, se TO-

formulada pelo pesquisador de que os fungos produzem subs-

DAS as hipóteses estiverem com a justificativa correta, a célula

tâncias que inibem o crescimento das bactérias. Sabendo-se

observada ao microscópio poderá ser de um(a):

que Fleming aplicou em sua pesquisa o método científico, é

a) espermatozoide.

correto afirmar que:

b) célula meristemática.

Ele formulou uma hipótese de pesquisa tendo como base

c) levedura.

a observação de que as bactérias não proliferavam em

d) bactéria.

determinado ambiente.

e) euglena.

II.

III.

C04  Evolução da microscopia e método científico

parece que é mesmo de um protozoário, tem movimento ativo.

Flerning, um microbiologista, ao examinar placas de cultivo semeadas com bactérias, observou que elas eram incapazes

eu acho que é de uma bactéria, olhem bem que é unicelular.

e) Braço e platina 07. Considere o enunciado a seguir e as três propostas para com-

deve ser de uma alga, considerando a presença de cloro-

Ele realizou experimentos de acordo com predições decorrentes da formulação de uma hipótese, ou seja, a de

10. (Fuvest SP) O tema “teoria da evolução” tem provocado deba-

que substâncias produzidas por fungos inibem o cresci-

tes em certos locais dos Estados Unidos da América, com algu-

mento bacteriano.

mas entidades contestando seu ensino nas escolas. Nos últi-

Ele concluiu, baseado em suas reflexões sobre a reprodu-

mos tempos, a polêmica está centrada no termo teoria, que, no

ção de fungos, que a substância por eles produzida inibia

entanto, tem significado bem definido para os cientistas. Sob o

a divisão mitótica de bactérias.

ponto de vista da ciência, teoria é:

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. 08. Esta figura representa uma escala cujos componentes estão em ordem crescente de tamanho.

a) sinônimo de lei científica, que descreve regularidades de fenômenos naturais, mas não permite fazer previsões sobre eles. b) sinônimo de hipótese, ou seja, uma suposição ainda sem comprovação experimental. c) uma ideia sem base em observação e experimentação, que usa o senso comum para explicar fatos do cotidiano. d) uma ideia, apoiada no conhecimento científico, que tenta explicar fenômenos naturais relacionados, permitindo fazer previsões sobre eles. e) uma ideia, apoiada pelo conhecimento científico, que, de tão comprovada pelos cientistas, já é considerada uma verdade incontestável.

106

FRENTE

BIOLOGIA

Exercícios de Aprofundamento 01. (Uepa PA) Leia o texto para responder à questão. O planeta Terra formou-se há cerca de 4,5 bilhões de anos. Inicialmente sua superfície era constituída por magma quente. As rochas teriam se formado a seguir, com o resfriamento desse material. As rochas mais antigas de que se tem conhecimento datam de 3,9 bilhões de anos e nelas não foram encontrados registros de vida, levantando a questão sobre como ocorreu o surgimento da vida no planeta.

04. (UFRGS) O gráfico abaixo apresenta a variação do nível de oxigênio na atmosfera em função do tempo.

(Texto Modificado: Bio, Sônia Lopes, 2008.)

Sobre o processo em destaque no texto, é correto afirmar que: a) A panspermia é uma teoria que admite que a origem da vida é extraterrestre. b) A abiogênese postula que a vida surgiu de um ser vivo preexistente. c) O criacionismo admite o surgimento da vida extraterrestre. d) A biogênese afirma que a vida surgiu por geração espontânea. e) A teoria por evolução química postula que a vida surgiu de uma única molécula inorgânica. 02. (IF CE) Muitos pesquisadores tentaram explicar a origem da vida. Sobre isso, é correto afirmar que: a) Stanley Miller investigou a origem espontânea de moscas a partir de matéria não viva em decomposição. b) Os primeiros seres fotossintetizantes não usavam água como fonte de íon hidrogênio e liberavam gás sulfídrico para a atmosfera. c) Aristóteles formulou a teoria da biogênese que foi confirmada pelo cientista Louis Pasteur. d) A panspermia é uma teoria segundo a qual micro-organismos se encontram presentes na água, sendo capazes de dar origem à vida, quando atingem um local adequado. e) Helmont é autor de uma receita para obter ratos a partir de grãos de trigo. Com isso, ele tentou provar a teoria da abiogênese. 03. (UFTM) Sigmund Freud, Carl Gustav Jung e Jacques-Marie Émile Lacan foram importantes para o estudo de alguns ramos da psicologia, pois permitiram entender melhor a mente humana. Na biologia, muitos nomes também podem ser destacados, entre eles Louis Pasteur e a dupla James Watson e Francis Crick. a) Pasteur foi importante nos estudos sobre a origem da vida e a dupla Watson e Crick fizeram descobertas revolucionárias na área de Genética Molecular. Mencione as contribuições que esses cientistas fizeram para essas respectivas áreas. b) A pasteurização é utilizada em alguns alimentos e se refere a um processo de conservação, baseado na experiência proposta por Pasteur. No que consiste a pasteurização? Por que esse processo permite a conservação dos alimentos?

