Caro aluno
Ao elaborar o seu material inovador, completo e moderno, o Hexag considerou como principal diferencial sua exclusiva metodologia em período integral, com aulas e Estudo
Orientado (E.O.), e seu plantão de dúvidas personalizado. O material didático é composto por 6 cadernos de aula e 107 livros, totalizando uma coleção com 113 exemplares.
O conteúdo dos livros é organizado por aulas temáticas. Cada assunto contém uma rica teoria que contempla, de forma objetiva e transversal, as reais necessidades dos
alunos, dispensando qualquer tipo de material alternativo complementar. Para melhorar a aprendizagem, as aulas possuem seções específicas com determinadas finalidades.
A seguir, apresentamos cada seção:
INCIDÊNCIA DO TEMA NAS PRINCIPAIS PROVAS
VIVENCIANDO
De forma simples, resumida e dinâmica, essa seção foi desenvolvida para sinalizar os assuntos mais abordados no Enem e
nos principais vestibulares voltados para o curso de Medicina
em todo o território nacional.
Um dos grandes problemas do conhecimento acadêmico
é o seu distanciamento da realidade cotidiana, o que dificulta a compreensão de determinados conceitos e impede
o aprofundamento nos temas para além da superficial memorização de fórmulas ou regras. Para evitar bloqueios na
aprendizagem dos conteúdos, foi desenvolvida a seção “Vivenciando“. Como o próprio nome já aponta, há uma preocupação em levar aos nossos alunos a clareza das relações
entre aquilo que eles aprendem e aquilo com que eles têm
contato em seu dia a dia.
TEORIA
Todo o desenvolvimento dos conteúdos teóricos de cada coleção tem como principal objetivo apoiar o aluno na resolução das questões propostas. Os textos dos livros são de fácil
compreensão, completos e organizados. Além disso, contam
com imagens ilustrativas que complementam as explicações
dadas em sala de aula. Quadros, mapas e organogramas, em
cores nítidas, também são usados e compõem um conjunto
abrangente de informações para o aluno que vai se dedicar
à rotina intensa de estudos.
MULTIMÍDIA
No decorrer das teorias apresentadas, oferecemos uma cuidadosa seleção de conteúdos multimídia para complementar
o repertório do aluno, apresentada em boxes para facilitar a
compreensão, com indicação de vídeos, sites, filmes, músicas,
livros, etc. Tudo isso é encontrado em subcategorias que facilitam o aprofundamento nos temas estudados – há obras
de arte, poemas, imagens, artigos e até sugestões de aplicativos que facilitam os estudos, com conteúdos essenciais para
ampliar as habilidades de análise e reflexão crítica, em uma
seleção realizada com finos critérios para apurar ainda mais
o conhecimento do nosso aluno.
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Atento às constantes mudanças dos grandes vestibulares, é
elaborada, a cada aula e sempre que possível, uma seção que
trata de interdisciplinaridade. As questões dos vestibulares
atuais não exigem mais dos candidatos apenas o puro conhecimento dos conteúdos de cada área, de cada disciplina.
Atualmente há muitas perguntas interdisciplinares que abrangem conteúdos de diferentes áreas em uma mesma questão,
como Biologia e Química, História e Geografia, Biologia e Matemática, entre outras. Nesse espaço, o aluno inicia o contato
com essa realidade por meio de explicações que relacionam
a aula do dia com aulas de outras disciplinas e conteúdos de
outros livros, sempre utilizando temas da atualidade. Assim,
o aluno consegue entender que cada disciplina não existe de
forma isolada, mas faz parte de uma grande engrenagem no
mundo em que ele vive.
APLICAÇÃO DO CONTEÚDO
Essa seção foi desenvolvida com foco nas disciplinas que fazem parte das Ciências da Natureza e da Matemática. Nos
compilados, deparamos-nos com modelos de exercícios resolvidos e comentados, fazendo com que aquilo que pareça
abstrato e de difícil compreensão torne-se mais acessível e
de bom entendimento aos olhos do aluno. Por meio dessas
resoluções, é possível rever, a qualquer momento, as explicações dadas em sala de aula.
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
Sabendo que o Enem tem o objetivo de avaliar o desempenho ao fim da escolaridade básica, organizamos essa
seção para que o aluno conheça as diversas habilidades e
competências abordadas na prova. Os livros da “Coleção
Vestibulares de Medicina” contêm, a cada aula, algumas
dessas habilidades. No compilado “Áreas de Conhecimento
do Enem” há modelos de exercícios que não são apenas
resolvidos, mas também analisados de maneira expositiva e
descritos passo a passo à luz das habilidades estudadas no
dia. Esse recurso constrói para o estudante um roteiro para
ajudá-lo a apurar as questões na prática, a identificá-las na
prova e a resolvê-las com tranquilidade.
DIAGRAMA DE IDEIAS
Cada pessoa tem sua própria forma de aprendizado. Por isso,
criamos para os nossos alunos o máximo de recursos para
orientá-los em suas trajetórias. Um deles é o ”Diagrama de
Ideias”, para aqueles que aprendem visualmente os conteúdos e processos por meio de esquemas cognitivos, mapas
mentais e fluxogramas.
Além disso, esse compilado é um resumo de todo o conteúdo
da aula. Por meio dele, pode-se fazer uma rápida consulta
aos principais conteúdos ensinados no dia, o que facilita a
organização dos estudos e até a resolução dos exercícios.
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SUMÁRIO
BIOLOGIA
EVOLUÇÃO E ECOLOGIA 5
AULAS 1 E 2: ORIGEM DA VIDA
AULAS 3 E 4: EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS
AULAS 5 E 6: TEORIAS EVOLUTIVAS
AULAS 7 E 8: ESPECIAÇÃO
7
18
26
36
DIVERSIDADE DA VIDA49
AULAS 1 E 2: TAXONOMIA E REINOS
AULAS 3 E 4: VÍRUS
AULAS 5 E 6: REINO MONERA
AULAS 7 E 8: REINO PROTOCTISTA I: PROTOZOÁRIOS
51
61
70
81
CITOLOGIA91
AULAS 1 E 2: COMPOSIÇÃO QUÍMICA CELULAR I
AULAS 3 E 4: COMPOSIÇÃO QUÍMICA CELULAR II
AULAS 5 E 6: COMPOSIÇÃO QUÍMICA CELULAR III
AULAS 7 E 8: CÓDIGO GENÉTICO E SÍNTESE PROTEICA
93
104
111
118
Competência 2
Competência 1
MATRIZ DE REFERÊNCIA DO ENEM
Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de
produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade.
H1
Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos.
H2
Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico.
H3
Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
H4
Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização
sustentável da biodiversidade.
Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.
H5
Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano.
H6
Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum.
H7
Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde
do trabalhador ou a qualidade de vida.
Competência 5
Competência 4
Competência 3
Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações
científico-tecnológicos.
H8
H9
Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos.
Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar
alterações nesses processos.
H10
Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais.
H11
Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos.
H12
Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios.
Compreender interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos,
aspectos culturais e características individuais.
H13
Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos.
H14
Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio interno, defesa, relações com o ambiente,
sexualidade, entre outros.
H15
Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos.
H16
Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos
Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos.
H17
Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas,
como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica.
H18
Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam.
H19
Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social,
econômica ou ambiental.
Competência 6
Apropriar-se de conhecimentos da física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científicotecnológicas.
H20
Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes.
H21
Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo.
H22
Compreender fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e a matéria em suas manifestações em processos naturais ou tecnológicos,
ou em suas implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais.
H23
Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais,
sociais e/ou econômicas.
Competência 8
Competência 7
Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científicotecnológicas.
H24
Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas.
H25
Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua
obtenção ou produção.
H26
Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.
H27
Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios.
Apropriar-se de conhecimentos da biologia para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científicotecnológicas.
H28
H29
H30
Associar características adaptativas dos organismos com seu modo de vida ou com seus limites de distribuição em diferentes ambientes, em
especial em ambientes brasileiros.
Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos, analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de alimentos, matérias
primas ou produtos industriais.
Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde individual,
coletiva ou do ambiente.
BIOLOGIA
CIÊNCIAS DA
NATUREZA
e suas tecnologias
TEORiA
DE AULA
EVOLUÇÃO E
ECOLOGIA
INCIDÊNCIA DO TEMA NAS PRINCIPAIS PROVAS
Compreensão de teias e cadeias alimentares, assim como a interação entre os seres
vivos, é fundamental para resolver as questões de ecologia, que são interdisciplinares
e pedem temas atuais com relação aos
impactos ambientais.
A ecologia aparece como área de destaque.
Interações ecológicas e teias alimentares
são corriqueiros. Além disso, evidências e
teorias evolutivas, como seleção natural,
costumam aparecer com certa frequência.
Prova com poucas questões de ecologia,
sendo que o tema que mais aparece é a
interação entre os seres vivos (teias alimentares e relações ecológicas).
As questões se concentram principalmente
na área da ecologia, sendo cadeia e teia
alimentar assuntos recorrentes. Compreender a origem da vida e a evolução dos
seres vivos é a base para o entendimento
da interação entre os organismos.
Normalmente, usa casos atuais de impactos ambientais para abordar assuntos
básicos de ecologia. Saber relacionar problemas ecológicos com conteúdos simples,
é essencial. Além disso, é importante saber
identificar e utilizar discursos lamarckistas e
darwinistas.
Prova bem comparativa, com questões
que misturam diferentes áreas da Biologia.
Aparecem assuntos como especiação, sucessão ecológica, origem da vida e relações
ecológicas.
Uma prova muito bem elaborada e interdisciplinar que exige conhecimentos
básicos de ecologia para resolver questões
de cadeia e teia alimentar. Apesar de o assunto tratado ser de caráter intermediário,
a múltipla interação entre as áreas pode
aumentar o nível de dificuldade.
Problemas ambientais, relações ecológicas
e conceitos básicos relacionados à ecologia
(população, comunidade e ecossistema)
são muito presentes.
Prova com forte presença de ecologia –
cadeias alimentares, relações ecológicas
e problemas ambientais são os principais
assuntos. Além disso, há questões sobre
teorias evolutivas e hipóteses de origem
da vida.
UFMG
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
É uma prova com questões interdisciplinares que cobram conteúdos altamente
específicos.
6
Questões com alto nível de especificidade.
Estão presentes tanto conceitos evolutivos
(especiação e seleção natural) como ecológicos (cadeias alimentares, pirâmides e
relações ecológicas).
Nesta prova, há questões principalmente
sobre especiação, leitura e compreensão de
cladogramas e aplicação das teorias lamarckista e darwinista. Em ecologia, a prova é
similar à do Enem, com ênfase em problemas ambientais e relações ecológicas.
Apresenta questões de temas variados e
não muito cobrados em outros vestibulares, como origem da vida (biogênese e
abiogênese) e dinâmica populacional. Também estão presentes temas como teorias
evolutivas e teias alimentares.
Com perfil similar à Fuvest e questões bem
específicas, os temas mais frequentes são
teorias e evidências evolutivas, problemas
ambientais e relações ecológicas.
É uma prova que privilegia citologia e
genética, de forma que não há muitas
questões sobre ecologia – os temas mais
abordados são relações ecológicas e problemas ambientais.
ORIGEM DA VIDA
relações de parentesco entre as diversas espécies são responsabilidade da evolução. Essas divisões facilitam o estudo, a
pesquisa e a construção do conhecimento biológico. Entretanto, integrar essas subáreas é fundamental, pois permite um
olhar amplo que possibilita a compreensão da complexidade
dos seres vivos e dos ambientes em todos os seus níveis de organização: organismos, populações, comunidades biológicas,
ecossistemas, biomas, biocoras, biociclos e biosfera.
2. Formação da Terra
COMPETÊNCIA(s)
4
1E2
HABILIDADE(s)
15 e 16
1. Introdução
A palavra biologia é formada através da conjugação do
grego "bio", que significa "vida", com o sufixo "-logia",
que significa "ciência de", "conhecimento de" ou "estudo de". Dessa maneira, é a ciência que estuda a vida e
todos os seus desdobramentos.
Esse estudo pressupõe um método científico que, apesar de
seguir certos parâmetros, não possui uma receita universal
infalível para todas as situações e necessita criatividade e
plasticidade para ser aplicado. Porém, tradicionalmente, o
método se caracteriza por observação, elaboração de perguntas (hipóteses testáveis), planejamento e realização de
experimentos, sistematização e registro de dados, discussão de resultados e, por fim, conclusão. Dessa maneira, gera-se conhecimento, que poderá ser questionado, ampliado
e alterado ao longo do tempo. Com efeito, a ciência e a
pesquisa são realizadas pelo ser humano e, portanto, são
direcionadas. A ciência possui uma perspectiva e um olhar
parcial, ou seja, é influenciada pela época, sociedade e cultura às quais o pesquisador pertence. Então, é um método
possível para interpretar os acontecimentos que está sujeito a revisões e confrontamentos de novas informações.
Para iniciar o estudo da biologia, são necessárias algumas reflexões e considerações, pois existem várias subdivisões nessa
ciência. Por exemplo, a zoologia estuda os animais e os seus
desdobramentos; as plantas, por sua vez, são estudadas pela
botânica; as estruturas e o funcionamento das células são discutidos pela citologia; as interações entre os seres vivos, e desses com o meio em que vivem, são abordadas pela ecologia;
os mecanismos e padrões de herança do material genético
são estudados pela genética; e o processo adaptativo e as
A Terra surgiu há aproximadamente 4, 6 bilhões de anos.
Toda a matéria que compõe o Universo atual estava comprimida em uma esfera extremamente pequena e densa,
do tamanho da ponta de uma agulha.
Há cerca de 14 bilhões de anos, essa esfera teria subitamente explodido, dando início a expansão dessa matéria
e formando, de uma só vez, o Universo. A essa grande explosão dá-se o nome científico de Big Bang. A expansão do
Universo continua sendo observada até hoje, o que reforça
as hipóteses a favor do Big Bang. A formação do Sistema
Solar é resultado direto dessa explosão.
Ao longo desses bilhões de anos até hoje, ocorreram muitas
mudanças na superfície terrestre que influenciaram significativamente a vida no planeta, como: movimentos de massas
continentais, alterações climáticas, formação e destruição de
cadeias de montanhas, extinção e origem de espécies, etc.
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
A origem do planeta Terra documentário completo
2.1. Escala do tempo geológico
A escala do tempo geológico representa a linha do tempo
desde o surgimento da Terra até o presente. Na escala, essa
evolução é indicada por uma sequência de eventos. Dessa
forma, o tempo da história da Terra é marcado por determinados eventos geológicos e pode ser calculado por métodos
absolutos ou relativos. Os estudos da evolução da vida
dividem hierarquicamente essa escala em: éons, eras,
períodos, épocas e idades
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
CN
AULAS
Antes de abordarmos a origem da vida, é necessário tratar
da origem da Terra.
7
PERÍODO
INÍCIO
(milhões de anos)
EVENTOS
Quaternário
1,6
Clima flutuando entre frio e ameno. Avanços e recuos glaciais. Extinção de muitos
mamíferos e aves de grande porte. Primeiros humanos modernos do gênero Homo.
23
Surgimento e formação de montanhas. Início da glaciação nos hemisférios Norte e Sul.
Elevação do Panamá e consequente união das Américas do Norte e do Sul. Primeiros
macacos do Velho Mundo. Mamíferos pastadores em abundância. Primeiros hominídeos
eretos e grandes carnívoros. Aves e mamíferos marinhos diversificam-se.
65
Clima ameno a frio. Mares continentais largos e rasos. Elevação dos Alpes e Himalaia. A América
do Sul separa-se da Antártica. Clima ameno a muito quente no final do período. Primeiros
mamíferos insetívoros e primatas. Expansão extensiva de mamíferos e aves. Irradiação de
famílias de mamíferos placentários. Primeiros macacos do Novo Mundo. Formação inicial de
pradarias. Aves carnívoras gigantes, incapazes de voar, eram predadores comuns.
Cretácio
135
Clima ameno em todo o período. Níveis dos mares elevados. A África e a América do Sul se
separam. Clímax dos dinossauros e répteis marinhos, seguido da extinção destes grupos.
Início da irradiação de mamíferos marsupiais e placentários. Primeiras angiospermas.
Declínio das gimnospermas. Aparecimento de muitos grupos de insetos.
Jurássico
205
Clima ameno. Os níveis dos continentes são baixos com grandes áreas cobertas pelos
mares. Primeiras aves. Abundância de dinossauros. Crescimento exuberante de florestas.
Triássico
250
Continentes montanhosos, unidos em um supercontinente (Pangeia). Extensas áreas
áridas. Primeiros dinossauros. Primeiros mamíferos. Crescimento exuberante de florestas
com predomínio de coníferas.
290
Glaciação extensiva do Hemisfério Sul no início do período. Elevação dos Apalaches.
Aridez marcante em algumas áreas. Origem das coníferas, cicadófitas e ginkgos.
Desaparecem os tipos anteriores de florestas. Irradiação dos répteis. O período termina
com extinção em massa.
Carbonífero
355
Clima quente com pequena variação sazonal nos trópicos. Níveis das terras baixos. Áreas
pantanosas com a formação de depósitos de carvão. Irradiação dos anfíbios. Abundância
de tubarões. Samambaias com esporos e árvores com “casca”. Primeiros répteis. Insetos
gigantes. Grandes florestas de pteridófitas.
Devoniano
410
Mares na maior parte das terras, com montanhas locais. Primeiros peixes com nadadeiras
raiadas e nadadeiras lobadas. Primeiros tetrápodes terrestres.
Siluriano
438
Clima ameno. Topografia em geral plana. Primeiros peixes com mandíbulas. Primeiros
invertebrados terrestres.
Ordoviciano
510
Clima ameno. Mares rasos. Continentes em geral com topografia plana. Os mares cobrem
boa parte do atual território dos Estados Unidos. Glaciação no final do período. Primeiros
vertebrados (peixes sem mandíbula). Invertebrados marinhos em abundância. Primeiras
plantas terrestres.
Cambriano
570
Extensos mares invadindo os continentes existentes. Origem de vários filos e classes de
invertebrados. Primeiros cordados. Moluscos com conchas. Abundância de trilobitas.
Proterozoica
-
2.500
Extensivo bombardeamento de meteoritos e instabilidade geológica nas primeiras fases
dessa era. Os primeiros organismos eucariontes apareceram há cerca de 2 bilhões de anos.
Grande diversificação da vida há 1 bilhão de anos, surgindo os organismos pluricelulares,
inclusive algas. Os primeiros metazoários surgiram há mais ou menos 600 milhões de anos,
logo após uma grande glaciação.
Arqueana
-
4.600
Formação da crosta terrestre e início dos movimentos continentais. Os primeiros fósseis
(seres unicelulares) são conhecidos de 3,5 bilhões de anos atrás. Origem da vida.
Cenozoica
ERA
Neogeno
Mesozoica
Paleogeno
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Paleozoica
Permiano
8
Os primeiros microrganismos surgiram no planeta há
cerca de 3,5 bilhões de anos.
Os primeiros peixes ancestrais apareceram no fim do período Cambriano, em que os oceanos eram largos, rasos
e cálidos. Registros fósseis indicam que esses peixes, diferentemente dos peixes de hoje, possuíam apenas duas
barbatanas rudimentares e não tinham mandíbulas.
No período Devoniano, conhecido como Idade dos
Peixes, ocorreu uma grande proliferação de peixes que
possuíam mandíbulas adaptadas para digerir diversos
tipos de alimentos. O ambiente desse período era bastante diferente daquele em que surgiram os primeiros
peixes. Os oceanos haviam avançado e retrocedido várias vezes, e as plantas vasculares terrestres, que
haviam surgido no período anterior, chamado de Siluriano, eram abundantes.
No fim da Idade dos Peixes, um grupo ancestral de peixes de água doce iniciou a adaptação à vida terrestre e
originou os primeiros anfíbios. No período seguinte,
apareceram os répteis, primeiros vertebrados terrestres, assim como os primeiros insetos alados.
Os primeiros mamíferos surgiram no período Triássico,
assim como os primeiros dinossauros. No período seguinte, apareceram as primeiras aves.
No período Cretáceo, ocorreu a extinção dos dinossauros.
No fim desse período, aconteceu uma grande irradiação
adaptativa dos mamíferos, fato que originou muitas das
ordens de animais conhecidas atualmente. Alguns mamíferos insetívoros deram origem a um grupo de animais
com polegares oponíveis e com unhas no lugar de garras
denominados primatas.
A lenta movimentação dos continentes terrestres, denominada deriva continental, originou, há 250 milhões
de anos, um supercontinente denominado Pangeia. Há
aproximadamente 200 milhões de anos, teve início a separação da Pangeia. Há 90 milhões de anos, a América
do Sul descolou-se da África. Há 50 milhões de anos, a
Índia uniu-se à Ásia, e, cinco milhões de anos depois, a
Austrália separou-se da Antártica.
Os primatas experimentaram processos evolutivos distintos
nos dois lados do mundo. No continente americano, eles
restringiram-se ao ambiente das árvores e desenvolveram
adaptações morfológicas muito eficientes para esse hábito, entre elas uma cauda com grande capacidade preênsil.
No Velho Mundo, os prossímios geraram novas formas de
primatas, entre eles uma linhagem evolutiva de hábito
terrestre que originou, há cerca de 5 milhões de anos, os
primeiros hominídeos.
Os primeiros hominídeos, parte do gênero Australopithecus, foram também os primeiros a apresentarem nos registros fósseis uma morfologia dos membros inferiores completamente adaptada à bipedia. O aparecimento do Homo
sapiens ocorreu há aproximadamente 400 mil anos.
3. Teorias sobre a origem da vida
O mistério da origem da vida intriga o ser humano desde
a Antiguidade.
Doutrinas milenares da Índia, da Babilônia e do Egito ensinavam que rãs, cobras e crocodilos eram gerados espontaneamente pelo lodo dos rios. Esses seres, que apareciam inexplicavelmente no lodo e na lama, eram vistos
como manifestações da vontade dos deuses.
Para Aristóteles, por exemplo, os organismos surgiam a partir
do princípio ativo, uma energia presente em substâncias
inanimadas e capaz de formar vida espontaneamente. Dessa interpretação, surgiu a teoria da geração espontânea, ou
teoria da abiogênese, segundo a qual os seres vivos originam-se da matéria bruta de modo contínuo.
A teoria da geração espontânea perdurou até meados do
século XIX, quando diversos cientistas a contestaram e, por
meio de experimentos, demonstraram que um ser vivo só
se origina de outro ser vivo.
§ Teoria da abiogênese: Os seres vivos surgem da matéria bruta de maneira contínua (geração espontânea).
Principais defensores: Aristóteles, Platão, Needhan, Virgílio, Aldovandro, Kricher e Van Helmont.
§ Teoria da biogênese: Os seres vivos originam-se de
outros seres vivos preexistentes. Principais defensores:
Redi, Spallanzani e Pasteur.
3.1. Van Helmont
Van Helmont (1580-1644), considerado o maior fisiologista de seu tempo, criou diversas receitas para a abiogênese. Uma delas é a fórmula para se obter ratos por meio da
geração espontânea:
‘’Enche-se de trigo e fermento um vaso, que é fechado com
uma camisa suja, de preferência de mulher. Um fermento
vindo da camisa, transformado pelo odor dos grãos, transforma em ratos o próprio trigo’’.
Como se sabe, os ratos que apareciam não se formavam a
partir da camisa e do trigo, como acreditava Van Helmont,
mas eram atraídos pela mistura.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A seguir, serão analisados os principais períodos e suas
características. O objetivo dessa abordagem é apresentar
uma visão geral de como a vida se manifestou e se estabeleceu na Terra.
9
3.2. Francesco Redi
Francesco Redi (1628-1698) começou, por volta de 1660,
a questionar a teoria da geração espontânea. Ao
observar cadáveres em decomposição, Redi notou a
presença de moscas rodeando a carne antes do aparecimento de larvas. Sua hipótese, então, era que essas larvas eclodiam a partir de ovos depositados pelas
moscas. Para testá-la, elaborou um experimento com
dois frascos contendo carne crua, porém enquanto um
deles permaneceu aberto (grupo controle), o outro
foi obstruído com gaze.
De acordo com a teoria da abiogênese, depois de alguns
dias deveriam surgir da carne moscas e outros insetos. Isso,
contudo, não aconteceu nos frascos fechados com gaze.
Nos frascos fechados, Redi não encontrou nada sobre
a carne, mas constatou ovos e larvas de insetos sobre
a gaze que cobria os recipientes. Assim, o experimento
corroborou sua hipótese ao demonstrar que as moscas
eram atraídas
pela carne e que
das larEXPERIMENTO
DEo aparecimento
REDI
vas era devido aos ovos depositados pelos insetos.
larvas
ausência
de larvas
frasco aberto
frasco fechado com gaze
Esquema do experimento realizado por Francesco Redi (1668)
Apesar dos resultados de Redi fortalecerem a teoria da biogênese, o advento do microscópio e a descoberta dos microrganismos, chamados naquela época de "animálculos",
provocaram questionamentos acerca da origem desses seres.
3.3. John Needham
Dentre os que continuaram defendendo a teoria da
geração espontânea, pode-se destacar o cientista inglês John T. Needham (1713 -1781), que, por volta de
1745, realizou uma série de experimentos para respaldar
seu argumento. Após submeter à fervura diversos recipientes contendo substâncias nutritivas e fechar parte
deles com rolhas enquanto o resto permanecia aberto,
ele observou o surgimento de microrganismos em todos
os frascos. Needham afirmou que esse fenômeno ocorria
devido à presença, nas partículas orgânicas da infusão, de
uma força vital especial, responsável pelo aparecimento da vida microscópica. Assim, com esses experimentos,
Needham contribuía para o fortalecimento da teoria da
geração espontânea.
3.4. Abbey Spallanzani
Em 1770, contudo, o cientista italiano Abbey Lazzaro Spallanzani (1729-1799) criticou seriamente os experimentos de
Needham e evidenciou que o aquecimento prolongado
de substâncias orgânicas acondicionadas em recipientes
fechados, providos de válvula de escape, não propiciava o
desenvolvimento de microrganismos. Spallanzani concluiu,
então, que Needham não havia esterilizado corretamente
os frascos. Porém, Needham respondeu às críticas afirmando que ferver as substâncias destruía a "força vital" e que
fechar os frascos hermeticamente tornava o ar desfavorável ao aparecimento de vida.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
VIVENCIANDO
10
A partir dos experimentos realizados por Pasteur para comprovar a teoria da biogênese, criou-se o
processo de pasteurização. A pasteurização é utilizada para conservar alimentos, pois elimina microrganismos patogênicos que causam azedamento ou acidificação, sem causar alterações físico-químicas no valor nutritivo dos alimentos. O método consiste em elevar a temperatura do alimento por um determinado tempo e, em
seguida, resfriá-lo a uma temperatura inferior a de antes. Por ser um processo rápido, nem todos os seres vivos
são eliminados, e, portanto, conservam-se no produto alguns microrganismos benéficos para o ser humano. Para
remover 100% dos microrganismos, o alimento deve passar por um processo de esterilização e posteriormente
ser lacrado para evitar novas contaminações. A pasteurização é muito usada na indústria alimentícia, principalmente em leite, sucos, cerveja, polpas de frutas, entre outros.
Pasteurização: outra importante
contribuição de Pasteur
A pasteurização, criada em 1864 por Louis Pasteur, é
um procedimento industrial empregado no tratamento do leite, de sorvetes, de cervejas, etc.
O leite in natura é um produto altamente perecível,
propício ao desenvolvimento de microrganismos que
o acidificam e azedam. Para evitar esses problemas,
tomam-se alguns cuidados, da captação ao consumo
do leite. Dentre eles, destaca-se a pasteurização, que,
no Brasil, é obrigatória.
Esse procedimento consiste em submeter o leite a um
grau de aquecimento suficiente para destruir os microrganismos patogênicos presentes nele. O melhor
cuidado nesse procedimento é não causar alterações
físico-químicas e organolépticas ao alimento, bem
como não alterar o valor nutritivo do produto. O leite
pasteurizado, portanto, deve apresentar características
semelhantes, ao máximo, ao produto in natura, bem
como garantir a ele mais tempo e condições de conservação, uma vez que a pausterização destrói aproximadamente 99% da microbiota presente no leite.
Mas esse procedimento também traz desvantagens,
embora superadas pelos benefícios. Ele reduz ou
mesmo elimina as bactérias lácticas benéficas para o
organismo, altera o sabor do leite, bem como provoca
desnaturação da proteína do leite, dificultando, por
exemplo, a produção de alguns queijos.
Por meio de novos experimentos, Spallanzani demonstrou
que surgiam microrganismos quando os recipientes fechados e submetidos à fervura eram abertos e entravam em
contato com o ar, atestando que a “força vital’’ não havia
sido destruída. Apesar disso, Spallanzani não conseguiu
provar que o aquecimento de material orgânico em recipientes fechados não alterava a qualidade do ar. Needham
saiu favorecido dessa polêmica, o que reforçou ainda mais
a teoria da geração espontânea.
3.5. Louis Pasteur
O cientista francês Louis Pasteur (1822-1895), por volta de
1860, através de seus célebres experimentos com balões
do tipo “pescoço de cisne”, conseguiu provar definitivamente que os seres vivos se originam de outros seres vivos.
Além disso, constatou a presença de microrganismos no
ar atmosférico. Considerando as críticas dos seguidores
da abiogênese sobre a formação de ar viciado – que seria
impróprio para o desenvolvimento da vida em recipientes
submetidos à fervura e hermeticamente fechados –, Pasteur realizou os seguintes experimentos utilizando frascos
com gargalos longos e curvos:
1
O caldo nutritivo é
despejado em um
frasco de vidro
3
O caldo nutritivo
é fervido e
esterelizado
2
4
O gargalo do frasco é
esticado e curvado ao fogo
O caldo nutritivo do
frasco com “pescoço de
cisne” matém-se livre
de microrganismos
Se o leite for submetido a temperaturas elevadas por
tempo prolongado, seu sabor e cor podem alterar-se.
Em razão disso, há limites de temperatura e de tempo
para que suas características se mantenham.
5
Se o gargalo do frasco é
quebrado, surgem
microrganismos no caldo
§ Pasteurização lenta: também conhecida como
LTLT (low temperature long time, baixa temperatura por longo tempo), mantém a temperatura a 63 °C por 30 minutos.
§ Pasteurização rápida: HTST (high temperature and
short time, alta temperatura por pouco tempo),
mantém a temperatura a 72 °C por 15 segundos.
§ Pasteurização muito rápida: UHT (ultra high temperature, temperatura ultraelevada), mantém a
temperatura entre 130 °C e 150 °C por um período de 3 a 5 segundos.
Fonte: <http://infoescola.com/microbiologia/pasteurização>.
Acesso em: 6 fev. 2015.As condições da Terra primitiva
Esquema do experimento realizado por Louis Pasteur (1860).
O famoso experimento demonstrou que um líquido, ao ser
fervido, não perde a suposta “força vital”, como defendiam
os adeptos da geração espontânea. Na verdade, quando o
pescoço do balão é quebrado, depois da fervura do líquido,
surgem seres vivos. O experimento refuta ainda outro argumento dos defensores da abiogênese: a formação de ar
viciado impróprio para a vida. O líquido fervido fica, nesse
caso, em contato com o ar atmosférico através do pescoço
do balão, porém não ocorre o aparecimento de seres vivos
porque as gotículas de água acumuladas no gargalo retêm
os micróbios presentes no ar. A partir dos experimentos de
Pasteur, a teoria da biogênese passou a ser predominante
nos meios científicos.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Existem três tipos de pasteurização:
11
4. Surgimentos dos
primeiros seres vivos
não apresentava oxigênio (O2) e nem, portanto, camada de
ozônio (O3). Sem esse filtro, a radiação ultravioleta não era
barrada e atingia a superfície de forma intensa.
De fato, com a consolidação da teoria da biogênese, a questão da origem da vida passou a preocupar cada vez mais os
cientistas: se apenas seres vivos podem originar outros seres
vivos, como apareceram as primeiras formas de vida?
Desse modo, os raios solares, em conjunto com os efeitos
das fortes descargas elétricas, forneceu a energia necessária para que os gases componentes da atmosfera reagissem entre si e formassem moléculas orgânicas simples
(aminoácidos, açúcares, álcoois).
Para responder a essa pergunta, várias hipóteses foram formuladas. Uma das teorias mais antigas, o criacionismo,
geralmente está associada à religião. Seus defensores argumentam que cada ser vivo foi gerado individualmente através de criação divina e que sua forma
é a mesma desde o princípio, imutável ao longo do
tempo (fixismo).
Já a panspermia afirma que a vida veio de outra parte
do Universo, por meio de meteoros e cometas que caíram na
Terra. Embora tenham evidências de material orgânico em
meteoritos, essa teoria não explica a origem da vida e apenas levanta mais questionamentos.
Não obstante, a teoria mais aceita atualmente é a hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos,
desenvolvida pelo russo Aleksandr Oparin e pelo inglês
John Burdon Sanderson Haldane na década de 1920.
Para se compreender a teoria de Oparin e Haldane, é preciso conhecer as condições da Terra primitiva.
4.1. A hipótese da evolução
gradual dos sistemas químicos
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Essa hipótese, formulada por Oparin e Haldane, sugere que,
na Terra primitiva, moléculas orgânicas complexas se formaram a partir de moléculas simples, antes do aparecimento dos seres vivos.
12
Apesar de a Terra conservar altas temperaturas após a sua
formação, o contato com o espaço cósmico – que é muito
frio – possibilitou ligações químicas entre os elementos,
formando substâncias como a água. Portanto, ao passo
que o calor da superfície evaporava toda substância líquida, as camadas mais frias da atmosfera condensavam
os vapores de água e provocavam violentas tempestades
com descargas elétricas (raios). Apenas com o gradativo
processo de resfriamento da Terra que foi possível o acúmulo de água líquida sobre a superfície, fator que deu
origem aos mares primitivos.
Além disso, intensas atividades vulcânicas liberavam gases
que contribuíam para a formação de uma atmosfera primitiva bem diferente da atual, formada provavelmente por metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapores de água
(H2O). Todavia, ao contrário da atmosfera atual, a primitiva
Essas moléculas foram arrastadas pelas águas das chuvas
e se acumularam em mares primitivos, quentes e rasos,
que possibilitaram a ocorrência de outras reações. Assim,
a formação de grande número de substâncias orgânicas,
simples e complexas, transformou esses mares em verdadeiras "sopas nutritivas".
As moléculas de proteína dispersas em água formaram uma
solução coloidal com características próprias.
Nos coloides, cada molécula de proteína encontra-se envolvida por várias moléculas de água atraídas pela diferença de carga elétrica. Se há alteração no grau de acidez da
solução coloidal, as moléculas de proteína aproximam-se,
formando vários aglomerados proteicos envoltos por uma
porção líquida denominada camada de hidratação ou solvatação. Esses aglomerados foram chamados por Oparin
de coacervados.
PROTEÍNA
COACERVADO
H2O
camada de solvação
Esquema do desenvolvimento da camada de solvatação e dos coacervados
Esses coacervados não eram seres vivos, mas uma
primitiva organização das substâncias orgânicas,
principalmente de proteínas e ácidos nucleicos,
em um sistema isolado do meio. Apesar de isolados,
os coavervados realizavam trocas com o meio externo e
possuíam em seu interior condições para a ocorrência de
inúmeras reações químicas.
Com as constantes reações químicas, alguns coacervados tornaram-se mais complexos, chegando inclusive a apresentar
capacidade de duplicação. Nesse momento, teriam surgido
os primeiros seres vivos, que, apesar de organização simples,
eram capazes de reproduzir-se, dando origem a outros seres
vivos. Essa evolução gradual dos sistemas químicos teve a
duração provável de 2 bilhões de anos. O esquema a seguir
sintetiza essa hipótese.
H2O
as condições da Terra primitiva e introduziram nele os gases
que provavelmente constituíam a atmosfera daquele período:
amônia (NH3), hidrogênio (H), metano (CH4) e vapor de água.
H2
CH4
NH 3
ELETRODOS
Esses gases sofrem influência
de fortes descargas elêtricas e
de raios ultravioleta, formando
moléculas orgânicas.
Gases da
atmosfera
primitiva
TUBO PARA
CRIAR VÁCUO
POLO POSITIVO
POLO NEGATIVO
AMÔNIA
METANO
HIDROGÊNIO
VAPOR D’AGUA
SÁIDA DO VAPOR
CONDENSADOR
A chuva arrasta essas
moléculas para a
superficie da Terra
ÁGUA FERVENTE PARA
GERAR VAPOR
Calor.
Formação de
moléculas
orgânicas
complexas
*Sopa nutritiva*
RESULTADOS PARA
ANÁLISE
Alteração da acidez do
meio propicia a formação
de aglomerados proteicos
isolados (coacervados).
Inúmeras reações químicas ocorrem dando
origem aos primeiros seres vivos.
Hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos proposta por Oparin e Haldane
4.2. O experimento de Miller e Urey
A hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos foi
testada pela primeira vez em 1953 pelos químicos norte-americanos Stanley L. Miller (1930-2007) e Harold Urey
(1893-1981). Eles construíram um aparelho que simulava
Esquema do experimento de Miller e Urey (1953), demonstrando a
formação de aminoácidos em condições similares às da Terra primitiva
A água, ao ferver, transforma-se em vapor e ocasiona a circulação em todo o sistema, conforme indicado pelas setas.
No balão em que se encontra a mistura gasosa, ocorrem
descargas elétricas simulando raios, que deviam ser muito
frequentes naquela época.
Em seguida, as substâncias são submetidas a um resfriamento para simular a condensação nas altas camadas da
atmosfera, fator que provoca as chuvas. A parte em “U”
do sistema simula os mares primitivos, que recebiam as
chuvas e os compostos formados na atmosfera.
Pela análise da água acumulada nessa parte em “U”, foi possível verificar a formação de moléculas orgânicas, dentre elas
alguns aminoácidos, substâncias que formam as proteínas.
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Conceitos de química são aplicados no famoso experimento de Miller e Urey, dado que envolve reações químicas
que transformavam compostos inorgânicos em compostos orgânicos precursores da vida. Dessa forma, compreender como os átomos e íons se conectam e se comportam para formarem pequenas moléculas orgânicas, como
aminoácidos, e, posteriormente, moléculas orgânicas maiores, como as proteínas, é fundamental para entender
como foi possível o início da vida a partir de moléculas inorgânicas simples, como metano, nitrogênio, hidrogênio
e vapor de água, que estavam presentes na atmosfera primitiva.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Moléculas orgânicas
simples na atmosfera
ENTRADA DE ÁGUA
13
Dessa forma, o experimento de Miller e Urey demonstrou
que moléculas orgânicas (aminoácidos) poderiam
ter-se formado nas condições da Terra primitiva,
o que reforçou a hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos.
4.3. O experimento de Fox
O bioquímico norte-americano Sidney W. Fox (1912-1998),
por meio de experimentos, evidenciou a combinação de
dois aminoácidos através de uma síntese de desidratação.
NH2
R
C
O
C+
H
H2O + R
O
+
R
H NH
OH
C
H
NH2
O
H
R+
C
C
N
C
H
H
C
OH
O
C
OH
Reação que forma as ligações peptídicas entre
aminoácidos, por desidratação.
Para isso, aqueceu uma mistura seca de aminoácidos e,
depois do resfriamento, verificou que eles haviam se unido
para compor moléculas maiores e mais complexas, semelhantes a proteínas.
Na Terra primitiva, os aminoácidos teriam chegado às rochas levados pelas chuvas. A evaporação da água teria deixado os aminoácidos secos sobre a superfície das rochas
quentes. Em tais condições, teria ocorrido a formação de
ligações peptídicas pela evaporação da água e a consequente formação de proteínas.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
4.4. A hipótese autotrófica
14
Alguns cientistas questionam se a vida surgiu nos mares
rasos e quentes da Terra primitiva, uma vez que a superfície
do planeta era bombardeada frequentemente por meteoros. Dessa forma, a crosta terrestre não teria a estabilidade
necessária para o desenvolvimento dos seres vivos. Para os
defensores dessa teoria, a vida se originou nos assoalhos
oceânicos, perto de fontes térmicas, onde existiam bactérias capazes de utilizar compostos químicos para obter
energia e, assim, sintetizar sua própria matéria orgânica.
Como todo ser vivo necessita de alimento para sobreviver, parece lógico admitir que os primeiros tenham sido
capazes de produzir seu próprio alimento, ou seja, tenham sido autótrofos.
De fato, está comprovado que que existem bactérias quimiossintetizantes em fontes térmicas sulfurosas de regiões tão profundas que a luz solar não consegue alcançar.
Entretanto, existe uma objeção a essa teoria: como os autótrofos sintetizam alimentos orgânicos (a partir de substâncias inorgânicas) à custa de uma série extremamente
complexa de reações químicas, exige-se que seu próprio
organismo também seja complexo - uma situação menos
provável de acontecer quando comparada ao surgimento
de seres mais simples.
4.5. A hipótese heterotrófica
Essa hipótese sustenta que o primeiro ser vivo surgiu em
um determinado ambiente, na forma de um ser pouco
complexo e incapaz de fabricar seu alimento. Ou seja, ela
supõe que um organismo simples evoluiu vagarosamente
da matéria inanimada, fato que ocorreu nas condições específicas de milhões de anos atrás. Não se trata de geração
espontânea, uma vez que a teoria da abiogênese afirma
que seres complexos podem surgir de matéria bruta.
De acordo com a hipótese heterotrófica, a vida teria surgido por meio das etapas ilustradas abaixo:
FORMAÇÃO DE AMINOÁCIDOS
FORMAÇÃO DE PROTEÍNAS
CAPACIDADE DE REPRODUÇÃO
FORMAÇÃO DE COACERVADOS
APARECIMENTO DE AUTÓTROFOS
SURGIMENTO DE HETERÓTROFOS
PREDOMÍNIO DE AUTÓTROFOS
OBTENÇÃO DE ENERGIA
APARECIMENTO DE AERÓBIOS
Para se manter e se desenvolver, um sistema de coacervados
necessitaria de uma fonte de energia constante e controlável. A hipótese heterotrófica sugere que essa fonte teria
sido a energia das ligações químicas existentes nas imensas
quantidades de substâncias, geradas durante milhares de
anos no mar primitivo.