Sobre o gráfico e os eventos nele assinalados, é correto afirmar que: a) Três bilhões de anos antes do presente não havia vida devido à escassez de oxigênio. b) O evento 1 corresponde aos primórdios do surgimento da fotossíntese. c) A respiração celular tornou-se possível quando os níveis de O2 na atmosfera atingiram uma concentração próxima à atual. d) O evento 2 refere-se à formação da camada de ozônio. e) O evento 3 dá início à utilização da água como matéria-prima para a produção de oxigênio. 05. (UEPB) Na história da vida na Terra, o aparecimento da fotossíntese representa um passo de extrema importância. A partir da leitura das informações contidas no gráfico abaixo e dos conhecimentos da ciência atual, analise as proposições que seguem:

a) Louis Pasteur demonstrou, por meio de experimentos, que atualmente não há geração espontânea da vida a partir da matéria bruta. Watson e Crick criaram o modelo molecular da hélice dupla para o DNA. b) A pasteurização consiste em elevar e abaixar a temperatura de um líquido com a finalidade de esterilizá-lo, eliminando micro-organismos vivos e suas formas de resistência.

As primeiras bactérias fotossintetizantes capazes de utilizar H2O em lugar de H2S teriam surgido há pouco menos de 3 bilhões de anos. A abundância de água no planeta permitiu que essas bactérias se espalhassem por todo o planeta. Elas teriam sido ancestrais das cianobactérias atuais. 107

Biologia

II.

III.

IV.

Esse processo, atualmente realizado por algas, plantas e bactérias em geral, consiste na produção de substâncias energéticas alimentares a partir de H2O e CO2, utilizando luz como fonte de energia. A maioria dos seres autotróficos atuais também produz O2, que é liberado para o ambiente. Acredita-se que, inicialmente, os reagentes para a fotossíntese eram CO2 e H2S. Corrobora essa hipótese a existência das sulfobactérias, organismos capazes de realizar fotossíntese utilizando o gás carbônico e o sulfeto de hidrogênio que, na presença de energia luminosa, reagem, produzindo glicose, enxofre e água. No início, a atmosfera terrestre era pobre em O2, que era produzido principalmente pela decomposição de moléculas de água sob ação da radiação ultravioleta do Sol. A grande proliferação e dispersão de bactérias fotossintetizantes primitivas fez com que, a partir de 2,5 bilhões de anos atrás, a concentração de O2 aumentasse progressivamente até estabilizar-se em torno de 21%, que é a porcentagem atual. Atualmente a hipótese mais aceita sobre o modo de nutrição dos primeiros seres vivos é a autotrófica. De acordo com essa hipótese, os primeiros seres vivos seriam quimiolitoautotróficos, e a partir desses,teriam surgido primeiro os fermentadores, depois os fotossintetizantes e, por fim, os aeróbios.