Porém, como a presença de gás oxigênio (O2) era quase nula
na atmosfera da época, esse primeiros seres provavelmente
eram heterótrofos fermentadores que liberavam CO2.
4.5.1. Capacidade de reprodução
Devido a sua capacidade de retirar alimentos e energia
do meio e organizar as moléculas em padrões definidos,
os heterótrofos-anaeróbios primitivos teriam crescido
gradativamente, a tal ponto que teriam surgido novos
problemas na luta pela sobrevivência: com o aumento
volumétrico do indivíduo, a difusão do alimento do meio
exterior para o interior do coacervado teria ficado mais
lenta por causa da distância a ser percorrida; desse modo,
o coacervado teria começado a sofrer fome.
Nessas condições, teria se dividido para reduzir seu volume. Contudo, qualquer mecanismo de divisão teria gerado um novo problema; ao dividir-se, o coacervado teria
corrido o risco de se desorganizar e, portanto, perder as
características de sistema complexo adquiridas em muito
tempo de evolução.
Nos organismos bem-sucedidos, teriam surgido os ácidos
nucleicos, moléculas que controlam os processos básicos
de reprodução e organização. Em tais condições, o organismo que tivesse DNA teria encontrado o meio para se
duplicar de maneira exata, transmitindo aos seus descendentes o mesmo padrão de organização adquirido depois
de toda evolução transcorrida.
4.5.3. Surgimento dos aeróbios
No processo de fotossíntese, liberam-se moléculas de
oxigênio. Dessa forma, é possivel supor que uma certa
quantidade de gás tenha-se acumulado gradativamente,
durante milhares de anos, como consequência do aparecimento dos autótrofos. O aumento na concentração
de oxigênio tornou a atmosfera tóxica para muitos
dos seres vivos anaeróbios e, portanto, selecionou
organismos adaptados às novas condições. Além
disso, o uso de oxigênio para a obtenção da glicose libera
muito mais energia do que aquela obtida na ausência de
oxigênio, uma vez que a fermentação fornece um saldo
energético de apenas 2 ATP, enquanto, na reação com o
oxigênio, o saldo é de 38 ATP. Dessa forma, os organismos capazes de executar respiração aeróbia teriam levado
vantagem, pois eram capazes de retirar mais energia do
alimento disponível.
4.5.2. Surgimento dos autótrofos
Ao longo do desenvolvimento da vida na Terra, houve diversas mutações no material genético dos seres vivos. A partir delas, há cerca de 2,7 bilhões de anos atrás, surgiram aleatoriamente seres vivos unicelulares com capacidade de sintetizar
matéria orgânica a partir de inorgânica, ou seja, organismos
autótrofos. Devido à presença de enzimas ATP, ao surgimento
de pigmentos fotossintetizantes e à capacidade de usar CO2 e
captar energia luminosa para realizar uma fotossíntese, esses
primeiros autótrofos foram bem-sucedidos no ambiente.
multimídia: site
https://evosite.ib.usp.br/
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Com o passar do tempo, a quantidade relativa de alimento
começou a decair e a competição entre os seres heterótrofos
se amplificou. A "sopa nutritiva" se diluiu progressivamente
devido ao crescimento contínuo da população que aumentou o consumo de matérias orgânicas e à diminuição da síntese de tais substâncias, dado que as condições para formá-las
deixavam de existir. Em contrapartida, graças à fermentação
dos heterótrofos, a atmosfera tinha taxas cada vez mais altas
de gás carbônico (CO2).
15
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 15
Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de
organização dos sistemas biológicos.
A questão irá testar a capacidade de interpretação de hipóteses científicas por meio de experimentos e como os
resultados desses experimentos apoiam ou refutam a hipótese. Resultados dentro do esperado podem tornar
a hipótese uma lei científica.
MODELO 1
(Enem) 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 microrganismos;
c) o ser vivo é oriundo da reprodução de outro ser vivo preexistente;
d) seres vermiformes e microrganismos são evolutivamente aparentados;
e) vermes e microrganismos são gerados pela matéria existente nos cadáveres e nos caldos
nutritivos, respectivamente.
ANÁLISE EXPOSITIVA
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Os experimentos de Redi e Pasteur demonstraram que não é possível o surgimento de vermes ou microrganismos por geração espontânea. Nessa situação, é importante saber analisar o procedimento experimental
adotado pelos cientistas e como os resultados obtidos refutaram a teoria da abiogênese.
16
O experimento de Redi foi realizado com a utilização de dois frascos com um pedaço de carne cada. Um
frasco permaneceu aberto e o outro foi fechado com gaze. Com o passar dos dias, ele observou que havia
vermes somente no frasco que permaneceu aberto, refutando a hipótese da abiogênese. Já Pasteur provou
que microrganismos não podem surgir espontaneamente. Ao ferver o meio de cultura em um recipiente
com pescoço de cisne, ele esterilizava o meio e o acúmulo de líquido no pescoço do recipiente impedia
que bactérias do ar entrassem no meio. Com isso, o meio de cultura permanecia estéril. Essa condição
se invertia quando o pescoço de cisne era retirado, promovendo a entrada de ar e, consequentemente, o
crescimento bacteriano no meio de cultura, que ficava com cor turva.
RESPOSTA
Alternativa C
DIAGRAMA DE IDEIAS
ORIGEM DA VIDA
ABIOGÊNESE (IV A.C.)
BIOGÊNESE (XVII)
PANSPERMIA
VIDA A PARTIR DA
MATÉRIA BRUTA
• ARISTÓTELES
• J.B. VAN HELMONT
VIDA A PARTIR DE ALGO VIVO
SERES VIVOS OU SUBSTÂNCIAS PRECURSORAS,
VINDAS DE OUTROS
LOCAIS DO COSMO
F. REDI (1660)
FRASCOS COM CARNE
L. PASTEUR (1860)
PESCOÇO DE CISNE
TEORIA DA EVOLUÇÃO QUÍMICA (XX)
COMPOSTOS INORGÂNICOS
ORIGINAM MOLÉCULAS ORGÂNICAS
OPARIN E HALDANE
MILLER
TEORIA
PRÁTICA
MOLÉCULAS
ORGÂNICAS
COACERVADOS
TEORIA
AUTOTRÓFICA
TEORIA
HETEROTRÓFICA
PRIMEIRO SER VIVO CAPAZ DE
SINTETIZAR SEU PRÓPRIO ALIMENTO
PRIMEIRO SER VIVO NUTRIA-SE
DA MATÉRIA ORGÂNICA DO MEIO
HETEROTRÓFICOS
FERMENTADORES
AUTOTRÓFICOS FERMENTADORES FOTOSSINTETIZANTES
AERÓBICOS
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ATMOSFERA COM
CH4, NH3, H2, H2O
+
DESCARGA ELÉTRICA
17
mamíferos, estão adaptados ao ambiente em que vivem
simplesmente porque as características que apresentam permitem a realização de todas as suas funções vitais básicas,
ou seja, possibilitam o funcionamentos dos seus metabolismos energético, plástico e de controle.
EVIDÊNCIAS
EVOLUTIVAS
CN
COMPETÊNCIA(s)
4
1.1. Fixismo e transformismo
AULAS
3E4
HABILIDADE(s)
15 e 16
1. A evolução
O ser humano sempre se interessou pelos seres vivos que
o rodeiam. Os caçadores silvícolas, os filósofos gregos, os
monges da Idade Média, assim como qualquer outro ser
humano de qualquer época.
Todos possuem o discernimento de que os indivíduos, ainda
que diferentes uns dos outros em muitos pormenores, tendem a organizar-se em grupos com características comuns.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Atualmente, denomina-se esse grupos como espécies, um
conjunto de indivíduos semelhantes anatômica, fisiológica e
filogeneticamente, capazes de realizar fluxo gênico entre si
por mecanismos reprodutivos diversos e produzir descendentes com as mesmas características (transmissão hereditária).
18
A evolução biológica consiste no conjunto de mutações
sofridas pelas espécies ao longo do tempo. Essas modificações podem permitir à espécie uma melhor adaptação
ao meio em que vive, ou seja, realizar com mais eficiência
seus comportamentos reprodutivo, alimentar e de exploração de seu habitat.
Durante muito tempo, acreditou-se que os seres vivos que
conhecemos hoje são exatamente iguais à época de sua
criação. Essa teoria, conhecida como fixismo, começou a
ser questionada com maior vigor a partir do século XVIII,
quando se passou a acreditar que uma espécie poderia
modificar-se com o tempo, originando uma ou mais espécies diferentes da anterior.
Assim, o fixismo, geralmente propagado pela Igreja, defende que as espécies foram originadas simultaneamentes por
uma divindade e que conservam uma essência imutável,
sem a capacidade de se modificar ao longo do tempo.
Já o transformismo propõe que as espécies são mutáveis
e que há uma correspondência entre as transformações do
meio e e as adaptações dos organismos. A partir desse conceito, originou-se o evolucionismo.
Entre os transformistas está Jean-Baptiste de Lamarck (1744
-1829), o qual acreditava que as espécies não são fixas,
mas que descendem de outras, e, por meio de mudanças
graduais que se processam através de muitas gerações,
apresentam diferenças em relação aos ancestrais.
2. Evidências evolutivas
As evidências evolutivas fornecem informações sobre as
condições em que os organismos estão inseridos, permitem
traçar relações de parentesco e facilitam a análise da diversidade genética − desde a origem da variedade, até o estabelecimento de sua frequência. Em outras palavras, auxiliam
no entendimento dos processos de evolução.
Uma espécie evoluída é adaptada ao meio em que vive, não
importando o seu grau de complexidade. Por exemplo, um
organismo procarionte, unicelular e heterótrofo, como uma
bactéria que vive em nossos intestinos, pode ser considerado
tão adaptado ao seu habitat quanto um organismo eucarionte, pluricelular com tecidos e um autótrofo, como um abacateiro, que é uma árvore frutífera. O mesmo raciocínio pode ser
feito quando a comparação é feita com o ser humano.
pode levar a diversas conclusões sobre os seus hábitos alimentares.
Assim, é interessante observar que tanto os organismos
simples, como as bactérias, quanto os complexos, como os
Fósseis, datação radiométrica, filogenia, constituição química de organismos modernos e experimentos diversos ace-
Imagem com fezes fossilizadas de organismos extintos, sua análise
nam para linhas de evidência que avançam para esclarecer
a origem da vida. Entretanto, essas hipóteses são sempre
vulneráveis a mudanças graças ao avanço tecnológico e ao
conhecimento científico. A revisão de hipóteses é parte essencial da pesquisa científica.
todas as formas de vida. A grande maioria dos seres vivos
do passado não foi fossilizada. Em consequência, existe a
dificuldade de relacionar diferentes grupos de seres vivos.
Faltam fósseis de transição que liguem esses grupos.
É importante perceber que Lamarck e, mais tarde, Darwin,
ambos evolucionistas, procuraram elucidar o fato por meio
de hipóteses e teorias. A seguir, serão apresentadas as evidências evolutivas descritas pela ciência ao longo dos anos.
2.1. Fósseis
Os fósseis são a principal e mais notável evidência a favor do transformismo e, portanto, da teoria evolucionista. Por definição, eles são restos ou vestígios de organismos de épocas remotas conservados até a atualidade.
Representam uma evidência evolutiva, pois fósseis de
diferentes idades e/ou encontrados em distintos estratos
geológicos demonstram que os organismos não foram
criados simultaneamente. Além disso, também corroboram com a ideia que as espécies sofrem modificações ao
longo do tempo, uma vez que os fósseis não possuem
as mesmas características dos seres vivos atuais.
O registro fóssil é uma importante evidência das mudanças pelas quais passam os organismos ao longo do
tempo e, por meio da comparação com espécies atuais,
fornece possíveis indicativos de parentesco evolutivo.
Processo de fossilização.
Desde a morte até a descoberta dos restos fósseis.
2.1.2. Tipos de fossilização
Fósseis de Teleósteo (peixe ósseo).
2.1.1. Processo de fossilização
§ Fossilização por âmbar: o âmbar é uma resina liberada por árvores e com capacidade de aprisionar um
organismo vivo, permitindo a conservação das partes
moles de um ser vivo.
São necessárias condições especiais para que um fóssil se
forme. Dado que os cadáveres se decompõem, é preciso
que os restos mortais ou os vestígios de um organismo
morto fiquem a salvo da ação de agentes decompositores
e das intempéries naturais, como o vento, o sol e a chuva.
As condições mais favoráveis à fossilização ocorrem quando o corpo é coberto por sedimentos imediatamente depois da morte.
Com efeito, a fossilização é um processo raro. Em razão
disso, a paleontologia padece com a ausência de fósseis de
Preservação por âmbar, muito comum na
conservação de insetos, pólen e répteis.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Dentre os muitos tipos de fossilização, destacam-se:
19
§ Fossilização por mumificação e congelamento:
a mumificação ocorre em regiões desérticas e áridas;
já o congelamento ocorre em regiões glaciais, como a
Sibéria, onde foram encontrados mamutes em perfeito
estado de conservação.
§ Fossilização por carbonificação: ocorre mais comumente com restos vegetais e organismos com partes
moles. Os restos mortais são comprimidos pelo peso ou
pela compactação das rochas. Durante o processo, em
razão do calor e da compressão, são liberados gases
como hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Ao final, resta
apenas uma película de carbono do organismo.
Exemplo de carbonificação recorrente em uma planta licófita.
Perceba a cor preta que o vegetal adquiriu.
2.1.3. Datação radioativa dos fósseis
A idade de um fóssil pode ser estimada pela medição de
elementos radioativos presentes nele ou na rocha em que
está fossilizado. Teoricamente, quanto mais profundo o terreno, mais antigo é o fóssil.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Caso o fóssil apresente substâncias orgânicas em sua constituição, sua idade pode ser calculada com razoável precisão
pelo método do carbono-14 (14C), um isótopo radioativo do carbono (12C).
20
De acordo com uma determinação científica, a meia-vida do
carbono-14 é de 5730 anos. Isso significa que, nesse período,
metade do carbono-14 de uma amostra desintegra-se. Ao morrer, um organismo que se fossiliza contém determinada quantidade de 14C. Passados 5730 anos, restará no fóssil apenas
metade da quantidade de 14C presente no ser vivo que morreu.
Passados mais 5730 anos, a metade do que restou também
será desintegrada, e assim por diante, até o último vestígio de
isótopo radioativo na matéria orgânica remanescente.
Por meio da medição da quantidade residual de carbono-14 em um fóssil, é possível calcular quanto tempo se
passou desde a morte do ser vivo que o originou. Um fóssil
que apresente 1/8 do carbono radioativo estimado para
um organismo vivo indica que a morte deve ter ocorrido há
aproximadamente 22 ou 23 mil anos.
Fóssil de mamute
No entanto, a datação por meio do carbono-14 serve apenas para fósseis com menos de 50 mil anos, dado que a
meia-vida desse isótopo é relativamente curta. Para datar
fósseis mais antigos, empregam-se isótopos com meia-vida mais longa, como é o caso das rochas fossilíferas.
Rochas formadas há alguns milhões de anos podem ser datadas por meio do isótopo urânio-235 (235U), cuja meia-vida
é de 700 milhões de anos. Para rochas mais antigas, com
centenas de milhões de anos de idade, usa-se o potássio-40,
cuja meia-vida é de 1,3 bilhão de anos.
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Um princípio químico, como o tempo de meia-vida do carbono-14, é utilizado para determinar a idade de um fóssil e,
assim, estudar o processo evolutivo e a relação entre os indivíduos. A colisão entre raios cósmicos e o nitrogênio-14,
presente na atmosfera terrestre, forma o carbono-14. Esse isótopo do carbono pode ligar-se com o oxigênio, formando o gás carbônico, que é absorvido pelas plantas. Quando um organismo morre, a quantidade de carbono-14 sofre
uma queda, o que resulta em um decaimento radioativo. O tempo de meia−vida do carbono-14 é de 5730 anos.
Dessa forma, um organismo que morreu há 5730 anos apresentará a metade do conteúdo de 14C.
VIVENCIANDO
Há evidências de que a vida tenha se manifestado há 3,5 bilhões de anos com a descoberta de microfósseis (fósseis invisíveis a olho nu) da vida celular procariótica, frequentemente na forma de estruturas rochosas encontradas no sul da África
e na Austrália, chamadas estromatólitos, produzidos por micróbios (maioria cianobactérias fotossintetizantes), que se
formam quando as células crescem na superfície marinha e sedimentos
se depositam entre as células ou sobre elas. Assim, uma camada mineralizada fica abaixo delas, pois as células crescem na direção da luz. Com o
passar do tempo e a repetição do processo, camadas mineralizadas vão
formando uma estrutura rochosa estratificada, o estromatólito.
Ainda hoje, micróbios produzem estromatólitos modernos que são incrivelmente similares aos antigos. Vistos em corte transversal, ambos
mostram a mesma estrutura de camadas produzidas por bactérias.
Microfósseis de cianobactérias anciãs são eventualmente identificados
nessas camadas.
Fósseis estromatólitos em secções transversais.
2.2.1. Homologia
Estruturas homólogas apresentam a mesma origem embriológica, mas podem ter destinos funcionais diferentes.
Quando as estruturas não desempenham funções semelhantes, indicando adaptações distintas, as homologias
apontam uma evolução divergente.
Fonte: Youtube
POA ciência de Jurassic Park | Nerdologia 57
2.2. Anatomia e embriologia comparadas
No estudo dos vertebrados, é evidente a existência de um
padrão esquelético: um crânio ligado a uma coluna vertebral que apresenta uma cintura escapular, onde se conectam os membros anteriores e uma cintura pélvica, na
qual estão conectados os membros posteriores. Assim, é
perceptível que todos os vertebrados, apesar de diferentes,
apresentam características em comum, fator que mostra
parentesco e indica um ancestral comum que, por evolução, deu origem a todos os subgrupos.
O estudo embriológico dos animais, por sua vez, demonstra
que, quanto mais inicial é a fase de desenvolvimento do embrião, maiores são as dificuldades de diferenciação e identificação do grupo estudado. Isso indica que o desenvolvimento
embriológico dos animais é extremamente semelhante nas
suas primeiras fases e que a distinção só ocorre mais tarde.
Portanto, entre espécies ou grupos evolutivamente próximos,
existe uma semelhança embriológica muito grande em relação às fases iniciais do desenvolvimento.
Nesse sentido, é possível citar os membros anteriores de
vertebrados, que podem se diversificar em braços, patas
dianteiras, nadadeiras ou asas. Apesar de funcionalidades
diferentes, identifica-se parentesco e, por consequência,
ancestralidade comum.
Rádio
Ulna
Úmero
Carpo
1
Metacarpo
4
5
Úmero
3
Ulna
Golfinho
2
Rádio
Carpo
Metacarpo
1
5 4
2
3
Humano
Úmero
Ulna
Rádio
Metacarpo
Carpo
Cavalo
Úmero
Ulna
Rádio
1
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
multimídia: vídeo
Carpo
2
Metacarpo
3
4
21
Ulna
Rádio
Metacarpo
Carpo
Cavalo
Úmero
Ulna
Rádio
1
Carpo
2
Metacarpo
3
4
5
Morcego
Estudo comparativo ósseo entre membros anteriores
de golfinho, humano, cavalo e morcego.
A homologia é evidente na formação das espécies a partir
de um ancestral comum que colonizou diferentes meios e
nichos ecológicos, apresentando adaptações distintas. Esse
processo evolutivo caracteriza a irradiação adaptativa.
Como exemplo, é possível citar as asas de insetos, aves e morcegos. Esses grupos distintos adotaram, ao longo do tempo, a
mesma estratégia – asa – para a locomoção no meio aéreo,
porém a origem da estrutura nos grupos é completamente
diferente. A presença da característica “asa” permitiu a adaptação, ou seja, o voo. Nesse caso, percebe-se que o ambiente
foi o referencial comum entre as espécies distintas, pois, para
a locomoção no meio aquático, sem dúvida que nadadeiras
seriam mais adaptadas, independentemente de sua origem –
caracterizando analogia. Essa situação é chamada de convergência adaptativa.
Representação de convergência evolutiva.
Representação de irradiação adaptativa.
2.2.2. Analogia
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Estruturas análogas obrigatoriamente apresentam a mesma função ou papel biológico, mas possuem origens embriológicas distintas. Assim, apesar de serem indício de
condições evolutivas similares, não são evidências
de parentesco.
22
As estruturas análogas surgem de um processo denominado
evolução convergente. Devido a contextos ecológicos e a
pressões seletivas semelhantes, as estruturas evoluem independentemente em vários grupos que não possuem ancestral
em comum, convergindo para uma mesma funcionalidade.
Esquema comparativo de analogia e homologia
entre asas de diferentes animais
Exemplo de convergência evolutiva: rãs, crocodilos e hipopótamos possuem os olhos e as narinas posicionados acima
da superfície da água. Isso permite que eles permaneçam
ocultos, ao mesmo tempo que possibilita respirarem e observarem ao seu redor. As estruturas não possuem mesma origem evolutiva, foram as pressões ambientais similares que
selecionaram os caracteres mais adaptados ao meio.
2.2.3. Estruturas vestigiais
As estruturas vestigiais são características biológicas reduzidas que modificaram ou perderam sua funcionalidade
principal. Embora encontrada nessas condições em alguns
grupos de seres vivos, em outros a estrutura pode ser bem
desenvolvida. Assim, é possível traçar parentesco entre as
espécies que a possuem.
O ceco, o apêndice vermifome e a a base da espinha dorsal humana são exemplos de órgãos vestigiais. Todas essas
características estão pouco desenvolvidas na espécie humana, enquanto em outras estão mais desenvolvidas − o
que denota modificação e evolução ao longo do tempo.
Por exemplo, ao passo que o apêndice cecal não possui
função aparente em animais carnívoros, em herbívoros ele
é bem desenvolvido e possui papel essencial na digestão
de celulose.
Base da espinha dorsal Humana
Vértebras
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Sacro
Por Dentro do Apêndice - Por Dentro 7
Cóccix
(cauda vestigial)
Base da espinha dorsal humana
Ceco
Intestino
delgado
COELHO
Intestino
delgado
Apêndice Apêndice
Ceco
Intestino
delgado
Intestino
delgado
SER
HUMANO
HOMEM
HOMEM
Intestino
Intestino
grosso
grosso
Ceco Ceco
Apêndice
Apêndice
vermiforme
Ceco
vermiforme
Ceco
Intestino
Intestino
delgado
delgado
multimídia: site
Esquema comparativo entre o intestino de coelhos e de seres humanos.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/biologia/analogia-homologia.htm
2.3. Bioquímica, biologia e genética molecular
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/
Ciencias/bioevolucao2.php
Estudos nas áreas de bioquímica, biologia e genética molecular têm mostrado que a presença das mesmas proteínas
em organismos de grupos diferentes indica semelhança no
aparato metabólico e hereditário, o que, sem dúvida, evidencia parentesco e, portanto, ancestralidade comum. O
esquema abaixo ilustra os processos básicos e universais
que envolvem o material genético e a sua expressão.
DNA
informação
Transcrição
informação
Replicação
Transcrição
(Síntese de RNA)
RNA
informação
Tradução
Tradução
(Síntese proteica)
Ribossomo
proteína
Mecanismos para expressão do material genético.
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COELHO
23
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 15
Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de
organização dos sistemas biológicos.
O exercício testa a capacidade do aluno de interpretar o processo biológico (queda do meteorito e o impacto
ambiental causado) e relacioná-lo à extinção dos dinossauros.
MODELO 1
(Enem) Paleontólogos estudam fósseis e esqueletos de dinossauros para tentar explicar o desaparecimento
desses animais. Esses estudos permitem afirmar que esses animais foram extintos há cerca de 65 milhões
de anos. Uma teoria aceita atualmente é a de que um asteroide colidiu com a Terra, formando uma densa
nuvem de poeira na atmosfera.
De acordo com essa teoria, a extinção ocorreu em função de modificações no planeta quet
a) Desestabilizaram o relógio biológico dos animais, causando alterações no código genético.
b) Reduziram a penetração da luz solar até a superfície da Terra, interferindo no fluxo energético das
teias tróficas.
c) Causaram uma série de intoxicações nos animais, provocando a bioacumulação de partículas de poeira
nos organismos.
d) Resultaram na sedimentação das partículas de poeira levantada com o impacto do meteoro, provocando o desaparecimento de rios e lagos.
e) Evitaram a precipitação de água até a superfície da Terra, causando uma grande seca que impediu a
retroalimentação do ciclo hidrológico.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ANÁLISE EXPOSITIVA
24
Entender o fenômeno das extinções corretamente é de grande importância para dominar esse processo
biológico. Existe a crença de que o impacto por si só foi a grande causa das extinções dos dinossauros
há 65 milhões de anos. Na verdade, a Terra já vinha passando por alterações climáticas consideráveis que
foram potencializadas devido aos efeitos da queda do meteoro. Dentre esses efeitos, a formação de uma
camada de poeira foi determinante, uma vez que reduziu drasticamente a incidência de luz na superfície
terrestre, diminuindo assim a captação de energia dos produtores e comprometendo as teias alimentares.
Como os dinossauros eram muito numerosos, sofreram drasticamente com esse processo a ponto de
serem extintos.
RESPOSTA
Alternativa B
DIAGRAMA DE IDEIAS
EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS
FATORES QUE COMPROVAM
A EVOLUÇÃO BIOLÓGICA
BIOQUÍMICA,
BIOLOGIA E GENÉTICA MOLECULAR
FÓSSEIS
OS ORGANISMOS
DE ANTIGAMENTE
ERAM DIFERENTES
EX: ANIMAIS COM AS MESMAS
PROTEÍNAS EVIDENCIAM
UM PARENTESCO
ÓRGÃOS VESTIGIAIS
ANATOMIA
COMPARADA
O CECO BEM DESENVOLVIDO
EM HERBÍVOROS E POUCO DESENVOLVIDO EM CARNÍVOROS.
EX: ANIMAIS COM COLUNA
VERTEBRAL / ANIMAIS SEM
COLUNA VERTEBRAL
MESMA ORIGEM
ORIGEM DISTINTA,
MAS MESMA FUNÇÃO
ÓRGÃOS
HOMÓLOGOS
ÓRGÃOS
ANÁLOGOS
PODEM APRESENTAR
FUNÇÕES IGUAIS
OU DIFERENTES
(DIVERGÊNCIA
ADAPTATIVA)
CONVERGÊNCIA
ADAPTATIVA
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EMBRIOLOGIA
COMPARADA
25
senvolvimento de ossos e músculos. As girafas com pescoços desenvolvidos transmitiriam essa característica a seus
descendentes. Logo, ao longo das gerações, todas as girafas
teriam pescoços grandes.
Para Lamarck, portanto, o ambiente tem um papel direcionador e induz modificações nas características e nas
adaptações dos organismos, uma vez que estes se modificam para atender às necessidades impostas pelo meio.
TEORIAS
EVOLUTIVAS
CN
COMPETÊNCIA(s)
4
AULAS
5E6
HABILIDADE(s)
15 e 16
Representação do ambiente induzindo o desenvolvimento
do pescoço da girafa ao longo das gerações
1. Introdução
Entendendo que a evolução é o conjunto de mudanças hereditárias dos organismos no decorrer do tempo e que o estudo das evidências corroboram essa teoria, é preciso entender
como ocorrem as alterações nas espécies com o transcorrer
do tempo. Outra questão importante é o modo como essas
modificações, se favoráveis, permanecem ao longo das gerações. Jean-Baptiste de Lamarck (século XVIII) e Charles
Darwin (século XIX) foram dois cientistas que se destacaram
na tentativa de explicar essas e outras questões.
A teoria de Lamarck, publicada em 1809, baseava-se em
três pontos principais:
Outro questionamento dessa teoria foi realizado por Weismann, em experiências cortando caudas de camundongos
por sucessivas gerações e mostrando que não havia atrofia
desse apêndice. Ele foi autor da teoria da “continuidade do
plasma germinativo”, segundo a qual o germe é imortal,
não sendo as alterações provocadas pelo meio ambiente
transmissíveis aos descendentes.
1. A lei do uso e desuso afirmava que era possível adquirir características necessárias à adaptação em um certo
ambiente pelo uso intensivo do órgão ou estrutura envolvida. Enquanto, do mesmo modo, o desuso poderia atrofiar
determinada característica.
Apesar de algumas de suas interpretações sobre a evolução terem sido refutadas, Lamarck foi um dos primeiros
cientistas a criticar o fixismo e a introduzir o conceito de
adaptação do organismo ao meio, que é fundamental para
a compreensão do processo evolutivo.
2. A lei da transmissão dos caracteres adquiridos, de maneira complementar, defendia que essas
mudanças eram hereditáras, ou seja, eram transmitidas
aos descendentes.
3. Darwinismo
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
2. Lamarckismo
26
O lamarckismo é considerado equivocado pela biologia
contemporânea: os lamarckistas defendem que os bagres
cegos das grutas de Ipiranga perderam a visão devido
ao desuso e à atrofia dos olhos na ausência da luz; no
entanto, foi demonstrado que tais animais simplesmente
descendem de formas com visão atrofiada (mutações), que
surgiram e se fixaram ao acaso, quer na presença, quer na
ausência de luz.
3. A ideia da evolução como progresso e melhora. Para
Lamarck, o aumento da complexidade e da perfeição
seriam o destino natural e esperado de cada espécie.
Exemplo: o comprimento do pescoço das girafas pode ser
entendido, se pensarmos nos esforços diários para alcançar
os ramos mais altos das árvores, como um resultado do de-
Na teoria de Charles Darwin, a evolução é defendida como
um processo lento e gradual de pequenas alterações que
vão se acumulando até resultarem em uma grande mudança em relação aos indivíduos ancestrais.
Em sua viagem ao redor do mundo, de dezembro de 1831
a outubro de 1836, a bordo do navio inglês H.M.S. Beagle,
Darwin observou e colheu espécimes de animais e plantas
que o levaram a elaborar sua teoria evolucionista.
Bico grande e forte que
Bico grande e afiado que
esmaga sementes grandes agarra e corta insetos
e duras
Bico curto e fino que
Bico pequeno e forte que
apanha insetos das fendas parte sementes
no solo
Bico grande e fino que
néctar de flores
Representação de alguns tipos de tentilhões e relação dos tipos de bicos com alimentos
Locais visitados por Darwin a bordo
do eH.M.S.
. e afiado que
Bico grande
forte que Beagle
Bico grande
esmaga sementes grandes agarra e corta insetos
e duras
Bico curto e fino que
Bico pequeno e forte que
apanha insetos das fendas parte sementes
no solo
Bico grande e fino que tira
néctar de flores
Foi com base na observação desses espécimes que surgiRepresentação de alguns tipos de tentilhões e relação
dos tipos de bicos
com alimentos
Representação
de alguns
espécimes de tentilhões,
ram as ideias sobre a possível mutabilidade das espécies.
relacionando os tipos de bicos com os alimentos.
Darwin realizou muitas pesquisas e amadureceu sua teoria
evolutiva durante 20 anos, culminando na publicação do
O naturalista inglês Alfred Russel Wallace (1823livro A origem das espécies por meio da seleção natural.
Ele observou que diferentes espécies de tentilhões ficavam
restritas a diferentes ilhas, bem como o formato do bico dos
espécimes desses pássaros adequava-se à necessidade de
consumir os alimentos disponíveis em cada uma das ilhas.
Darwin notou também as semelhanças entre os espécimes
de tentilhões habitantes das ilhas e do continente. Desse
fato, ele concluiu que aquelas diferentes espécies de pássaros de Galápagos se originaram de uma única espécie ancestral, a qual provavelmente deixara o continente sul-americano para viver nas ilhas. Assim, por seleção natural, foram
originados indivíduos adaptados aos diversos modos de vida
do ambiente. Nesse sentido, é provável que a diversificação
da espécie original ocorreu como resultado das diferentes
alimentações e habitats existentes em cada ilha.
1913) estudou as faunas da Amazônia e das Índias
orientais. Ele desenvolveu a teoria de que as espécies se
modificam por seleção natural. De posse do manuscrito
que relatava as pesquisas de Wallace, Darwin resolveu
publicar seus estudos. Assim, em 1858, a pesquisa dos
dois foi apresentada para a comunidade científica de
Londres. Darwin é o nome de destaque da teoria da
evolução, embora as ideias de Wallace tenham sido muito bem elaboradas. A publicação do livro A origem das
espécies, que possui uma ampla gama de informações
sobre a evolução, tornou Darwin mais conhecido, uma
vez que o trabalho de Wallace não foi tão amplo. Não
obstante, Wallace merece créditos quando se trata da
teoria da evolução por seleção natural.
Alfred Russel Wallace
VIVENCIANDO
A elucidação dos processos evolutivos possibilitou a compreensão dos parentescos entre espécies e permitiu o
desenvolvimento de teorias que, acredita-se, estão cada vez mais próximas de desvendar como os seres vivos se modificaram ao longo do tempo. Pela teoria de Darwin, compreende-se como as bactérias podem ficar resistentes aos
antibióticos. O antibiótico, que é uma substância utilizada para combater infecções bacterianas, acaba com grande
parte dos microrganismos, mas não é capaz de eliminar formas mais resistentes, que se reproduzem passando o
gene de resistência para as próximas gerações. Quando um paciente com infecção bacteriana toma o antibiótico de
maneira inadequada ou interrompe o tratamento antes do tempo, possibilita-se que bactérias resistentes aumentem
sua população e, consequentemente, retornem com a doença de maneira mais agressiva. Por isso, é importante
tomar antibióticos sempre com recomendação médica e sempre nos horários indicados por esse profissional.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
O naturalista viajou pela América do Sul, passou pelo Brasil, pela Austrália e por diversos arquipélagos, como o de
Galápagos, no oceano Pacífico, a cerca de mil quilômetros da
costa sul-americana, que ofereceu a ele o material indispensável ao desenvolvimento de sua teoria de seleção natural. A
fauna desse arquipélago, principalmente os jabutis-gigantes
e os pássaros, chamou sua atenção de modo particular.
27
3.1. Seleção natural
De acordo com a teoria da seleção natural, os indivíduos
com as características mais vantajosas para a sobrevivência em determinado ambiente conseguiam resistir e
se reproduzir, transmitindo essas características para as
próximas gerações.
Em outras palavras, espécies bem adaptadas pressupõem
sempre um agente responsável pela seleção dos indivíduos mais aptos a determinado habitat. Assim, para Darwin,
o meio é um agente seletor − em oposição à teoria de
Lamarck, na qual o ambiente induz as mudanças.
No caso dos tentilhões, o agente seletor foi o alimento, uma
vez que as condições climáticas gerais das ilhas eram parecidas. Já em animais que viviam em regiões muito frias, a
temperatura teria atuado como agente seletor. Conseguiriam sobreviver nesse ambiente apenas os indivíduos com
características corpóreas vantajosas, como uma espessa camada de gordura que atuasse como isolante térmico.
Na segunda metade do século XIX, Charles Darwin apresentou, com bases sólidas, evidências das modificações sofridas
pelas espécies, formulando uma explicação sobre os possíveis
mecanismos que atuariam no processo de evolução biológica.
Em seu livro A origem das espécies, Darwin expôs a sua teoria
da evolução por seleção natural, partindo de duas observações:
§ Os organismos vivos produzem um grande número de
sementes ou ovos, mas o número de indivíduos nas populações normais é mais ou menos constante, o que
só pode ser explicado pela grande mortalidade natural.
§ Organismos de mesma espécie, ou então de uma população natural, são muito variáveis em forma e comportamento, sendo a variabilidade influenciada pela hereditariedade.
Logo, a seleção natural ou a “luta pela vida com a sobrevivência do mais apto” é o fator orientador da evolução e
não a causa das variações. A origem destas só foi desvendada com a descoberta das mutações, teoria exposta no
século XX por Hugo de Vries e denominada Mutacionismo.
A teoria da seleção natural é o principal ponto do
darwinismo. Na época, essas ideias foram duramente combatidas, principalmente por considerar o ser humano como
mais uma espécie animal.
Os indivíduos que nascem não são idênticos e, mesmo
dentre os descendentes de um mesmo casal, ocorreriam
variações das características − como os diferentes tamanhos de pescoço (1).
Porém, por conta das condições específicas do ambiente,
nem todos estariam adaptados. No caso, girafas com pescoço maior teriam mais disponibilidade de alimento do que
as outras, principalmente em épocas de escassez, quando as poucas folhas estão localizadas no alto (2). Assim,
naquele meio, os indivíduos com a característica "pescoço
comprido" estariam mais aptos a sobreviver e, portanto, a
se reproduzir (3).
Essas girafas com um pescoço um pouco mais longo que o
de seus pais transmitiriam aos seus descendentes a variação
(4) e, após muitas gerações, o comprimento do pescoço desses animais teria aumentado, modificando uma característica da espécie (5).
Portanto, o Darwinismo pode ser entendido a partir de cinco acontecimentos fundamentais:
1. Variabilidade intraespecífica
2. Adaptação
3. Seleção natural
4. Reprodução diferecial e hereditariedade
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
5. Tempo
28
Observações
Em todas as espécies e populações existe a variação,
sob forma de diferenças individuais.
A maioria dos organismos produz descendentes em
número muito maior do que o número dos que conseguem sobreviver até a idade reprodutiva.
Foto com diversas variedades do milho. Note como a diferença
é um fato natural e essencial nas espécies silvestres.
Desse modo, havendo variabilidade e grande mortalidade, alguns organismos tem maior chance de deixar descendentes do que outros. Darwin denominou esse tipo de
reprodução diferencial como seleção natural.
Conclusões
Darwin concluiu que existe uma competição ou “luta” pela
sobrevivência, na qual muitos indivíduos são eliminados.
As características que favorecem os indivíduos nesse processo de eliminação são transmitidas às gerações posteriores.
As reflexões do economista Thomas Malthus a respeito do
aumento da população humana contribuíram para algumas
conclusões de Darwin. De acordo com Malthus, grande parte
do sofrimento humano, provocado por guerras, fome, doenças, etc, deve-se ao aumento da população humana ultrapassar a velocidade de disponibilidade dos recursos do meio.
“[...] A população humana tende a crescer para além das possibilidades do meio, cresce exponencialmente, enquanto que
os recursos alimentares crescem em progressão aritmética.”
3.2.1. Coloração de advertência
Há animais que produzem e armazenam substâncias químicas nocivas, além de possuírem cores bastante vitsosas.
Trata-se da chamada coloração de advertência, que sinaliza aos possíveis predadores que eles não devem ser ingeridos, pois são perigosos.
Thomas Malthus (1766-1834), colaborador de Darwin.
A rã de cor vermelha vibrante possui um veneno muito perigoso.
multimídia: site
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/
Ciencias/bioselecaonatural.php
3.1.1. Tipos de seleção natural
A borboleta-monarca, de coloração laranja e preta, é um
animal facilmente visível no ambiente. Essa espécie, no entanto, produz substâncias que a torna não palatável aos
seus predadores, os quais aprendem a associar o padrão
de coloração ao sabor desagradável e evitam capturá-la.
§ Seleção direcional: ocorre quando as condições ambientais favorecem um dos fenótipos extremos.
§ Seleção estabilizadora: favorece indivíduos de fenótipos intermediários, eliminando aqueles de fenótipos extremos.
§ Seleção disruptiva: ocorre quando uma população é
submetida a diferentes pressões do ambiente, favorecendo indivíduos com fenótipo dos dois extremos.
Danaus plexippus (borboleta-monarca)
GERAÇÃO 1
Caráter
POPULAÇÃO NA GERAÇÃO 1
Caráter
GERAÇÃO 2
Caráter
POPULAÇÃO NA GERAÇÃO 2
POPULAÇÃO DE
INDIVIDUOS
Caráter
SELEÇÃO DIRECIONAL
Caráter
Caráter
SELEÇÃO ESTABILIZADORA
SELEÇÃO DISRUPTIVA
Gráficos demonstrando a variação na frequência
das características em cada tipo de seleção.
3.2. Estratégias adaptativas
A seguir, serão destacados casos de adaptações que conferiram vantagens aos seus portadores e, por isso, foram
beneficiados pela seleção natural.
Determinados organismos, denominados mímicos, apresentam características que os confundem com outro grupo
de organismos, os modelos. Em geral, essa semelhança
ocorre por padrão de coloração, textura, formato corporal,
comportamento, constituição química, etc. Ela confere ao
mímico uma vantagem adaptativa. Existem três tipos de
mimetismo: batesiano, mülleriano e reprodutivo.
§ O mimetismo batesiano (de defesa) consiste na imitação de um modelo tóxico ou perigoso por espécies “saborosas” ou inofensivas, que escapam de ser predadas.
O mesmo ocorre no caso das cobras-corais verdadeiras
(Micrurus sp., modelo) e das falsas corais (Erithrolampus
aesculapi, imitadoras). As verdadeiras são bastante temidas em razão da alta potência do seu veneno neurotóxi-
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
3.2.2. Mimetismo
POPULAÇÃO DE
INDIVIDUOS
29
co. Ambas, no entanto, são dotadas de coloração de advertência. Mas as falsas não têm dentes inoculadores de
peçonha e não oferecem perigo a eventuais predadores.
Ophrys apifera
3.2.3. Camuflagem
Falsa-coral
Trata-se de um conjunto de técnicas e métodos que permite a
um organismo permanecer indistinto do ambiente que o rodeia. A camuflagem pode ser vantajosa para o predador, que
cerca a presa sem ser percebido, e para a presa, que se confunde com o meio, passando desapercebida pelo predador.
§ Homocromia: consiste na coloração semelhante do
organismo com a do meio onde vive: cascas, galhos e
folhas de árvores, cor da areia, etc.
Coral-verdadeira
§ O mimetismo mülleriano ocorre quando duas ou mais
espécies assumem características uma da outra, como
veneno ou sabor desagradável. Devido à coloração
de advertência semelhante, ambas ampliam o número de predadores que passam a evitá-las. Quanto por
compartilharem as mesmas estratégias adaptativas de
advertência ao predador. Assim, ambas ampliam o número de predadores que passam a evitá-las.
É o caso da borboleta-vice-rei (Limenitis archippus) que
apresenta grande semelhança com a borboleta-monarca
(Danaus plexippus). As duas possuem sabor desagradável e são tóxicas, sendo evitadas por pássaros predadores
que aprender a evitar insetos com a sua padronagem.
§ Homotipia: consiste na semelhança do indivíduo com
a forma de estruturas presentes no meio onde vive. É o
caso dos insetos bicho-folha e bicho-pau, que se assemelham a folhas e gravetos, respectivamente.
Camaleão
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Bicho-pau
30
Limenitis archippus (borboleta-vice-rei)
§ O mimetismo reprodutivo é bastante comum entre
plantas que mimetizam a fêmea de insetos e aproveitam
a tentativa de acasalamento para sua polinização. É o
caso da Ophrys apifera, orquídea bastante comum no
Mediterrâneo e vulgarmente chamada erva-abelha. Suas
flores lembram as fêmeas de uma espécie de abelha (Eucera nigrilabris). Essas semelhanças atraem os machos,
que acabam polinizando as flores e contribuindo para a
reprodução da orquídea.
Bicho-folha
3.3. Seleção sexual
O indivíduo mais apto não é necessariamente o mais rápido, maior ou mais forte. Aptidão pressupõe habilidade de
sobreviver, encontrar um parceiro, produzir descendência e,
finalmente, deixar seus genes na próxima geração.
Produzir filhotes, cuidar de sua prole – da qual alguns não
sobreviverão – e exibir-se para atrair o sexo oposto são estra-
tégias que aperfeiçoam a aptidão de deixar mais descendentes. Seleção sexual, portanto, é a seleção natural voltada para o encontro de parceiros e para o comportamento
reprodutivo.
Os leões-marinhos machos, por exemplo, brigam entre si
para demarcar um território e, normalmente, o maior e mais
forte conquista mais fêmeas e deixa mais descendentes.
4. Neodarwinismo:
teoria sintética da evolução
Quando Darwin propôs a sua teoria, os processos da herança biológica ainda eram desconhecidos. Apesar de Darwin
ter sido contemporâneo de Gregor Mendel (1822-1884)
– pai da genética –, eles não se conheceram. Descobertas
recentes do século XX nos campos da genética, da biologia
molecular e da paleontologia deram origem a uma nova
teoria da evolução, conhecida como neodarwinismo ou
teoria sintética da evolução, que integra esses novos
conhecimentos às ideias de Darwin e esclarece a causa e o
destino das variabilidades.
Quatro fatores básicos constituem a moderna teoria sintética
da evolução: mutação, recombinação genética, seleção natural e deriva genética. Os dois primeiros determinam a origem da variabilidade genética, a qual é orientada
pelos dois últimos.
3.4. Seleção artificial
Darwin também estudou espécies cultivadas pelo ser humano, o que o muniu de argumentos a favor da seleção
dos mais aptos. Alguns animais domésticos e vegetais cultivados pertenciam a espécies com representantes ainda
em estado selvagem. Contudo, as características dos organismos domesticados diferiam das dos selvagens, e, em
alguns casos, esses seres poderiam ser classificados como
pertencentes a espécies diferentes.
A seleção artificial conduzida pelo ser humano consiste na
adaptação e/ou seleção de seres vivos, com o objetivo de realçar determinadas características desses organismos para a
produção de carne, leite, lã e frutas, por exemplo.
Darwin chegou à conclusão de que a seleção artificial pode ser
comparada à exercida pela natureza sobre as espécies selvagens. A luta pela vida foi substituída pela escolha humana dos
indivíduos que melhor atendem aos seus objetivos.
As diferenças existentes entre os indivíduos de uma mesma
espécie se enquadram sob a designação de variabilidade. Essa
diversidade genética é gerada por meio de mutações e recombinações, as quais alteram a sequência de bases nitrogenadas
nos ácidos núcleicos. A seleção natural e a deriva genética
descrevem como essas características são fixadas nas espécies.
4.1. Mutação
É importante salientar que a mutação é aleatória. Por
ocorrer ao acaso, não possui relação com sua utilidade e
não aparece como resposta do organismo a uma situação
ambiental. Além disso, mutações não são necessariamente sinônimo de evolução. Elas contribuem para a evolução
biológica quando são herdáveis, como quando estão presentes em gametas.
CÓPIA
CÓPIA
CORRETA
CORRETA
CÓPIA
MUTANTE
CÓPIA
MUTANTE
Demonstração de uma mutação: troca de nucleotídeo
durante a replicação do dna.
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Evolução da Forma - Documentário (2008)
Vale ressaltar que mutações não são necessariamente benéficas e podem ser neutras ou prejudiciais para o organismo − tal interpretação depende das condições do meio
que essa mutação se insere.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Leões-marinhos
31
Por exemplo, no caso de um organismo que vive num deserto de seca extrema, não é o ambiente que vai favorecer
o aparecimento de mutações que o ajudem a sobreviver.
No entanto, caso ocorra espontaneamente uma mutação
favorável, esta será selecionada positivamente. Assim, a
população dos indivíduos portadores dessa variação tenderá a aumentar.
Muita atenção ao fato de que mutações são eventos raros, uma vez que nosso organismo detém mecanismos próprios para evitar erros na produção de
moléculas de DNA.
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Para compreender o conceito de neodarwinismo, é necessário o conhecimento básico sobre genética e bioquímica.
Por meio de mutações no DNA, que são erros ao acaso ou nas bases nitrogenadas ou em cromossomos, o indivíduo
pode desenvolver características benéficas. Assim, esse organismo torna-se mais apto ao meio em que vive, tendo mais
chances de sobreviver e de passar seus genes aos descendentes. Dessa forma, duas áreas da biologia, como a bioquímica dos ácidos nucleicos e as teorias evolutivas, interagem e se completam.
4.2. Recombinação ou permutação gênica
A recombinação genética (crossing-over) promove a troca de
sequências de bases nitrogenadas entre cromossomos homólogos, durante a divisão celular conhecida como meiose.
Assim, enquanto as mutações podem ocorrem em todo e
qualquer organismo, a permutação gênica só ocorre naqueles que sofrem meiose − para produzir gametas, nos
animais, e esporos, nos vegetais. Logo, os organismos que
se reproduzem sexuadamente apresentam uma variabilidade maior em suas populações do que os organismos que
se reproduzem assexuadamente
no século XIX, as mutantes escuras passaram a ser camufladas pela fuligem e, como eram mais vigorosas, foram
aumentando em frequência e substituindo as mariposas
claras. Estas, por se tornarem mais visíveis, passaram a ser
eliminadas pelos pássaros. Assim, o agente seletivo foram os
predadores das mariposas.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
4.3. Seleção natural
32
Como já exposto nas outras aulas, as variações são submetidas ao meio ambiente, que, pela seleção natural, conserva
as favoráveis e elimina as desfavoráveis. Assim, quando as
condições ambientais se modificam, algumas variedades
se tornam vantajosas e permitem aos indivíduos que as
possuem sobreviver e produzir mais descendentes do que
aqueles que não as têm.
A seguir, alguns exemplos de seleção natural:
Melanismo industrial: antes da Revolução Industrial na
Inglaterra no século XVIII, predominavam as mariposas claras, uma vez que o ambiente proporcionava condições para
sua camuflagem. Às vezes apareciam mutantes escuras que,
apesar de serem mais robustas, eram eliminadas pelos predadores por serem mais visíveis. Depois da industrialização,
Foto da mariposa Biston Betularia, ilustrando a camuflagem
na árvore o exemplo do melanismo industrial.
§ Resistência de moscas ao DDT: quase todas as moscas foram mortas durante o primeiro ano em que o DDT
foi usado numa determinada localidade. Algumas, as resistentes, conseguiram sobreviver, foram selecionadas e se
reproduziram. Assim, os descendentes foram herdando as
características e logo ultrapassaram em número os tipos
de moscas menos resistentes naquela área. Essa mudança
na população teve como consequência a perda de eficácia
do inseticida.
VARIABILIDADE: corresponde à existência
de sensíveis e resistentes
(gerados por mutação)
INSETICIDA
INSETICIDA
SELEÇÃO
NATURAL:
representada pelo
inseticida, que elimina
os sensíveis e permite
a sobrevivência dos
resistentes.
INSETICIDA
ADAPTAÇÃO:
é o predomínio dos
insetos resistentes ao
inseticida quando o
produto está presente
no meio.
4.4. Deriva genética
Enquanto na seleção natural o destino das mutações, que surgem a cada geração, depende do efeito no organismo e de sua
interação com o meio, na deriva genética a fixação dos caracteres acontece ao acaso.
Esse fenômeno evolutivo ocasiona uma mudança nas frequências, sem levar em conta o valor adaptativo de cada característica. Para a deriva, as variações são elementos flutuantes que permanecem ou desaparecem de acordo com a sorte. Quando
esse fenômeno é forte, pode promover a fixação de até mesmo características prejudiciais ao organismo.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Apesar de ocorrer em poupulações grandes finitas, tem efeitos mais profundos em populações pequenas. Na aula sobre formação de espécies, será explicado como decorre o efeito gargalo e o efeito fundador, eventos específicos de deriva genética.
33
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 15
Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de
organização dos sistemas biológicos.
Por meio do modelo de mapa-múndi apresentado na questão, e munido do conhecimento prévio de que esses continentes eram unidos há milhões de anos (Pangeia), o aluno deverá relacionar essa situação com o fenômeno biológico da
migração e, posteriormente, refletir sobre como a separação dos continentes foi capaz de criar a diversidade observada.
MODELO 1
(Enem) No mapa, é apresentada a distribuição geográfica de aves de grande porte e que não voam.
Avestruz
Ema
Emu
Há evidências mostrando que essas aves, que podem ser originárias de um mesmo ancestral, sejam, portanto,
parentes. Considerando que, de fato, tal parentesco ocorra, uma explicação possível para a separação geográfica dessas aves, como mostrada no mapa, poderia ser:
a) a grande atividade vulcânica, ocorrida há milhões de anos, eliminou essas aves do Hemisfério Norte;
b) na origem da vida, essas aves eram capazes de voar, o que permitiu que atravessassem as águas
oceânicas, ocupando vários continentes;
c) o ser humano, em seus deslocamentos, transportou essas aves, assim que elas surgiram na Terra,
distribuindo-as pelos diferentes continentes;
d) o afastamento das massas continentais, formadas pela ruptura de um continente único, dispersou
essas aves que habitavam ambientes adjacentes;
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
e) a existência de períodos glaciais muito rigorosos, no Hemisférico Norte, provocou um gradativo deslocamento dessas aves para o Sul, mais quente.
34
ANÁLISE EXPOSITIVA
A princípio, o ancestral dessas aves vivia em uma mesma área, uma vez que os continentes eram unidos.
A migração fez com que diferentes populações se separassem e, posteriormente, com o afastamento das
massas continentais, essas populações ficassem isoladas geograficamente. Isso favoreceu o surgimento
dessas aves a partir do mesmo ancestral.
RESPOSTA
Alternativa D
DIAGRAMA DE IDEIAS
TEORIAS EVOLUTIVAS
LAMARCK
DARWIN
NEODARWINISMO
TEORIA SINTÉTICA
DA EVOLUÇÃO
MUTAÇÃO
RECOMBINAÇÃO
GENÉTICA
VARIABILIDADE
SELEÇÃO NATURAL
ADAPTAÇÃO
LEI DO USO E DESUSO
HERANÇA DOS
CARACTERES
ADQUIRIDOS
DIRECIONAL
ESTABILIZADORA
O AMBIENTE INDUZ
MUDANÇAS NOS
ORGANISMOS
O AMBIENTE
SELECIONA AS
CARACTERÍSTICAS
MAIS ADAPTADAS
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
DISRUPTIVA
35
ESPECIAÇÃO
CN
COMPETÊNCIA(s)
4
AULAS
7E8
HABILIDADE(s)
15 e 16
1. A origem das espécies
Antes de compreender o processo de formação das espécies, é necessário discutir o que de fato é uma espécie.
Melhor que uma única definição, que facilmente a associaria a um termo ou conceito, é preferível considerar
diferentes descrições.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
§ Definição biológica de espécie: são grupos de populações naturais potencialmente capazes de gerar descendentes férteis e que, em condições naturais, estão reprodutivamente isoladas de outros
grupos semelhantes.
36
§ Unidade ecológica: apresenta características próprias e mantém relações bem definidas com o ambiente e outras espécies. A espécie ecológica, então, é
formada por um conjunto de indivíduos que exploram
o mesmo nicho.
§ Unidade gênica: dotada de um patrimônio gênico
característico, que não se mistura com o de outras
espécies e evolui de forma independente.
O processo de formação das espécies é chamado especiação. Pode ocorrer por meio de mudanças evolutivas
contínuas e de transformações graduais dos caracteres,
alterando gradativamente as frequências ao longo das
gerações e, como consequência, resultando em uma espécie nova (anagênese). Ou a partir da ramificação de
uma linhagem, isolando e dividindo a populações original
em duas ou mais subpopulações (cladogênese).
Representação dos eventos de anagênese e cladogênse, respectivamente
1.1.Fluxo gênico
Os mecanismos de fluxo gênico promovem a troca de
informações genéticas entre populações. Por um lado, essa
migração de genes favorece a variabilidade porque possibilita introduzir caracteres novos. Por outro lado, também
pode dificultar a especiação, uma vez que permite um deslocamento genético entre populações afastadas e/ou em
processo de divisão
O intercâmbio de genes é possível devido à semelhança
e identidade genética, como número e tipos de cromossomos. A partir dos conhecimentos desenvolvimentos pela
engenharia genética é possível, por meio de manipulação
cromossômica e gênica, abreviar os processos necessários
à especiação e permitir o aparecimento de novas espécies
- ou de pelo menos espécies transgênicas. Deve-se lembrar,
no entanto, que a fertilidade é condição obrigatória entre
os descendentes de toda e qualquer espécie natural.
1.2. Isolamento reprodutivo
O isolamento reprodutivo é a condição a partir da qual pode-se afirmar definitivamente que houve especiação a partir de um grupo ancestral. O isolamento reprodutivo indica
a incapacidade total ou parcial de os indivíduos de duas
subpopulações se reproduzirem entre si. Quando essas
subpopulações entram em contato, o isolamento reprodutivo impede a mistura de genes.
Logo, para confirmar que houve especiação, deve-se
apresentar diferenças genéticas que interfiram na eficiência do acasalamento entre as novas espécies. Não há
necessidade, no entanto, de que sejam diferenças genéticas significativas. Seriam suficientes mudanças na data,
no local ou nos rituais de acasalamento. Mas elas são
necessárias e podem evoluir por seleção natural ou por
deriva genética.
Os mecanismos pré-zigóticos impedem a fecundação e
a formação do zigoto.
§ Isolamento estacional ou sazonal – decorre de diferenças nas épocas de reprodução. Por exemplo: grupos de rãs que vivem em uma mesma lagoa, mas não
se reproduzem na mesma época; ou espécies de orquídeas que, embora habitem a mesma região, florescem
em dias diferentes, o que lhes impede o cruzamento.
§ Isolamento ecológico – resulta quando populações
ocupam diferentes habitats. Mesmo vivendo na mesma
região geográfica, habitam microambientes distintos. Leões e tigres podem se cruzar em cativeiro e produzir descendentes férteis. Entretanto, em ambiente natural eles
não se cruzam, uma vez que vivem em habitats dferentes
§ Isolamento etológico ou comportamental – decorre de diferentes padrões de comportamento de corte.
Antes do acasalamento, representam um fator de fundamental importância para a reprodução de diferentes espécies. O canto das aves, por exemplo, por ser específico,
atrai apenas parceiros da mesma espécie.
§ Isolamento mecânico ou incompatibilidade anatômica – resulta da incompatibilidade estrutural dos órgãos
reprodutores. Nos animais, a diferença de tamanho ou forma dos órgãos genitais impede a cópula. Nas plantas, as
estruturas responsáveis pelo encontro dos gametas podem
não se encaixar perfeitamente em diferentes espécies.
1.2.2. Mecanismos pós-zigóticos
Os mecanismos pós-zigóticos são aqueles que inviabilizam
a sobrevivência do híbrido ou a sua fertilidade. Mesmo
ocorrendo a cópula, esses mecanismos impedem ou dificultam seu desenvolvimento. Os principais tipos de isolamento
pós-zigótico são:
§ Mortalidade do zigoto – trata-se da fecundação
entre gametas de espécies diferentes que pode levar
à formação de zigoto pouco viável e com desenvolvimento embrionário irregular, problemas que inibem o
progresso do embrião e podem causar sua morte.
§ Inviabilidade do híbrido – diz respeito à cópula
entre indivíduos de espécies diferentes, à formação do
zigoto e à morte prematura do embrião devido à incompatibilidade entre os genes maternos e paternos.
Algumas espécies de rã, embora habitem a mesma
lagoa e eventualmente se cruzem, geram híbridos interespecíficos que não são capazes de se desenvolver.
§ Esterilidade do híbrido – forma-se o híbrido interespecífico, porém este é estéril devido à presença
de gônadas anormais ou de incompatibilidade dos
cromossomos herdados de pais de diferentes espécies.
Exemplo clássico desse caso é do burro ou da mula.
Trata-se de um híbrido estéril, resultado do cruzamento
entre o jumento (Equus asinus) e a égua (Equus cabalus). O burro e a mula são considerados híbridos interespecíficos e não constituem uma terceira espécie.
Híbrido é o nome dado a um indivíduo formado pela
união de indivíduos de espécies diferentes. É o resultado da mistura genética entre espécies distintas.
Exceção à regra
Apesar de a regra dizer que híbridos são estéreis, há registros de exceções a essa regra com filhotes de mula.
Considerando que uma égua tem 64 cromossomos, e um
jumento, 62, a principal barreira para esse tipo de reprodução diz respeito à diferença na quantidade de cromossomos dos pais da mula. Os 63 cromossomos da mula
constituem um número ímpar, que não pode ser dividido
em cromossomos pares (a importância dessa divisão será
explicada, quando falarmos sobre divisão celular), o que,
em princípio, a tornaria incapaz de reproduzir-se. Entretanto, apesar de alguns casos já terem sido registrados
ao redor do mundo, ainda não há uma explicação para o
fato, que permanece sendo estudado por pesquisadores.
2. Tipos de especiação
A especiação é resultado do consequente isolamento
reprodutivo das espécies. Esse evento evolutivo pode
ocorrer tanto pela existência de um empecilho geográfico
quanto pela redução do fluxo gênico.
Quando há algum obstáculo geográfico, formam-se duas ou
mais populações que, ainda pertencentes à mesma espécie,
estarão submetidas às diferentes pressões seletivas de seus
meios. Logo, as variabilidades e adaptações surgidas em uma
subpopulação podem ser diferentes das surgidas na outra.
Com isso, ocorre uma progressiva diferenciação ao longo do
tempo que, mesmo após o fim do isolamento geográfico e
com a possibilidade de encontro dos indivíduos das duas
subpopulações, pode resultar em isolamento reprodutivo.
ISOLAMENTO
GEOGRÁFICO
DIFERENCIAÇÃO
PROGRESSIVA
ISOLAMENTO
REPRODUTIVO
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
1.2.1. Mecanismos pré-zigóticos
37
A especiação também pode acontecer com populações que
convivem em um mesmo lugar e não possuem barreiras extrínsecas para o fluxo gênico. Nesse caso, a distribuição dos
organismos no espaço ou a ocorrência de mudanças no comportamento, muitas vezes relacionadas a determinadas pressões seletivas, podem desencadear o processo de formação
de novas espécies.
Modos de
especiação
Alopátrica
(alo = outros;
pátrica = lugar)
Peripátrica
(peri = perto)
Características
Representação
Está relacionada com o chamado efeito fundador, fenômeno de deriva genética que descreve o estabelecimento de uma nova população a partir da migração de uma
pequena parcela de indivíduos e de genótipos da população original. Do mesmo modo, a peripátrica aplica-se ao
evento de deriva genética denominado efeito gargalo,
no qual algum evento reduz drasticamente uma população
e sua variabilidade genética.
As populações são
geograficamente
isoladas.
Uma pequena
população
fica isolada da
população maior.
Representação do efeito fundador.
EFEITO GARGALO
Parapátrica
(para = ao lado)
A população é
continuamente
distribuída.
POPULAÇÃO INICIAL
REDUÇÃO DA
POPULAÇÃO
INDIVÍDUOS QUE
SOBREVIVEM
NOVA POPULAÇÃO
Representação do efeito gargalo.
2.3. Especiação parapátrica
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Simpátrica
(sim = igual)
38
População inserida
na população
ancestral.
2.1. Especiação alopátrica
Ocorre quando algum tipo de isolamento geográfico −
como longas distâncias ou barreiras físicas − impede dois ou
mais grupos de se acasalarem regularmente entre si ou com
outros. O que caracteriza de fato uma especiação alopátrica
é a presença de um algum obstáculo geográfico que provoca
a redução significativa, não necessariamente a extinção, do
fluxo gênico entre as futuras novas espécies.
2.2. Especiação periprática
É um tipo particular de especiação com isolamento geográfico,
na qual uma subpopulação menor é separada da maior.
Nessa especiação não há barreiras geográficas presentes.
Por exemplo, em uma população dispersa continuamente por uma grande área com diversificados ambientes, o acasalamento não é aleatório e o intercâmbio de genes entre indivíduos de pontos distantes é reduzido. Porém,
a diminuição do fluxo gênico não implica isolamento total
dessa população. Em conjunto com pressões ambientais distintas nos extremos opostos, altera-se a frequência gênica
nesses organismos a ponto de eles não serem mais capazes
de se acasalarem caso estivessem reunidos.
2.4. Especiação simpátrica
Diferente dos tipos anteriores, a especiação simpátrica não
necessita de distância geográfica em larga escala para a diminuição do fluxo gênico entre os indivíduos de uma população, esse fenômeno acontece com organismos que habitam
áreas sobrepostas.
A formação de novas espécies ocorre em virtude de
mudanças aleatórias no material genético associadas a
determinadas pressões seletivas e a alterações no comportamento. A simples exploração de um novo nicho
por uma subpopulação pode contribuir para a redução
do fluxo gênico entre indivíduos. Ocasionalmente, pode
acontecer entre insetos herbívoros que optem por uma
nova planta hospedeira.
Nicho é um termo usado para designar a função ou o
papel desempenhado pelos organismos de determinada espécie em seu ambiente de vida. Isso inclui
suas necessidades alimentares, a temperatura ideal de sobrevivência, os locais de refúgio, as interações com outros
seres vivos, os locais de reprodução, etc.
Por exemplo, há cerca de 200 anos, os ancestrais da mosca-da-maçã depositavam seus ovos exclusivamente em frutos
de espinheiros, seu habitat original. Algumas populações
passaram a utilizar maçãs domésticas (espécie exótica) como
depósito, o que caracteriza isolamento de habitat. As fêmeas
preferem os mesmos tipos de frutos onde cresceram; os machos tendem a procurá-las também nos tipos de frutos onde
cresceram. Resultado: moscas de espinheiros cruzam com
as moscas de espinheiros, e as da maçã, com as da maçã.
Assim, o fluxo gênico entre essas populações ficou reduzido.
A mudança de espinheiro para maçã pode ser o começo da
especiação simpátrica.
multimídia: site
brasilescola.uol.com.br/biologia/especiacao.htm
VIVENCIANDO
3. Filogenia e cladograma
Conforme as espécies, a partir de linhagens ancestrais, se
separam, herdam alterações e diferenciam seus caminhos
evolutivos, é produzido um padrão ramificado de relações
de parentesco.
O estudo e a elaboração de hipóteses acerca da história
evolutiva dos organismos é chamado filogenia. O cladograma (árvore filogenética) é uma representação gráfica
do grau de parentesco entre espécies e das mudanças que
ocorreram ao longo do tempo. Para sua elaboração, utilizam-se
diversos tipos de dados, desde aspectos moleculares até tra-
ços morfofisiológicos e evidências evolutivas. Assim, novos
conhecimentos e descobertas podem alterar as relações e,
portanto, a filogenia daqueles grupos.
No cladograma, cada ponto (nó) indica um ancestral comum partilhado e as ramificações a partir dele mostram os
eventos de especiação que deram origem a novos caracteres e grupos. Nas terminações estão localizados os descendentes. Lembre-se de que a leitura temporal da árvore
filogenética é sempre do ancestral (raiz do cladograma)
para seus descendentes (término dos ramos).
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
O estudo do termo “especiação” permite compreender como surgem novas espécies e como outras podem ser
extintas ao longo do tempo. A interferência humana no meio ambiente − como o desmatamento, o assoreamento
dos rios e as construções de cidades, estradas e hidrelétricas − causa o aparecimento de barreiras geográficas, o que
altera o fluxo gênico das populações e contribui para o isolamento reprodutivo. Esse fato pode ocasionar o surgimento de novas espécies, assim como o desaparecimento de outras. Dessa forma, é possível propor mecanismos de
conscientização e educação ambiental para minimizar a interferência humana na evolução das espécies.
39
TEMPO
Localização dos ancestrais no cladograma. Note como, nessa árvore,
B e C são parentes mais próximos que A e C, pois compartilham
um ancestral em comum mais recente com B que com C.
multimídia: site
http://www.qualibio.ufba.br/003.html
ima
iss
nt
. de
r
ste
oga
n
ela
D. m
D
ura
bsc
D. o
Eventos de
especiação
Cladrograma mostrando as relações de parentesco entre as espécies de
Drosophila (mosca-da-fruta). Os pontos de ramificação dessa filogenia de
Drosophila representam eventos de especiação ocorridos há muito tempo.
Táxon merofilético
parafilético
Táxon parafilético
manofilético
Táxon
Táxon
Táxon
A
B
C
D
X
Y
Linhagem do
táxon D (ramo)
espécie ancestral
X (nó)
espécie ancestral
Y (nó)
Tempo
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Caráter a (sinapomorfia)
40
Árvore filogenética: relações filogenéticas ou de parentesco entre os seres vivos.
multimídia: site
http://www.qualibio.ufba.br/002.html
Enquanto a especiação representa o desenvolvimento de
novas espécies, a extinção é o desaparecimento completo de uma espécie e pode ocorrer devido a processos
naturais ou por interferência humana. Segundo estimativas
atuais, o número total de espécies no planeta varia entre
5 milhões e 30 milhões. Desse total, cerca de 1,4 milhão
de espécies foram nomeadas e descritas pelos cientistas.
Segundo a União Internacional para a Conservação da Natureza (UICN), até a metade do século XXI, mais de 25%
da fauna e flora terrestre devem desaparecer. Essa organização calcula que quase um quarto das 4.600 espécies de
mamíferos conhecidas corre risco de extinção.
4.1. Os processos naturais
Linhagem do
táxon A (ramo)
Táxon
4. A extinção das espécies
A extinção de espécies acontece de forma natural desde
o surgimento da vida no planeta. Suas principais causas são as modificações climáticas, como as desertificações, glaciações e alterações da atmosfera decorrentes
das atividades vulcânicas. Elas tornam o meio ambiente
desfavorável à permanência de alguns grupos, que, por
seleção natural, desaparecem. No entanto, a maioria
das espécies consegue se adaptar e sobreviver a essas
mudanças, pois elas são efeito de uma série de fatores e
costumam ocorrer lentamente.
Durante a história terreste houve ao menos cinco grandes extinções em massa. A mais conhecida ocorreu
no fim do Cretáceo e ocasionou o desaparecimento dos
dinossauros. Outra, durante o Permiano-triássico, é uma
das maiores registradas e ocasionou a extinção de cerca de 95% das espécies marinhas e 70% das terrestres.
É importante pontuar que, mesmo com consequências
drásticas, os processos evolutivos dos organismos prosseguiram e a biodiversidade eventualmente cresceu.
Para muitos cientistas, a possível próxima extinção em massa
já está em processo e tem como causa as ações humanas. A
velocidade de desaparecimento das espécies é maior do que
as últimas já registradas e preocupa os pesquisadores.
Nas últimas décadas, o ser humano vem destruindo habitats
de grande diversidade biológica, principalmente por causa
da poluição das águas, do solo e do ar, do desmatamento,
da caça e pesca predatórias e da extração ilegal de espécies
vegetais. Essas mudanças estão acontecendo numa velocidade maior do que a de adaptação dos seres vivos, que não
se ajustam às novas condições de vida e desaparecem.
Uma das consequências da extinção das espécies é o desequilíbrio das cadeias alimentares, responsáveis pela transferência
de alimento nos ecossistemas. A redução drástica dos animais
carnívoros, por exemplo, pode levar à proliferação dos animais
herbívoros e, como consequência, haveria escassez de algumas plantas.
Em todo o planeta, a quantidade de animais em via de
extinção é enorme. Entre eles, estão a baleia-azul, o mico-leão-dourado, o elefante, o rinoceronte-negro e o gorila-das-montanhas (África), o cervo (Tailândia), o panda-gigante (China), o pinguim-grande (Islândia e Canadá),
o cavalo-selvagem (Europa Central), o bisão, ou o boi-selvagem, e o pelicano-branco (França). Várias espécies
vegetais também correm risco de extinção. É o caso das
orquídeas de Chiapas, no México, das bromélias – típicas
das zonas tropicais e subtropicais, encontradas no continente americano e em parte da África –, das “madeiras
de lei”, como mogno, jacarandá, marfim, cerejeira, imbuia, canela, entre outras, usadas em todo o mundo para
a confecção de móveis e na construção civil.
No Brasil, o país de maior biodiversidade do mundo, cerca de 300 espécies da fauna e flora estão ameaçadas de
extinção: lobo-guará, onça-pintada, gato-mourisco, veado-campeiro, cervo-do-pantanal, ariranha, mico-leão, anta,
peixe-boi, psitacídeos (arara e papagaio) e tucano. A lista passa pelos répteis, como o jacaré-de-papo-amarelo e
tracajá, e estende-se, inclusive, a invertebrados de diversos
filos, que ocupam os costões e praias da orla marítima.
Vale lembrar também da extinção de seres pequenos, parcamente estudados ou de pouco interesse para a sociedade.
Dentre eles, destacam-se os invertebrados e, em especial, os
insetos. Esse grupo possui a maior quantidade de organismos e está em rápido declínio, seu desaparecimento é devido principalmente ao controle de praga. Por conta da importância dos seus papéis ecológicos, a extinção de espécies dos
insetos pode causar consequências irreversíveis.
5. Neutralismo e selecionismo
Vários evolucionistas discordam sobre qual é o principal
mecanismo responsável pela flutuação das frequências
alélicas numa população. Alguns acham que a seleção natural é a mais importante força direcionadora da alteração
nas frequências alélicas, ou seja, na proporção de um tipo de
gene alelo em relação ao conjunto de alelos; outros acham
que a deriva genética ou a variação aleatória dessas
frequências é que tem um papel de destaque nessas mudanças.
Genes são trechos de DNA que armazenam a informação para a síntese de proteínas.
Locus gênico se refere à localização de um gene
no cromossomo.
Genes alelos, ou apenas alelos, são segmentos homólogos do DNA que representam variações específicas de um mesmo gene.
Polialelia ou polimorfismo: Quando um gene possui mais de duas formas alélicas. Exemplo: o sistema
sanguíneo ABO possui três alelos e quatro fenótipos
Os selecionistas acreditam que a seleção natural é a
força predominante capaz de direcionar os processos
evolutivos, sendo que os outros fatores proporcionam, no
máximo, uma pequena contribuição. O selecionismo
prega que as substituições alélicas ocorrem em consequência de seleção dos mais adaptados, no qual o novo alelo
substituirá um antigo em função de aumentar o valor
adaptativo dos organismos que o possuem. Assim,
os polimorfismos seriam mantidos, quando a coexistência
de dois ou mais alelos num loco for vantajosa para o organismo ou para a população.
Já os neutralistas acreditam que, principalmente num
nível molecular, a maioria das mudanças evolutivas não
está relacionada a uma seleção positiva dos alelos de maior
valor adaptativo, e sim à deriva genética, ou seja, à variação aleatória das frequências dos alelos. A teoria neutralista surgiu no fim dos anos 1960, quando uma grande
quantidade de dados de sequenciamento de proteínas foi
obtida, provendo, pela primeira vez, dados empíricos para
examinar as teorias relacionadas à substituição de genes/
alelos. O neutralismo não diz que todos os alelos possuem
estritamente o mesmo valor adaptativo, mas que a maioria das variações não afetam a sobrevivência e reprodução
dos organismos − ou seja, nem toda característica é uma
adaptação selecionada de acordo com pressões ambientais.
Assim, as frequências podem ser determinadas ao acaso. Segundo eles a seleção opera de maneira secundária.
Segundo a teoria neutralista, um loco polimórfico é constituído de alelos que tendem a se fixar ou a se estinguir. Assim,
os processos moleculares importantes para o andamento da
evolução são resultado de um contínuo surgimento das variações por mutação e consequente fixação ou extinção aleatória dos alelos. A substituição alélica seria, portanto, um
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
4.2. Os processos antrópicos
41
processo longo e gradual, no qual a frequência dos
alelos aumenta ou diminui randomicamente até que
eles sejam perdidos ou fixados por ordem do acaso.
A verdade é que a base da disputa entre selecionistas e neutralistas está relacionada aos valores adaptativos dos
alelos mutantes. Ambas concordam que a maioria das
novas mutações é deletéria e que essas alterações não
contribuem para a taxa de mutação nem para a quantidade
de polimorfismos dentro de uma população. A diferença está
relacionada à proporção relativa de mutações neutras entre
as mutações não deletérias. Enquanto os selecionistas
consideram que poucas mutações são seletivamente neutras, os neutralistas acreditam que a maioria
delas é seletivamente neutra.
Para encerrar, é óbvio que algumas características apresentam um valor adaptativo muito maior do que outras. Por
exemplo, um hemofílico apresenta um valor adaptativo
muito mais baixo que um não hemofílico, aspecto que até
os neutralistas reconhecem e sabem que a seleção é muito
importante nesses casos. A abordagem selecionista pode ser
complementar, e não antagônica, à neutralista.
6. Evolução humana
Os seres humanos possuem um cérebro grande se comparado a outros mamíferos ou primatas. Um indivíduo adulto
tem um cérebro de quase 4 kg, para um peso corporal médio de aproximadamente 70 kg. Ou seja, aproximadamente 6% do nosso peso é composto de massa cefálica.
Os pesquisadores buscam determinar os motivos que levaram a essa cefalização acentuada no gênero Homo.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A seguir, de forma simplificada, serão apontadas algumas
ideias a respeito desse tema.
42
A priori, tentou-se identificar um fator isolado que explicasse
essa característica, mas logo percebeu-se a limitação desse enfoque. Atualmente, as pesquisas tentam ser mais realistas, enfocando uma série de fatores que teriam agido em conjunto.
Quando os ancestrais dos humanos tiveram a necessidade de
descer das árvores para a sobrevivência (o que pode ter ocorrido devido a uma mudança no habitat, como a diminuição
do número de árvores), eles tiveram de lidar com um ambiente diferente, no qual ser bípede oferecia algumas vantagens.
Além disso, vivendo em campos abertos, aqueles que permaneciam em grupos eram mais favorecidos (seleção natural de comportamento). Assim, ao longo das gerações, os
indivíduos isolados eram predados mais facilmente e não
deixavam muitos descendentes, enquanto aqueles que viviam em grupos geravam descendentes que possuíam a
tendência de viverem agrupados.
Assim, as populações que tinham indivíduos com maior
capacidade de solucionar problemas para manter a coesão
desses grupos obtiveram maior sucesso. Essa resolução de
problemas era facilitada quando havia uma vocalização
complexa (pré-requisito para a linguagem humana).
Uma pré-adaptação para a vocalização foi um fator fundamental para que essa característica pudesse existir.
Pré-adaptações são estruturas que já existem naquela
espécie e que permitem que o animal tenha sucesso no
ambiente. O ancestral humano já possuía uma estrutura
física para vocalização (garganta, glote, estruturas para
passagem do ar, etc.). Ele só pôde desenvolver a linguagem
porque já possuía essas pré-adaptações (no caso, pré-adaptacões para a linguagem).
Um outro exemplo seriam as abelhas, que também vivem
em grupo e precisam se comunicar. Como elas não desenvolveram nenhuma estrutura de vocalização ou de comunicação sonora, comunicam-se por meio de sinais químicos,
estruturas desenvolvidas a partir de pré-adaptações específicas. Ao se analisar uma determinada adaptação em um
animal, deve-se tentar identificar a pré-adaptação que possibilitou o aparecimento daquela característica.
No caso da evolução humana. Esses grupos ancestrais que
vocalizavam, mesmo em grunhidos, foram selecionados
positivamente pelo meio ambiente daquela época. Ao longo das gerações, aqueles que possuíam uma melhor vocalização eram gradativamente mantidos, enquanto os outros
acabavam sendo selecionados negativamente (extintos).
O ambiente fora das árvores era bem mais hostil, pois continha um maior número de variáveis. Nas árvores, a quantidade
de alimento é maior do que em um campo aberto. É possível
afirmar que, para se obter a mesma quantidade de alimento
encontrada facilmente em 10 m2 na floresta, esses homens
primitivos deveriam percorrer 10.000 m2 em seu novo habitat.
O fato de ser bípede era uma grande vantagem na cobertura dessas extensas áreas, além de liberar os membros
anteriores desses animais (braços e mãos) para recolher as
frutas e manusear os alimentos. Assim, os mais habilidosos
com os alimentos foram favorecidos e tiveram maior sucesso evolutivo, deixando mais descendentes. Na ciência,
isso é conhecido como “pressão positiva” para os mais habilidosos, ou seja, aqueles que têm mais habilidade levam
vantagem em relação aos menos habilidosos e prevaleceriam em termos de evolução. Outras estruturas, como as
da mão, também foram se modificando e teriam sido selecionadas a cada geração. Algumas alterações facilitavam o
manuseio do alimento, gerando maior habilidade.
Dessa forma, os membros anteriores foram lentamente se modificando e assumindo a forma que conhecemos, ou seja, com
o polegar opositor aos outros dedos, possibilitando uma maior
firmeza e precisão nos movimentos. Além de facilitar o manuseio dos alimentos, esse fator permitiu que o homem ancestral
segurasse galhos, pedras e outros objetos. Em conjunto, todos
esses fatores resultaram em um cérebro mais desenvolvido.
nascimento, o feto deve passar pela junção pélvica da
fêmea; para isso, a cabeça não pode ser muito grande. Essa
restrição é uma das razões para o crescimento contínuo do
cérebro, mesmo depois do nascimento. Isso faz com que os
bebês sejam extremamente dependentes das mães, mas,
por outro lado, gera uma flexibilidade tremenda, pois o
cérebro vai crescendo (e montando as ligações entre os
neurônios), sempre se ajustando ao ambiente e facilitando
o aprendizado direto ainda na formação cerebral.
Imagem comparativa da estrutura das mãos em primatas
Comparação entre o crânio do Australopithecus,
do chimpanzé e do ser humano
A mudança de dieta retroalimenta a expansão cerebral;
isso significa que, para manter o cérebro, nossos ancestrais
precisavam se alimentar melhor, apresentando, assim, um
comportamento forrageador (de busca de alimento) mais
complexo e eficiente, que, por sua vez, fazia uma pressão
seletiva para a expansão cerebral.
Existem outros obstáculos a serem superados para o aumento do cérebro, além do alto custo energético. O tamanho da pélvis (bacia) das fêmeas é um dos exemplos. No
Comparação entre a pelve humana e a de chipamzé
Comparação entre a pelve humana e a de um chimpanzé.
No nascimento, o cérebro humano tem cerca de 25% do
peso do cérebro de um adulto; aos quatro anos de idade,
esse valor é de 84,1%. Chimpanzés nascem com 47% do
peso do cérebro de um adulto; aos quatro anos, já têm
100% do peso total. Com isso, é possível perceber outra
restrição para um cérebro muito grande e flexível: a redução
da taxa reprodutiva, pois os pais devem cuidar dos filhotes
por um período de tempo maior.
O bipedalismo, associado à possibilidade de explorar outros ambientes, além de exigir mais do cérebro, abriu novos
horizontes para a evolução biológica humana. A seguir, as
vantagens angariadas com isso:
§ desenvolvimento da habilidade para o transporte de
alimentos;
§ redução de pelos sobre as áreas do corpo não expostas
ao sol forte;
§ liberação das mãos para diferentes usos, inclusive para
cuidar dos filhos;
§ redução do consumo de energia em caminhadas a velocidades normais; e
§ aumento do horizonte de visão e aperfeiçoamento da
proteção contra predadores.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Quanto maior o cérebro, maior o consumo de energia. O
cérebro humano, em termos energéticos, consome três vezes mais do que o cérebro do chimpanzé e 22 vezes mais
do que um tecido muscular em repouso. A taxa metabólica
específica (por grama) é nove vezes maior do que a do
resto do corpo como um todo. Para suprir essa demanda
energética, os ancestrais necessitavam de uma dieta de
melhor qualidade proteica e energética.
43
Evolução humana – hominídeos
§ cérebro grande;
§ dependência total do uso de utensílios;
cérebro, tecnologia,
linguagem e cultura
§ linguagem simbólica completa; e
§ capacidades cognitivas desenvolvidas através de processos complexos
de transmissão da informação de
geração em geração.
§ proteínas de grandes animais;
dieta e subsistência
§ consumo significativo de plantas ricas em hidratos de carbono;
§ consumo retardado da comida adquirida; e
§ partilha dos alimentos.
§ laços sexuais e econômicos fortes
entre machos e fêmeas;
§ crianças dependentes;
§ adolescência prolongada;
reprodução e sociedade
§ vida social organizada em torno de
um lugar central; e
§ inexistência de caninos grandes que
possam ser usados em contexto de
interação social.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
locomoção e habitat
44
§ porte ereto e locomoção bípede; e
§ habitats abertos.
Homo sapiens
neanderthalensis
Homo sapiens sapiens
crânio achatado
crânio abaulado
testa curta
testa evidenciada
osso supraorbital
bastante expandido
ausência/redução acentuada
do osso supraorbital
órbitas oculares grandes
órbitas oculares pequenas
face projetada para a frente
face curta
ausência de queixo
presença de queixo
osso occipital achatado
osso occipital abaulado
ossos longos
espessos e curvos
ossos longos mais delgados
ossos longos com grandes áreas
para ligação de músculos
ossos longos com pouca superfície
para ligação de músculos
6.1. Evolução cultural
A cultura é um processo tipicamente humano: a evolução
da humanidade se tornou muito mais cultural do que biológica. Cultura, portanto, é o acúmulo de conhecimentos e
hábitos cuja renovação depende muito mais do surgimento
de novas técnicas do que das mutações em si. Foi essa evolução cultural que permitiu a formação dos grupos sociais, a
domesticação de animais, o cultivo de plantas e o domínio
do homem sobre a natureza, causando, ao mesmo tempo,
graves problemas a outras espécies.