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

Assinale a alternativa que apresenta as proposições corretas. a) I e II, apenas b) l, III, IV e V, apenas c) Il, IV e V, apenas d) IV e V, apenas e) Todas 06. (Unicamp SP) Considerando-se a composição da atmosfera primitiva, pode-se afirmar que: a) O CO2 presente na atmosfera primitiva pode ter se originado da degradação aeróbica da glicose. b) A matéria precursora da vida só poderia ter se formado se houvesse enzimas para catalisar as reações entre os gases presentes na atmosfera primitiva. c) As substâncias orgânicas formadas a partir dos gases presentes na atmosfera primitiva deram origem a proteínas e ácidos nucleicos. d) Os aminoácidos formados na Terra primitiva surgiram do aumento da interação de moléculas de ácido nucleico com proteínas 07. (Unirio RJ) Stanley Miller, no início da década de 50, montou um experimento que hoje é um dos suportes da hipótese de origem da vida na Terra, expondo uma mistura de gases prováveis da atmosfera primitiva a descargas elétricas. Analisou, durante esse experimento, as concentrações de determinadas substâncias dentro do sistema. 108

O gráfico a seguir mostra a relação entre algumas dessas substâncias.

A partir desses dados, Miller pôde concluir que: a) A célula pode ser recriada atualmente a partir de compostos inorgânicos. b) A primeira célula era procariota, semelhante a bactérias atuais. c) A formação de compostos orgânicos depende da transformação da amônia. d) Os primeiros seres vivos eram heterótrofos. e) Na atmosfera primitiva não havia oxigênio. 08. (Enem MEC) As áreas numeradas no gráfico mostram a composição em volume, aproximada, dos gases na atmosfera terrestre, desde a sua formação até os dias atuais.

Considerando apenas a composição atmosférica, isolando outros fatores, pode-se afirmar que: I. Não podem ser detectados fósseis de seres aeróbicos anteriores a 2,9 bilhões de anos. II. As grandes florestas poderiam ter existido há aproximadamente 3,5 bilhões de anos. III. O ser humano poderia existir há aproximadamente 2,5 bilhões de anos. É correto o que se afirma em a) I, apenas. d) II e III, apenas. b) II, apenas. e) I, II e III. c) I e II, apenas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

09. (UFRJ) A hipótese sobre a origem das células eucarióticas com maior número de adeptos é a hipótese da endossimbiose sequencial proposta pela bioquímica Lynn Margulis. De acordo com essa hipótese, podemos dizer que as células dos animais têm dois genomas e as das plantas têm três; nos dois casos, os genomas funcionam de forma integrada.Identifique em quais organelas das células dos animais e das plantas estão localizados esses genomas.

Nos animais, há um genoma no núcleo das células e outro nas mitocôndrias. Nos vegetais, há um genoma no núcleo, um na mitocôndria e outro no cloroplasto.

11. (UnB DF) Um aspecto controverso sobre a organização da vida em seres complexos se encontra nas teorias sobre a evolução das células eucarióticas. Uma das possibilidades levantadas é que a célula eucariótica se teria originado a partir de um tipo curioso de procarionte que respondia a campos magnéticos — as magnetobactérias. Daí a hipótese da necessidade de um campo magnético para a evolução da vida complexa. As magnetobactérias têm uma configuração que lhes confere um momento magnético permanente, o que permite que elas se alinhem ao campo magnético terrestre. Tal propriedade, conhecida como magnetotaxia, é observada em muitas espécies de bactérias modernas. A magnetotaxia permite que tais seres, utilizando-se de flagelos para locomoção, se difundam de maneira organizada, o que lhes fornece a possibilidade de migrarem para ambientes quimicamente mais propícios ao longo das linhas do campo geomagnético. Uma das pistas de que a vida complexa pode ter sido originada de magnetobactérias é a observação da utilização do campo magnético como mecanismo adaptativo por organismos multicelulares procariontes. Assinale a opção que melhor ilustra a evolução de células que constituem ou formam organismos eucariontes fotossintetizantes. a)

12. (UEPG) De acordo com os conceitos sobre relações evolutivas entre os seres vivos, assinale o que for correto. 01. As primeiras células eucarióticas teriam surgido a partir das células procarióticas que passaram a desenvolver dobramentos da membrana plasmática, tornando-se ainda maiores e mais complexas. Esses dobramentos teriam originado as organelas citoplasmáticas e a carioteca. 02. Os primeiros eucariontes eram anaeróbios e englobavam bactérias como alimento. Em algum momento da evolução desses organismos, algumas dessas bactérias, que já tinham a capacidade de realizar a respiração, foram mantidas no citoplasma dos eucariontes sem serem degradadas. Essas bactérias teriam sido mantidas por beneficiarem os eucariontes, uma vez que realizavam para eles a respiração. Para a bactéria essa relação simbiótica também era vantajosa, pois recebia proteção e nutrientes dos eucariontes e desta forma teria se perpetuado, e essas bactérias teriam originado as atuais mitocôndrias.