6.2. Apontamentos sobre a
origem do ser humano
Em meados do século XIX, a teoria de Charles Darwin sobre o mecanismo da evolução das espécies estremeceu o
mundo da ciência. A consequência lógica e irrefutável de
tudo o que ele havia descoberto era a de que a espécie
humana não teria sido criada separadamente dos outros
seres vivos, como afirmavam as Escrituras das três maiores
religiões monoteístas, mas evoluído a partir de espécies já
extintas, antecessoras também dos macacos, como o chimpanzé, o gorila e o orangotango.
Na época, esse era um conceito inaceitável. Primeiro, porque refutava os dogmas religiosos, que ainda ocupavam
um lugar central no comando das sociedades ocidentais.
Darwin teve uma educação teológica em Cambridge,
estava destinado a ser um pároco da Igreja anglicana e
descendia de uma próspera família de proprietários rurais,
profissionais liberais e industriais. Seus amigos eram todos
conservadores ou ligados à religião e ao governo, fortemente opostos à noção de evolução das espécies como um
mecanismo independente do Criador.
Segundo, porque temia-se que, ao aceitar esse conceito, o
ser humano perderia seu lugar especial, rebaixando-se a
mais um animal entre os animais. Para a classe dominantes hegemônica, essa constatação poderia "liberar os instintos mais baixos" da população, que poderia revoltar-se
contra o governo e instaurar a anarquia, tão temida pelos
governantes (é preciso não esquecer que a influência da
Revolução Francesa ainda se fazia sentir e que o socialismo
acabava de nascer como movimento político e social, ameaçando tirar o poder dos velhos privilégios da monarquia,
da elite econômica, etc.).
Em terceiro lugar, havia um argumento científico sólido
contra a hipótese defendida por Darwin e seus seguidores:
até então, não havia qualquer evidência concreta de que
os registros fósseis comprovassem a progressão evolutiva
dos hominídeos.
O castelo cuidadosamente montado pelos opositores de
Darwin começou a desmoronar quando foram descobertos
os primeiros esqueletos de um ser evidentemente muito
mais antigo que o Homo sapiens sapiens (a espécie moderna do ser humano), o Homem de Neandertal, encontrado
em escavações no vale do rio Neander, na Alemanha (“tal”
significa “vale”, em alemão).
As observações mostraram um ser com postura ereta, corpo e membros praticamente iguais aos nossos, mas com
um crânio com semelhanças ao de um gorila.
A descoberta foi atacada na época, e seus opositores argumentaram que o fóssil pertencia a um ser humano de-
Da esquerda para a direita, os crânios do Australopithecus
afarensis, um dos mais antigos hominídeos encontrados;
do Australopithecus africanus, um hominídeo mais recente
que o afarensis; do Homo habilis, uma das primeiras espécies
africanas do gênero; e de um Homem de Neandertal.
A ciência chegou à conclusão de que o ser humano evoluiu gradativamente a partir de espécies que hoje sabemos
terem se originado na África subequatorial entre 5 e 6 milhões de anos atrás.
Além disso, descobriu-se que o Neandertal não é nosso antepassado, mas sim uma subespécie que surgiu em paralelo
com o Homo sapiens sapiens e que se extinguiu há cerca de
60 mil anos, por motivos desconhecidos. Ambos descendem
de duas espécies de hominídeos ancestrais, que, entre um
milhão a 500 mil anos atrás, começaram a emigrar da África
para outros continentes: o Homo erectus e o Homo habilis.
O Homo sapiens sapiens provavelmente tem apenas 100 mil
anos de existência como espécie independente, um período
extremamente curto em termos geológicos, ou mesmo para
a idade total do gênero Homo. Trata-se de uma espécie que
está há pouquíssimo tempo na superfície deste planeta.
Uma conclusão surpreendente no estudo dos hominídeos é
que, provavelmente, existiram muitas espécies de hominídeos ancestrais que foram extintas sem deixar marcas. A linha
sobrevivente, em determinadas épocas históricas, chegou a
ter um número extremamente reduzido de indivíduos. Um
estudo recente do DNA mitocondrial (que é transmitido apenas através da linha feminina, diferentemente do DNA, que
tem componentes maternos e paternos) mostrou que houve
uma época no passado em que existiam apenas cerca de
40 mil seres humanos em toda a face da Terra. Qualquer
grande desastre natural ou epidemia teria inviabilizado essa
espécie. Esses estudos de biologia molecular também evidenciaram que toda a humanidade descende, provavelmente, de não mais do que seis indivíduos que habitaram o sul
da África, sendo que uma dessas mulheres é responsável por
60% de todos os genomas da humanidade atual, enquanto
que outras cinco são responsáveis pelos 40% restantes.
Inclusive, novos conhecimentos moleculares possibilitaram descobrir também que o DNA atual de seres humanos possui alguns poucos trechos de material genético de
outros hominídeos. Isso evidencia que os hominídeos não
só coexistiam, como cruzaram entre si. Considerando que
o ser humano é uma espécie recente e que são poucos os
trechos compartilhados, as evidências sugerem que não
havia separação total entre as espécies e que ainda era
possível o cruzamento. Além disso, a falta acasalamento não era motivada por diferenças genéticas, mas por
incompatibilidade de comportamento, que impedia uma
aproximação entre as espécies.
Os principais estágios da evolução humana
anos atrás
4 milhões
estágios da evolução
Australopithecus afarensis
3,2 milhões
“Lucy” (Australopithecus afarensis)
2,5 milhões
Australopithecus de várias espécies
2 milhões
Homo habilis
1,6 milhão
Homo erectus
1,4 milhão
Os Australopithecus sofrem extinção.
1 milhão
O Homo erectus se estabelece na Ásia.
400 mil
O Homo erectus se estabelece na Europa.
O Homo sapiens começa a evoluir.
250 mil
Formas arcaicas do Homo sapiens.
O Homo erectus sofre extinção.
125 mil
Homo neandertalensis
100 mil
O Homo sapiens se desenvolve plenamente na Ásia e
na África.
40 mil
O Homo sapiens (Cro-Magnon) se desenvolve.
35 mil
Os Neandertais sofrem extinção.
O Homo sapiens permanece como a única espécie humana sobrevivente.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
formado ou aleijado. No entanto, a descoberta acabou se
consolidando com outros achados em várias partes da Europa e do Oriente Médio, provocando uma enorme polêmica.
Mostrou-se, pela primeira vez, que havia o registro histórico
de um ser muito semelhante ao ser humano, que não mais
existia e poderia ser um ancestral em comum de macacos
atuais e seres humanos. A descoberta deu um grande impulso à aceitação das teorias de Darwin pelos cientistas e incentivou a busca desenfreada por fósseis de hominídeos cada
vez mais antigos, o que veio a acontecer somente no século
XX, inicialmente na África, mas também na Ásia e Oceania.
45
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
A evolução biológica e a antropologia cultural e social caminham juntas para explicar a história do ser humano na
Terra. Por meio de registros fósseis, como o tipo de arcada dentária, é possível estimar qual seria a alimentação daquele
espécime e também qual seria o crânio. A partir dessas informações, é viável recriar o contexto onde possivelmente os
indivíduos estavam inseridos, como os caçadores-coletores, os quais tinham uma distribuição de trabalho e uma divisão
social. Desse modo, é possível reproduzir as interações entre os indivíduos de uma sociedade de 200 mil anos atrás.
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 15
Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de
organização dos sistemas biológicos.
HABILIDADE 16
Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos.
Nesta questão sobre diversidade fenotípica associada ao ambiente ocupado, é fundamental a interpretação correta do modelo apresentado, associando a cor da pelagem com a cor do ambiente. Com isso, será possível entender
como os processos evolutivos estão ocorrendo.
MODELO 1
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
(Enem) Os ratos Peromyscus polionotus encontram-se distribuídos em ampla região na América do Norte. A pelagem de ratos dessa espécie varia do marrom claro até o escuro, sendo que os ratos de uma mesma população têm
coloração muito semelhante. Em geral, a coloração da pelagem também é muito parecida à cor do solo da região
em que se encontram, que também apresenta a mesma variação de cor, distribuída ao longo de um gradiente
sul-norte. Na figura, encontram-se representadas sete diferentes populações de P. polionotus. Cada população é
representada pela pelagem do rato, por uma amostra de solo e por sua posição geográfica no mapa.
46
O mecanismo evolutivo envolvido na associação entre cores de pelagem e de substrato é:
a) A alimentação, pois pigmentos de terra são absorvidos e alteram a cor da pelagem dos roedores.
b) O fluxo gênico entre as diferentes populações, que mantém constante a grande diversidade interpopulacional.
c) A seleção natural, que, nesse caso, poderia ser entendida como a sobrevivência diferenciada de indivíduos com características distintas.
d) A mutação genética, que, em certos ambientes, como os de solo mais escuro, têm maior ocorrência e capacidade de alterar significativamente a cor da pelagem dos animais.
e) A herança de caracteres adquiridos, capacidade de organismos se adaptarem a diferentes ambientes e transmitirem suas características genéticas aos descendentes.
ANÁLISE EXPOSITIVA
Compreender como os mecanismos evolutivos são capazes de produzir padrões encontrados de acordo com
o meio ambiente onde as espécies habitam é primordial para entender a situação proposta. Observa-se nesse
esquema que a coloração dos ratos varia de acordo com o ambiente que ocupam, ou seja, ratos de pelagem
mais escura vivem em ambientes em que o solo é mais escuro. O que ocorre é que provavelmente a pelagem
com cor parecida ao substrato confere uma vantagem adaptativa. Pode-se entender esse processo por meio
da seguinte situação: presumivelmente existiam ratos de todas as cores em todos os ambientes. Aqueles que
tinham coloração diferente do substrato eram predados de maneira mais fácil e, com isso, foram extintos.
Por outro lado, aqueles com pelagem semelhante ao ambiente sobreviviam, pois conseguiam passar despercebidos pelo predador e transmitiam essa cor de pelagem aos descendentes. Esse mecanismo evolutivo é
denominado seleção natural e foi proposto por Charles Darwin.
Alternativa C
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
RESPOSTA
47
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
DIFERENCIAÇÃO
PROGRESSIVA
ESPECIAÇÃO
ISOLAMENTO
REPRODUTIVO
PRÉ-ZIGÓTICO
•
•
•
•
SAZONAL
ECOLÓGICO
MECÂNICO
COMPORTAMENTAL
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
•
FORMAÇÃO DE
NOVAS ESPÉCIES
•
MORTALIDADE
DO ZIGOTO
INVIABILIDADE
OU ESTERILIDADE
DO HÍBRIDO
ALOPÁTRICA
PERIPÁTRICA
PARAPÁTRICA
SIMPÁTRICA
ISOLAMENTO
GEOGRÁFICO
ISOLAMENTO
GEOGRÁFICO,
POPULAÇÃO MENOR
DE UMA MAIOR
SEM ISOLAMENTO
GEOGRÁFICO,
GRANDES ÁREAS
SEM ISOLAMENTO
GEOGRÁFICO,
OCUPAÇÃO DE
NICHOS DISTINTOS
CLADOGRAMA
48
ISOLAMENTO
REPRODUTIVO
PÓS-ZIGÓTICO
BIOLOGIA
CIÊNCIAS DA
NATUREZA
e suas tecnologias
TEORiA
DE AULA
DIVERSIDADE
DA VIDA
INCIDÊNCIA DO TEMA NAS PRINCIPAIS PROVAS
Parasitologia é um tema marcante e engloba doenças causadas por vírus, bactérias e
protozoários. A maioria das questões aborda a forma de contágio e profilaxia, sempre
trazendo doenças do cotidiano.
É uma prova generalista com relação às
características dos seres vivos, que não
aborda grupos específicos, ao contrário,
abrange um vasto número de grupos, sempre comparando-os.
Essa prova possui maior foco em teorias
evolutivas e na taxonomia dos seres vivos.
A zoologia é o terceiro tema mais abordado na Fuvest. Com relação a essa área, as
perguntas são frequentemente comparativas, analisando os grupos de seres vivos.
Assim, é fundamental a compreensão da
estrutura celular de todos os reinos e organismos existentes.
Doenças causadas por vírus (como a dengue), bactérias e protozoários costumam
aparecer nas questões da Unifesp.
Prova essencialmente comparativa e com
questões que misturam diferentes áreas
da Biologia. Há presença de assuntos como
diversidade de seres vivos e comparação
entre os reinos e entre os filos animais.
Zoologia também aparece como ponto de
destaque dentro desta prova. A abordagem
mais usada sempre é a relação entre os organismos, suas semelhanças e diferenças.
Com poucas questões de Biologia, a PUC-Camp cobra conhecimentos acerca da
anatomia comparada dos filos animais e
da classificação dos seres vivos.
Além de protozooses, a Santa Casa cobra
conhecimentos específicos e comparativos
sobre os mais variados seres vivos, de vírus
a vertebrados.
UFMG
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
É uma prova com questões interdisciplinares que cobram conteúdos altamente
específicos. É importante reconhecer características dos seres vivos e saber comparar
os diferentes reinos e filos.
50
Questões com alto nível de especificidade.
Estão presentes conteúdos relacionados a
doenças virais e bacterianas e anatomia
comparada dos diferentes filos animais.
Relações evolutivas, taxonomia e protozooses (doenças causadas por protozoários,
como malária e doença de Chagas) são
temas muito presentes nas provas da Uerj.
Apresenta questões de temas variados e
não muito cobrados em outros vestibulares, como taxonomia dos seres vivos e diversidade do Reino Monera. Também estão
presentes temas como zoologia e anatomia
comparada dos diferentes filos animais.
Com perfil similar à Fuvest e questões bem
específicas, os temas mais frequentes são
doenças virais e bacterianas, comparação
entre os reinos e anatomia comparada dos
filos animais.
Saber ler cladogramas, classificar seres
vivos e diferenciar os principais grupos (reinos e filos) são competências fundamentais
para ter sucesso nessa prova.
1.2. Complexidade e organização
TAXONOMIA
E REINOS
CN
AULAS
1E2
Os seres vivos são complexos e apresentam organização
própria. Mesmo os organismos unicelulares apresentam
extrema complexidade, tanto na estrutura quanto no
funcionamento da célula. O corpo humano, exemplo de
organismo pluricelular, apresenta 200 tipos de células,
que se organizam em quatro tipos básicos de conjuntos,
chamados de tecidos epitelial, conjuntivo, muscular e nervoso. Os grupos desses tecidos se reúnem
formando órgãos, como pele, estômago e coração.
Por sua vez, atuando em conjunto, os órgãos passam a
constituir um sistema, como é o caso do digestório ou
do circulatório.
Mitocôndria
Vacúolo
COMPETÊNCIA(s)
HABILIDADE(s)
4
Membrana celular
Citosol
16
Ribossomos
Centríolos
1. Os seres vivos
Núcleo
Lisossoma
Nucléolo
1.1. Estrutura celular
Todos os seres vivos são formados por unidades estruturais
e funcionais chamadas de células. A célula é a menor porção capaz de apresentar as propriedades de um ser vivo:
nascer, crescer, reproduzir e morrer. Os seres vivos podem
ter o corpo constituído por apenas uma célula, os unicelulares, como as bactérias, ou por mais de uma célula, os
pluricelulares, como os animais.
Membrana nuclear
Complexo
golgiense
Grânulos
secretores
A complexa estrutura celular.
1.3. Metabolismo
Metabolismo é todo e qualquer processo que ocorre dentro do organismo. A maioria deles envolve energia.
A manutenção da vida ocorre por meio das atividades
celulares, as quais são realizadas à custa de energia
proveniente de alimentos. O conjunto dessas atividades
é chamado de metabolismo. Nelas, estão envolvidos
diferente processos responsáveis pelo crescimento, manutenção e reparo das células e, consequentemente, de
todo o organismo.
Parede Celular
Celular
ParedeParede
celular
Membrana
celular
Membrana
Membrana
celular
celular
Ribossomos
Ribossomos
Ribossomos
Plasmídeo
Plasmídeo
Plasmídeo
DNA
DNA
DNA
Grânulo
Grânulo
Grânulo
Flagelo
Flagelo
Flagelo
Célula bacteriana.
Célula bacteriana.
Os principais processos metabólicos são: anabolismo e catabolismo. O termo anabolismo compreende os processos químicos sintéticos, nos quais
substâncias mais simples são combinadas para formar
outras mais complexas, resultando em armazenamento de energia, formação de novas estruturas celulares
e crescimento. O catabolismo se refere a processos
nos quais as substâncias complexas são quebradas,
originando substâncias mais simples e ocasionando
liberação de energia.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Os seres vivos, objeto de estudo da Biologia, podem ser
caracterizados por:
§ estrutura celular;
§ reprodução;
§ complexidade e organização;
§ material genético;
§ metabolismo;
§ adaptação;
§ reatividade;
§ evolução.
51
Catabolismo
Anabolismo
GENITORA A
GENITOR
GENITORA B
PRODUZ
GAMETAS
PRODUZ
GAMETAS
GAMETAS
GAMETAS
FUSÃO
As atividades metabólicas.
ZIGOTO
1.4. Reatividade
reprodução sexuada
A reatividade é a capacidade que os seres vivos possuem
de reagir aos estímulos do meio ambiente. Os estímulos
podem ser definidos como qualquer alteração física ou química do ambiente capaz de desencadear uma reação num
organismo. São exemplos a capacidade olfativa de um cão
e o movimento de um girassol em relação à posição do Sol.
1.5. Reprodução
1.6. Material genético
Cada célula possui uma região nuclear onde há uma ou
mais moléculas de ácido desoxirribonucleio, o DNA. Nessa
molécula, estão contidos os genes que controlam todas as
atividades celulares. Passando de pais para filhos, os genes
carregam as características específicas de cada organismo.
Todo ser vivo é capaz de se reproduzir, ou seja, gerar organismos semelhantes. A reprodução pode ser assexuada ou sexuada. A divisão de uma bactéria em duas células-filhas, exatamente iguais à célula-mãe que as gerou,
é o exemplo mais comum de reprodução assexuada. A
reprodução sexuada, por sua vez, ocorre através da fusão
de duas células especializadas denominadas gametas,
que formam o zigoto ou célula-ovo. Por meio de sucessivas divisões, o zigoto origina um novo organismo.
ORGANISMO
GENITOR
DNA: macromolécula constituída
por uma dupla hélice.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
1.7. Adaptação
52
Adaptação é qualquer modificação de estrutura, função ou
comportamento que permite a um organismo explorar de
maneira mais eficiente o meio em que vive. Por meio da
adaptação, o ser vivo amplia as possibilidades de sobrevivência e reprodução.
DIVISÃO
CELULAR
1.8. Evolução
ORGANISMO
FILHO A
ORGANISMO
FILHO B
reprodução assexuada
A expressão do material genético, ou seja, dos genes, é
responsável pelas características de um organismo. Qualquer mutação do material genético que provoque o aparecimento de uma nova característica é conhecida como
variação. É por meio das variações que opera o processo
chamado de evolução, cuja definição é a transformação de
uma população de organizamos no decorrer do tempo.
diversidade devido à extinção de espécies, outras duas circuntâncias estão colaborando para atribuir urgência a esse tema: o
crescimento desenfreado das populações humanas, que consomem os recursos naturais de forma acelerada, e as descobertas
da ciência acerca das potencialidades da diversidade biológica
para os seres humanos e para o meio ambiente.
2.1. Quantificar a biodiversidade:
riqueza de espécies
2. Biodiversidade: diversidade
de espécies e de ecossistemas
Biodiversidade é o conceito que designa a diversidade biológica existente entre os seres vivos de espécies diferentes,
entre seres da mesma espécie, assim como também engloba a diversificação de habitats e ambientes.
O conceito ganhou destaque a partir da década de 1980,
a partir da discussão sobre o risco de extinção de espécies
e dos impactos ambientais gerados pelas populações humanas que comprometiam a sobrevivência das gerações
futuras e a disponibilidade de recursos para elas. Hoje, sabemos que a biodiversidade é essencial para manutenção
dos ecossistemas.
Em locais com grande biodiversidade, há maior possibilidade de existir organismos resistentes a mudanças ambientais, de forma que populações com baixa diversidade ficam
mais vulneráveis a patógenos e ao ambiente.
Existem, aproximadamente, 2 milhões de espécies conhecidas e 15 mil espécies são descritas pelos cientistas por ano.
Ainda assim, estima-se que existam entre 5 e 30 milhões
de espécies no planeta, com a maioria das espécies concentrada nos trópicos.
Segundo a União Internacional para a Conservação da Natureza (UICN), mais de 25% desse total correm sério risco
de extinção até 2050. Os principais fatores para extinção
de espécies é o desaparecimento de seus habitats, devido
ao desmatamento, ao avanço das cidades e à degradação
ambiental, como a poluição das águas e do ar.
É preciso que a diversidade biológica seja reconhecida
enquanto um recurso global para que possa ser registrada,
usada e, acima de tudo, preservada. Além das perdas de bio-
Além da riqueza de espécies, os seres vivos são diferentes
entre si, mesmo aqueles que pertecem a mesma espécie. Exceto por casos de partenogênese ou de gêmeos idênticos,
virtualmente não há dois membros da mesma espécie geneticamente idênticos.
Isso faz com que cada espécie seja um repositório de uma
imensa quantidade de informação genética. O número de
genes é de aproximadamente 4×103 nas bactérias, 4×104
em alguns fungos e de 4×105 ou mais em plantas com
flores e alguns animais.
A quantidade de informação genética em um organismo
e o número de espécies constituem apenas uma parte da
diversidade biológica sobre a Terra.
ESPÉCIES CONHECIDAS E ESTIMADAS
formas de vida
espécies
conhecidas
espécies totais
estimadas
insetos e artrópodos
874.161
30 milhões
arbustos e árvores
248.400
de 275 mil a mais
de 400 mil
invertebrados
116.873
Podem chegar a
poucos milhões
ervas e arbustos
73.900
Não disponível
microrganismos
36.900
Não disponível
peixes
19.056
21 mil
aves
9.040
98% já
conhecidas
répteis e anfíbios
8.962
95% já conhecidas
mamíferos
4.000
95% já conhecidas
total
1.439.992
Excede a
30 milhões
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Esquema simplificado da evolução dos organismos
Quantificar a biodiversidade é uma tarefa difícil. Existem
habitats que se mantêm pouquissímo explorados, como recifes de coral e solos do fundo do mar, e outros que foram
devastados antes de serem estudados, o que impossibilita
que a riqueza de espécies da Terra, ou seja, o verdadeiro
número de espécies seja conhecido.
53
2.2. Florestas tropicais:
centros de biodiversidade
Mesmo com as ações antrópicas intensificadas principalmente após o século XX, as florestas tropicais ainda possuem maior diversidade quando comparadas com as regiões
subtropicais ou temperadas.
Isso se deve a algumas características como a extensão territorial dessas florestas e por receberem mais energia advinda
do Sol, o que permite maior produtividade primária.
Vegetação do Parque Nacional da Serra do Pardo, na
Floresta Amazônica brasileira
O Brasil possui 30% das florestas tropicais existes no mundo e os exemplos brasileiros são a Floresta Amazônica, a
Mata Atlântica e as matas ciliares (de beira de rios).
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Os solos desses biomais são, em geral, pobres. A rápida
ciclagem de matéria orgânica e a manutenção dos nutrientes na biomassa são os principais responsáveis por
sua exuberância. Esse solo é rico em microrganismos que
aceleram a decomposição da matéria vegetal – uma folha
pode ser decomposta em seis semanas, enquanto numa
floresta temperada levaria um ano para degradar-se.
54
Retirada a camada vegetal da floresta, a lixiviação e a erosão transformam e degradam a paisagem. Após isso, a recuperação é lenta e incapaz de recriar o mesmo ambiente
devido à perda da serrapilheira, camada de nutrientes em
decomposição sob o solo, e do banco de sementes, reservatório de sementes capazes de substituir as plantas adultas e dispersas pelas mesmas.
As florestas tropicais também são importantes para manter a estabilidade do clima ao compor o ciclo da água por
meio da Evapotranspiração.
2.3. O que fazer e por quê?
A diversidade biológica mais ameaçada é também a menos pesquisada. Além disso, não há nenhuma perspectiva
de que a tarefa científica seja completada antes de que
uma grande parte das espécies desapareça. É provável que,
no mundo, não mais do que 1.500 profissionais sistematas
sejam competentes para lidar com milhões de espécies encontradas nas florestas tropicais úmidas.
Ademais, esse número pode estar em queda devido à diminuição das oportunidades profissionais, à restrição de fundos
para pesquisa e à priorização de outras disciplinas. De 1979 a
1983, o declínio foi acompanhado pela diminuição em mais
de 50% do número de publicações em ecologia tropical. O
problema da conservação tropical é, desse modo, potencializado pela falta de conhecimento e pela escassez de pesquisa.
Caso não ocorra um esforço no sentido de defesa e compreensão da biodiversidade, a compreensão desses aspectos importantes da vida ficará cada vez mais distante. Com efeito, devido
à aceleração da extinção das espécies, talvez a possibilidade
desse conhecimento escape da humanidade para sempre.
É fato que o conhecimento da diversidade biológica significará pouco para a vastidão da humanidade, a não ser que
existam motivações para utilizá-lo.
O ser humano não depende completamente nem mesmo
de 1% das espécies vivas para sobreviver, e o restante permanece esquecido, sem ser testado. No curso da história, de
acordo com estimativas feitas, as pessoas se utilizaram de
7.000 tipos de plantas na alimentação, predominantemente
trigo, centeio, milho e cerca de uma dúzia de outras espécies
altamente domesticadas. Não obstante, existem pelo menos
cerca de 75 mil plantas comestíveis, e muitas delas são superiores, em termos nutricionais, a plantas que estão sendo
largamente utilizadas. Outras podem ser substitutas do petróleo e são fontes potenciais de novos remédios e de fibras.
Além disso, entre os insetos existem muitas espécies que
são potencialmente superiores como polinizadoras de plantas, agentes controladores de ervas-daninhas e parasitas e
predadoras de pestes de insetos, ou seja, podem ser usadas
como controles biológicos. As bactérias, leveduras e outros microrganismos vão continuar a produzir novos remédios, alimentos e procedimentos de restauração do solo.
Na realidade, a questão se resume a uma decisão ética:
De que maneira os seres humanos valorizam os mundos
naturais nos quais se desenvolveram e de que maneira entendem seu status como indivíduos?
Vegetação da mata Atlântica. Disponível em: <www.mudasnativas.org>.
Acesso em: 22 dez. 2015.
Os humanos são fundamentalmente mamíferos e espíritos
livres que alcançaram esse alto nível de racionalidade pela
criação perpétua de novas opções. A filosofia natural e a
ciência trouxeram alívio para o que poderia ser o paradoxo
essencial da existência humana.
Reflita...
Quais seres vivos estão relacionados a sua vida?
De que maneira você interfere no ambiente deles?
Que sentimentos eles despertam em você?
Você acha que a diversidade de espécies é maior
agora, no seu ambiente, ou era maior no ambiente antes de ele ser ocupado pelo homem?
2.4. Classificando e ordenando
a biodiversidade
A biodiversidade é estudada há muito tempo. Desenhos
encontrados em cavernas indicam o provável interesse dos
homens em registrar e reconhecer os seres vivos. O avanço
da ciência levou a uma investigação mais sistemática dos
seres vivos atuais, tanto externa quanto internamente, e dos
já extintos, através de fósseis, o que permitiu classificá-los e
compará-los.
Durante os séculos XIX e XX, os estudos de arqueologia e
dos fósseis adquiriram maior importância, e as evidências
decorrentes permitiram afirmar que os seres vivos de hoje
derivam de outros que existiram há milhares de anos.
Na Biologia, já foram utilizados diversos critérios na classificação dos organismos. Aristóteles, no século IV a.C., classificou os animais em aéreos, terrestres e aquáticos. Santo
Agostinho classificou os animais em úteis, nocivos e indiferentes ao homem. No entanto, com o passar do tempo, esses
critérios se mostraram inadequados.
Em meados do século XVIII, o naturalista sueco Carl von
Linnée, ou Lineu, classificou os organismos segundo a estrutura e anatomia dos seres vivos. Esse sistema de classificação é utilizado até hoje e é denominado taxonomia.
Classificar é separar em grupos de acordo com suas
semelhanças e diferenças e, no caso da biologia, de
acordo com seu grau de parentesco.
Desde os tempos mais remotos até nossos dias, a classificação das “coisas”, animais e vegetais ajudou a humanidade
a compreender o seu ambiente. Além disso, é fundamental
no desenvolvimento de nossa capacidade intelectual, já que
a finalidade de organizar as ideias e sistematizar os hábitos é
nortear a produção de conhecimentos.
Reflita...
Comparando um golfinho, um tubarão e o homem,
você diria que o grau de parentesco é maior entre:
§ golfinho e tubarão;
§ golfinho e homem; ou
§ tubarão e homem?
Que critério utilizou?
3. Taxonomia e Filogenia
Cada uma das categorias usadas na classificação dos seres
vivos é denominada táxon. Dessa forma, o ramo da Biologia que se ocupa da classificação e nomenclatura é chamado
taxonomia. A categoria básica na classificação é a espécie.
De acordo com o conceito biológico de espécie, dois organismos pertencem a mesma espécie quando, em condições
naturais, podem cruzar e gerar descendentes férteis. Espécies
que apresentam características em comum são agrupadas
em um gênero. Os gêneros são agrupados em famílias; as
famílias, em ordens; as ordens, em classes; as classes, em filos ou divisões (para vegetais); os filos, em reinos; e os reinos
estão ainda agrupados em domínios. Assim, cada uma das
categorias é um conjunto composto de vários subconjuntos.
O sistema de Lineu não considerava a ideia de parentesco
entre os seres, pois ele acreditava que todos os seres haviam
surgido no momento da criação divina. O sistema de Lineu
consiste em um catálogo metódico de plantas e animais,
reunindo-os em grupos maiores e grupos subordinados.
Atualmente, a ciência demonstra que todos os seres descendem de um mesmo ancestral e que um maior grau de
semelhança reflete um parentesco mais próximo. Essas
semelhanças podem ser estruturais, etológicas (comportamentais), ecológicas, citológicas ou bioquímicas.
A priori, nenhum desses tipos de semelhanças é mais importante que os demais. Contudo, as semelhanças compartilhadas podem possuir significados diferentes, considerando-se a
história evolutiva. Além disso, algumas semelhanças podem
ser um indicativo enganoso de parentesco, uma vez que podem ter surgido separadamente em cada grupo. Por exemplo,
retomando a comparação entre tubarão, golfinho e homem.
Quais organismos você colocaria no mesmo grupo se fosse
organizá-los baseando-se somente na aparência deles?
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A vontade da expansão perpétua ou de liberdade pessoal
é básica ao espírito humano. Para sustentá-la, é preciso a
mais delicada e conhecedora administração do mundo vivo
que se possa planejar. A princípio, expansão e administração podem parecer objetivos conflitantes, mas, na realidade, o que acontece é o oposto.
55
3.1. A nomenclatura binomial
Agora, observe a classificação de cada um deles:
tubarão
golfinho
homem
Reino
Animal
Animal
Animal
Filo
Cordado
Cordado
Cordado
Classe
Condríctie
Mamífero
Mamífero
Ordem
Elasmobrânquio
Cetáceo
Primata
Família
Carcarrinídeo
Delfinídeo
Hominídeo
Gênero
Negaprion
Delphinus
Homo
Espécie Negaprion brevirostris Delphinus delphis Homo sapiens
O homem e o golfinho pertencem à classe dos mamíferos, portanto apresentam semelhanças mais relevantes do
ponto de vista evolutivo do que as semelhanças observadas entre o golfinho e o tubarão.
Indivíduos da mesma espécie são mais aparentados que indivíduos do mesmo gênero, indivíduos do mesmo gênero são
mais aparentados que indivíduos da mesma família, e assim
por diante. Ser mais aparentado significa ter compartilhado um
ancestral em comum mais próximo. Por exemplo, você e seu
irmão têm ancestrais comuns mais próximos (seus pais) do que
você e seu primo, cujos ancestrais comuns são os seus avós.
Definir quais características são relevantes é uma tarefa complexa e faz com que as classificações sejam constantemente revisadas a partir das novas descobertas científicas. Atualmente,
técnicas modernas permitem comparar a composição química
das proteínas e dos genes que compõem os seres vivos, elucidando algumas relações de parentesco.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Em 1866, Herns Haeckel estabeleceu um novo campo de
estudo para designar as relações de origem e parentesco entre os seres, a filogenia. Isso foi possível a partir do
estudo que realizou nos escritos de Charles Darwin sobre
evolução, o qual criou a primeira representação gráfica para
esses parentescos e que permitiu a Haeckel criar o conceito
de árvore filogenética.
56
A ideia de atribuir uma nomenclatura para cada organismo
também foi de Lineu. Essa nomenclatura é composta por
dois nomes: o primeiro indica o gênero, e o segundo, a
espécie. Por exemplo: Canis lupus (lobo), na qual canis é
o epíteto genérico (gênero), e lupus é o epíteto específico. Dessa forma, várias espécies podem ter o primeiro
nome igual, mas o segundo nome será diferente. A nomenclatura foi criada para que houvesse uma padronização internacional dos nomes, facilitando o trabalho de cientistas.
A onça-parda, por exemplo, tem ampla distribuição geográfica, sendo conhecida por diversos nomes: puma, leão-da-montanha, cougar, pantera-americana, catamount,
panter. No entanto, todos os cientistas reconhecem-na
pelo nome de Felis concolor.
Para que a nomenclatura seja padronizada, certas regras
devem ser seguidas:
§ os nomes devem estar em latim;
§ o primeiro nome deve ser escrito com inicial maiúscula,
e o segundo, com inicial minúscula; e
§ nomes devem ser sempre destacados do texto (em negrito, itálico ou sublinhado).
3.2. Os três domínios
A partir da análise de sequências de RNA ribossômico, atualmente dividimos o mundo vivo em três grandes grupos,
conhecidos por domínios: Bacteria, Archea e Eukarya.
O domínio Bacteria é formado pelas chamadas “bactérias
verdadeiras”, seres procariontes cuja parede celular apresenta peptídeoglicanos como componente principal. Archaea é
um domínio de bactérias, também procariontes e com parede celular de composição variada, sem peptideoglicano.
Estas possuem a característica de viver em ambientes inóspitos, com grandes salinidades, altas temperaturas, ácidos, etc.
Procariontes são os seres que apresentam protocélulas, ou seja, células com material genético disperso
no hialoplasma, pois não apresentam núcleo diferenciado e nem organelas membranosas.
O domínio Eukarya inclui todos os demais seres vivos, isto é,
protistas (protoctistas), fungos, vegetais e animais.
Eucariontes são os seres que apresentam eucélulas,
ou seja, células com sistemas internos membranosos;
portanto, têm núcleo típico, uma vez que o material
genético é envolto por membrana – carioteca – cujo
hialoplasma abriga organelas membranosas.
Árvore da vida de Darwin
Alguns autores reúnem eubactéria e arqueobactéria em
um único reino denominado Monera. O esquema abaixo
representa uma possível origem evolutiva dos seres vivos a
partir de um ancestral comum.
3.3. Os Reinos
Por muito tempo, admitiu-se a existência de apenas dois
reinos: o animal e o vegetal, englobando apenas organismos pluricelulares. Os animais eram aqueles que se deslocavam, alimentavam-se e respiravam; enquanto os vegetais eram verdes, sésseis e realizavam fotossíntese.
Contudo, foram identificados alguns organismos com características muito distintas e foi criado o Reino dos Protistas, no qual incluem-se algas microscópicas, fungos e
diversos seres unicelulares.
Existem seres que não se encaixam em nenhum dos reinos existentes – os vírus –, pois apresentam características
únicas: eles não formam células (são formados de material
genético envolvido por uma cápsula proteica) e só se reproduzem dentro de células hospedeiras. Existem cerca de mil
grupos de vírus identificados e só é possível vê-los através
de microscópio eletrônico, que pode ampliar a imagem até
cerca de 100 mil vezes.
Reino
características
representantes
Vírus
parasitas
intracelulares obrigatórios
HIV, ebola, influenza
Monera
procariontes,
autótrofos ou heterótrofos
bactérias e cianobactérias
Fungi
eucariontes,
unicelulares ou
pluricelulares, heterótrofos
bolores, cogumelos, leveduras,
orelhas-de-pau
Protoctista
eucariontes,
unicelulares ou
pluricelulares,
autótrofos ou heterótrofos
algas e protozoários
Plantae
eucariontes,
pluricelulares, autótrofos
plantas
Animalia
eucariontes,
pluricelulares, heterótrofos
animais
Nomenclatura popular
Assim, observando-se águas de poças, lagos e mares, foi
descoberto um universo microscópico: amebas, paramécios,
bactérias, fungos e euglenas eram considerados protistas.
Percebendo as diferenças das células procariotas das bactérias e cianobactérias, criou-se o Reino dos Moneras.
Nomear os seres vivos que compõem a biodiversidade
trata-se de uma etapa do trabalho de classificação. Muitos seres são “batizados” pela população com nomes
denominados pela comunidade científica como populares ou vulgares. Esses nomes podem designar um
conjunto muito amplo de organismos, incluindo, algumas vezes, até grupos não aparentados.
Em meados do século XX, com a justificativa de que os fungos apresentam características de vegetais e de animais,
foi criado o Reino dos Fungos.
Também pode acontecer de animais de uma mesma
espécie receberem vários nomes, como ocorre com a
onça-pintada, cujo nome científico é Panthera onca.
Apesar de existirem outras divisões atualmente, os organismos podem ser agrupados em cinco reinos:
A planta Manihot esculenta, cuja raiz é muito apreciada como alimento, dependendo da região do Brasil, é
conhecida por aipim, macaxeira ou mandioca.
§ Reino dos Moneras, que inclui bactérias e cianobactérias, com aproximadamente 5 mil espécies descritas.
§ Reino dos Protoctistas, que inclui protozoários e algas, com aproximadamente 58 mil espécies descritas.
§ Reino dos Fungos, que inclui fungos e líquens, com
aproximadamente 47 mil espécies descritas.
§ Reino dos Vegetais, que inclui as plantas, com aproximadamente 250 mil espécies descritas.
§ Reino dos Animais, que inclui os animais invertebrados (com cerca de 992 mil espécies descritas, sendo que, dessas, cerca de 880 mil são artrópodes) e
vertebrados (cerca de 44 mil espécies descritas).
Dessa forma, percebemos que a nomenclatura popular
pode variar bastante, mesmo num país como o Brasil,
em que a população, de modo geral, fala o mesmo idioma oficial. A situação é ainda mais complexa quando
se considera o mundo inteiro, com diversos idiomas.
Assim, entendemos a necessidade da adoção de uma
nomenclatura padrão internacional, para facilitar a
comunicação de diversos profissionais, como médicos,
zoólogos, botânicos e todos aqueles que estudam os
seres vivos.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Esses organismos ainda assim apresentam diferenças entre
si: as células vegetais apresentam parede celular, cloroplastos e grandes vacúolos, enquanto estas estruturas estão ausentes nas células animais.
57
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Para que a linguagem científica se tornasse universal, criou-se um método para nomear as espécies. Baseado nos princípios da linguagem e da escrita, foi escolhida uma língua morta, o latim, ou seja, uma língua que não possui mais falantes
nativos. Línguas vivas estão sujeitas a constantes transformações em suas estruturas gramaticais, o que acarretaria em
alterações dos nomes científicos. O latim é uma velha língua indo-europeia do ramo itálico, originalmente falada no
Lácio, região próxima à cidade de Roma. Foi largamente difundida, principalmente na Europa Ocidental, como a língua
oficial da República Romana, do Império Romano e, posteriormente, da Igreja Católica Romana.
VIVENCIANDO
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A taxonomia auxilia os cientistas na classificação das espécies, pois utiliza uma nomenclatura universal. Uma espécie
possui o mesmo nome em qualquer lugar do mundo. Dessa forma, uma espécie não pode ser classificada mais de
uma vez. Quando um pesquisador no Brasil lê um artigo de um laboratório da Inglaterra e deseja replicar os experimentos, ele precisa saber, para obter as mesmas condições experimentais, qual espécie de animal ou vegetal foi
usada. Nesse contexto, a classificação dos seres vivos é extremamente importante.
58
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 16
Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos.
Neste exercício, a habilidade exigida é o conhecimento de duas diferentes classificações taxonômicas dos seres vivos.
Com isso, é fundamental conhecer o sistema de classificação de Lineu e o sistema filogenético para responder à questão.
MODELO 1
(Enem) A classificação biológica proposta por Whittaker permite distinguir cinco grandes linhas evolutivas utilizando, como critérios de classificação, a organização celular e o modo de nutrição. Woese e seus colaboradores,
com base na comparação das sequências que codificam o RNA ribossômico dos seres vivos, estabeleceram
relações de ancestralidade entre os grupos e concluíram que os procariontes do reino Monera não eram um
grupo coeso do ponto de vista evolutivo.
Whittaker (1969) Cinco reinos
Woese (1990)Três domínios
Archaea
Monera
Eubacteria
Protista
Fungi
Eukarya
Plantae
Animalia
As diferenças básicas nas classificações citadas é que a mais recente se baseia fundamentalmente em:
a) Tipos de células.
b) Aspectos ecológicos.
c) Relações filogenéticas.
d) Propriedades fisiológicas.
e) Características morfológicas.
Entender que os seres vivos podem ser classificados de acordo com aspectos morfológicos, fisiológicos e evolutivos
é de grande importância para o início do entendimento da diversidade biológica. Saber que existem seres vivos com
características semelhantes e saber agrupá-los é essencial para o início dos estudos de seres vivos. Do ponto de vista
evolutivo, a classificação filogenética é aquela que leva em consideração a ancestralidade entre os grupos de seres
vivos, demonstrando quais são os táxons que são mais proximamente relacionados entre si. A classificação proposta por Woese leva em consideração aspectos filogenéticos, representando assim uma classificação mais coesa. O
cladograma abaixo demonstra a representação filogenética desses grupos.
Bacteria
RESPOSTA
Alternativa C
Archaea
Eukarya
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ANÁLISE EXPOSITIVA
59
DIAGRAMA DE IDEIAS
TAXONOMIA E REINOS
CLASSIFICAÇÃO, ORDENAÇÃO E NOMENCLATURA DOS SERES VIVOS (BIODIVERSIDADE)
•
•
•
•
•
•
•
•
SISTEMA NATURAL
DE LINEU
ORGANIZAÇÃO HIERÁRQUICA
ESTRUTURA CELULAR
REPRODUÇÃO
COMPLEXIDADE E
ORGANIZAÇÃO
MATERIAL GENÉTICO
METABOLISMO
ADAPTAÇÃO
REATIVIDADE
EVOLUÇÃO
FILOGENÉTICA
HERNS HAECKEL
PARENTESCO E
ANCESTRALIDADE
•
•
•
•
•
•
•
3 DOMÍNIOS
•
•
•
REINO
FILO (DIVISÃO)
CLASSE
ORDEM
FAMÍLIA
GÊNERO
ESPÉCIE
5 REINOS
BACTÉRIA
ARCHAEA
EUKARYA
•
•
•
•
•
MONERA
PROTOCTISTA
FUNGI
PLANTAE (METAPHYTA)
ANIMALIA (METAZOA)
NOMENCLATURA BINOMIAL PARA ESPÉCIES
LATIM
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
EPÍTETO GENÉRICO
60
HOMO SAPIENS
EM DESTAQUE (ITÁLICO OU NEGRITO)
EPÍTETO ESPECÍFICO
Capsídeo: Proteínas virais específicas
Envelope: Membrana bimolecular
de lipídeos e proteínas
específicas do vírus
VÍRUS
DNA viral
H (Hemaglutina)
N (Neuraminidase)
Vírus da Influenza a
(Vírus envelopado)
CN
COMPETÊNCIA(s)
4
AULAS
3E4
HABILIDADE(s)
16
1. Introdução
Os vírus estão no limite entre um ser vivo e a matéria bruta.
Eles não possuem célula, a unidade básica de vida, mas conseguem se multiplicar quando infectam outra célula, algo que
uma matéria sem vida não é capaz de fazer. Por isso são alvo
de discussão, sendo que alguns autores os consideram seres
vivos, e outros, não.
O vírus é uma partícula basicamente proteica
que pode infectar organismos vivos
Os vírus que mais se diferenciam dessa estrutura são os
bacteriófagos, que infectam bactérias. Eles são formados
por uma cápsula proteica bastante complexa, que apresenta uma região denominada cabeça, com formato poligonal, envolvendo uma molécula de DNA, e uma região denominada cauda, com formato cilíndrico, contendo fibras
proteicas em sua extremidade livre.
Cabeça
Colar
Fibra da cauda
2. A estrutura do vírus
O capsídeo, juntamente com o ácido nucleico que ele envolve, é denominado nucleocapsídeo. Alguns vírus são
formados apenas por essa estrutura e são chamados de
não envelopados, enquanto outros possuem um envoltório
ou envelope externo ao nucleocapsídeo e são denominados vírus encapsulados ou envelopados.
Proteínas
virais específicas
DNA viral
Capsídeo: Proteínas
virais específicas
Adenovírus
(Vírus não envelopado)
Placa basal
Esquema de um Bacteriófago.
O envelope é formado por duas camadas de lipídios,
derivadas da membrana plasmática da célula hospedeira,
e por moléculas de proteínas virais, específicas para cada
tipo de vírus, imersas nas camadas de lipídios.
Além dos tipos já citados, os vírus podem ser classificados
de outras formas, como pelas enzimas que apresentam
− como os retrovírus, ribovírus que apresentam a enzima
transcriptase reversa − ou pela sua transmissão − como os
arbovírus, transmitidos por artrópodes.
3. Reprodução
Quando estão no interior das células, os vírus apresentam
algumas propriedades dos seres vivos. Fora delas, não apresentam essas propriedades e permanecem inertes, capazes
até de cristalizar-se, como alguns minerais. Por isso, são
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Os vírus medem entre 0,03 µm e 0,3 µm (cerca de dez a cem
vezes menor do que as bactérias) e são formados por uma
cápsula proteica, o capsídeo, com diversas subunidades, os
capsômeros. Apresentam material genético que pode ser
constituído por DNA nos chamados desoxirribovírus, por RNA
nos ribovírus ou por ambos no caso dos citomegalovírus.
61
considerados parasitas intracelulares obrigatórios,
o que significa que se reproduzem apenas pela invasão e
possessão do controle da maquinaria de autorreprodução
celular. O termo vírus refere-se, geralmente, às partículas
que infectam eucariontes, enquanto o termo bacteriófago, ou fago, descreve aqueles que infectam procariontes.
Há ainda aqueles que infectam apenas fungos, denominados micófagos.
Os vírus carregam uma pequena quantidade de ácido nucleico (seja DNA, RNA ou os dois), sempre envolto pelo capsídeo.
As proteínas que compõem o capsídeo são específicas para
cada tipo de vírus. São as moléculas de proteínas virais que
determinam qual tipo de célula o vírus pode infectar.
Os vírus apresentam proteínas externas com encaixes específicos para as proteínas da superfície da célula que pode
ser sua hospedeira. Após o encaixe entre ambas, a entrada
na célula pode ocorrer por meio de:
- fusão entre o envoltório viral e a membrana plasmática,
seguida da liberação do material genético no interior da
célula, como ocorre com o HIV;
- injeção do material genético viral na célula, deixando a
cápsula do lado de fora, como os bacteriófagos;
- endocitose, como o Influenza.
Após invadir a célula, os bacteriófagos, que são vírus de
estrutura complexa, apresentam dois ciclos reprodutivos: o
ciclo lítico e o lisogênico.
DNA
O bacteriófago
injeta DNA na
bactéria
No ciclo lítico, o vírus invade a bactéria, que tem suas
funções normais interrompidas devido à presença do ácido nucleico do vírus (DNA ou RNA). Ao mesmo tempo
em que o vírus é replicado, ele comanda a síntese das
proteínas que irão compor o capsídeo. Os capsídeos organizam-se e envolvem as moléculas de ácido nucleico,
produzindo, então, novos vírus. Ocorre, assim, a lise, ou
seja, a célula infectada se rompe e os novos bacteriófagos são liberados. Os vírus que se reproduzem dessa
maneira em organismos multicelulares causam sintomas
que aparecem imediatamente.
No ciclo lisogênico, ao invadir a célula hospedeira, o
vírus incorpora seu próprio DNA ao da célula infectada,
fazendo com que o DNA viral se torne parte do DNA da
célula invadida. Uma vez infectada, a célula continua com
suas funções normais, como reprodução e ciclo celular. Ao
realizar a divisão celular, o DNA da célula sofre duplicação, juntamente com o DNA do vírus que foi incorporado.
Em seguida, os materiais genéticos são divididos igualmente entre as células-filhas. Assim, uma vez infectada,
uma célula começará a transmitir o vírus sempre que se
multiplicar, e todas as novas células também estarão infectadas. Os sintomas causados por um vírus de ciclo lisogênico demoram para aparecer em um organismo multicelular, e suas causas tendem a ser incuráveis. É o caso
da AIDS (Síndrome da Imunodeficiência Adquirida – em
português: SIDA) e da herpes.
As vezes, um profago se solta
do cromossomo bacteriano,
iniciando um ciclo lítico
Cromossomo
bacteriano
A bactéria se rompe
(lise), liberando
novos vírus
DNA viral
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Ciclo Lítico
62
Ciclo Lisogênico
OU
O DNA viral se duplica. Há produção de
proteínas virais, que, reunidas ao DNA,
constituem novos bacteriófagos
Prófago
A bactéria se reproduz,
copiando o profago e
transmitindo às descendentes
O DNA do bacteriófago liga- se ao
cromossomo bacteriano (profago)
Uma bactéria lisogênica pode transformar-se em não lisogênica e iniciar o ciclo lítico sob determinadas condições naturais
e artificiais, como radiações ultravioleta, raios-X ou determinados agentes químicos.
VIVENCIANDO
Atualmente, uma aplicação importante dos vírus ocorre na área de biotecnologia. O bacteriófago é um tipo específico de vírus que infecta bactérias, utilizando-as como vetor para a transmissão de material genético para uma célula.
Esse processo está envolvido na produção de insulina in vitro por bactérias.
4. Processos de
manifestação viral
Os processos variam de acordo com o ácido nucleico (RNA
ou DNA):
§ Quando o material genético for DNA.
meio de agentes, como verme, fungo ou insetos – no momento em que eles se alimentam e vão de planta em planta
–, ou através do pólen e das sementes contendo o vírus.
Outro mecanismo é a difusão mecânica, na qual o vírus
cristalizado se instala nos vegetais devido à manipulação
realizada pelo homem. O vírus do mosaico do tabaco, por
exemplo, é transmitido por difusão mecânica.
O DNA viral passa por uma transcrição, sintetizando várias
moléculas de RNA traduzidas em uma proteína. É o caso
dos vírus da varíola, da hepatite e da herpes.
§ Quando o material genético for o RNA.
A ação viral pode ocorrer de duas maneiras, dependendo
do vírus.
Na segunda, o RNA é convertido em DNA por meio de uma
enzima denominada transcriptase reversa. A partir desse
ácido nucleico, incorporado ao material genético da célula
parasitada, são produzidos vários RNA traduzidos em proteínas que atuam no controle metabólico do hospedeiro,
como o vírus da AIDS.
5. Viroses
5.1. Vírus de plantas
Os vírus, em grande parte compostos de RNA e não envelopados, provocam a maioria das doenças vegetais. Por
volta de 400 tipos de vírus afetam a fertilidade das plantas
economicamente importantes.
Em geral, a consequência mais comum da ação desses vírus está relacionada ao desenvolvimento do vegetal. Ocorre
uma queda na taxa metabólica, ou seja, as plantas contaminadas crescem menos do que as sadias, além de aparecerem manchas em folhas, flores e frutos. Os mecanismos
de transmissão dos vírus são diversos e podem ocorrer por
É possível visualizar as manchas causadas pela doença do mosaico.
Um dos vírus de plantas mais estudados é o vírus do
mosaico do tabaco (TMV). Isso ocorre por causa da sua
organização simplificada e da compreensão de seu ciclo de vida. Inicialmente estudado pelo cientista Wendel
Stanley (1904-1971), ele provoca o aparecimento de
manchas de coloração esverdeada ou amarelada na superfície das folhas.
As videiras (Vitis spp.) apresentam cerca de 50 doenças de
origem viral. Essas doenças atingem as folhas (causando
enrolamento das bordas foliares), causam manchas e necrose (apodrecimento de tecidos) de nervuras, entre outros
efeitos que podem ocasionar o não amadurecimento das
uvas e o definhamento progressivo da planta.
5.2. Viroses humanas
Diversas doenças que atingem os seres humanos são causadas por vírus. Praticamente todos os tecidos e órgãos humanos podem ser afetados por alguma infecção viral. Veja
a seguir as viroses humanas mais frequentes, com destaque para os mecanismos de transmissão e a prevenção.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Na primeira, os vírus de RNA sintetizam mais RNA traduzido em proteínas pelo maquinário da célula hospedeira,
como o vírus da gripe, da poliomielite e da raiva.
63
5.2.1. Principais viroses que atingem
os seres humanos
adequado a tempo. Há vacinas e são ministradas para os
animais.
1. Gripe: causa coriza, tosse, espirros, mal-estar, fraqueza,
dores musculares e de garganta. É transmitida por gotículas de saliva suspensas no ar. A gripe é provocada pelo
vírus Influenza, da família dos ortomixovírus. Possui três
subtipos: A, B e C; sendo os subtipos A e B os mais frequentes entre seres humanos.
6. Rubéola: a transmissão ocorre pelo contato direto
com pessoas contaminadas ou por meio de gotículas de
saliva. Causa febre, aumento dos linfonodos na região
do pescoço e manchas vermelhas espalhadas pelo corpo.
Também pode causar dor nas articulações, dor de cabeça
e conjuntivite. Apresenta vacina distribuída pelo Ministério
da Saúde.
Dado que os vírus Influenza se modificam constantemente, não existem fármacos 100% eficazes a serem utilizados no tratamento da doença. De acordo com as recomendações da Organização Mundial da Saúde (OMS),
são desenvolvidas anualmente variadas vacinas contra os
tipos virais da gripe que ocorreram com maior frequência
no ano anterior, protegendo as pessoas vacinadas com
eficácia considerável. As vacinas são recomendadas para
pessoas com 60 anos de idade ou mais, portadores de
doenças crônicas ou imunocomprometidas e profissionais
da saúde. Essas modificações, que ocorrem no material
genético, podem gerar vírus para os quais a população
humana não apresenta anticorpos e que são mais transmissíveis. De acordo com a transmissão entre os países e a
taxa de contaminação da doença, configuram pandemias
como a da Gripe H1N1 que ocorreu em 2009.
Além da vacinação, medidas de higiene pessoal simples
também atuam na prevenção da doença, como lavar as
mãos constantemente e cobrir a boca ao tossir ou espirrar.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
2. Hepatite: a contaminação por hepatite A ocorre por
meio da ingestão de água e alimentos que contêm o vírus.
Já as hepatites B e C podem ser contraídas através de
relações sexuais desprevenidas e do uso de objetos contaminados por sangue que contenham o vírus. Apesar de
apresentar outros sintomas, o principal órgão afetado pela
hepatite é o fígado.
64
3. Herpes: suas formas de transmissão são o contato
direto ou com objetos contaminados. Manifesta-se por
pequenas feridas na pele ou mucosas. Quando afeta a
região genital, é chamada de herpes genital, sendo considerada uma infecção sexualmente transmissível.
4. Poliomielite: é transmitida por gotículas de saliva,
ingestão de água ou alimentos contaminados. Em casos
graves, afeta o sistema nervoso e as musculaturas, o que
gera o quadro de paralisia infantil quando atinge crianças.
Apresenta vacina distribuída pelo Ministério da Saúde.
5. Raiva: embora possa ser transmitida pela arranhadura
e lambedura de mucosas por um mamífero infectado, sua
principal forma de transmissão é por meio da mordida. São
conhecidos poucos casos de transmissão entre humanos,
ocorridos por transplante. Afeta principalmente o sistema
nervoso, podendo ser fatal sem o atendimento médico
7. Sarampo: transmitida principalmente por gotículas de
saliva de pessoas contaminadas, desencadeia, em um primeiro momento, febre, tosse, corrimento nasal, sensibilidade à luz e conjuntivite. Posteriormente, esses sintomas se
acentuam e surgem manchas vermelhas pelo corpo. Apresenta vacina distribuída pelo Ministério da Saúde.
8. Varíola: é transmitida pelo uso de objetos contaminados, pelo contato com secreções das feridas de pessoas
doentes e, o mais comum, por gotículas de saliva. Acredita-se que, devido ao uso da vacina, foi erradicada do
mundo. Causa grandes e numerosas feridas pelo corpo,
além de febre, fadiga e dores. Pode levar à morte.
9. Catapora: transmitida principalmente pela saliva ou
contato com objetos contaminados. Causa pequenas e
numerosas feridas espalhadas pelo corpo e que provocam
bastante desconforto devido à coceira excessiva. Pode
causar febre e dor de cabeça. Apresenta vacina distribuída
pelo Ministério da Saúde.
10. Caxumba: semelhante à catapora, a caxumba pode
ser transmitida pela saliva. Ela causa inflamação da parótida e outras glândulas salivares, podendo se alastrar pelo
corpo e infectar testículos, ovários, pâncreas e cérebro.
Causa febre e, em alguns casos, meningite. Apresenta vacina distribuída pelo Ministério da Saúde.
11. Dengue: há quatro subtipos de vírus que, de modo
geral, causam os mesmos sintomas, como febre, dores
de cabeça, dores nas juntas, dores nos olhos e manchas
avermelhadas pelo corpo. O agravante é que, depois de
um segundo episódio de dengue (por subtipo diferente),
a manifestação dos sintomas ocorre com mais severidade,
podendo levar à dengue hemorrágica. Geralmente, epidemias da doença ocorrem no verão devido aos períodos
chuvosos, que geram ambientes propícios à proliferação
do vetor da doença, a fêmea do mosquito Aedes aegypti.
12. Febre chikungunya: também é transmitida pela
fêmea do mosquito Aedes aegypti. Além disso, pode ser
transmitida de mãe para filho. Na fase aguda, podem
ocorrer febre alta, dores de cabeça, dores musculares,
manchas na pele, conjuntivite e intensas dores nas articulações (mais característico), que podem persistir por um
longo período.
14. Febre amarela: apresenta dois ciclos: o urbano,
entre humanos, e o silvestre, entre primatas não humanos. O Aedes aegypti é o vetor no ciclo urbano, enquanto
o mosquito do gênero Haemagogus é responsável pela
transmissão no ciclo silvestre. Causa febre, pele amarelada, desidratação e afeta o fígado, além de afetar outros
órgãos e poder ser fatal. Apresenta vacina distribuída
pelo Ministério da Saúde.
A fêmea do mosquito Aedes aegypti é hematófaga e,
como vimos, responsável pela transmissão de diversas
doenças. Assim, a principal maneira de prevenção, comum a todas essas enfermidades, é por meio da eliminação de criadouros do mosquito.
15. Ebola: doença altamente letal – mata aproximadamente 90% das pessoas que a contraem. Entre 2013 e 2016,
alguns países africanos passaram por surtos dessa doença.
Contraída pelo contato direto com pessoas e outros animais
contaminados, sua infecção ocorre através dos fluidos corporais – como suor, sangue, sêmen, saliva, vômitos, fezes e urina – e pelo consumo de carnes de animais contaminados. As
crenças locais contribuem para o aumento de casos na África.
Um exemplo são os funerais tradicionais nos quais o corpo
da pessoa morta é lavado, o que contribui para disseminação
do vírus. Outro fator é a destruição dos ecossistemas naturais
que expõe as populações humanas a vírus que, anteriormente, ficavam apenas entre populações animais silvestres.
Os principais sintomas são febre, dores de cabeça e abdominais, náusea, conjuntivite e hemorragias internas e
externas. Em casos graves da doença, é possível observar o paciente com sangramentos pelo nariz, boca e até
mesmo pelos olhos.
Por ainda não existir um tratamento específico, os médicos
normalmente realizam uma terapia com o intuito de aumentar as defesas do corpo, já que o sistema imune também é afetado pelo vírus. Além disso, são fornecidos soro
intravenoso, para evitar a desidratação, e medicamentos
que reduzem a dor e a febre. Apesar de ser uma doença
com alta letalidade, já existem casos de cura. Quanto mais
cedo se iniciar o tratamento, maiores as chances de um
paciente sobreviver.
É fundamental que os pacientes diagnosticados com a doença fiquem isolados, para evitar a proliferação. É importante também desinfetar a casa com cloro e desfazer-se
de alguns objetos pessoais do paciente, uma vez que eles
também podem conter o vírus. Atualmente, vacinas e medicamentos estão em fase de testes e alguns têm demonstrado resultados satisfatórios em primatas.
16. AIDS: conhecida também por Síndrome da Imunodeficiência Adquirida, é provocada pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV) e apresenta os subtipos 1 e 2. Pode
ser transmitida pelo contato com mucosas corporais, áreas
feridas do corpo de um indivíduo portador, esperma, secreção vaginal, leite materno ou sangue contaminado pelo
vírus. A principal via de transmissão é o contato sexual (genital, anal ou oral) e também pode ser transmitida para o
feto durante a gestação e pelo uso de objetos perfurocortantes contaminados.
Como seu próprio nome indica, o vírus enfraquece o sistema imunológico (responsável pela defesa do organismo)
atacando os glóbulos brancos e reduzindo sua quantidade.
Assim, o portador do vírus está sujeito a adoecer com mais
facilidade, inclusive por aquelas doenças que não apresentariam sintomas graves em pessoas com boa imunidade.
Após 2 a 4 semanas, surgem os primeiros sintomas que
começam com uma fraqueza geral e desenvolvem para febre, manchas na pele (sarcoma de Kaposi), calafrios e gânglios nas axilas, virilhas e pescoço. Com avanço da doença,
doenças oportunistas se manifestam, como tuberculose e
pneumonia, o que pode levar a morte. Felizmente, hoje em
dia os portadores do vírus têm maior expectativa de vida
graças a terapia antirretroviral (TARV), oferecida gratuitamente pelo SUS. Ela é capaz de controlar a multiplicação
do vírus e, consequentemente, reduzir a destruição dos glóbulos brancos. Com isso, a AIDS deixou de ser encarada
como uma moléstia fatal para transformar-se em doença
crônica passível de controle.
Embora a medicação possa provocar efeitos colaterais,
atualmente a maioria das pessoas contaminadas pode
exercer suas atividades normalmente se utilizar o medicamento de forma contínua.
É importante ressaltar que o compartilhamento de objetos ou contato direto, como cumprimentar e abraçar, não
transmitem a doença. A principal prevenção é o uso de
camisinha em todas as relações sexuais, assim como uma
rotina de exames médicos com testes para ISTs. Além disso, materiais cirúrgicos nunca devem ser compartilhados.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
13. Febre por zika vírus: pode ser assintomática ou apresentar febre, dores de cabeça, dores leves nas articulações,
erupções cutâneas, conjuntivite, entre outros. Ainda que os
sintomas demorem a passar, casos graves são raros. A transmissão também ocorre pela picada da fêmea do mosquito
Aedes aegypti.
O zika vírus vem sendo relacionado a casos de microcefalia
em recém-nascidos, caracterizada pelo perímetro cefálico
menor que o normal para a idade. Isso se deve a transmissão da mãe para o feto e as possíveis sequelas ainda estão
sendo estudadas.
65
5.3. Vírus HIV
O HIV (vírus da imunodeficiência adquirida) pertence a uma
família de retrovírus de mamíferos (lentivírus) que causam
infecções crônicas persistentes no hospedeiro. O HIV, diferentemente do herpes vírus, multiplica-se constantemente
no hospedeiro, apesar de algumas células apresentarem
vírus em estado latente. Os seres humanos e os primatas
são os únicos hospedeiros naturais do vírus HIV.
Existem duas grandes famílias de vírus HIV: o HIV-1, que
causa infecções em primatas não humanos, os símios, encontrados na África ocidental; e o HIV-2, que se subdivide
em, pelo menos, cinco grandes subfamílias e causa a infecção na população humana pelo mundo.
O HIV tem como alvo celular os linfócitos T-CD4, responsáveis
pela proteção do organismo contra agentes infecciosos. Ele
utiliza essas células e todo o maquinário celular para reproduzir-se, causando a destruição do sistema imunológico do
hospedeiro, o que o torna suscetível a qualquer infecção oportunista, como uma simples gripe, que pode levá-lo à morte.
Envelope
lipídico
RNA
Transcriptase
reversa
Esquema do vírus HIV.
Esquema do vírus HIV.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
§ Gag – codifica uma poliproteína, necessária para que
haja a liberação de proteínas virais estruturais;
§ Pol – superpõe a gag, codificando três atividades enzimáticas: DNA-polimerase ou transcriptase reversa, protease e uma integrase, todas necessárias ao processo
de invasão celular do vírus à célula hospedeira; e
§ Env – codifica a proteína transmembrana do envelope
responsável pela fixação da entrada do vírus na célula.
Todos os tratamentos são associados à supressão da replicação do vírus e à repleção das células CD4 periféricas. De
acordo com o Department of health and human services,
2010, nas diretrizes para o início de tratamento nos EUA, devemos encontrar valores de CD4 menores que 350 cel/mm3.
O tratamento das gestantes é fundamental para que não
ocorra a contaminação cruzada na hora do parto. Durante a gestação, o bebê está protegido da contaminação
pelo HIV por causa da placenta, mas, no momento do
nascimento, o neonatal corre riscos de contaminação devido ao contato com o sangue da mãe.
Diversos estudos indicam a baixa probabilidade de erradicação do vírus do organismo contaminado pelo uso de coquetéis antirretrovirais, pois, de alguma maneira não elucidada, o material genético integrado à célula hospedeira se
encontra quiescente em células T e, a qualquer momento,
poderá ser ativado, caso seja suspenso o uso do coquetel.
Capsídeo
66
Para que o genoma viral consiga invadir as células hospedeiras, ele apresenta três importantes fases de leitura e infecção
celular determinadas pelos seguintes genes estruturais:
Além dos tratamentos para os infectados, há dois tipos de
medicamentos antirretrovirais, disponibilizados gratuitamente pelo SUS: o PEP - Profilaxia Pós-Exposição para pessoas
que tiveram um possível ou confirmado contato com o vírus
- e o PrEP - Profilaxia Pré-Exposição para uso preventivo de
populações vulneráveis a contaminação pelo vírus.
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
No contexto histórico, como na Revolta da Vacina de 1904, aplicam-se os conhecimentos sobre doenças virais, uma
vez que a febre amarela e a varíola faziam parte dessa “campanha de vacinação”. A campanha de vacinação foi
obrigatória, e, embora seu objetivo fosse positivo, ela foi realizada de forma violenta e autoritária. Em vários casos,
os agentes sanitários invadiam as casas para vacinar as pessoas à força, o que provocou a revolta. Essa rejeição em
ser vacinado ocorria porque grande parte da população não compreendia o que era a vacina e temia seus efeitos.
RESUMO DAS VIROSES
Fonte: Youtube
Por que pra algumas pessoas o vírus
é leve? | Coronavírus #37
Na literatura médica existem controvérsias ao considerar a AIDS uma doença crônica, devido a sua complexidade, aos riscos envolvidos, à alta taxa de mutação
e à adesão ao tratamento pelos pacientes, o que pode
originar novas gerações virais resistentes aos métodos
terapêuticos existentes.
Transmissão
Catapora
(varicela)
Contato da pele com as bolhas ou pelo ar que contenha o vírus Varicela zoster.
Caxumba (parotidite infecciosa)
Por gotículas de saliva expelidas pelo doente que
contenham o Paramyxovírus sp.
Citomegalia
Vertical (placentária), amamentação materna, sexual,
de pessoa para pessoa e por transfusão sanguínea.
Dengue
Picada da fêmea dos mosquitos Aedes aegypti ou
Aedes albopictus.
Dengue
hemorrágica
Picada da fêmea dos mosquitos Aedes aegypti ou Aedes
albopictus (tigre asiático). Ocorre quando um indivíduo
que teve um tipo de vírus da dengue recebe outro vírus
diferente, também da dengue.
Febre
chikungunya
Picada da fêmea dos mosquitos Aedes aegypti e Aedes albopictus, os mesmos que transmitem o vírus da
dengue e da febre amarela.
Febre por
Zika vírus
O Aedes aegypti infecta-se com o Zika vírus toda vez que
ele pica uma pessoa ou macaco previamente infectado.
Assim como ocorre na dengue e na febre amarela, o
mosquito não torna-se imediatamente um transmissor do
vírus. Depois de ser contraído pelo mosquito, o Zika vírus
ainda precisa de cerca de 10 dias para multiplicar-se e
migrar do sistema digestivo para as glândulas salivares
do Aedes. Só a partir desse momento é que o mosquito
passa a ser capaz de transmitir o vírus durante a picada.
5.4. Imunização
Uma das opções para a prevenção de algumas dessas doenças viróticas é a vacinação, processo de imunização ativa
que consiste na inoculação de antígenos mortos ou enfraquecidos que estimulam a produção de anticorpos no organismo.
Essa primeira produção de anticorpos – imunização primária
– é lenta e pequena. O segundo encontro com o antígeno desencadeará a imunização secundária, que é rápida e produz
grande quantidade de anticorpos. Quando o vírus possui uma
taxa de mutação muito alta, como é o caso da gripe, o processo
é menos eficaz, pois o antígeno sofre muitas alterações.
Febre aftosa
Via respiratória, inalando o Aphthovirus sp.
Febre amarela
silvestre
Picada da fêmea dos mosquitos Haemagogus sp. ou
Sabethes sp. contendo o Flavivirus sp.
Febre amarela
urbana
Picada da fêmea dos mosquitos Aedes aegypti ou
Aedes albopictus contendo o Flavivirus sp.
Febre hemorrágica do ebola
Por meio de secreções corpóreas e sangue contaminado pelo Filovirus sp.
Gripe
Contato com o ar contaminado pelo Mixovirus influenzae.
Hantavirose
Via respiratória, água e alimentos contendo o Hantavirus sp.
Hepatite
Contato pessoa a pessoa; oral-fecal, transfusão sanguínea.
Herpes
Contato íntimo com indivíduo transmissor, a partir de
superfície mucosa ou de lesão infectante contendo, por
exemplo, o Herpes simplex.
Mononucleose
Contato íntimo de secreções orais (saliva) contendo o
vírus Epstein-Barr, da família Herpesviridae.
Papiloma
(condiloma)
Vertical (placentária); ato sexual; o agente etiológico
é o HPV.
Poliomielite
(paralisia infantil)
Contato direto com secreções faríngeas de doentes.
o processo de vacinação e a quantidade de anticorpos produzidos pelo organismo.
Hidrofobia (raiva)
Por meio da saliva de animais doentes.
O processo de imunização passiva, denominado sorologia, consiste na inoculação de anticorpos prontos para
inativarem os antígenos estranhos que estão atuando no
organismo. É normalmente utilizado contra antígenos muito agressivos e que se manifestam muito rápido. Exige que
o vírus seja isolado e que, por biotecnologia, o anticorpo
seja produzido em grande escala. Funciona melhor contra
bactérias ou venenos de certos animais, como as cobras.
Resfriado
Contato com o ar contaminado pelos vírus sincicial
respiratório, parainfluenza ou rinovírus.
Rubéola
Por meio de gotículas de muco e saliva ou pelo contato direto com as secreções do nariz.
Sarampo
Por meio de gotículas de muco e saliva ou pelo contato direto com as secreções do nariz.
Síndrome da
imunodeficiência
adquirida (SIDA ou
AIDS, em inglês)
Ato sexual sem preservativo, seringa contaminada,
transfusão sanguínea, via vertical (placentária).
Varíola
Contato com as secreções das vias respiratórias, com
as lesões da pele, das mucosas e com os objetos de
uso do doente.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
multimídia: vídeo
Doença
67
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 16
Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos.
A compreensão de assuntos correspondentes à saúde pública e a doenças comuns no território brasileiro é comumente cobrado no Enem. Entender como o ambiente molda esses processos biológicos associando isso ao
aumento no número de casos ao longo dos anos é fundamental para a resolução da questão.
MODELO 1
(Enem) A partir do primeiro semestre de 2000, a ocorrência de casos humanos de febre amarela silvestre
extrapolou as áreas endêmicas, com registro de casos em São Paulo e na Bahia, onde os últimos casos tinham
ocorrido em 1953 e 1948. Para controlar a febre amarela silvestre e prevenir o risco de uma reurbanização da
doença, foram propostas as seguintes ações:
I. Exterminar os animais que servem de reservatório do vírus causador da doença.
II. Combater a proliferação do mosquito transmissor.
III. Intensificar a vacinação nas áreas onde a febre é endêmica e em suas regiões limítrofes.
É efetiva e possível de ser implementada uma estratégia envolvendo a(s) ação(ões)
a) II, Apenas.
b) I e II apenas.
c) I e III, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II, III.
ANÁLISE EXPOSITIVA
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
O vírus da febre amarela possui um agente transmissor, o mosquito Aedes aegypti, que transmite o vírus
em regiões urbanas. Impedir a reprodução do mosquito é uma das estratégias mais eficazes no combate a essa transmissão, pois diminui a população do agente transmissor. Além disso, já está disponível
uma vacina contra o vírus, sendo eficaz no sentido de combater o vírus no organismo, além de impedir
a infecção dos mosquitos transmissores.
68
RESPOSTA
Alternativa D
DIAGRAMA DE IDEIAS
VÍRUS
COMPOSIÇÃO
CLASSIFICADOS EM:
CAPSÍDEO
MATERIAL GENÉTICO
(DNA OU RNA)
RIBOVÍRUS
MATERIAL GENÉTICO RNA
PODEM SER:
ENVELOPADOS
NÃO ENVELOPADOS
DESOXIRRIBOVÍRUS
MATERIAL GENÉTICO DNA
DEPENDENTES DO
“MAQUINÁRIO” CELULAR PARA REPRODUÇÃO,
PARASITAS INTRACELULARES OBRIGATÓRIOS
CICLO LÍTICO
PRODUÇÃO DE NOVOS VÍRUS
RETROVÍRUS
MATERIAL GENÉTICO RNA
ENZIMA TRANSCRIPTASE
REVERSA
RNA
DNA
CICLO LISOGÊNICO
MULTIPLICAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ACELULARES
69
todos os restantes também não existiriam, pois os ciclos
dos químicos essenciais para a vida (como o ciclo do nitrogênio ou do carbono) seriam interrompidos. Na situação
inversa, os procariontes continuariam sozinhos, como ocorreu durante mais de 2 bilhões de anos.
REINO MONERA
CN
COMPETÊNCIA(s)
4e8
1.1. Bactérias: características gerais
AULAS
5E6
HABILIDADE(s)
16 e 29
1. Bactérias e cianobactérias
Os microrganismos conhecidos como bactérias vivem na
Terra há cerca de 3,8 bilhões de anos, existindo evidências
de que tenham sido os ancestrais de todas as formas de
vida na Terra. Com efeito, há cerca de 1,5 bilhões de anos,
eram as únicas formas de vida no planeta.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
As bactérias podem ser encontradas em todos os meios:
ar, água, solo ou mesmo no interior de outros organismos.
Isso se deve a sua enorme diversidade, de forma que há
espécieis que suportam grande pressões, temperaturas elevadas, concentrações osmóticas mortais para outros organismos e valores de pH radicais.
70
Assim como os eucariontes, todos os procariontes atuais são
o resultado de milhões de anos de evolução, estando perfeita mente adaptados aos seus habitats, portanto, nenhum
deles pode ser chamado de primitivo.
Por ser procarionte, a célula bacteriana não possui núcleo verdadeiro, uma vez que não apresenta a membrana que envolve o material genético (envoltório nuclear ou carioteca).
De forma geral, a célula é minúscula e apresenta estrutura
formada por uma parede celular que envolve a membrana
plasmática e o citosol. Possui apenas um tipo de organoide, o
ribossomo, no qual ocorre a síntese de proteínas.
Apresenta um único cromossomo constituído por uma molécula gigante de DNA unida pelas extremidades (DNA circular),
ocupando a região da célula conhecida por nucleoide.
Embora algumas espécies sejam patogênicas, a maioria é
essencial à vida. Caso esse reino desaparecesse da Terra,
As bactérias possuem células esféricas ou em forma de
bastonetes curtos com tamanhos variados, entre 0,3 µm
e 3 µm. Na maioria das espécies, a proteção da célula é
feita por uma camada extremamente resistente, a parede
celular. Abaixo, existe uma membrana citoplasmática que
delimita um único compartimento contendo DNA, RNA,
proteínas e pequenas moléculas.
Na microscopia eletrônica, o interior celular aparece com
uma matriz de textura variada, sem, no entanto, conter estruturas internas organizadas. O único organoide são os ribossomos, que, espalhados no interior da célula, conferem
essa textura granular.
As bactérias podem se multiplicar com rapidez, simplesmente se dividindo por fissão binária. A rápida reprodução
é uma estratégia de sobrevivência e perpetuação da espécie no meio em que vivem, onde, em geral, há grande
disponibilidade de alimento. Em condições adequadas,
uma simples célula procariótica pode dividir-se a cada 20
minutos, dando origem a 5 bilhões de células (número
aproximadamente igual à população humana da terra) em
pouco menos de 11 horas.
A habilidade em dividir-se rapidamente possibilita que
populações de bactérias se adaptem às mudanças de
ambiente. Sob condições de laboratório, por exemplo,
uma população de bactérias evolui dentro de poucas semanas a partir do surgimento de novas mutações e pela
ação da seleção natural, de forma a utilizar novos tipos
de açúcar como fonte de carbono e de energia. Na natureza, as bactérias vivem em uma enorme variedade de
nichos ecológicos e mostram uma riqueza correspondente na sua composição bioquímica básica. Dois grupos de
bactérias distantemente relacionados são reconhecidos.
As eubactérias, que são os tipos comuns encontrados
na água, no solo e nos organismos vivos maiores, e as
arqueobactérias, que são encontradas em ambientes realmente inóspitos, como pântanos, fontes termais, fundo
do oceano, salinas, vulcões, fonte ácidas, etc.
Existem espécies bacterianas que utilizam virtualmente
qualquer tipo de moléculas orgânicas como alimento, incluindo açúcares, aminoácidos, gorduras, hidrocarbonetos,
polipeptídeos e polissacarídeos. Algumas podem, também,
obter seus átomos de carbono do gás carbônico e o seu
nitrogênio do N2.
1.2. A célula bacteriana:
morfologia e estrutura
bacteriana evidenciando um plasmídeo.
Cromossomo
bacteriano
Bactéria
Plasmídeo
Quanto a sua forma celular, as bactérias podem ser classificadas em quatro grupos básicos, como na imagem abaixo.
Apesar de serem unicelulares, algumas espécieis se agrupam.
cocos
isolados
Estreptococos
Vibrião
Estafilococos
Espirilo
Bacilos
Plasmídeo bacteriano
Plasmídeo bacteriano
Os cocos são células esféricas que, quando agrupadas aos
pares, recebem o nome de diplococos; quando o agrupamento constitui uma cadeia de cocos, estes são denominados
estreptococos; em grupos irregulares, lembrando cachos de
uva, recebem a designação de estafilococos.
Os bacilos são células cilíndricas, em forma de bastonetes,
em geral se apresentam como células isoladas, porém, ocasionalmente, podem-se observar bacilos aos pares (diplobacilos) ou em cadeias (estreptobacilos).
Os espirilos são células espiraladas e, geralmente, apresentam-se como células isoladas, assim como os vibriões, que
são células no formato de um bastão encurvado.
1.2.1. Cromossomo
As bactérias apresentam um cromossomo circular, que
é constituído por uma única molécula de DNA circular,
também chamado de corpo cromatínico e que não apresenta proteínas associadas. É possível observar mais de
um cromossomo numa bactéria em fase de crescimento,
uma vez que a divisão do cromossomo precede a divisão celular. O cromossomo bacteriano contém todas as
informações necessárias à sobrevivência da célula e é
capaz de autorreplicação.
1.2.3. Mesossomo
Esse termo se refere a invaginações da membrana celular,
que podem ser simples dobras ou estruturas tubulares ou
vesiculares. Diversas funções têm sido atribuídas aos mesossomos, como papel na divisão celular e na respiração.
1.2.4. Parede celular: Gram-negativas e
Gram- positivas
De acordo com a constituição da parede celular, as bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos:
§ Gram-negativas: apresentam-se de cor avermelhada
quando coradas pelo método de Gram.
§ Gram-positivas: apresentam-se de cor roxa quando
coradas pelo método de Gram.
A parede das Gram-positivas é formada por uma só camada,
enquanto a das Gram-negativas é formada por duas camadas. Entretanto, os dois tipos de parede apresentam uma
camada em comum, situada externamente à membrana
citoplasmática, que é denominada camada basal e composta de peptídeoglicano, em especial a mureína. A segunda
camada, presente somente na células das Gram-negativas,
é denominada membrana externa. Entre a membrana externa e a membrana citoplasmática, encontra-se o espaço
periplasmático no qual está a camada basal.
Ácido tecóico
de parede
1.2.2. Plasmídeo
No citoplasma de muitas bactérias, existem moléculas menores de DNA, também circulares, cujos genes não codificam
características essenciais, porém podem conferir vantagens
seletivas à bactéria que as possui. Esses elementos extracromossômicos, denominados plasmídios, são autônomos, ou
seja, são capazes de autoduplicação independente da replicação do cromossomo e podem existir em número variável
no citoplasma bacteriano. Observe a seguir a ultraestrutura
Peptidoglicana
Parede celular
Membrana
plasmática
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Formas de Bactérias
Formas de bactérias
Proteína
Parede celular bacteriana
71
e apresentam um fotossistema simples. Ele permite captar a
energia luminosa e disparar a transformação dessa energia
em energia química que será armazenada na forma de ATP e,
em seguida, transformada em um carboidrato, como a glicose.
Gram-positivo
Gram-negativo
Gram-positivo
bactérias apresentando cor
avermelhada pelo método de
Abaixo, a ultraestrutura de uma cianobactéria nos permite
visualizar, dentro do citosol, membranas empilhadas que
formam os tilacoides, os quais, por sua vez, contêm diversos tipos de pigmentos.
Inclusões
apresentam cor arroxeada
Gram
Ribossomos
Membrana
fotossintética
Cromatina
Diversas bactérias apresentam externamente à parede
celular uma camada viscosa denominada cápsula. As cápsulas são geralmente de natureza polissacarídica, apesar
de existirem cápsulas constituídas de proteínas. A cápsula
constitui um dos antígenos de superfície das bactérias e
relaciona-se com a virulência da bactéria, uma vez que a
cápsula confere resistência à fagocitose.
1.2.6. Esporos
Quando os nutrientes bacterianos se tornam escassos, geralmente pela falta de fontes de carbono e nitrogênio, algumas
bactérias iniciam o processo de esporulação. A célula reduz
sua atividade metabólica e o endosporo é formado no interior
dela. Ele é altamente resistente ao calor, à dessecação e a
outros agentes físicos e químicos, podendo permanecer em
estado latente por longos períodos e depois germinar, dando
início a uma nova célula vegetativa. Na figura a seguir, é possível observar o processo de formação de esporos em bactérias.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Membrana plasmática
Envoltório viscoso
Pigmentos
1.2.5. Cápsula
72
Parede celular
Esporulação bacteriana
1.3. Nutrição
As bactérias podem ser autótrofas ou heterótrofas. As
autótrofas incluem as fotossintetizantes e as quimiossintetizantes. As bactérias fotossintetizantes, com clorofila
específica, como as cianobactérias, conhecidas antigamente como “algas azuis”, utilizam gás carbônico e água
para a realização da fotossíntese; ou as bactérias sulfurosas
púrpuras e as sulfurosas verdes, que, em vez de utilizar a
água, usam o ácido sulfídrico (H2S) em sua fotossíntese.