Gabarito questão 10 A aquisição de mitocôndrias deve ter ocorrido primeiro, pois ela permitiu a utilização (consumo) do oxigênio produzido pelos cloroplastos. Além disso, as mitocôndrias estão presentes em fungos, plantas e animais, e os cloroplastos, somente em plantas, indicando que a aquisição de mitocôndrias aconteceu antes da separação entre animais e plantas, isto é, em um ancestral comum a ambos.

109

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

10. (UFRJ) Com o surgimento da fotossíntese, grandes concentrações de oxigênio passaram a se acumular na atmosfera. Esse acúmulo foi um dos eventos cruciais para a evolução da vida na Terra, pois, em concentrações elevadas, o oxigênio é extremamente reativo e pode causar danos aos componentes celulares. Aceita-se que a evolução das células eucarióticas se deu por endossimbiose; por esse motivo, as mitocôndrias (presentes nas células de protistas, fungos, animais e plantas) e os cloroplastos (presentes nas células de plantas e protistas) são descendentes de diferentes procariontes integrados às células primitivas por processos de fagocitose. Na evolução da célula eucariótica por endossimbiose, qual evento deve ter ocorrido primeiro: a aquisição de mitocôndrias ou a aquisição de cloroplastos? Justifique sua resposta.

Biologia

04. Alguns eucariontes mantinham uma relação simbiótica com cianobactérias. Estas realizavam fotossíntese para o eucarionte e dele recebiam proteção e matéria prima. Essa relação mostrou-se tão vantajosa que se perpetuou, e essas cianobactérias teriam originado os atuais cloroplastos. 08. Acredita-se que os primeiros seres vivos eram unicelulares, ou seja, formados por uma única célula e que esta era muito simples, formada por uma membrana plasmática delimitando o citoplasma, no qual estava presente uma molécula de ácido nucleico, em uma região denominada nucleoide. Tal organização corresponde às células procarióticas apresentadas nas bactérias e cianobactérias atuais. 16. Poderia se imaginar que os vírus, por serem formas tão simples de vida, teriam sido os primeiros seres a viverem na Terra. Entretanto, considerando-se que as manifestações vitais dos vírus são totalmente dependentes de uma célula, a qual eles invadem e passam a controlar em seu próprio benefício, conclui-se que as células hospedeiras surgiram antes dos vírus. 01 + 02 + 04 + 08 + 16 = 31.

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

13. (UFJF) Sobre as mitocôndrias, responda: a) Por meio da análise de DNA, demonstrou-se que muitos genes da bactéria Rickettsia prowazekii, que causa um tipo de febre, são parecidos com os genes das mitocôndrias. Explique a teoria da Biologia que reforça essa relação entre genes bacterianos e mitocondriais. b) As miopatias e as encefalopatias mitocondriais são doenças causadas por mutações em genes mitocondriais relacionados à produção da energia. Explique por que a herança mitocondrial, como as doenças supracitadas, tem apenas transmissão materna. c) A degradação da glicose na respiração celular ocorre em 3 (três) etapas metabólicas. Cite o nome dessas 3 (três) etapas da respiração celular e cite o(s) local(is) onde cada uma delas ocorre dentro da célula eucariota. 14. (UFSC) A invenção do microscópio óptico é atribuída aos holandeses Zacharias Janssen e seu pai, por volta do ano 1590. O microscópio eletrônico de transmissão foi inventado no início dos anos 1930 pelo alemão Ernest Ruska. Mais importante que a capacidade de aumento de um microscópio é o seu poder de resolução, ou seja, a capacidade de distinguir dois pontos próximos como se estivessem separados. Com relação a esses instrumentos, é CORRETO afirmar que: 01. Na microscopia óptica, a observação com uma objetiva de 40 x e uma ocular de 10 x resulta em um aumento final de 400 x. 02. Para a observação de células com o microscópio eletrônico de transmissão, é preciso apenas garantir que elas estejam bem separadas entre si. 04. Na microscopia eletrônica de transmissão, em vez da luz comum utilizam-se luz polarizada e corante fluorescente para distinguir partes de uma célula. 08. Microscópios ópticos permitem aumentos da ordem de 5.000 x, o que torna possível visualizar, por exemplo, a estrutura da membrana nuclear. 110