As bactérias fotossintetizantes apresentam um pigmento
disperso no hialoplasma, conhecido como bacterioclorofila,
Ultraestrutura de uma cianobactéri
Nas quimiossintetizantes, ocorre uma reação química específica que libera energia formando ATP e, em seguida,
transfere-se para a formação de carboidratos, como a
glicose. Entre as quimiossintetizantes, é possível citar as
nitrobactérias e nitrosomonas, que são comuns no solo e
participam da reciclagem do nitrogênio do planeta.
As bactérias heterótrofas realizam digestão extracorpórea ao exocitarem enzimas digestistas. Quando se nutrem de matéria orgânica morta, são conhecidas por decompositoras ou sapróvoras, e, se utilizam matéria viva,
são parasitas.
Tanto nas autótrofas quanto nas heterótrofas, a energia
armazenada nos carboidratos poderá ser utilizada no
metabolismo bacteriano para síntese (construção) ou degradação de substâncias necessárias à manutenção ou
reprodução desses organismos.
A degradação de carboidratos pode ocorrer de forma
aeróbia (com a participação do oxigênio) ou anaeróbia
(sem a participação do oxigênio – respiração anaeróbica
ou fermentação).
As bactérias anaeróbicas realizam processo similiar à respiração aeróbica, mas o aceptor final não é o oxigênio. Nesse processo, a fermentação, ocorre menor degradação da
glicose, maior formação de resíduos e, em consequência,
menos ATP, mas o suficiente para sua manutenção. Para
cada tipo, um resíduo diferente é formado: na fermentação
alcoólica, gás carbônico (CO2) e álcooletílico (C2H5 OH), e
na fermentação láctica, ácido láctico (C3H6O3).
No caso das bactérias heterotróficas aeróbias, as enzimas
presentes no mesossomo permitirão a degradação da glicose (C6H12O6), liberando energia para a formação de ATP,
gerando gás carbônico (CO2) e água (H2O) como resíduos.
1.4. Reprodução das bactérias
A divisão binária, bipartição ou cissiparidade é a reprodução assexuada mais comum nas bactérias. Elas não
possuem reprodução sexuada; entretanto, podem realizar
recombinações genéticas, ou seja, mistura de genes entre
diferentes indivíduos. Em certos casos, apenas uma bactéria recebe o material genético (a receptora) da outra (doadora).
BIPARTIÇÃO
CONJUGAÇÃO
Formas de reprodução bacteriana
Formas de reprodução bacteriana
As bactérias multiplicam-se rapidamente, por bipartição
assexuada, constituindo conjuntos de clones que são denominados colônias.
Parede celular
1
§ Transformação: a bactéria absorve moléculas de DNA
dispersas no meio, provenientes de outras bactérias
mortas.
§ Transdução: as moléculas de DNA são transferidas
entre as bactérias através de vírus (bacteriófagos), que
são usados como vetores (transmissores). Os vírus, ao se
montarem dentro das bactérias, podem eventualmente
incluir pedaços de DNA da bactéria que lhes serviu de
hospedeira. Ao infectar outra bactéria, o vírus que leva o
DNA bacteriano o transfere junto com o seu. Se a bactéria sobreviver à infecção viral, pode passar a incluir os
genes de outra bactéria em seu genoma.
§ Conjugação: o DNA é transmitido diretamente da
bactéria macho para a bactéria fêmea através de microscópicos REPRODUÇÃO
tubos proteicos,
chamados
SEXUADA DE
BACTÉRIAS pili, que as
bactérias “macho” possuem em sua superfície.
TRANSFORMAÇÃO
CONJUGAÇÃO
doador do
plasmídeo
Membrana plasmática
plasmídeo
A célula se alonga e
o DNA é replicado.
transferência
de DNA livre
bactéria morta
2
A parede celular e a
membrana plasmática
começam a se dividir.
DNA (nucleoide)
gene de resistência
da bactéria
gene de resistência
da bactéria
transferência
do plasmídeo
Vírus
Transferência de genes
de resistência pelo bacteriógrafo
bastérias
bactérias recebendo
os genes de resistência
4
As células se separam.
Essa grande capacidade reprodutora faz das bactérias um
excelente material biológico para a investigação genética,
pois um elevado número de gerações surgidas em pouco
tempo possibilita alterações importantes no fundo genético dessas populações.
Na reprodução sexuada, ocorre a transferência de segmentos de DNA de uma célula doadora (macho) para uma célula receptora (fêmea).
Depois da transferência, ocorre a recombinação entre
o DNA recebido e o cromossomo bacteriano, originando novas combinações de genes, que serão passadas às
bactérias-filhas.
A passagem de segmentos de DNA entre bactérias pode
ocorrer de modos diversos:
os genes são inseridos no
plasmídeo ou no
cromossomo da bactéria
TRANSDUÇÃO
Não se identificou até hoje qualquer forma de reprodução
assexuada em cianobactérias, o que permite afirmar que as
variações nas populações derivam fundamentalmente de mutações gênicas.
1.5. Importância das bactérias
As bactérias, assim como os fungos, são os principais decompositores dos ecossistemas e possibilitam a reciclagem da matéria. Elas decompõem a matéria orgânica sem vida e liberam
os resíduos dessa degradação para o solo ou a água. Esses
resíduos correspondem à matéria inorgânica que funciona
como nutrientes para os produtores do ecossistema, como
algas e plantas.
Outro ponto a ser destacado é a participação essencial
de bactérias na ciclagem do nitrogênio, essencial para os
produtores construírem aminoácidos e ácidos nucleicos. As
bactérias são responsáveis por retirar o nitrogênio do ar atmosférico e permitir que seja fixado no solo (as bactérias
do gênero Rhizobium são fixadoras de nitrogênio) na forma
de nitratos. As cianobactérias fazem esse papel, também,
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
3
Paredes intermediárias
se formam, separando
completamente as duas
cópias de DNA.
73
nos ecossistemas aquáticos. Nesse papel de decomposição,
pode-se destacar a possível competição estabelecida há milhões de anos entre fungos e bactérias. É conhecido o fato
de certos fungos desenvolverem substâncias que impedem
o crescimento de bactérias. Lembre-se de que o primeiro
antibiótico conhecido pelo homem foi a penicilina extraída
de um fungo do gênero Penicillium.
Nesse sentido, a resistência de linhagens de bactérias a diversas substâncias derivadas de fungos é antiga. Essa competição evolutiva talvez se assemelhe a de um predador
que, ao longo das gerações, apresenta mecanismos e estratégias para tornar sua caçada mais eficaz; paralelamente,
a população de presas desenvolve estratégias de fuga ou
camuflagem cada vez mais sofisticadas.
As bactérias são capazes de utilizar os plasmídios, incorporá-los no seu genoma e gerar maior variabilidade, criando
novas proteínas capazes de inativar substâncias estranhas,
como os antibióticos. Assim, são necessárias elaborações
periódicas de novos antibióticos, uma vez que a humanidade tem selecionado linhagens resistentes de bactérias.
Cada vez mais, as bactérias são utilizadas em tecnologia destinada à humanidade. Há tempos, elas são aplicadas na formação de antibióticos e vitaminas, na produção de laticínios,
na produção de vinagre, etc. Atualmente, são empregadas
na decomposição de lixo orgânico e produção de metano
(combustível), na degradação de petróleo derramado no mar
e na engenharia genética, processo no qual as bactérias recebem pedaços de DNA humano e são induzidas a produzir
proteínas humanas, como a insulina, por exemplo.
VIVENCIANDO
“Para começar, quanto à nossa alimentação, as bactérias são amplamente utilizadas para a fabricação de iogurtes, por
exemplo. Você certamente já ouviu falar em lactobacilos vivos, que estão presentes num produto de marca famosa. Mas
de que modo as bactérias atuam no iogurte? Bem, elas transformam o açúcar contido no leite (lactose) em ácido láctico.
Desse modo, o leite torna-se azedo, mudando assim o seu pH. Isso faz com que a proteína do leite se precipite, formando
o 'coalho'. Mas, em matéria de alimentação, além das bactérias que atuam no leite, há também aquelas que modificam
o álcool etílico em ácido acético, formando o vinagre, que tempera saladas e diversos pratos.”
(https://educacao.uol.com.br/disciplinas/biologia/bacterias-1-conheca-a-importancia-e-as-varias-utilidades-das-bacterias.htm)
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
2. Bactérias patogênicas
74
As bactérias patogênicas são causadoras de doenças e os
medicamentos utilizados no combate a elas são os antibióticos; no entanto, seu uso não deve ser indiscrimina do –
sem receita médica ou por períodos de tempo incorreto –,
uma vez que pode favorecer o surgimento de linhagens de
bactérias resistentes, dificultando a cura de várias infecções.
A seguir, serão abordadas as principais doenças humanas
causadas por bactérias:
1.Cólera: causada pela Vibrio cholerae, é transmitida via
água ou alimentos contaminados, crus ou malcozidos; a bactéria se aloja na parede intestinal e se multiplica, provocando
diarreia aguda.
2.Coqueluche: causada pela Bordetella pertussis, causa febre, coriza, tosse seca e, em alguns casos, vômito. O contágio
é pelo contato com uma pessoa contaminada e há vacina e
tratamento disponíveis.
3.Difteria: causada pela Corynebacterium diphteriae, é
transmitida pela inalação de gotículas oriundas do nariz e
da boca de pessoas doentes. Libera toxinas que afetam a
garganta e cavidades nasais. Pode causar dor, febre e dificuldades de falar e engolir. Há vacinas para essa doença.
4.Disenterias bacilares: causadas por diversas bactérias,
como a Shigella e Salmonella. Essas bactérias são transmitidas
pela ingestão de alimentos e água contaminados. A desidratação, causada pela diarreia, pode causar quadros mais graves,
caso não seja tratada. Saneamento básico e hábitos de higiene
constituem as medidas práticas para evitar o contágio.
5.Febre maculosa: a Rickettsia rickettsii, parasita do carrapato-estrela, causa esse mal. Causa febre alta, vômito, dores
musculares e de cabeça e manchas vermelhas pelo corpo. A doença pode levar à morte. Evitar caminhar em locais onde há infestação desses carrapatos ou, caso seja inviável, utilizar roupas
adequadas, como mangas longas, calça e bota, além de tratar
os animais domésticos, são maneiras de se evitar essa doença.
6.Febre tifoide: causada pela Salmonella thypi, provoca úlceras intestinais, diarreia, cólica e febre e pode ser prevenida pelo
uso de vacinas e condições de saneamento básico satisfatórias.
7.Gonorreia: causada pela Neisseria gonorrhoeae, é uma IST
que provoca feridas genitais, com sangramento, podendo
causar infertilidade. O contágio é feito por meio de sexo desprotegido e por transmissão da mãe para o feto no momento
do parto.
8.Hanseníase: é transmitida pelo bacilo de Hansen (Mycobacterium leprae) através da pele e do trato respiratório.
Provoca lesões na pele, mucosas e nervos, deixando essas
regiões menos sensíveis.
9. Leptospirose: causada pela Leptospira interrogans. Ratos e cães podem portar a bactéria e, dessa forma, alimentos
e objetos que entraram em contato com a urina desses animais podem transmitir a doença ao ser humano. Os principais sintomas são febre alta, dores musculares e de cabeça,
náusea, vômitos, lesões na pele, inflamação e aumento do
fígado e hemorragia digestiva. Prevenção de enchentes e tratamento do lixo e da água são maneiras de evitar a doença.
10. Meningite meningocócica: Neisseria meningitidis
é a bactéria responsável pela meningite, caracterizada por
dor de cabeça intensa, febre, rigidez da nuca e vômito –
sintomas decorrentes da infecção das meninges. É transmitida
pela saliva e outras secreções da pessoa contaminada. Há
vacinas contra a meningite.
11. Pneumonia bacteriana: causada pela Streptococcus
pneumoniae. A inalação pelo ar é a forma de se contrair
essa doença, que causa infecção pulmonar. O tratamento
dos doentes é a principal medida preventiva.
12. Sífilis: provocada pela Treponema pallidum, essa IST
pode ser transmitida por via congênita. Causa inflamação
na pele e nos ossos, apresentando ao redor dos órgãos
sexuais uma ferida indolor, de bordas endurecidas. Pode
causar, em casos mais graves, doenças respiratórias e paralisias. O tratamento dos doentes e o uso de preservativo
são as formas de se evitar o contágio.
13. Tracoma: causada pela Chlamydia trachomatis, é uma inflamação da córnea e conjuntiva que provoca fotofobia, dor e
lacrimejamento. Pode causar cegueira, caso não seja tratada de
forma apropriada. É transmitida pelo contato direto com olhos,
nariz e secreções do doente ou por objetos contaminados.
14. Tuberculose: causada pelo bacilo de Koch (Mycobacterium tuberculosis), é transmitida pela inalação de gotículas
espalhadas pelo ar. Essa doença atinge os pulmões e provoca
infecções que podem se espalhar pelo corpo via sangue e linfa.
Há vacinas para evitá-la e essa é a principal medida preventiva.
RESUMO DAS BACTERIOSES
Doença
Transmissão
Agente infeccioso
Antraz (carbúnculo)
Por meio da inalação de esporos ou ingestão de alimentos contaminados e também por ferimentos cutâneos.
Bacillus antracis
Brucelose
(febre ondulante ou do mediterrâneo)
Cólera
Coqueluche (tosse comprida)
Difteria (crupe)
Fascite necrosante
Febre purpúrica brasileira
Febre tifoide (tifo)
Gonorreia (blenorragia)
Lepra (hanseníase)
Leptospirose
Lyrre (doença de Lyme)
Meningite meningocócica
Peste
Pneumonia
Psitacose
Shigelose (disenteria)
Ingestão de alimentos contaminados (exemplo: enlatados de palmito).
Contato com secreções animais contaminadas; com a placenta; fetos
abortados; ingestão de leite cru.
Ingestão de água ou de alimentos contaminados.
Contato direto ou indireto com a saliva do doente.
Contato com a secreção do nariz, ou da garganta, ou através do leite cru.
Bordetella pertussis
Corynebacterium diphteriae
Contato direto pessoa a pessoa (com conjuntivite) ou indireto por intermediação mecânica (insetos, toalhas, mãos).
Haemophilus influenzae
Contato direto ou indireto com fezes ou urina do doente.
Salmonella typhi
Contato sexual.
Neisseria gonorrhoeae
Penetração no organismo pela pele ou mucosas (ex.: nasais).
Mycobacterium leprae
Penetração no organismo pelas mucosas, pela pele ferida ou via oral
(alimentos contaminados).
Leptospira sp
Adesão de carrapatos à pele e sucção de sangue.
Bonnelia bungdorferi
Por via respiratória, quando o doente fala, tosse, espirra ou pelo beijo.
Neisseria meningitidis
Picada de pulgas infectadas; pessoa a pessoa.
Por via respiratória; contato pessoa a pessoa; infecção hospitalar.
Por via respiratória: contato pessoa a pessoa.
Ingestão de água ou de alimentos contaminados.
Tetano
Penetração dos esporos através de ferimentos perfurantes.
Febre maculosa
Vibrio cholerae
Estreptococo do tipo A
Contato sexual; transfusão de sangue; via vertical (placentária).
Uretrite
Brucella sp
Penetração através de cortes na pele.
Sífilis
Tuberculose
Clostridium botulinum
Por via respiratória (inalando o bacilo).
Ato sexual.
Contato com o carrapato-estrela infectado
Yersinia pestis
Diplococcus pneumoniae, micoplasmas, clamídias, legionelas etc.
Chlamydia psittaci
Shigella sp
Treponema pallidum
Clostridium tetani
Mycobacterium tuberculosis
Chlamydia trachomatis
Rickettsia rickettsii
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Botulismo
75
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Na interação parasita-hospedeiro, são utilizados conceitos de imunologia que mostram a ação do organismo frente a um
agente patogênico. Primeiramente, o patógeno é metabolizado pela imunidade inata, a qual apresenta esse patógeno,
que pode ser uma bactéria, para a imunidade adquirida que produz células de memória e anticorpos específicos para
cada microrganismo. Assim, quando o indivíduo entra em contato novamente com o agente patogênico, a reação de
eliminação do microrganismo é mais rápida e eficiente.
térias normais, a parede está sempre presente, sendo composta por peptidioglicanos.
As arqueobactérias podem ser divididas em quatro grupos
principais:
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Entenda o que é Tuberculose
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3. Arqueas
76
O termo arqueobactéria origina-se do termo grego “archaio”, que significa “antigo”, “velho” ou “arcaico”. Essas
bactérias são capazes de viver em ambientes extremos e
são divididas em: halófilas extremas, que suportam grandes salinidades, como no Mar Morto, no Great Salt Lake e
nas Salinas; termófilas extremas, que vivem em temperaturas superiores a 100°C; e metanogênicas, que sobrevivem
em ambientes anaeróbios, como pântanos, e no intestino
dos ruminantes (gado bovino), gerando o gás metano. Algumas crescem em ambientes ácidos com pH igual a zero.
Atualmente, são encontradas em ambientes menos hostis,
no solo, nos oceanos e como os principais componentes
do picoplâncton (organismos do plâncton com dimensões
menores que 1 µm). Diferem das bactérias normais, especialmente pela natureza química da parede celular.
Mais próximas evolutivamente com os organismos eucarióticos, considera-se que as arqueobactérias atuais sofreram poucas alterações em relação aos seus ancestrais.
Esses procariontes vivem em locais com condições extremamente adversas para outros seres vivos, provavelmente
semelhantes às que existiram na Terra primitiva.
Muitas arqueas não possuem parede celular. No entanto,
existem arqueas em que a parede celular está presente e
é constituída por polissacarídeos ou proteínas. Já nas bac-
§ Halófilas: sempre vivem em concentrações salinas
extremas, dezenas de vezes mais salgadas que a água
do mar, em locais como salinas, lagos de sal ou soda,
entre outros. A sua temperatura ótima é entre 35 e 50
ºC. Essas bactérias são autotróficas, mas o seu mecanismo de produção de ATP é radicalmente diferente do
habitual, pois utilizam um pigmento vermelho único
– bacteriorrodopsina – que, através do movimento de
prótons, permite-lhes obter energia.
§ Metanogênicas: esse grupo de bactérias foi o primeiro a ser reconhecido como único. Vivem em pântanos,
no fundo dos oceanos, estações de tratamento de esgotos e no tubo digestivo de algumas espécies de insetos e vertebrados herbívoros, onde produzem metano
(CH4) como resultado da degradação da celulose. As
reservas de gás natural que conhecemos são o resultado do metabolismo anaeróbio obrigatório e produtor
de metano de bactérias desse tipo no passado. Algumas conseguem produzir metano a partir de CO2 e H2,
obtendo energia desse processo.
§ Termoacidófilas: vivem em zonas de águas termais ácidas, com temperaturas ótimas entre 70 e
150 ºC e valores de pH perto do 1. Na sua grande
maioria, metabolizam enxofre e podem ser autotróficas, obtendo energia da formação do ácido sulfídrico
(H2S) a partir do enxofre ou heterotróficas.
§ Sulforredutoras: são redutoras de sulfato. Anaeróbias, podem ser encontradas em poças próximas a fendas vulcânicas.
A maioria das bactérias fotossintéticas são designadas cianobactérias, e, durante muito tempo, foram chamadas de
algas azuis. Esse grupo de bactérias colonizou meios muito
diversificados, devido à sua elevada autossuficiência, embora
a maioria seja de água doce. Apresentam pequena exigência
de nutrientes, proliferando em qualquer ambiente onde haja
gás carbônico, nitrogênio, água, alguns minerais e luz.
Esse tipo de bactéria teria surgido na Terra há cerca de 3
bilhões de anos, como definir os estromatólitos encontrados na Austrália, que se calcula serem já fotossintéticos,
embora talvez não liberassem ainda oxigênio.
As cianobactérias dominaram completamente a evolução biológica durante mais de 2 bilhões de anos, atingindo enorme
sucesso. Provavelmente, teriam sido as responsáveis pela reinstalação e proliferação de formas de vida heterotróficas nos oceanos primitivos, pois teriam sido importantes fontes de alimento.
Em geral, as cianobactérias têm vida livre, mas podem estabelecer simbiose com outros organismos ou formar colônias filamentosas, por vezes envolvidas por uma cápsula mucilaginosa.
As cianobactérias são maiores que os outros procariontes,
não apresentam órgãos locomotores e realizam fotossíntese com o auxílio de pigmentos fotossintéticos variados,
como a clorofila A, os carotenoides (pigmentos amarelos), a ficocianina (pigmento azul) e a ficoeritrina
(pigmento vermelho). Esse fator as diferencia das outras
bactérias fotossintetizantes que não apresentam essa
abundância de pigmentos. Um dos produtos resultantes
da fotossíntese, o oxigênio molecular, é um dos fatores
que mais condiciona a vida das bactérias.
Algumas cianobactérias são capazes de fixar o nitrogênio
do ar atmosférico, aproveitando esse gás para construir
suas proteínas.
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Watch antibiotic resistance evolve |
Science News
4.1. Liberação de toxinas
Algumas espécies produzem e liberam toxinas na água que
podem envenenar outros animais que habitam o mesmo ambiente ou contaminar a água potável, levando doenças aos
seres humanos. As mais prejudiciais para os seres humanos
são as hepatotoxinas e as neurotoxinas. O problema é
que muitas dessas toxinas não podem ser eliminadas pelo
processo de fervura da água ou por métodos tradicionais usados em estações de tratamento de água. Elas também podem
alterar o gosto e o odor da água, tornando-os desagradáveis.
5. Micoplasma
É o nome dado às bactérias do gênero Mycoplasma. Possuem cerca de 0,3 μm, sendo menores que outras bactérias. Os microbiologistas ainda discutem se as bactérias
evoluíram de um ancestral similar aos micoplasmas ou se
pertencem a linhagens diferentes. Também se discute proximidade entre os micoplasmas e os vírus.
A diferença principal entre as bactérias e os micoplasmas é
que a primeira possui uma parede celular sólida, e, por esse
motivo, uma forma definida facilitando sua identificação
ao microscópio, ao passo que os micoplasmas possuem
apenas uma membrana flexível, que, somada ao tamanho,
dificulta sua identificação, mesmo quando observados no
mais potente dos microscópios eletrônicos.
Os primeiros micoplasmas foram detectados em 1898 no
Instituto Pasteur, em tecidos de gado com artrite e pleuro-pneumonia. O primeiro micoplasma humano foi isolado em
1932, num abscesso. Desde então, descobriram-se muitas
estirpes diferentes, que são fundamentalmente específicas
da espécie hospedeira, ou pelo menos de grupos específicos
de animais, como felinos, aves, roedores e homem. Descobriu-se, também, que, ao contrário das bactérias, que são
afetadas por penicilina – um tipo de antibiótico –, os micoplasmas são controláveis por antibióticos com tetraciclina.
Foram descobertas linhagens que exibiam crescimento com
micélios, semelhante ao dos fungos, o que levou ao surgimento da designação “micoplasma” (mico = fungo).
Os micoplasmas podem viver dentro de uma célula, sem
matá-la, à semelhança do que fazem alguns vírus e bactérias, mas também podem viver e crescer fora delas, nos fluidos corporais, algo que os vírus não são capazes de fazer.
São responsáveis por doenças como artrite reumatoide, inflamações alérgicas, pneumonia atípica, entre outras. Estuda-se, ainda, uma possível ligação entre esses organismos
e certas doenças relacionadas com o sistema imunitário,
como a diabetes e a esclerose múltipla.
6. Teoria da endossimbiose e
origem das células eucariontes
vegetal e animal
Acredita-se que a célula vegetal, eucariótica, originou-se a
partir de uma célula procariótica heterótrofa. Essa célula
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
4. Cianobactérias
77
possui uma parede celular protetora e bastante rígida. É possível que o primeiro passo para surgimento da célula eucariótica tenha sido a perda da capacidade de produzir a parede
celular. A célula, então, desprovida dessa parede, adquiriu
a capacidade de mudar de forma, crescer e envolver substâncias extracelulares através da invaginação da membrana
plasmática, fenômeno conhecido por endocitose.
A invaginação da membrana plasmática desenvolve um conjunto de endomembranas que se diferenciam no retículo endoplasmático, no sistema golgiense e no envoltório nuclear,
contornando o material genético (DNA). Desenvolve-se o citoesqueleto constituído por proteínas do tipo tubulina e actina,
dando maior sustentação à célula. Os ribossomos, inicialmente
livres, aderem-se às membranas do retículo endoplasmático,
constituindo o retículo endoplasmático granuloso (rugoso).
Células procarióticas primitivas são fagocitadas e evoluem
para dar origem às mitocôndrias. Células procarióticas de cianobactérias, por meio da fagocitose, são englobadas, originando os cloroplastos. Material genético dessas bactérias (DNA)
são também incorporados ao DNA da célula que está em evolução. Aí está formada, ao longo do tempo, uma célula eucariótica autotrófica. A evolução dessa célula eucariota primitiva
continua com o aparecimento da parede celular composta
principalmente por celulose característica de vegetais.
DNA
DNA
Célula procariótica
Invaginação da membrana celular e
eucariótica com a célula de DNA
envolvente formada
Invaginação da membrana celular e
eucariótica com a célula de DNA
envolvente formada
Célula
eucariótica
Membraba plasmática
Presente
Presente
Citosol
Presente
Presente
Ribossomos
Presente
Presente
Endomembranas
Ausente
Presente
Envoltório nuclear
Ausente
Presente
Mitocôndria
Ausente
Presente
Cloroplasto
Ausente
Presente em
vegetais e algas
Cromossomo
1 por célula
2 ou mais por célula
DNA
Circular
Línear
6.1. Teoria da endossimbiose
A endossimbiose é um fenômeno comum entre os seres
vivos. Um dos casos mais curiosos ocorre com os corais,
celenterados que se associam a protistas unicelulares, as
zooxantelas. Estas são dinoflagelados, com células douradas,
que realizam fotossíntese, produzindo alimento necessário
ao crescimento dos recifes de corais. Como as zooxantelas
realizam fotossíntese, elas precisam de luz, e, por isso, os
corais vivem em águas tropicais, limpas e a pequenas profundidades. Outro exemplo são as mitocôndrias, presentes
em células animais e vegetais, que se acredita que sejam
bactérias fagocitadas no passado e que viveram em simbiose
com aquelas células, realizando respiração celular.
§ Presença do DNA circular, típico de bactérias;
§ Presença de ribossomos para a síntese de suas proteínas;
DNA
§ Capacidade de autoduplicação.
DNA
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Célula
Essa mesma relação simbiótica observa-se entre as células vegetais e as cianobactérias que, de acordo com a teoria da endossimbiose, foram e transformaram-se em cloroplastos. As
provas que confirmam a teoria endossimbiótica da origem dos
cloroplastos e mitocôndrias são:
Célula procariótica
78
Estrutura
Eucariótica primitiva
Eucariótica primitiva
Respiração oxigenada
com enzimas bacterianas
Respiração oxigenada
com enzimas bacterianas
Mitocôndria
endossimbiose
Mitocôndria
endossimbiose
Cianobactéria
Cianobactéria
Cloroplasto
Cloroplasto
endossimbiose
endossimbiose
Origem da célula eucariótica e a representação
Origem da célula eucariótica e a representação
da teoria da endossimbiose
da teoria da endossimbiose
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 16
Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização
taxonômica dos seres vivos.
Esta questão envolve o entendimento da reprodução assexuada e como esse tipo de padrão biológico
pode proporcionar vantagens em ambientes desfavoráveis.
MODELO 1
(Enem)
Fernando Gonsales. Vá Pentear Macacos! São Paulo: Devir, 2004.
São características do tipo de reprodução representado na tirinha:
a) simplicidade, permuta de material gênico e variabilidade genética.
b) rapidez, simplicidade e semelhança genética.
c) variabilidade genética, mutação e evolução lenta.
d) gametogênese, troca de material gênico e complexidade.
e) clonagem, gemulação e partenogênese.
O tipo de reprodução representado na tirinha é a assexuada, que é rápida, simples e possui semelhança
genética entre as células geradoras e geradas. É comum pensar que, pelo aspecto evolutivo, esse tipo de reprodução não é vantajoso, devido à ausência de variabilidade genética. No entanto, em algumas situações, a
reprodução assexuada pode ser uma grande vantagem. Por exemplo, em uma população com número reduzido
de indivíduos, esse tipo de reprodução pode ser muito importante para garantir a não extinção, aumentando
rapidamente o número de indivíduos.
RESPOSTA
Alternativa B
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ANÁLISE EXPOSITIVA
79
DIAGRAMA DE IDEIAS
REINO
MONERA
BACTÉRIAS
•
•
CIANOBACTÉRIAS
AERÓBIAS
ANAERÓBIAS
AUTÓTROFAS
(FOTOSSINTETIZANTES)
FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
BACTERIOCLOROFILA
FOTOSSISTEMA SIMPLES
LÁCTICA
ALGUMAS FAZEM
QUIMIOSSÍNTESE
REPRODUÇÃO
ASSEXUADA
(BIPARTIÇÃO)
SEXUADA
(CONJUGAÇÃO)
IMPORTÂNCIA
DAS BACTÉRIAS
•
•
•
•
DECOMPOSIÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA
ANTIBIÓTICOS E VITAMINAS
FIXAÇÃO DE N2
BIOTECNOLOGIA
MORFOLOGIA
•
•
•
•
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
DOENÇAS
BACTERIANAS
80
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CÓLERA
COQUELUCHE
DIFTERIA
DISENTERIAS
FEBRE MACULOSA
FEBRE TIFOIDE
GONORREIA
HANSENÍASE
LEPTOSPIROSE
MENINGITE
PNEUMONIA
TUBERCULOSE
COCOS
BACILOS
ESPIRILOS
VIBRIÃO
ESTREPTOCOCOS
ESTAFILOCOCOS
MORFOLOGIA
•
CROMOSSOMO
•
PLASMÍDEO
•
MESOSSOMO
•
RIBOSSOMOS
•
PAREDE CELULAR
DNA CIRCULAR
DNA
CONFERE VANTAGENS SELETIVAS
(RESISTÊNCIA A ANTIBIÓTICOS)
INVAGINAÇÕES DA MEMBRANA
DIVISÃO CELULAR
RESPIRAÇÃO
SÍNTESE PROTEICA
GRAM-POSITIVAS
GRAM-NEGATIVAS
1.1. Rizópodes (sarcodinos)
REINO PROTOCTISTA I:
PROTOZOÁRIOS
Rizópodes são protozoários muito pequenos, que podem medir, no máximo, meio milímetro. Eles se deslocam por estruturas
chamadas pseudópodes e se reproduzem por cissiparidade. Um exemplo é a Entamoeba histolystica, causadora da
amebíase, doença que pode causar disenteria e processos
inflamatórios, levando à desidratação.
Vacúolo
contrátil
Ectoplasma
CN
COMPETÊNCIA(s)
4e8
AULAS
7E8
Endoplasma
HABILIDADE(s)
Vacúolo
digestivo
16 e 29
Pseudópodo
Núcleo
Pseudópodo
Medula
Axópodos
Os protozoários são classificados no Reino Protoctista,
contudo, por uma “licença didática”, eles serão discutidos
junto aos metazoários (animais). Como a maioria desses seres são heterótrofos, alguns autores afirmam que são animais.
Eles se caracterizam por serem unicelulares, eucariontes e viverem isolados ou em colônias. Neles, todas as
funções vitais são executadas por uma única célula,
o que determina o surgimento de uma série de diferenciações celulares relativas às funções de nutrição,
proteção, locomoção, etc. Essas diferenciações, semelhantes às dos órgãos de animais, são chamadas de
organelas celulares. Vivem no mar e na água doce,
existindo espécies parasitas.
Os protozoários são divididos em quatro classificações,
de acordo, principalmente, com o modo de locomoção
ou com a forma de reprodução típica. Observe a diversidade de protozoários:
Paramécio
Paramécio
Paramécio
Balantídeo
Balantídeo
Tripanossomo
Tripanossomo
Giárdia
Giárdia
Córtex
Vacúolo
digestivo
Exemplares de amoebas
Entre as muitas espécies de amebas próximas ao ser humano, a Entamoeba histolytica é a principal espécie patogênica, com ampla distribuição geográfica, acometendo
10% da população mundial e a segunda maior causadora
de morte no mundo por infecção por protozoários.
Náuseas, vômitos, cólicas intestinais e disenteria aguda,
com muco e sangue nas fezes, são os sintomas mais
comuns da amebíase. Existem casos em que a ameba
pode passar a parasitar outras regiões do organismo,
como fígado e pulmões, mas é assintomática na maioria
da população.
A contaminação é direta, não envolvendo um vetor, e ocorre
pela ingestão de água ou alimentos contaminados por cisBalantídeo
Ameba
tos, que
são
as Ameba
formas celulares de infecção das amebas.
Balantídeo
BalantídeoTripanossomo
Tripanossomo
Tripanossomo Giárdia
GiárdiaGiárdia
Ameba
Ameba
Ameba
Os cistos passam pelo estômago e, quando resistem à ação
do suco gástrico, chegam ao intestino delgado, onde ocorre
o desencistamento que libera trofozoítos, formas celulares
capazes de aderirem ao intestino. Em seguida, migram para
o intestino grosso e ali se estabelecem. Normalmente, ade-
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
1. Protoctistas heterótrofos:
protozoários
81
rem à mucosa do intestino e se alimentam de detritos e bactérias. Em determinadas condições, invadem a mucosa intestinal, dividindo-se ativamente no interior das úlceras. Nesses
casos, podem atingir outros órgãos através do sistema porta-hepático. A liberação de sangue nas fezes é consequência
da ruptura de vasos sanguíneos da mucosa intestinal.
A prevenção é realizada por meio da higiene das mãos e
dos alimentos, da construção de redes de coleta e tratamento de esgosto e do tratamento das pessoas infectadas.
1
Cistos maduros
i
d
i
Ingestão
Desencistação
2
= Estágio Infectivo
d
= Estágio Diagnóstico
A
= Colonização não invasiva
B
= Doença intestinal
C
= Doença extraintestinal
Trofozoíto
3
consegue sobreviver heterotroficamente. Afirma-se, então,
ser um autótrofo facultativo. Também já foram classificados
como algas: as euglenoides.
1.2.2. Trypanosoma cruzi
Esse protozoário é o causador da doença de Chagas,
sendo transmitido pela picada do inseto Triatoma infestans (barbeiro), que é hematófago e de hábito noturno.
A picada do inseto não transmite a doença, pois
nas suas glândulas salivares não existe a forma infectante. Depois de picar e sugar o hospedeiro, o barbeiro
elimina fezes infectadas com tripanosomas próximo ao
local da picada. O próprio hospedeiro, ao coçar-se, por
exemplo, pode introduzir as fezes contaminadas nas
mucosas, facilitando a penetração dos tripanosomas.
d
Multiplicação
4
Cistos
d
d
3
Trofozoíto
C
d
B
A
d
d
d
4
3
d
Fezes
i
2
d
Ciclo biológico da Entamoeba histolytica
Ciclo biológico da Entamoeba histolytica
1.2. Flagelados (mastigóforos)
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Flagelados são protozoários que se locomovem por meio
de flagelos – apêndices filiformes que, com movimentos
helicoidais, impulsionam a célula em meio líquido. Eles se
reproduzem por cissiparidade ou divisão binária. A maioria
é de vida livre, sendo abundantes na água doce e nos mares; outros vivem como parasitas. Durante seu ciclo evolutivo, o protozoário pode apresentar formas variadas.
82
Grânulo
basal
Membrana
ondulante
Flagelo
Corpúsculo
cerebral
Núcleo
Forma mastigota (com flagelo)
Forma mastigota (com flagelo)
Veja os principais exemplos dessa classe:
1.2.1. Euglena viridis
Esse protozoário não é patogênico ao homem. Apresenta cloroplasto e, na presença de luz, é autótrofo. Contudo,
imagem microscópica do Trypanosoma cruzi em amostra de sangue.
Outras formas de contato são transfusões sanguíneas,
transmissão na vida intrauterina por meio de gestantes
contaminadas e ingestão de alimentos contaminados com
o próprio vetor ou fezes do mesmo, ao serem triturados
junto ao açai ou ao caldo de cana.
A doença possui duas fases: um aguda e outra crônica.
Na fase aguda, o local da picada pelo vetor torna-se vermelho e endurecido, constituindo o chamado chagoma,
nome dado à lesão causada pela entrada do Trypanosoma.
Quando essa lesão ocorre próxima aos olhos, leva o nome
de sinal de Romaña. Geralmente, o chagoma acompanha uma íngua próxima à região.
Após o período de incubação, outros sintomas surgem
como febre, ínguas e inflamações locais na pele e em órgãos como o fígado. Em casos mais graves, pode ocorrer
insuficiência cardíaca. Os casos fatais, que são raros, ocorrem nessa fase, em decorrência da inflamação do coração
ou do cérebro.
Ciclo do Trypanosoma cruzi
em triatomíneos
Ciclo do Trypanosoma cruzi
em humanos e outros mamíferos
Picada
Tripomastigotas metacíclicos
Transformação em amastigotos
(dentro das células, proliferação)
Tripomastigotas metacíclicos
(indutivo)
Multiplicação
(no intestino)
Trypanosoma cruzi
Pode infectar
novas células
Amastigotos intracelulares se
ransformam em trypomastigotos
e invadem a correte sanguínea
Epimastigotas
(no intestino)
ciclo de vida do Trypanosoma cruzii
Nesses casos, a detecção do parasita no sangue torna-se
mais difícil e a identificação costuma ocorrer pela presença
de anticorpos.
Com isso, inicia-se a fase crônica da doença, na qual as manifestações são arritmia e perda progressiva da capacidade
de bombeamento do coração, consequência de lesões na
musculatura do órgão que enjirece e tende a aumentar de
tamanho para continuar funcionando.
Outros órgãos também podem aumentar e comprometer
suas funções, configurando a Síndrome de Megas, já que o
parasita gera inflamações no esôfago e no intestino grosso,
por exemplo.
1.2.3. Giardia lamblia
Mais frequente em crianças do que em adultos, a giardíase é uma parasitose que ocorre no intestino desses
indivíduos. Seu agente etiológico é a Giardia lamblia, um
protozoário flagelado e com incidência mais alta em climas tropicais e subtropicais.
A giardíase pode provocar náusea, cólicas, diarreia e febre.
Em alguns casos, o estado agudo da doença pode durar
meses, levando à má absorção de várias substâncias, inclusive vitaminas, como as lipossolúveis (vitaminas D, E, K
e A, por exemplo).
A contaminação ocorre quando a pessoa ingere os cistos
maduros. Os cistos podem estar na água (mesmo que
clorada), nos alimentos contaminados ou nas mãos contaminadas. As medidas preventivas devem ser as mesmas
tomadas contra a amebíase, uma vez que a contaminação
ocorre por meio da ingestão de cistos.
Trofozoíto se multiplica
por fissão binária
As medidas preventistas são de eliminação ou controle do
vetor, o que ocorre por meio da melhoria das habitações
rurais que servem de abrigo para o inseto e por meio de
adoção de práticas de higiene em processamento artesanal de alimentos, em especial frutas.
Excistação
Intestino grosso
Intestino delgado
Contato por ingestão
de cisto
Encistação
infecção por cisto
Cisto e trofozoídos
contaminados nas fezes
Ciclo biológico da Giardia Lamblia
1.2.4. Leishmania
Triatoma infestans (inseto barbeiro)
O protozoário causador da Leishmaniose é transmitido pela
picada da fêmea do mosquito hematófago do gênero
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Mesmo sem tratamento, os sintomas da fase aguda desaparecem depois de semanas ou meses. Entretanto, o parasita pode continuar no corpo, o que pode ocorrer com
casos assintomáticos, de forma que a pessoa permanece
durante muitos anos, ou mesmo a vida inteira, sem apresentar sintomas, sendo diagnosticada somente em testes
de laboratório.
83
Phlebotomus (mosquito-palha ou birigui). Entre as principais
espécies de protozoários parasitas do gênero Leishmania, podem ser destacadas a Leishmania braziliensis, a Leishmania
donovani e a Leishmania tropica. O principal grupo celular que
infectam são os macrófagos e, em seguida, infectam outras
células. Apresentam, como sintomas, três tipos de lesões: cutâneas similares às das fotos abaixo, mucocutâneas e viscerais.
Dividem- se no intestino e
migram para a probóscide
Promastigotas se transformam
em amastigotas
Promastigotas são fagocitados
por macrófagos
Amastigotas multiplicam- se
nas células de vários tecidos
e infectam outras células
O flebotomíneo ingere sangue
com células infectadas
Amastigotas se transformam
em promastigotas no intestino
Ciclo biológico da Leishmania braziliensis
Ciclo de vida de Leshimania spp
VIVENCIANDO
A geografia é uma ferramenta importante na compreensão da distribuição de protozoários, uma vez que o clima pode
influenciar quais protozoários podem ser encontrados no ecossistema. A distribuição geográfica das espécies na Terra é
determinada por diversos parâmetros do ambiente, como luz, temperatura, umidade, entre outros. Organismos de uma
determinada espécie serão encontrados em regiões que ofereçam condições necessárias para sua sobrevivência. Por
exemplo, a malária é uma doença tropical causada pelo protozoário Plasmodium sp, parasita que encontrou condições
ambientais favoráveis nos trópicos e se proliferou pela América do Sul, América Central, África e Ásia. O clima tropical
faz parte dessas regiões, onde a temperatura é elevada, os verões são quentes e úmidos e os invernos têm temperaturas
menores e queda no índice de precipitação. Esse quadro climatológico fornece condições para a proliferação do vetor
transmissor e do hospedeiro definitivo da malária, fechando assim o ciclo de vida do parasita.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
1.3. Ciliados
84
Trata-se de protozoários que se locomovem por meio de cílios
e apresentam reprodução por cissiparidade e conjugação. Um típico representante é o paramécio. Nele, observa-se
a existência de uma depressão – a goteira ou sulco oral – que
leva as partículas alimentares até uma abertura (citóstoma)
que continua pela citofaringe, um canal que forma, na extremidade, o vacúolo digestório. O citopígeo é uma abertura
usada para eliminar restos alimentares existentes no vacúolo
digestório. Além dos vacúolos contrácteis, evidenciam os dois
núcleos: o macronúcleo, relacionado à nutrição; e o micronúcleo, envolvido com a reprodução. O paramécio se reproduz
assexuadamente, por bipartição, e sexuadamente, por conjugação. Nesse caso, acontece a fusão temporária de dois
indivíduos, entre os quais se formam pontes citoplasmáticas
para trocas de partes dos micronúcleos. Depois da troca e da
fusão de micronúcleos, os paramécios separam-se e dividem-se duas vezes, produzindo um total de oito indivíduos.
Vacúolo
digestório
Vacúolo contráctil
Macronúcleo
Micronúcleo
Tricocistos
Citóstoma
Citopígeo
Representação
de um paramécio
Ciclo biológico
da Entamoeba
histolytica
1.4. Esporozoários
Esses protozoários não possuem organelas de locomoção, portanto, são parasitas e apresentam reprodução
sexuada por esporulação. É possível citar como exemplo os
plasmódios e o toxoplasma.
O Toxoplasma gondii é o causador da toxoplasmose e é transmitido pela urina de gatos, ratos e também pela ingestão
de carne contaminada.
No Brasil, o Plasmodium vivax, o Plasmodium falciparium e o Plasmodium ovale são causadores da malária. Os protozoários são
transmitidos pela picada da fêmea do mosquito do gênero Anopheles (mosquito-prego).
O ciclo de vida do plasmódio apresenta uma fase de reprodução assexuada, novidade em relação aos outros protozoários.
Há os gametócitos, formas celulares que se fundem dentro do corpo do vetor formando um zigoto, como é possível ver na
imagem abaixo.Também há a reprodução assexuada que ocorre por várias divisões do núcleo seguidas da fragmentação do
citoplasma, denominada divisão múltipla ou esquizogonia.
A infecção pelo parasita ocorre nas células do sangue, as hemácias, e também há um ciclo hepático no qual o plasmódio
infecta hepatócitos e também podem-se multiplicar, eliminando mais parasitas pela lise da célula.
Ciclo de transmissão da malária
6. Quando o mosquito morde uma
pessoa infectada, os gametócitos são
absorvidos e amadurecem no intestino
do mosquito
5. Outros merozoítos se
transformam em precursores
de gametas de machos e fêmeas
7. Os gametócitos do macho
e da fêmea se fundem e
formam um ookinete (Zigoto)
3. Os merozoítos infectam os
glóbulos vermelhos, onde se
desenvolvem em forma de
anéis trofozoítos e esquizontes
No Mosquito
No Humano
3. No fígado, o esporozoíto
se reproduz de forma assexuada
(esquizogonia), produzindo
milhares de merozoítos
8. Os zigotos se desenvolvem
em novos esporozoítos que migram
para as glândulas salivares do inseto
Células infectadas
1. O Mosquito transmite os
esporozoítos móveis
2. O esporozoíto viaja
através das vias sanguíneas
até as células do fígado
1.5.2. Sexuada (conjugação)
Em ciliados, como o paramécio, ocorre uma troca de material genético, que permite um aumento da variabilidade.
Essa troca se dá com o emparelhamento dos dois indivíduos e a formação de uma ponte citoplasmática.
multimídia: vídeo
O ciclo do plasmódio no interior do mosquito Anopheles
1.5. Reprodução
1.5.1. Assexuada (divisão binária)
É a forma de reprodução mais comum entre os protoctistas
unicelulares. A partir de um indivíduo, ocorre a duplicação
do núcleo e posterior divisão do citoplasma. O indivíduo
gerado possui a mesma bagagem genética do indivíduo
que o gerou. Nessa forma de reprodução, a variabilidade
pode ocorrer pelo fenômeno de mutação gênica.
Divisão binária em protoctistas
Conjugação em protoctistas
1.6. Encistamento
O encistamento inicia-se com a desidratação do citoplasma do protozoário que diminui de volume e secreta
uma membrana resistente que o isola do meio externo.
Assim, o protozoário transforma-se num cisto que pode
ser transportado pela água e pelo vento, favorecendo a
disseminação das espécies até em condições ambientais desfavoráveis. Esses protozoários desincestam em
condições ambientais favoráveis, ou seja, no local adequado de seu hospedeiro.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Fonte: Youtube
85
Cistos de amebas
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Principais protozooses
86
Local de infecção
e sintomas
Parasita
Classificação
Doença
Entamoeba
histolytica
rizópode
(pseudopodes)
amebíase
(disenteria)
§ intestino grosso
§ ulcerações e diarreia
alimentos e água
contaminada
medidas de saneamento,
higiene pessoal e com
os alimentos
Giardia lamblia
flagelado
giardíase
(disenteria)
§ intestino delgado
§ dores abdominais e diarreia
alimentos e água
contaminada
medidas de saneamento,
higiene pessoal e com
os alimentos
Balantidium coli
ciliado
balantidiose
(disenteria)
§ intestino
§ diarreia
alimentos e água
contaminada
medidas de saneamento, higiene pessoal e
com os alimentos
Leishmania
brasiliensis
flagelado
úlcera de
Bauru ou
Leishmaniose
§ vias respiratórias
picada da fêmea do
§ lesões nas mucosas da boca e do
mosquito-palha
nariz
telas, repelentes, habitações longe
de matas
Trichomonas
vaginalis
flagelado
tricomoníase
§ uretra e próstata (homem); vagina
(mulher)
§ uretrite e corrimentos
relação sexual,
sanitários e piscinas
higiene pessoal, com piscinas e
sanitários, uso de preservativos
Trypanosoma
gambiensis
flagelado
doença
do sono
§ sangue e sistema nervoso
§ lesões nas meninges
picada da
mosca-tsé-tsé
combate à mosca
Toxoplasma
gondii
esporozoário
toxoplasmose
Trypanosoma cruzi
flagelado
doença de
Chagas
Plasmodium
esporozoário
malária
Transmissão
Profilaxia
fezes de animais
§ mal-estar, prostração, febre; no feto
domésticos (gatos
pode causar retardamento mental,
em geral) e via
cegueira e hidrocefalite
placentária
evitar contato com
animais domésticos (fezes
e urina), principalmente
para mulher gestante
§ corrente sanguínea
§ inflamação no coração e/ou cérebro
fezes do barbeiro
melhorar as condições de
habitação, eliminando ou
evitando contato com o vetor
§ hemáceas
§ inflamação no fígado
picada da fêmea
do mosquito-prego
(Anopheles)
repelentes, telas, combate
ao vetor
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
“Maré vermelha é um fenômeno que acontece em todos os mares do Planeta, e é caracterizado pelo excesso do aparecimento de algas. Parte do fitoplâncton, base da cadeia alimentar aquática, as algas microscópicas aumentam em grandes
proporções, fazendo com que o fenômeno aconteça. A floração, como é chamado esse aumento excessivo das algas, vem
acompanhada da liberação de substâncias tóxicas que podem ocasionar a morte de animais aquáticos, além da intoxicação
de pessoas que se alimentem de animais contaminados. O fenômeno é chamado de maré vermelha devido à coloração das
algas que aparecem em maior quantidade nesse tipo de floração – marrons e vermelhas – que acabam por alterar a coloração das águas também. Quando acontece a maré vermelha, é possível a visualização de manchas avermelhadas nas águas.
A maré vermelha é um acidente ecológico que acontece em decorrência de alguns fatores, como a alteração da salinidade, oscilação da temperatura, além do excesso de sais minerais que são ocasionados pelo escoamento de esgoto
doméstico, alterando as condições abióticas do mar, afetando, consequentemente, o comportamento de espécies que
vivem no local, inclusive as planctônicas.”
Dessa forma, os protistas podem ser usados como bioindicadores da qualidade da água nos oceanos.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
(http://www.estudopratico.com.br/mare-vermelha-como-se-da-esse-fenomeno/)
87
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 29
Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos, analisando implicações para o ambiente, a
saúde, a produção de alimentos, matérias-primas ou produtos industriais.
Neste exercício, é fundamental a análise correta de experimentos. Entender como funciona um grupo de controle
(mosquitos não expostos) e um grupo experimental (mosquitos expostos) e o que o resultado apresentado pode
fornecer sobre, por exemplo, a utilização de seres vivos como controles biológicos.
MODELO 1
(Enem) Foram publicados recentemente trabalhos relatando o uso de fungos como controle biológico de mosquitos transmissores da malária. Observou-se o percentual de sobrevivência dos mosquitos Anopheles sp após
exposição ou não a superfícies cobertas com fungos sabidamente pesticidas, ao longo de duas semanas. Os
dados obtidos estão presentes no gráfico abaixo.
No grupo exposto aos fungos, o período em que houve 50% de sobrevivência ocorreu entre os dias:
a) 2 e 4
b) 4 e 6
c) 6 e 8
d) 8 e 10
e) 10 e 12
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ANÁLISE EXPOSITIVA
88
Reduzir a transmissão por meio do mosquito Anopheles sp é uma das maneiras mais eficientes de
combater a malária. Muitos estudos publicados em revistas científicas se utilizam de gráficos com o
intuito de facilitar a visualização e o entendimento do leitor. O experimento foi realizado por meio
da utilização de um fungo para combater o mosquito transmissor. Foram utilizados 2 grupos, um no
qual os mosquitos não foram expostos ao fundo (grupo controle) e outro no qual o fungo estava
junto com os mosquitos (grupo experimetal). Ao longo do tempo, no grupo em que o fungo estava
presente, a porcentagem de sobrevivência dos mosquitos começou a diminuir a partir do dia 6. O
período no qual houve 50% de sobrevivência foi entre os dias 8 e 10.
RESPOSTA
Alternativa D
DIAGRAMA DE IDEIAS
•
•
•
ENCISTAMENTO
CONDIÇÕES
DESFAVORÁVEIS
HETERÓTROFOS
EUCARIONTES
ISOLADOS OU COLÔNIAS
PROTOZOÁRIOS
REPRODUÇÃO
•
•
SEXUADA
ASSEXUADA
CONJUGAÇÃO
BIPARTIÇÃO
CISSIPARIDADE
MEIOS DE LOCOMOÇÃO
(CLASSIFICAÇÃO)
ESPOROZOÁRIOS
CILIADOS
NÃO POSSUEM ESTRUTURAS
PARA LOCOMOÇÃO
CÍLIOS
PLASMODIUM VIVAX
(MALÁRIA)
POSSUEM MACRONÚCLEO
E MICRONÚCLEO
(NUTRIÇÃO E REPRODUÇÃO)
FLAGELADOS
(MASTIGÓFOROS)
FLAGELOS
EUGLENA VIRIDIS
TRYPANOSOMA CRUZI INFECÇÃO
(DOENÇA DE CHAGAS)
FEZES DO BARBEIRO
GIARDIA LAMBLIA
(GIARDÍASE)
INGESTÃO DE ALIMENTOS
CONTAMINADOS
LEISHMANIA SP
(EISHMANIOSE)
INFECÇÃO
INFECÇÃO
PICADA DO MOSQUITO
PHLEBOTOMUS
RIZÓPODES
(SARCONDINOS)
PSEUDÓPODES
ENTAMOEBA HISTOLYTICA
(AMEBAS)
AMEBÍASE
SINTOMAS
• DORES INTESTINAIS
• INFLAMAÇÃO
INFECÇÃO
• INGESTÃO DE ALIMENTOS
CONTAMINADOS
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
INFECÇÃO
PICADA DA FÊMEA DO
MOSQUITO ANOPHELES SP
89
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
ANOTAÇÕES
90
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BIOLOGIA
CIÊNCIAS DA
NATUREZA
e suas tecnologias
TEORiA
DE AULA
CITOLOGIA
INCIDÊNCIA DO TEMA NAS PRINCIPAIS PROVAS
O DNA e seus processos (transcrição e
tradução) são pontos fundamentais para
resolver questões de biotecnologia. A bioquímica básica tem seu destaque dentro de
assuntos da atualidade, como clonagem e
terapia gênica. Metabolismo energético
são assuntos com presença
garantida.
Diferenciação entre os tipos celulares, comparação entre os processos bioquímicos e
fisiológicos são pontos fortes desta prova.
Mais uma vez, a bioquímica básica será
base para a compreensão desses assuntos.
Metabolismo energético (respiração celular
e fotossíntese), citologia (divisões celulares e funções de organelas) e bioquímica
(síntese proteica e ácidos nucleicos) são
bastante presentes.
É a segunda área de maior destaque na
prova, na qual os assuntos como núcleo,
DNA e síntese proteica têm grande destaque. Questões de interpretação de esquemas de células e identificação de funções
de organelas celulares são bem frequentes.
Função e reconhecimento de organelas são
essenciais nesta prova, além de ter conhecimento sobre a bioquímica estrutural básica
de cada uma.
Prova com questões que misturam diferentes áreas da Biologia. Destacam-se os
conteúdos relacionados a metabolismo
energético (respiração celular e fotossíntese), organelas citoplasmáticas e bioquímica
básica.
Dificilmente há uma prova da Unesp que
não caia bioquímica. Normalmente abordam metabolismo energético, porém para
entender esse conteúdo é essencial o conhecimento da bioquímica básica.
Metabolismo energético, funções das organelas citoplasmáticas, divisões celulares e
transporte através da membrana são conteúdos sempre presentes nesse vestibular.
Citologia é um dos assuntos mais presente,
sendo que há questões sobre funções de
organelas, transporte através de membrana, divisões (mitose e meiose) e metabolismo energético. Nos últimos anos, também
houve maior frequência de questões sobre
bioquímica.
UFMG
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
É uma prova com questões interdisciplinares que cobram conteúdos altamente
específicos. Aborda conteúdos de bioquímica, principalmente DNA e síntese proteica,
e citologia, como transporte através da
membrana e divisões celulares.
92
Questões com alto nível de especificidade, sendo citologia um dos temas mais
comuns. Estão presentes conteúdos como
funções das organelas, divisões celulares,
transporte através da membrana e metabolismo energético.
A bioquímica tem forte presença nesta
prova, abordando estrutura e exemplos de
lipídeos, carboidratos e proteínas; o dogma
central da Biologia e a síntese proteica são
conteúdos bem abordados. No campo da
citologia, podemos destacar também fisiologia celular e os processos de
divisão.
Apresenta muitas questões relacionadas
à bioquímica básica e divisões celulares.
Aparecem também questões sobre funções de organelas e transporte através de
membrana.
Com perfil similar à Fuvest e questões bem
específicas, os temas mais frequentes são
respiração celular e fotossíntese e funções
das organelas citoplasmáticas (e como elas
estão relacionadas com a especialização
das células).
Prova com ênfase em citologia e genética.
Na área de citologia, os assuntos mais
abordados são metabolismo energético
(respiração celular e fotossíntese), bioquímica (principalmente ácidos nucleicos) e as
divisões celulares.
2. Água
COMPOSIÇÃO
QUÍMICA
CELULAR I
CN
1E2
A quantidade de água varia de acordo com a taxa metabólica. Quanto maior a atividade química (metabolismo) de
um órgão, maior o teor hídrico. Por exemplo, o encéfalo do
embrião. Observe a tabela a seguir:
HABILIDADE(s)
4
14
1. Introdução
Porcentagem de água das estruturas do ser humano
A Citologia (do grego "kytos = célula" e "logos = estudo")
é a área da biologia que estuda os processos de funcionamento das células, bem como sua estrutura e composição.
A análise do conteúdo celular revela a existência de componentes minerais e orgânicos. Os primeiros compreendem a água e os sais minerais. Já os componentes orgânicos, muitas vezes chamados de macromoléculas, podem ser
agrupados em quatro categorias: açúcares (ou carboidratos), lipídios, proteínas e ácidos nucleicos.
Os ácidos nucleicos estão presentes nas células de qualquer organismo e suas quantidades são variáveis entre
espécies diferentes. Os detalhes e a causa dessa variação
serão apresentados mais adiante e, por essa razão, não estão presentes na tabela a seguir:
Componentes químicos das células
constituintes
células
animais (%)
células
vegetais
(%)
água
60
75
substâncias minerais
4,3
2,45
glicídios
6,2
18
lipídios
11,7
0,5
proteínas
17,8
4
substâncias
orgânicas
estrutura orgânica
teor da água (%)
encéfalo de embrião
92
músculos
83,4
cérebro
77,8
pulmões
70,9
coração
70,9
osso
48,2
dentina
12
O encéfalo do embrião tem 92% de água, e o do adulto,
78%. A taxa de água, em geral, decresce com a idade e,
também, com a espécie. Por exemplo, na espécie humana
há 64% de água; nas medusas, 98%; nos esporos e sementes vegetais, 15%.
2.1. Propriedades físicas da água
§ Coesão – Trata-se da capacidade de uma substância
permanecer unida, resistindo à separação. Uma gota
de água sobre um folha, por exemplo, forma uma espécie de película. Isso ocorre pois as moléculas estão
fortemente ligadas umas às outras. Essa força de atração entre as moléculas gera um fenômeno chamado
tensão superficial. Entre todos os líquidos, a tensão superficial da água está entre as mais fortes. Observe na
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
COMPETÊNCIA(s)
AULAS
A água é considerada um solvente universal, sendo o
principal componente inorgânico de qualquer ser vivo. O
ambiente intracelular é aquoso, o que é essencial para a
ocorrência das reações químicas e metabólicas. A água
também ajuda a evitar variações bruscas de temperatura, atuando na termorregulação dos seres vivos, pois
apresenta valores elevados de calor específico, calor de
vaporização e calor de fusão. Nos processos de transporte de células e de substâncias, intra e extracelulares, a água tem importante participação, assim como na
eliminação de excretas celulares. Em regiões onde
há atrito, como nas articulações, a água também tem
função lubrificante.
93
figura a seguir que os insetos não afundam. Isso ocorre
devido a uma espécie de membrana ultrafina que se
forma na superfície da água.
O zinco colabora na conservação do cabelo e da pele,
além de auxiliar nas cicatrizações. É encontrado em pequenas quantidades em diversos alimentos.
O selênio, por sua vez, é encontrado em carnes, peixes e
vegetais. Ele é responsável por diminuir os riscos de alguns
tipos de câncer, além de proteger as células contra substâncias oxidantes. A quantidade de selênio nos vegetais é
correlacionada com o teor desse mineral no solo.
Veja outros exemplos na tabela a seguir:
Principais sais minerais das células
Devido à tensão superficial, alguns insetos
pousam sobre a água e não afundam.
§ Adesão – A água tem a tendência de se unir a moléculas
polares, e isso ocorre devido à sua polaridade. Essa atração
recebe o nome de adesão. As moléculas de água não se ligam a moléculas apolares, não havendo adesão. Por isso, ela
não se distribui igualmente sobre uma superfície encerada
e forma gotículas separadas sobre elas, pois a cera é apolar.
§ Capilaridade – Trata-se de um fenômeno físico resultante
das interações entre as forças de adesão e coesão da molécula de água. É devido à capilaridade que a água desliza por
tubos ou entre poros de alguns materiais, como o algodão.
Quando se coloca um tubo fino em contato com água, o
líquido tende a subir pelas suas paredes devido às forças de
adesão e coesão. A adesão está relacionada com a afinidade
entre o líquido e a superfície do tubo. A coesão as mantém
unidas, arrastando umas às outras pela coluna, elevando o
nível de água. Esse fenômeno é muito utilizado pelas plantas
no transporte de substâncias da raiz até as folhas.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
3. Sais minerais
94
Como o ambiente intra e extra celular é aquoso, os sais minerais presentes ali encontram-se dissociados em cátions
(íons carregados positivamente) e ânions (íons carregados
negativamente). Em uma célula, os sais minerais podem
ser encontrados de duas formas simples: fixas como componentes de estruturas esqueléticas (osso, casca de ovos,
etc.) e ionizada ou dissociada.
Zinco, cobre, selênio e flúor devem ser ingeridos diariamente, pois desempenham um importante papel no
controle do metabolismo ou na manutenção da função
de tecidos orgânicos.
O cobre tem relação com as diversas pigmentações em
nosso corpo, além de proteger a pele. Ele está presente em
alimentos como feijão, ervilhas, castanhas, uvas, cereais e
pão integral.
Cálcio (Ca2+)
Componente dos ossos e dentes. Ativador de
enzimas, participa de processos como a contração muscular e a coagulação.
Magnésio
(Mg2+)
Faz parte da molécula de clorofila; é necessário,
portanto, à fotossíntese.
Ferro (Fe2+)
Presente na hemoglobina do sangue, pigmento fundamental para o transporte de oxigênio.
Componente de substâncias importantes na
respiração e na fotossíntese (citocromos e ferrodoxina).
Sódio (Na+)
Tem concentração intracelular sempre mais
baixa que nos líquidos externos. A membrana
plasmática, por transporte ativo, constantemente bombeia o sódio, que tende a penetrar
por difusão facilitada. Importante componente
da concentração osmótica do sangue juntamente com o K+.
Potássio (K+)
É mais abundante dentro das células. Por transporte ativo, a membrana plasmática absorve
o potássio do meio externo. Os íons sódio
e potássio estão envolvidos nos fenômenos
elétricos que ocorrem na membrana plasmática, na concentração muscular e na condução
nervosa.
Fosfato (PO4 )
Componente dos ossos e dentes. Está no ATP,
molécula energética das atividades celulares.
É parte integrante do DNA e RNA, no código
genético.
Cloro (Cℓ–)
Componente dos neurônios (transmissão de
impulsos nervosos).
Iodo (I–)
Entra na formação de hormônios tireoidianos.
–3
4. Polímeros
Dentre os compostos orgânicos já citados anteriormente, os
carboidratos, proteínas e ácidos nucleicos são considerados
polímeros. Polímeros são molé­culas de alto peso molecular
(também chamadas de macromoléculas) formadas por uma
cadeia de moléculas menores, chamadas de monômeros.
Os monômeros que formam os carboidratos são chamados de monossacarídeos, enquanto os monômeros que
formam as proteínas são chamados de aminoácidos, e, por
fim, os monômeros que formam os ácidos nucleicos são
chamados de nucleotídeos.
plantas sintetizam seus próprios carboidratos, já os animais adquirem os carboidratos necessários por meio da alimentação.
Os lipídios não apresentam uma unidade básica que possa
ser considerada um monômero, então não são considerados polímeros, apesar de serem macromoléculas.
PRINCIPAIS MONOSSACARÍDEOS
carboidrato
papel biológico
Os carboidratos e lipídios serão detalhados nesta aula, enquanto as próximas aulas se dedicarão ao estudo detalhado das proteínas e ácidos
nucleicos.
Monômetro
Monômetro
Monômeros
ribose (5C)
Uma das matérias-primas necessárias à produção de ácido ribonucleico.
desoxirribose (5C)
Matéria-prima necessária à produção de ácido
desoxirribonucleico (DNA).
glicose (6C)
É a molécula mais usada pelas células para obtenção de energia. É sintetizada na fotossíntese
pelos seres clorofilados. Abundante em vegetais,
no sangue e no mel.
frutose (6C)
Muito comum em frutas, também apresenta papel fundamentalmente energético.
galactose (6C)
Um dos monossacarídeos constituinte da lactose
do leite. Papel energético.
Polímero
Polímero
Estrutura de uma macromolécula do tipo polímero.
ribose
desoxirribose
frutose
glicose
galactose
PRINCIPAIS DISSACARÍDEOS
carboidrato unidades
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Feofíceas ou algas pardas Diversidade dos Seres Vivos
fontes
papel
biológico
sacarose
glicose
+
frutose
cana-de-açúcar
e beterraba
papel
energético
lactose
glicose + galactose
leite
papel
energético
maltose
glicose + glicose
vegetais
papel
energético
4.1. Açúcares (ou carboidratos)
Os monossacarídeos podem ser classificados de acordo com
a quantidade de carbonos em sua composição; os açúcares
mais comuns são trioses (3 átomos de carbono), pentoses
(5 átomos de carbono) ou hexoses (6 átomos de carbono),
acrescidos da terminação "OSE". Como triose, pentose e hexose. Os monossacarídeos mais importantes são: glicose, frutose, galactose (hexoses) e ribose, desoxirribose (pentoses).
Dissacarídeo é a junção entre dois monossacarídeos; como
lactose, maltose e sacarose. A junção entre muitos monossacarídeos recebe o nome de polissacarídeo, como amido,
glicogênio, celulose, quitina, etc.
Além de serem a fonte primária de energia para as diversas
atividades celulares, os glicídios possuem função estrutural. As
sacarose
lactose
PRINCIPAIS POLISSACARÍDEOS
carboidrato
unidades
fontes
papel
biológico
amido
(inúmeras)
moléculas
de glicose
raízes e
caules
reserva energética
vegetal
celulose
(inúmeras)
moléculas
de glicose
parede
de células
vegetais
sustentação
glicogênio
(inúmeras)
moléculas
de glicose
fígado
e músculos
reserva
energética
animal
quitina
(inúmeras)
moléculas
de glicose
parede
de células
vegetais
sustentação
Apesar dos quatro polissacarídeos apresentados na tabela serem compostos de várias moléculas de glicose,
essas moléculas se ligam umas às outras de formas diferentes em cada molécula, assumindo assim conformações
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Os açúcares são conhecidos também como glicídios, carboidratos, sacarídeos ou hidratos de carbono. Essas moléculas
são compostas principalmente por carbono, hidrogênio e oxigênio. Os carboidratos mais simples são classificados como
monossacarídeos e sua fórmula geral é: CnH2nOn. O valor de n
pode variar de 3 a 7, dependendo do tipo de monossacarídeo.
95
tridimensionais diferentes, caracterizando assim suas
funções distintas.
o xilol, o éter, a benzina e o clorofórmio. São exemplos de
lipídios as gorduras os óleos e as ceras.
O amido é o carboidrato de reserva principal dos vegetais
e é armazenado principalmente nos vacúlos de células
vegetais especializadas. Na digestão humana, o amido é
quebrado em glicose, que é utilizada como fonte de energia. A glicose excedente é parcialmente armazenada como
glicogênio (reserva de carboidratos animal), e o restante é
metabolizado em lipídios, armazenados no tecido adiposo
dos animais.
Os lipídios podem ser classificados em: glicerídeos (grupo das gorduras e óleos), fosfolipídeos (componentes da
membrana plasmática), cerídeos (as ceras impermeabilizam superfícies vegetais, evitando a desidratação), esteroides (o principal esteroide é o colesterol) e carotenoides
(pigmentos de coloração).
No corpo humano, o glicogênio é armazenado nos músculos e fígado, com propósitos distintos. A reserva de glicogênio muscular é quebrada rapidamente em momentos de demanda energética, permitindo que os músculos
sempre tenham uma resposta de movimento imediata
aos impulsos nervosos. O fígado, por sua vez, é responsável por armazenar glicogênio e quebrá-lo em glicose em
momentos de baixa glicemia, como durante períodos de
jejum, de modo que a glicose liberada circule pela corrente
sanguínea e permita que órgãos essenciais como o cérebro
sempre tenham uma fonte de energia disponível.
A quitina e a celulose apresentam uma estrutura química
que dificulta a ação enzimática, então não são quebradas no
processo de digestão da maioria dos seres vivos. Esses polissacarídeos atuam como importantes moléculas de estrutura
e sustentação dos seres vivos; a celulose é essencial na composição da parede celular de vegetais, enquanto a quitina é
o componente básico do exoesqueleto de artrópodes.
Os lipídios são os principais constituintes das membranas
celulares, estando assim presentes em todos os tecidos
dos seres vivos. Os lipídios são muito importantes como
reserva energética. Nos animais, são armazenados em
células específicas, chamadas de adipócitos, que formam
o tecido adiposo. Nos vegetais, os lipídios são armazenados nos vacúolos celulares e são muito abundantes nas
sementes oleaginosas.
A maioria dos lipídios é derivada ou possui ácidos graxos na sua
estrutura. Algumas substâncias classificadas entre os lipídios possuem intensa atividade biológica, como vitaminas e hormônios.
Embora os lipídios sejam uma classe distinta de biomoléculas, observa-se que eles, geralmente, ocorrem combinados,
seja covalentemente ou através de ligações fracas, como
membros de outras classes de biomoléculas, para produzir
moléculas hídricas, tais como glicolipídios, que contêm tanto carboidratos quanto grupos lipídicos, e lipoproteínas, que
contêm tanto lipídios como proteínas.
lactato
glicose
fermentação
láctica
glicogênio
glicose
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
96
lactato
gliconeogênese
glicose
lactato
glicogênio
Esquematização do processo de síntese e utilização do glicogênio.
5. Lipídios
O grupo dos lipídeos é muito heterogêneo, e agrupa moléculas orgânicas cuja característica comum é a insolubilidade em água e a solubilidade em solventes orgânicos, como
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Entrevista: Antonio Herbert Lancha Jr
fala sobre obesidade
O grupo dos glicerídeos compreende as gorduras e os óleos.
Um glicerídeo muito abundante nos seres vivos são os triglicerídios. Quando hidrolisados, os triglicerídeos liberam
um álcool chamado gli­cerol e três cadeias de ácidos graxos.
Os ácidos graxos podem ser classificados como saturado
ou insaturado; chamamos de saturado quando há somente ligações simples entre os átomos de car­bono (exemplos:
palmítico e o ácido esteárico); por sua vez, um ácido graxo
é insaturado quando possui uma ou mais ligações duplas
entre os carbonos, como o ácido oleico, por exemplo.
As ligações duplas, também chamadas de insaturações,
fazem com que a cadeia carbônica de cada ácido graxo
tenha uma conformação espacial distinta, menos linear, e
isso faz com que ácidos graxos insaturados sejam menos
compactos, e essa característica é essencial para a fluidez
das membranas celulares. Os ácidos graxos saturados, por
sua vez, são muito mais rígidos e também tendem a se
agregar nas paredes de vasos sanguíneos, podendo causar
complicações e entupimentos.
POLAR
Um fosfolipídio de membrana.
Quando está no estado sólido e à temperatura ambiente,
um lipídio é denominado “gordura”; caso esteja no estado
líquido, será denominado “óleo”.
5.2. Ceras
As ceras são lipídios sólidos à temperatura ambiente. Quando hidrolisadas, seus lipídios também liberam uma molécula
de glicerol e ácidos graxos de cadeia longa.
As ceras são essencialmente usadas para a proteção dos
organismos, sejam animais ou plantas. Os seres humanos
produzem cera nos ouvidos como uma forma de evitar a
entrada de partículas de poeira no canal auditivo. Algumas
plantas secretam ceras que revestem as folhas e evitam perdas excessivas de água, principalmente em ambientes secos.
5.3. Esteroides
Os esteroides são hormônios sintetizados a partir do lipídio colesterol. Nos humanos, são secretados pelas gônadas, córtex
adrenal e pela placenta. Tanto a testesterona como o estradiol
(também chamado de estrogênio) são hormônios esteroides, e
estão relacionados com a expressão de características sexuais
secundárias masculinas e femininas, respectivamente.
R = dez ou mais átomos de carbono.
O colesterol, além de atuar como precursor na biossín­tese
dos hormônios esteroides, também é precursor dos ácidos
e sais biliares. Além disso, o colesterol é um constituinte
muito importante da membrana celular, pois auxilia na
fluidez da membrana, ou seja, impede que a membrana
celular fique excessivamente compacta, o que dificultaria
processos celulares.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
5.1. Glicerídeos
APOLAR
As diferentes propriedades químicas e físicas dessas biomoléculas estão combinadas para exercer funções biológicas
específicas. Diferentemente das demais biomoléculas, os lipídios não são polímeros, ou seja, não são repetições de uma
simples unidade. Os lipídios possuem uma estrutura química
simples, mas suas funções são complexas e diversas. Atuam
nas etapas determinantes do metabolismo e na definição
das formas celulares. Alguns lipídios formam filmes sobre a
superfície da água, enquanto outros formam agregados organizados na solução. Os lipídios possuem uma região polar
ou iônica, que pode ser facilmente hidratada; como é o caso
dos lipídios que compõem as membranas celulares.
97
É importante destacar que o corpo humano produz quantidades de colesterol suficientes para suprir as funções positivas
desse lipídio no organismo; assim, é importante ter um cuidado alimentar para evitar seu excesso na circulação sanguínea,
que pode causar prejuízos. O colesterol pode aderir às paredes
dos vasos sanguíneos, formando estruturas conhecidas como
"placas ateroscleróticas", que são um dos principais fatores de
risco associados à ocorrência de infarto agudo do miocárdio.
Esteroides anabolizantes
Os esteroides anabolizantes são produtos sintéticos
usados, em doses controladas, no tratamento de certas doenças. No entanto, como aumentam a síntese
de proteína pelos músculos, são também consumidos
– sem acompanhamento médico – por pessoas que
querem aumentar rapidamente a massa muscular.
O uso indiscriminado de esteroides – e sem o controle
médico – pode interromper o crescimento (na adolescência), causar hepatite, danos aos rins, câncer de fígado,
problemas de comportamento (depressão, aumento da
agressividade), aumento da pressão arterial e do risco de
ataque cardíaco. Em homens, pode provocar esterilidade
e atrofia dos testículos. Em mulheres, pode desequilibrar
o ciclo menstrual e desenvolver características sexuais secundárias masculinas, como a presença de pelos na face.
Dessa forma, além de serem proibidos em competições esportivas, os esteroides anabolizantes não devem ser utilizados sem indicação médica.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
5.4. Lipoproteínas
98
Lipoproteínas são associações entre proteínas e lipídios, como
o próprio nome indica. Na corrente sanguínea, essas moléculas têm a função de transportar e regular o metabolismo dos
lipídios no plasma. A fração lipídica das lipoproteínas varia
muito e permite a classificação das mesmas em cinco grupos:
1. Quilomicron – é a lipoproteína menos densa. É responsável por transportar triacilglicerol exógeno (lipídios
provenientes da alimentação) na corrente sanguínea, para
que seja armazenado nos tecidos adiposos.
2. VLDL (Lipoproteína de Densidade Muito Baixa) – transporta triacilglicerol endógeno (lipídios sintetizados pelo
próprio organismo, como colesterol, por exemplo).
3. IDL (Lipoproteína de Densidade Intermediária) – é formada na transformação de VLDL em LDL.
4. LDL (Lipoproteína de Densidade Baixa) – principal
transportadora de colesterol; seus níveis aumentados
no sangue elevam muito as chances de infarto agudo
do miocárdio.
5. HDL (Lipoproteína de Densidade Alta) – retira o colesterol da circulação. Quando seus níveis no sangue estão
elevados, os riscos de infarto do miocárdio são baixos.
5.5. Prostaglandinas
As prostaglandinas são lipídios importantes em diversos
processos de comunicação entre células, produzidas principalmente em tecidos onde há uma infecção ou lesão. As
prostaglandinas controlam processos de inflamação nos
caso de infecções e a mudanças no fluxo sanguíneo e formação de coágulos sanguíneos relacionados à lesões. Também há prostaglandinas que atuam na indução do parto.
As prostaglandinas atuam na comunicação celular localmente, ou seja, não entram na corrente sanguínea.
Anti-inflamatórios não esteroides, como a aspirina, agem
bloqueando as enzimas responsáveis pela formação de
precursores de prostaglandinas, evitam a sinalização e
consequente resposta inflamatória do organismo.
Estrutura de uma prostaglandina, a Prostaglandina E1, que tem
ação vasodilatadora e está presente em respostas inflamatórias.
5.6. Em resumo: as funções dos lipídios
Como vimos até agora, fosfolipídeos são constituintes
da membrana plasmáti­ca e de todas as membranas
internas da célula.
Além disso, lipídios liberam energia quando oxidados,
e são a segunda fonte de energia do organismo, sendo
usados na ausência de carboidratos. Os lipídios constituem a reserva ener­gética dos animais, sendo alocados no tecido adiposo.
Os lipídios também fazem parte da estrutura de algumas vitaminas, como A, D, E e K, e atuam como
precursores de alguns hormônios, como testosterona,
estrogênio e progesterona.
Também são os lipídios que formam as ceras, responsáveis por proteger os organismos contra dessecação e
excesso de trans­piração.
Adicionalmente, os lipídios formam um panículo adiposo sob a pele que, juntamente com o tecido adiposo de
outras partes do corpo, oferece isolamento térmico,
elétrico e mecânico, protegendo células, órgãos e o
organismo como um todo.
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
No estudo das funções biológicas dos carboidratos e lipídios, aplicamos conceitos também estudados nas aulas de química orgânica, como estruturas químicas e propriedades mo­leculares.
Os carboidratos são compostos químicos que possuem vários átomos de carbono ligados às hidroxilas (OH), apresentando funções orgânicas como cetona e aldeído. Devido a essas características químicas e de organização atômica, os
carboidratos são moléculas muito reativas e por isso sua clivagem é a principal fonte de energia para os organismos.
Os lipídios, por sua vez, apresentam a função orgânica álcool (principalmente o glicerol) e ácidos graxos; alguns possuem
outros elementos, como grupos fosfato, e são classificados como fosfolipídeos. Os fosfolipídeos são considerados moléculas
anfipáticas, ou seja, apresentam características hidrofóbicas e hidrofílicas simultaneamente. Essa característica faz com que
essas moléculas, em meio aquoso, tenham a tendência de se agregar formando esferas lipídicas. A formação das membranas
plasmáticas e o consequente surgimento da vida estão intimamente relacionados com essa propriedade dos fosfolipídios.
As vitaminas são substâncias orgânicas essenciais e precisam ser obtidas dos alimentos, uma vez que o organismo não consegue fabricá-las. Podem ser agrupadas
em hidrossolúveis, representadas pelo complexo B e pela
vitamina C; e em lipossolúveis, representadas pelas vitaminas D, E, K e A. A maioria das vitaminas necessárias
ao nosso organismo atua como coenzima, ou seja, como
biocatalisadores, moléculas que se ligam à enzimas e permitem seu funcionamento correto.
§ Vitamina A (retinol – antixeroftálmica) – Necessária para o desenvolvimento e para o funcionamento
dos olhos, nariz e pulmões. Previne resfriados e várias
infecções. Evita a xeroftalmia (conhecida como “cegueira noturna” ou “olhos secos”) em crianças e a cegueira
total. Pode ser encontrada em vegetais amarelos (cenoura, abóbora, batata-doce, milho), pêssego, nectarina, abricó, gema de ovo, manteiga, fígado, etc.
§ Vitamina B1 (tiamina) – Ajuda na oxidação dos
carboidratos. Estimula o apetite. Mantém o tônus
muscular e o bom funcionamento do sistema nervoso.
Evita a perda de apetite, a fadiga muscular, o nervosismo, o beribéri (humanos) e a polineurite (pássaros).
Encontrada em cereais na forma integral e em pães,
feijão, fígado, carne de porco, ovos, fermento de padaria, vegetais de folhas, etc.
§ Vitamina B2 (riboflavina) – Auxilia na oxidação dos
alimentos. É essencial à respiração celular. Mantém a
tonalidade saudável da pele. Atua na coordenação motora. Evita a ruptura da mucosa da boca, dos lábios, da
língua e das bochechas. Está presente em vegetais de
folhas (couve, repolho, espinafre, etc.), carnes magras,
ovos, fermento de padaria, fígado, leite, etc.
§ Vitamina B3 (PP – ácido nicotínico) – Mantém o tônus
nervoso e muscular e o bom funcionamento do aparelho
digestório. Previne a inércia e a falta de energia, o nervosismo extremo, os distúrbios digestivos, a pelagra (humanos)
e a língua preta (cães). Está presente no lêvedo de cerveja,
nas carnes magras, nos ovos, no fígado, no leite, etc.
§ Vitamina B6 (piridoxina) – Ajuda na oxidação dos
alimentos. Mantém a pele saudável. Evita doenças de
pele, distúrbios nervosos, inércia e extrema apatia. É
encontrada no lêvedo de cerveja, nos cereais integrais,
no fígado, nas carnes magras, no peixe, no leite, etc.
§ Vitamina B12 (cianocobalamina) – É importante
para a maturidade das hemácias. Evita a anemia perniciosa. É encontrada no fígado, no leite e seus derivados,
nas carnes, nos peixes, nas ostras, nas leveduras, etc.
Fontes de vitamina B12.
Fontes de vitamina B3.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
6. Vitaminas
99
tência, manutenção, manifestação e propagação da vida.
De acordo com as estruturas celulares e as substâncias
químicas envolvidas, é possível dividi-lo em metabolismo
energético, de construção e de regulação.
Fontes de vitamina B1.
Fontes de vitamina B2.
§ Vitamina C (ácido ascórbico – antiescorbútica)
– Previne infecções. Mantém a integridade dos vasos
sanguíneos e a saúde dos dentes. Previne o escorbuto,
a inércia e a fadiga em adultos, a insônia e o nervosismo em crianças, o sangramento das gengivas, as
inflamações nas juntas e os dentes alterados. Pode ser
encontrada em frutas cítricas (limão, lima, laranja), tomate, couve, repolho e outros vegetais de folha, pimentão, morango, abacaxi, goiaba, caju, etc.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
§ Vitamina D (ergosterol – precursor da vitamina
D – antirraquítica) – Atua no metabolismo do cálcio
e do fósforo. Mantém os ossos e os dentes em bom
estado. Evita o raquitismo, os problemas nos dentes,
os ossos fracos, os sintomas da artrite, a osteomalácia
(adultos). Está presente no lêvedo, o óleo de fígado de
bacalhau, na gema de ovo, na manteiga, etc.
100
§ Vitamina E (tocoferol – antioxidante) – Auxilia
na fertilidade. Previne o aborto. Atua no sistema nervoso involuntário, no sistema muscular e nos músculos
involuntários. Previne a esterilidade do macho. Ajuda
na oxidação de ácidos graxos insaturados e enzimas
mitocondriais. Está presente no óleo de germe de trigo,
nas carnes magras, nos laticínios, na alface, no óleo de
amendoim, etc.
Pode-se considerar mais duas ideias sobre metabolismo
celular: anabolismo – reações químicas de síntese que, a
partir de moléculas menores, produzem moléculas maiores
– e catabolismo – reações químicas de degradação que
transformam moléculas grandes em unidades menores.