16. Com o uso de microscopia eletrônica de transmissão, é possível visualizar, com o auxílio de corantes fluorescentes, a estrutura molecular das proteínas. 32. Um objeto que mede 0,01 mm, visualizado através de uma lente objetiva de 100 x e uma lente ocular de 10 x, terá sua imagem ampliada para 1,0 mm. 01. 15. (Cefet CE) Em relação à técnica microscópica de observação celular conhecida como “observação a fresco”, é INCORRETO afirmar que: a) O material biológico deverá ser fixado. b) É também conhecida como observação vital. c) As células são observadas vivas. d) Exige corantes específicos (corantes vitais). e) Muito usada para o exame microscópico preliminar de células microbianas. 16. (UFCE) A invenção do microscópio óptico foi responsável pelo advento da Citologia, já que as células são geralmente pequenas demais para serem vistas a olho nu, o qual tem poder de resolução de apenas 100ìm. Com o poder de resolução do microscópio óptico podemos ampliar um objeto até cerca de 1500 vezes, dependendo dos aumentos proporcionados pela objetiva e pela ocular. Utilizando-se um microscópio óptico com objetivas de aumentos de 3X, 10X, 40X e 100X e ocular com aumento de 10X, qual o menor aumento que já permite a visualização de um espermatozoide humano, cujo diâmetro da cabeça mede cerca de 8ìm. 1000X 17. (Unicamp SP) O desenvolvimento da microscopia trouxe uma contribuição significativa para o estudo da Biologia. Microscópios ópticos que usam luz visível permitem ampliações de até 1000 vezes, sendo possível observar objetos maiores que 200 nanômetros. a) Cite dois componentes celulares que podem ser observados em uma preparação que contém uma película extraída da epiderme de uma cebola, utilizando-se um microscópio de luz. b) Quais células podem ser observadas em uma preparação de sangue humano, utilizando-se um microscópio de luz? a) Parede celular e vacúolos; b) Hemácias e leucócitos.

18. (Ugop MG) Nas preparações histológicas de rotina, dois corantes são amplamente utilizados: a HEMATOXILINA, um corante de caráter básico que cora estruturas celulares de caráter ácido, e a EOSINA, um corante de caráter ácido que cora estruturas celulares de caráter básico, como, por exemplo, as mitocôndrias. Em uma célula com alta atividade metabólica e de síntese de proteínas, qual desses corantes irá corar o núcleo e qual deles irá corar o citoplasma da célula? Por quê?

A HEMATOXILINA é um corante básico, portanto, cora estruturas com caráter ácido (o núcleo) enquanto a EOSINA é um corante ácido e atuará sobre substâncias de caráter básico.

19. As ideias neodarwinianas se contrapõem as conclusões de Lynn Margulis sobre a evolução das células no que se refere: a) origem da variabilidade b) transmissão da informação genética c) a seleção natural como fator evolutivo d) ao local do aparecimento da célula eucariota e) a natureza química das membranas celulares

Gabarito questão 13 a) Segundo a teoria endossimbiótica, as mitocôndrias possuem semelhança genética com as bactérias, porque as mitocôndrias provavelmente descendem de seres procarióticos primitivos que se instalaram no citoplasma de células eucarióticas primitivas. b) Porque na formação da célula-ovo o espermatozoide contribui apenas com o núcleo, as mitocôndrias do embrião são todas de origem materna, vindas do óvulo. c) Glicólise – citosol (ou hialoplasma); Ciclo de krebs – mitocôndria (matriz mitocondrial); Fosforilação Oxidativa (ou cadeia respiratória) – mitocôndria (membrana interna da mitocôndria).

Coleção 10 V - Livro 1 - Biologia- Aluno

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