O termo metabolismo celular é utilizado em relação ao
conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células. Essas reações são responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula e constituem a base
da vida, permitindo o crescimento e a reprodução das células.
Embora a glicose seja a fonte energética mais frequente, os organismos retiram energia das mais diversas moléculas orgânicas (outros açúcares, aminoácidos, ácidos graxos, entre outras).
Os organismos heterotróficos obtêm glicose alimentando-se
daqueles que são capazes de produzi-la, os organismos autotróficos fotossintetizantes.
7.1. ATP: as baterias de energia
Ao final do processe de digestão de carboidratos, temos
finalmente a molécula de glicose (monossacarídeo) livre
na circulação. A molécula de glicose é, como já citamos,
a principal fonte energética das células. Porém, a energia
contida nas ligações entre os átomos de carbono de cada
molécula de glicose não pode ser liberada no ambiente celular de uma vez só. Chamamos de respiração
celular o processo de quebra gradual das moléculas
de glicose para liberação de energia. Esse processo será
detalhadamente estudado mais adiante, porém, convém
desde já sermos apresentados às moléculas de ATP.
Cada vez que uma ligação entre átomos de carbono
é quebrada, a energia liberada é transferida para uma
molécula chamada adenosina trifosfato, ou ATP. Essas moléculas servirão de reservatórios temporários de
energia, armazenando a energia entre as ligações dos
grupos fosfato que a compõe.
7. Metabolismo celular
É comum existir uma substância solúvel no interior das
células, conhecida por adenosina difosfato (ADP). É
comum também a existência de radicais livres de fosfato
inorgânico (que vamos simbolizar por Pi). Cada vez que
ocorre a liberação de energia, devido à reação química,
essa energia liga o fosfato inorgânico (Pi) ao ADP, gerando ATP. Como o ATP também é solúvel, ele se difunde por
toda a célula.
Metabolismo é o conjunto de reações bioquímicas que
ocorrem nas células e que são fundamentais para a exis-
A ligação do ADP com o fosfato é reversível. Então, toda vez
que é necessária a energia para a realização de qualquer
§ Vitamina K (anti-hemorrágica) – Atua na coagulação do sangue. Previne hemorragias prolongadas. A
sua falta retarda o processo de coagulação. Está presente em vegetais verdes, tomate, castanha, espinafre,
alface, repolho, couve, óleos vegetais, etc.
trabalho na célula, ocorre a conversão de algumas moléculas de ATP em ADP + Pi e a energia liberada é utilizada pela célula. A
recarga dos ADP ocorre toda vez que há liberação de energia na quebra da glicose.
7.2. A estrutura do ATP
O ATP é um um composto derivado de nucleotídeo, ou seja, apresenta uma base nitrogenada (nesse caso, a adenina) e um
monossocarídeo (no caso, a ribose). Chamamos o conjunto de adenina e ribose de adenosina. Essa molécula de adenosina
pode então se ligar a um grupo fosfato, formando uma molécula chamada de AMP (adonisina monofosfato), porém, é mais
comum encontrar moléculas de adenosina ligadas a dois grupos fosfato, formando assim moléculas de ADP (adenosina
difosfato). Quando há energia liberada na célula, essa energia é usada para ligar mais um grupo fosfato às moléculas de ADP,
formando assim o ATP (adenosina trifosfato).
Assim, cada vez que o terceiro fosfato se desliga do conjunto, ocorre a liberação da energia que o mantinha unido ao ATP. É
essa energia que é utilizada para qualquer processo celular, como contração muscular e atividades neuronais.
VIVENCIANDO
Conhecer a bioquímica básica das moléculas inorgânicas (água e sais minerais) e das moléculas orgânicas (carboidratos e lipídios) é fundamental para compreender suas funções nos orga­nismos vivos.
É com base nesses conhecimentos que nutricionistas e médicos podem indicar dietas, prescrever medicamentos,
tratamentos e exercícios e até mesmo suplementos alimentares específicos para cada paciente, além de compreender quadros clínicos, como a obesidade, a hipertensão, a diabetes, a arteriosclerose, entre outros.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A ligação entre os segundo e o terceiro grupo fosfato de uma molécula de ATP é altamente energética e, quando quebrada,
libera cerca de 7 kcal/mol.
101
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 14
Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio
interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros.
Neste exercício é primordial conhecer as características presentes na água e como esse solvente se comporta
em sistemas biológicos a fim de manter o equilíbrio dos processos.
MODELO 1
(Enem) A água apresenta propriedades físico-químicas que a colocam 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.
ANÁLISE EXPOSITIVA
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A água é um solvente universal e desempenha funções vitais nos organismos, como termorregulação,
transporte de substâncias, eliminação de excretas, lubrificação, acepção de elétrons, dentre outras. Identificar padrões e fenômenos e compreender como são vitais à manutenção do equilíbrio dos organismos é
uma atribuição esperada na habilidade 14. O fato de a água possuir um elevado calor latente de vaporização faz com que ela esteja diretamente relacionada com a função de reguladora térmica dos organismos.
Para evaporar, ela necessita absorver uma grande quantidade de calor. Observação: todas as alternativas
apresentam funções exercidas pela água, porém, aquela que está relacionada com a propriedade físico-química apresentada no enunciado é a regulação de temperatura.
102
RESPOSTA
Alternativa B
DIAGRAMA DE IDEIAS
ÁGUA
•
•
•
•
•
•
•
•
SAIS MINERAIS
SOLVENTE UNIVERSAL
TERMORREGULAÇÃO
TRANSPORTE
EXCRETAS
LUBRIFICANTE
COESÃO
ADESÃO
CAPILARIDADE
•
•
•
•
•
•
•
CÁTIONS E ÍONS
CÁLCIO OSSOS, CONTRAÇÃO
MUSCULAR E COAGULAÇÃO
COBRE PIGMENTAÇÃO
ZINCO CICATRIZAÇÃO
SELÊNIO ANTIOXIDANTE
FERRO HEMOGLOBINA
SÓDIO E POTÁSSIO CONTROLE
OSMÓTICO, CONDUÇÃO NERVOSA
COMPONENTES
INORGÂNICOS
METABOLISMO
ANABOLISMO (SÍNTESE)
CATABOLISMO (DEGRADAÇÃO)
COMPOSIÇÃO
QUÍMICA CELULAR
ATP
ADP + Pi + ENERGIA
COMPONENTES
ORGÂNICOS
CARBOIDRATOS
LIPÍDEOS
(FONTE PRIMÁRIA DE ENERGIA)
DISSACARÍDEOS
• SACAROSE
GLICOSE + FRUTOSE
• LACTOSE
GLICOSE + GALACTOSE
• MALTOSE
GLICOSE + GLICOSE
POLISSACARÍDEOS
• AMIDO
• GLICOGÊNIO
• CELULOSE
• QUITINA
PROTEÍNAS
•
•
AMINOÁCIDOS
DIVERSAS FUNÇÕES:
CONTRAÇÃO MUSCULAR,
CITOESQUELETO, ENZIMAS,
ANTICORPOS, RECEPTORES E TRANSPORTADORES
DE MEMBRANA, ETC.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
INSOLÚVEL EM ÁGUA
FLUIDEZ DE MEMBRANA
RESERVA ENERGÉTICA
VITAMINAS
HORMÔNIOS ESTEROIDES
ISOLANTE TÉRMICO
GLICERÍDEOS
LIPOPROTEÍNAS
PROSTAGLANDINAS
VITAMINAS
•
•
LIPOSSOLÚVEIS: D, E, K, A
HIDROSSOLÚVEIS: C, B1, B2, B12, PP
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
MONOSSACARÍDEOS
• RIBOSE
• DESOXIRROBOSE
• GLICOSE
• FRUTOSE
• GALACTOSE
103
carbono do agrupamento carboxila de um aminoácido com
um átomo de nitrogênio do agrupamento amina do outro
aminoácido.
COMPOSIÇÃO
QUÍMICA
CELULAR II
CN
COMPETÊNCIA(s)
Cada ligação peptídica libera uma molécula de água,
dessa forma, o processo de ligação entre aminoácidos
para formar proteínas pode ser considerado uma síntese
por desidratação.
AULAS
3E4
HABILIDADE(s)
4
14
1. Proteínas
Reação entre dois aminoácidos com destaque para
a formação de uma ligação peptídica
Quando a ligação ocorre entre dois aminoácido, a molécula formada é denominada dipeptídio; quando ocorre
entre três, é chamada de tripeptídio; e, acima de quatro, é
chamada de polipeptídio. As proteínas são sempre polipeptídios e costumam ter acima de 80 aminoácido. Existem
vinte tipos diferentes de aminoácido que fazem parte das
proteínas. Um mesmo aminoácido pode aparecer várias
vezes na mesma molécula.
Monômetro
Monômeros
(aminoácidos)
Monômetro
As proteínas são polímeros em que os monômeros são moléculas de aminoácidos (AA) e formam o grupo mais numeroso e diversificado das moléculas orgânicas. Todo aminoácido
é formado por um carbono assimétrico ligado a quatro ligantes diferentes: uma carboxila (COOH), uma amina (NH2), um
hidrogênio (H) e um grupo radical (R).
Polímero
(proteína)
Polímero
Polímero
Aminoácido
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Amina
104
Radical
Ácido Carboxílico
Na natureza existem inúmeras moléculas que podem ser classificadas como aminoácidos, porém, no organismo humano,
apenas 20 são usados para a síntese de proteínas. Observe, a
seguir, algumas fórmulas:
Os aminoácidos podem ser classificados em naturais,
quando podem ser produzidos pelo organismo, e essenciais, quando não são produzidos pelo organismo e, por
isso, devem estar presentes na dieta. Os aminoácidos que
são naturais para uma dada espécie podem ser essenciais
para outra. Esse é um dos fatores que justifica a ampla
diversidade na composição das dietas dos animais.
Na tabela abaixo, observe a relação dos aminoácidos com
o organismo humano.
Aminoácidos naturais
Asparagina (Asn)
Prolina (Pro)
Cisteína (Cis)
Glutamina (Gln)
Alanina (Ala)
Tirosina (Tir)
Arginina (Arg)
Glutamato (Glu)
Serina (Ser)
Histidina (His)
Aspartato (Asp)
Glicina (Gli)
Aminoácidos essenciais
Metionina (Met)
Estrutura molecular de alguns aminoácidos,
com destaque para os radicais
A ligação química entre dois aminoácidos é chamada de ligação peptídi­ca e acontece sempre entre um átomo de
Triptofano (Tri)
Isoleucina (Iso)
Valina (Val)
Leucina (Leu)
Treonina (Tre)
Lisina (Lis)
Fenilalanina (Fen)
As proteínas diferem entre si devido à quantidade de aminoácidos, aos tipos presentes e a sua sequência na molécula.
1.1. Estrutura da proteína
A sequência dos aminoácidos na cadeia polipeptídica é o que
chamamos de estrutura primária da proteína. Cada proteína apresenta a sua estrutura primária única e característica;
alterações na estrutura primária levam à formação de proteínas
distintas. A estrutura primária é importante para a constituição
estrutural da proteína, pois é a partir da interação entre os aminoácidos da estrutura primária que a proteína se dobrará de
forma a ter uma estrutura tridimensional.
Os aminoácidos ligados entre si (estrutura primária) não
formam uma estrutura linear e esticada, pois as ligações
peptídicas entre cada aminoácido e as interações entre os
radicais de cada aminoácido fazem com que essa cadeia
de aminoácidos se dobre sobre si mesma, formando as
estruturas secundárias. Existes três principais tipos de
estruturas terciárias: as alfa-hélices, quando os aminoácidos formam uma estrutura helicoidal; as folhas beta-pregueadas, quando os aminoácidos interagem entre
si e formam uma estrutura plana, como uma folha; e os
loopings, que são regiões flexíveis, geralmente conectando hélices e folhas beta-pregueadas. Uma proteína pode
apresentar mais de um tipo de estrutura secundária em
regiões distintas de sua estrutura.
Gli
Met
Gli
Gli
Lis
Val
Arg
Gli
Lis
Ser
Lis
Lis
Met
Val
Gli
Arg
Lis
Val
Lis
Lis
Ser
Arg
Met
Gli
Gli
Lis
Lis
Ser
Estrutura secundária
(hélice)
Gli
Lis
Val
Lis
Arg
Met
Arg
Estrutura primária
(sequência de aminoácidos)
Estrutura terciária
(peptideo individual dobrado)
ganismo), receptores de membrana (que se localizam nas
membranas das células e reconhecem outras moléculas no
ambiente extracelular), entre outras funções.
Existem, porém, algumas proteínas que, para exercerem
sua função, precisam estar interagindo com outras proteínas, formando estruturas quaternárias. Um exemplo
de estrutura quaternária é a hemoglobina, proteína responsável pelo transporte de oxigênio através da circulação.
A hemoglobina é formada por quatro proteínas iguais,
chamadas de globinas. Cada globina apresenta um grupo
Heme, um agrupamento orgânico específico que contém
um átomo de ferro. Cada molécula de hemoglobina é formada por quatro subunidades (quatro proteínas globinas)
e consequentemente contém quatro átomos de ferro, responsáveis pela interação com o gás oxigênio e por conferir
ao sangue sua coloração avermelhada.
1.2. Desnaturação proteica
Diversos fatores, como temperatura, grau de acidez (pH) ou
concentração de sais podem comprometer a interação entre as estruturas secundárias de uma proteína, desfazendo
assim sua estrutura terciária (sem alterar, logicamente, a sequencia de aminoácidos − ou estrutura primária). A principal
consequência da perda da estrutura terciária é a perda da
capacidade da proteína de desenvolver sua função biológica.
Esse fenômeno é chamado de desnaturação proteica.
Estrutura quaternária
(grupo de dois ou mais peptideos)
Representação das diferentes estruturas de uma proteína
As estruturas secundárias das proteínas também interagem entre si, dobrando-se e dando, finalmente, a estrutura
tridimensional típica de cada proteína específica. Chamamos esse dobramento final de estrutura terciária. De
modo geral, ao chegar nesse estágio, a proteína está pronta para exercer sua função biológica, que pode ser como
enzimas (que aceleram reações químicas no organismo),
anticorpos (que participam da defesa do organismo contra
patógenos), hormônios (que tem diversas funções no or-
(sem estrutura
terciária)
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Duas proteínas podem ter os mesmos aminoácidos nas mesmas quantidades, porém, se a sequência dos aminoácidos
for diferente, as proteínas serão diferentes.
105
VIVENCIANDO
A propriedade catalítica das proteínas (enzimas) faz com que elas sejam adequadas para aplicações industriais, como na
indústria alimentícia. As reações enzimáticas são fundamentais para a produção de alimentos, uma vez que as enzimas
atuam na formação de compostos altamente desejáveis. Por exemplo, as enzimas amilases são adicionadas a massas de
pão para potencializar o efeito de enzimas naturais durante a fermentação.
As principais aplicações das enzimas no segmento alimentício ocorrem nas áreas de produção de álcool e derivados,
vinicultura, açúcares e amidos, laticínios e derivados, panificação e sucos de frutas.
1.3. Função das proteínas
A seguir, serão discutidas com mais detalhes apenas as
funções estrutural e enzimática das proteínas. As demais
funções serão apresentadas posteriormente, junto ao estudo da membrana plasmática (receptores permeases), dos
grupos sanguíneos (anticorpos) e da fisiologia do sistema
endócrino (hormônios).
Além da função estrutural, as proteínas atuam como enzimas ou biocatalisadoras das reações bioquímicas que
ocorrem nas células. Elas diminuem a energia de ativação
exigida pelas reações, tornando-as mais espontâneas e aumentando suas velocidades.
Funções biológicas das proteínas
•
estrutural
•
catalizadora (enzimas)
•
imunológica (anticorpos)
•
regulatória (hormônios)
•
receptora (membrana)
•
transportadora (transmembrana)
Uma das funções das proteínas é a função estrutural, pois faz
parte da arquitetura das células e dos tecidos dos organismos.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
PROTEÍNAS ESTRUTURAIS
106
proteínas
papel biológico
colágeno
Proteína presente em ossos, cartilagens, tendões e
pele. Aumenta a resistência desses tecidos à tração.
queratina
Recobre a superfície da pele dos vertebrados
terrestres. É o mais abundante componente de
unhas, garras, corpos, bicos e pelos dos vertebrados. Impermeabiliza as superfícies corpóreas e
diminui a desidratação.
actina e miosina
Principais constituintes dos músculos. Responsáveis pela contratilidade dos músculos.
albumina
Proteína mais abundante do plasma sanguíneo,
conferindo-lhe viscosidade, pressão osmótica e
solução tampão.
hemoglobina
Proteína presente nas hemácias. Relacionada ao
transporte de gases pelas células vermelhas do
sangue.
A maior parte das informações contidas no DNA dos organismos está relacionada à fabricação de enzimas. Cada reação que ocorre na célula necessita de uma enzima
específica, isto é, uma mesma enzima não catalisa duas
reações distintas.
A especificidade das enzimas é explicada pelo modelo da
chave (reagente) e fechadura (enzima), pois a forma espacial
da enzima deve ser complementar à forma espacial dos reagentes (substratos). Esse modelo pode ser nomeado como
“encaixe induzido”, devido à dinamicidade do processo. As
enzimas são reversíveis, ou seja, a mesma molécula pode ser
usada diversas vezes. A desnaturação de uma enzima implica a sua inatividade, pois, perdendo sua forma espacial, ela
não consegue mais se encaixar em seu substrato específico.
Algumas moléculas, sintetizadas tanto por seres vivos como
em laboratórios, podem atuar como inibidores enzimáticos,
substâncias que reduzem a interação entre uma proteína e
seu substrato, tornando a ação da enzima mais lenta.
Os inibidores podem tanto ter uma estrutura tridimensional semelhante à estrutura do substrato, encaixando-se no
sítio ativo da enzima (inibição competitiva), como também podem se ligar a outras regiões da enzima e impedir que ela
se ligue ao substrato (inibição alostérica). Em ambos os casos, o inibidor pode se desligar da enzima depois de um certo
tempo, de modo que enzima se torne novamente ativa, ou pode se ligar permanentemente à enzima, inibindo-a de forma
irreversível.
1.4. Cinética enzimática
O pH, a temperatura e a concentração do substrato são fatores importantes na determinação da velocidade da atividade
enzimática. Observe os gráficos:
Em algumas situações, como a entrada de patógenos no
organismo, pode ocorrer febre, um mecanismo de defesa
que eleva a temperatura corporal para desnaturar as proteínas dos patógenos. Porém, esse mecanismo também desnatura algumas proteínas do próprio corpo, o que ocasiona
uma queda metabólica e os sintomas associados à febre,
como cansaço e falta de apetite.
Muitas enzimas, para funcionar, necessitam de um agente
chamado cofator. Os cofatores podem ser íons metálicos,
como cobre, zinco e manganês. Se o cofator é uma substância orgânica, ele é denominado coenzima.
•
Apoenzima: enzima ainda não ligada a seu
substrato.
•
Holoenzima: complexo formado pela enzima +
substrato, que executa um papel biológico.
•
Coenzima: moléculas orgânicas que precisam se
ligar a algumas enzimas para que elas possam
desempenhar seu papel biológico.
•
Cofator: moléculas inorgânicas que precisam se
ligar a algumas enzimas para que elas possam
desempenhar seu papel biológico.
A enzima altera ligeiramente a sua
forma à medida que o substrato se liga
Substrato
Produtos
sítio ativo
enzima
Substrato se ligando à
enzima, para inicar a reação
Complexo
enzima-substrato
Após a reação enzimática há a
formação dos produtos e a enzima é
liberada para atuar em outra reação
1.5. Hormônios
Os hormônios são substâncias químicas que desempenham a
função em órgãos diferentes daqueles onde são sintetizados
e apresentam diferentes naturezas químicas. Ao circularem
pelo sangue, elas agem em determinados órgãos-alvo, onde
exercem os seus efeitos. Dentre aqueles à base de proteínas,
denominados hormônios proteicos, destacam-se o hormônio do crescimento (GH), que estimula o crescimento de
vários tecidos e órgãos, particularmente ossos, e a insulina,
responsável por reduzir o teor de glicose no sangue.
1.6. Anticorpos
Conhecidos também por imunoglobulinas, os anticorpos são glicoproteínas criadas para combater agentes invasores nocivos ao organismo. Eles são produzidos apenas
quando existe uma substância estranha no corpo e possuem a capacidade de se combinar especificamente com
essas substâncias, inativando-as.
O anticorpo se liga ao antígeno (molécula capaz de iniciar
a resposta imune) de forma específica, por isso é possível
afirmar que, para cada um dos tipos de antígenos, existe
um tipo de anticorpo, com forma complementar.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A enzima apresenta condições ótimas de funcionamento, nas quais a velocidade da reação é máxima. Acima das temperaturas ótimas e fora dos limites do pH
ótimo, ocorre desnaturação. No corpo humano, a temperatura ótima de funcionamento das enzimas é entre
35ºC e 36ºC.
107
Os anticorpos agem aderindo à superfície do corpo estranho. Dessa forma, eles impedem a multiplicação dos microrganismos e inibem a ação das toxinas.
Antígeno
bacteriano
multimídia: vídeo
Fonte: Youtube
Feofíceas ou algas pardas Diversidade dos Seres Vivos
ANTICORPOS
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
Conceitos de química e física são utilizados para analisar a atividade de uma enzima. Medidas da velocidade inicial
de uma reação catalisada por enzimas são fundamentais para a compreensão do mecanismo de ação da enzima.
A equação matemática que expressa a relação hiperbólica entre velocidade inicial e a concentração de substrato é
conhecida como equação de Michaelis-Menten. Nessa equação, V0 representa a velocidade inicial da reação enzimática, Vmáx é a velocidade máxima dessa reação, [S] é a concentração do substrato e Km é uma constante característica
de cada enzima.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
v0 = Vmax[S]/Km + [S]
108
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 14
Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio
interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros.
Neste exercício, é necessário identificar processos importantes que determinam as velocidades das reações
químicas e como isso influencia o equilíbrio interno dos sistemas biológicos.
MODELO 1
(Enem) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir destacam-se três exemplos no
contexto da preparação e da conservação de alimentos:
1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração.
Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos.
2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o
seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão.
3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações
envolvendo açúcares e proteínas lácteas.
Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas
aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente?
a) Temperatura, superfície de contato e concentração.
b) Concentração, superfície de contato e catalisadores.
c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores.
d) Superfície de contato, temperatura e concentração.
e) Temperatura, concentração e catalisadores.
ANÁLISE EXPOSITIVA
As enzimas são proteínas que têm como função acelerar as reações metabólicas dos organismos.
Essa é a função de um catalisador. Na indústria alimentícia, é essencial o uso das enzimas para a
produção rápida e em larga escala de seus produtos.
RESPOSTA
Alternativa C
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A proposição 1 está relacionada diretamente com a temperatura, uma vez que a sua diminuição
reduz o metabolismo dos microrganismos relacionados com a degradação dos alimentos. Já a proposição 2 está relacionada com o aumento da superfície de contato, que é maior quando os alimentos
estão cortados e, dessa forma, o cozimento ocorre mais rapidamente.
109
DIAGRAMA DE IDEIAS
AMINOÁCIDOS
+
LIGAÇÕES PEPTÍDICAS
PROTEÍNAS
ESTRUTURA
FUNÇÕES
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
•
•
•
•
•
•
110
DEFESA (ANTICORPOS)
RECEPTORAS
ENZIMÁTICA
HORMÔNIOS
ESTRUTURAIS
TRANSPORTE DE OXIGÊNIO
DESNATURAÇÃO: PERDA DE FORMA
CAUSADA POR: •
•
•
PH
TEMPERATURA
SALINIDADE
PRIMÁRIA
SECUNDÁRIA
TERCIÁRIA
SEQUÊNCIA DE
AMINOÁCIDOS
INTERAÇÕES ENTRE AS
LIGAÇÕES PEPTÍDICAS
ATRAVÉS DE LIGAÇÕES
DE HIDROGÊNIO
DOBRAMENTO
DA ESTRUTURA
SECUNDÁRIA SOBRE SI
(TRIDIMENSIONAL)
guanina (G). As pirimídicas são a citosina (C) e a timina
(T). Observe a figura:
NH2
COMPOSIÇÃO
QUÍMICA
CELULAR III
N
C
C
4
C2
HN
H
O
O
C
C2
O
PIRIMIDINA
C
4
H
C2
5
C
CH 3
CH
HN
HN
N
H
CH
CH
C
6
N
CH
C
4
(6-aminopurina) NH2
CH
N
HN
ADENINA
CITOSINA
(2-oxi-4-amonopirimidina)
TIMINA
(5-METIL-2,4-dioxipirimidina)
3
2
C
4
1
N
CH
6
CH
N
CH
HC
1
2
H
C
6
3
N
5
4
C
C
HC
PURINA
H
5
N
N
7
C
H
9
N
C
6
HN
H
HC
HN
2
URACILO
GUANINA
N
C
CH
2
C
N
(2,4-dioxipirimidina)
N
O
8 CH
N
H
N
C
N
H
(2-amino-6-oxipurina)
1.2. Relação de Chargaff
CN
COMPETÊNCIA(s)
4
AULAS
5E6
HABILIDADE(s)
13 e 14
Em 1950, o austríaco Erwin Chargaff (1905-2002) analisou amostras de DNA de diferentes células pertencentes
a diversas espécies e demonstrou que, em todas elas, as
quantidades de adenina eram iguais às de timina, enquanto as de citosina eram iguais às de guanina. A partir dessas
observações, ele desenvolveu a Relação de Chargaff:
A = T e C = G ou A/T = 1 e C/G = 1
1. DNA
1.1. Composição química
O ácido desoxirribonucleico (DNA) é um polímero definido
como um polinucleotídeo, uma vez que é constituído por
uma sucessão de unidades menores, os nucleotídeos.
Os nucleotídeos são unidades orgânicas complexas formadas
pela união de três moléculas: um fosfato, uma pentose e uma
base nitrogenada. Se o fosfato for retirado de um nucleotídeo,
o resultado será um nucleosídeo. Observe a figura abaixo:
1.3. Estrutura do DNA
Por meio de informações obtidas em estudos da difração
dos raios-X e de análises químicas realizadas pela cientista
Rosalind Franklin, os pesquisadores James Watson e Francis
Crick propuseram em 1953 o modelo da estrutura do DNA:
macromolécula constituída por duas cadeias polinucleotí­
dicas dispostas helicoidalmente.
Desenho do trabalho de Watson e Crick
representando a estrutura do DNA.
Os quatros tipos de nucleotídeos.
O fosfato e a desoxirribose são constantes em todos os
nucleotídeos. A variação da base nitrogenada determina a
existência de quatro tipos de nucleotídeos.
Os nucleotídeos do DNA
As bases nitrogenadas pertencem a duas categorias: púricas e pirimídicas. As púricas são a adenina (A) e a
De acordo com o modelo proposto por Watson e Crick, na
molécula de DNA, cada “corrimão da escada” é formado
por grupos de fosfatos ligados a desoxirriboses. Cada degrau é formado por uma base púrica (A ou G) ligada a
uma base pirimídica (C ou T). Em cada degrau, as bases
são unidas por ligações de hidrogênio. A configuração molecular possibilita a ocorrência de duas ligações entre A e
T e três entre C e G. O pareamento de A com T e de C com
G explica as igualdades: A = T e C = G, evidenciadas pela
análise química. Observe os detalhes a seguir:
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Nucleotídeos - Bases nitrogenadas
111
A dupla-héliceA dupla-hélice
– Watson- Watson
e Cricke Crick/1953
(1953)
Transcrição
D=Desoxirribose
P= Fosfato
P
RNA
P
T
D
P
P
G
D
P
G
D
G
P
A
D
A
D
D
P
P
Cadeia de nucleotideos
P
C
D
D
Proteína
D
C
P
C
P
P
A
D
D
P
T
Tradução
P
T
DNA
D
Duplicação
DNA
Funções do DNA
Funções do DNA
P
Duas cadeias pareadas, no plano
Dupla-hélice
Dupla-hélice
Existem vírus que apresentam DNA formado por uma cadeia
única de nucleotídeos. Nesses casos, não ocorre a Relação
de Chargaff, pois as quantidades de A e T, bem como de C e
G, são diferentes.
1.4. Localização do DNA
Em laboratório, os cientistas usam uma reação bioquímica
conhecida como reação de Feulgen, que é específica para
localizar o DNA. Essa reação faz com que o DNA fique
corado de púrpura e possa ser observado ao microscópio.
Com essa coloração, podemos observar os cromossomos no núcleo e também uma pequena quantidade de
DNA nos cloroplastos e mitocôndrias, que são organelas
citoplas­máticas que possuem seu DNA próprio.
1.6. Replicação (duplicação)
O processo de replicação é iniciado com a quebra das pontes
de hidrogênio, o que permite que as duas fitas ou cadeias se
separem e a molécula se abra como um zíper. A cada base
nitrogenada das duas cadeias separadas liga-se um nucleotídeo complementar, em meio aos disponíveis na célula. As fitas ou cadeias parentais servem de molde aos novos filamentos, e o processo é ativado pela enzima DNA-polimerase.
Replicação do DNA
Por fim, há a produção de duas novas moléculas-filhas,
cada uma das quais com uma cadeia nova recém-sintetizada e uma outra, que pertencia à molécula-mãe. Por esse
motivo, a replicação é chamada de semiconservativa,
dado que cada molécula-filha conserva na sua estrutura
uma das metades da molécula-mãe. Observe:
Adenina
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Timina
112
Citosina
Guanina
reação de feulgen
1.5. Funções
(P) Fosfato
(D) Desoxirribose
O DNA é o material genético e possui duas propriedades
fundamentais: replicação e transcrição. Por meio da replicação, a célula-mãe produz cópias exatas que passam para
as células-filhas.
A outra função e propriedade do DNA é a transcrição, a
partir da qual se origina o RNA, molécula que atua na síntese das proteínas necessárias ao funcionamento celular.
O fundamental do processo de replicação é garantir que as
informações genéticas sejam passadas às gerações seguintes, permitindo, assim, que o genoma adaptativo persista.
Três estágios da replicação do DNA
Três estágios da replicação do DNA
Filamento
principal
3
Estágio 2: Síntese contínua
Estágio 1: Desenrolamento
5
Novo DNA
3
5
Dúplex DNA
não replicado
Ativador do RNA
Filamento
Novo DNA
lento
3
5
5
Direção da replicação do DNA
DNA polimerase 1
3
Estágio 3: Síntese descontinua
1.6.1. A enzima DNA-polimerase
Diversos aspectos da duplicação do DNA já foram desvendados pelos cientistas. Atualmente, sabe-se que diversas enzimas
estão envolvidas nesse processo. Algumas desemparelham as duas cadeias de DNA, outras desenrolam a dupla-hélice, e
existem aquelas que unem os nucleotídeos entre si. A enzima que promove a ligação dos nucleotídeos é conhecida como
DNA-polimerase, pois sua função é gerar um polímero de nucleotídeos.
1.7. Transcrição
Os genes, representados por segmentos de DNA, são os portadores da mensagem genética, que contém as instruções
necessárias para a síntese das proteínas nos ribossomos. Na transcrição, o DNA cromossômico sintetiza o RNA mensageiro,
para o qual transcreve a sequência de nucleotídeos representada pela mensagem genética. Ao deixar o núcleo, o RNA leva
a mensagem genética para os ribossomos.
2. RNA
2.1. Estrutura
Existem vários tipos de RNA, que estão sendo muito estudados por cientistas atualmente. Porém, dentro do contexto de
síntese de proteínas que será explorado aqui, estudaremos três tipos principais:
1. possui ribose (pentose) em vez de desoxirribose;
3. sua molécula é formada por apenas uma fita ou cadeia simples, dessa forma, não existe pareamento nem igualdade nas
quantidades de bases.
Abaixo, um modelo de RNA:
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
2. a base pirimídica uracila ou uracil, que não existe no DNA, substitui a timina;
113
A transcrição é o processo no qual todo RNA é sintetizado
pelo DNA. Como ocorre na replicação, as pontes de hidrogênio se quebram e as duas cadeias de DNA se separam.
Apenas uma delas serve de molde para a transcrição, na
qual ocorrerá a adição de nucleotídeos complementares de
RNA. O pareamento ocorrerá da seguinte forma:
DNA
multimídia: vídeo
RNA
A
U
C
G
G
C
T
A
Fonte: Youtube
DNA - A Construção Social da Descoberta
A enzima responsável pelo processo é a RNA-polimerase. Uma vez formada, a molécula de RNA destaca-se e o DNA retorna
à sua forma original. A cadeia do DNA que forma o RNA é chamada de cadeia-molde ou hélice ativa. Observe um esquema
do processo a seguir:
Nucleotídeos
do RNA
RNA
RNA-polimerase
polimerase
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Direção da
transcrição
114
RNArecém-formado
recém formado
“Template” da
fita de DNA
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
O conceito de ligações químicas, como ligação fosfodiéster e ligações de ponte de hidrogênio, é aplicado no estudo do
DNA e do RNA. Uma ligação fosfodiéster é um tipo de ligação covalente que é gerada entre dois grupos hidroxila de
um grupo fosfato e duas hidroxilas de outras duas moléculas por meio de uma dupla ligação éster. Esse tipo de ligação
química liga as pentoses de um nucleotídeo aos fosfatos de outro, auxiliando na formação da estrutura do DNA e RNA.
A ponte de hidrogênio, por sua vez, é uma ligação química em que apenas dois elétrons são compartilhados por três
átomos e liga as bases nitrogenadas do DNA. Assim, os conceitos químicos são fundamentais para a compreensão da
estrutura dos ácidos nucleicos.
VIVENCIANDO
A descoberta da estrutura do DNA, ao elucidar o que é um gene, impulsionou os estudos na área e foi extremamente
importante para a fundamentação da biologia molecular atual. Compreender a estrutura e os processos de duplicação e transcrição auxiliou na descoberta de doenças causadas por mutações no DNA, possibilitando um possível alvo
terapêutico para o tratamento, ou até mesmo a cura, dessas doenças.
Uma grande aplicação do conhecimento básico da biologia molecular é o Projeto Genoma Humano, que codificou o
genoma (todas as moléculas de DNA de uma célula de um determinado indivíduo) humano inteiro, o que possibilitou a
identificação de doenças hereditárias e também auxiliou nos estudos de parentesco evolutivo.
2.2. Tipos de RNA e suas funções
RNA ribossômico (RNAr), RNA mensageiro (RNAm) e RNA transportador (RNAt).
O RNAr, associado a proteínas, forma os ribossomos, organelas granulares responsáveis pela síntese de proteínas.
O RNAm é a cópia da mensagem genética, ou seja, do gene. A mensagem é formada no processo de transcrição e enviada
até os ribossomos para posterior leitura.
O RNAt tem como função o transporte de aminoácidos do hialoplasma para os ribossomos, participando do processo de
tradução, em que os aminoácidos são encadeados sequencialmente para formar uma proteína.
RNA mensageiro
(RNAm)
FUNÇÃO
RNA transportador
(RNAt)
RNA ribossomal
(RNAr)
− Cópia da mensagem do gene.
− Transporte de aminoáci− Formado no processo de trans− Associa-se com proteínas
dos do citoplasma para os
crição e enviado até os ribossomos
para formar os ribossomos.
ribossomos.
(no citoplasma) para a tradução.
ESTRUTURA
Anticódon
RNAt no plano.
Local onde o
aminoácido se liga
Pontes de
hidrogênio
Anticódon
RNAt em três dimensões.
2.3. Localização do RNA nas células
O RNAr é o que aparece em maior quantidade na célula, sendo produzido no nucléolo e usado para formar os ribossomos. O
RNAm e o RNAt são produzidos no núcleo e migram para o citoplasma, aparecendo no hialoplasma e associados aos ribossomos,
onde participam da síntese de proteínas.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Local onde o
aminoácido se liga
115
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 13
Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de
características dos seres vivos.
O exercício envolve conhecimentos sobre a estrutura e a replicação do DNA. Reconhecer como esses processos
estão envolvidos nos mecanismos de transmissão da vida e saber interpretar corretamente modelos biológicos
que demonstram esses processos são habilidades
G Gcobradas
C C T Tconstantemente.
C G
GG C C T T C G
C C GGAAG C
C C GGAAG C
MODELO 1
(Enem) A reação em cadeia da polimerase (PCR,C na
C Tsigla
C Gem
A inglês)
C T é uma técnica de biologia molecular que
C C Essa
T C G
A C Tsurgiu na década de 1980 e permitiu avanços
técnica
permite replicação in vitro do DNA de forma rápida.
GGAG C T GA
científicos em todas as áreas de investigação genômica.
é estabilizada por ligações hidrogênio,
G G A G AC dupla-hélice
T GA
duas entre as bases adenina (A) e timina (T) e três entre as bases guanina (G) e citosina (C). Inicialmente, para
A A T ser
T Ctotalmente
C T A desnaturada (desenrolada) pelo aumento
que o DNA possa ser replicado, a dupla-hélice precisa
AAT T C C TA
da temperatura, quando são desfeitas as ligações
T Thidrogênio
A A G G entre
A T as diferentes bases nitrogenadas.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
T A A G G totalmente
AT
Qual dos segmentos de DNA será o primeiro Ta desnaturar
durante o aumento da temperatura
GG C C T T C G
na reaçãoGdeG PCR?
C C T T C G
T TAC GG C G
d)
a)
T TAC GG C G
GC GC GC GC A
TA
T GC GC
116
C C GGAAG C
AAT G C C G C
AAT G C C G C
C C GGAAG C
C C T C GAC T
e) b)
C C T C GAC T
C C TAGGAA
GC GC A
G
C
T
G
A
T C GAC T
C C TAGGAA
GGAG C T GA
GGAT C C T T
GGAG C T GA
GGAT C C T T
c)
AAT T C C TA
AAT T C C TA
TA
TA
T
A
TA
T GC GC A
TA
T TAAGGAT
T TAAGGAT
T TAC GG C G
TAC GG C G
ANÁLISETEXPOSITIVA
A
A
T GC GC GC GC GC
T TA
AAT G C C G C
Essa questão envolve o conhecimento da estrutura do DNA, molécula essencial para a manutenção da vida.
AT G C C G C
Aqui, o ACDNA
contextualizado
por meio de uma técnica chamada Reação em Cadeia da Polimerase (PCR),
C Té A
GGAA
C T Afunção
G G Aproduzir
A
que temC como
novas moléculas idênticas de um determinado trecho de DNA. Para isso, é
GC GC A
T GC GC A
TA
A
necessária
a Tseparação
daT dupla fita da molécula. Isso ocorrerá devido ao aumento da temperatura, procediGGAT C C T T
mento utilizado no PCR. Para entender qual fita será separada mais facilmente, deve-se lembrar que adenina
GGAT C C T T
(A) se pareia através de duas ligações de hidrogênio com timina (T) e que citocina (C) se pareia através de
três ligações de hidrogênio com guanina (G). Logo, a molécula que vai se separar mais facilmente é aquela
que possui maior quantidade de (A) pareada com (T).
RESPOSTA
Alternativa C
DIAGRAMA DE IDEIAS
DNA
ESTRUTURA
PROPRIEDADES
COMPOSIÇÃO
QUÍMICA
•
•
FORMATO HELICOIDAL
UNIDAS POR LIGAÇÕES
DE HIDROGÊNIO
TRANSCRIÇÃO
•
•
•
RNA A PARTIR DE DNA
PENTOSE (RIBOSE)
FOSFATO
BASE NITROGENADA
A, U, G, C
REPLICAÇÃO
PAREAMENTO:
A U
C G
PAREAMENTO DE
BASES NITROGENADAS
A T
2 LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
C G
3 LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
NUCLEOTÍDEO
•
RNA-POLIMERASE:
ADICIONA OS NUCLEOTÍDEOS À FITA DE RNA
•
•
•
DUPLICAÇÃO DO DNA
SEMICONSERVATIVA
DNA-POLIMERASE
(ADICIONA NUCLEOTÍDEOS
À FITA RECÉM-SINTETIZADA)
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
DUPLA FITA
117
1.1. O dogma central da
biologia molecular
CÓDIGO GENÉTICO E
SÍNTESE PROTEICA
A relação DNA-RNA-proteínas, esquematizada na figura
a seguir, é conhecida como o dogma central da biologia
molecular, que estuda as atividades gênicas celulares por
meio da ação dessas macromoléculas.
Polirribossomos
Aminoácido
COMPETÊNCIA(s)
4
CITOPLASMA
7E8
NÚCLEO
RNAm
HABILIDADE(s)
SÍNTESE
PROTEICA
13 e 14
1. Os organismos vivos
TRANSCRIÇÃO
Todos os seres vivos da Terra apresentam duas propriedades típicas: autopreservação e autorreprodução.
É chamada de autopreservação a capacidade que os organismos possuem de manter sua individualidade por meio
de uma série de características próprias, mantidas num ambiente em constante modificação.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Autorreprodução é a habilidade de produzir descendentes da mesma espécie. Essas duas propriedades dependem, em nível celular, da existência de duas macromoléculas, presentes em todos os organismos: proteínas
e ácidos nucleicos. As numerosas proteínas existentes
em qualquer organismo podem ser agrupadas em: estruturais e reguladoras.
118
§ Proteínas estruturais – associadas com outras substâncias, principalmente os lipídios, são responsáveis
pela morfologia dos organismos, pois fazem parte das
estruturas celulares e, consequentemente, dos tecidos,
órgãos e sistemas.
§ Proteínas reguladoras – são as enzimas e os
hormônios. As primeiras são especializadas na catálise de reações biológicas que determinam as atividades celulares, responsáveis por toda a fisiologia do
organismo. Os hormônios são proteínas geradas em
órgãos especializados, servindo para regular o funcionamento de um organismo. Assim, é possível afirmar
que as características de um organismo dependem
das proteínas. Os ácidos nucleicos constituem o material genético, responsável pela síntese das proteínas
estruturais e reguladoras.
enzima
ativa
RNA
DNA
TRANSCRIÇÃO
TRADUÇÃO
CN
AULAS
RNAm
PROTEÍNA
TRADUÇÃO
§ Replicação – é o processo de duplicação do DNA, na interfase, que determina a divisão celular responsável pelo
crescimento, regeneração e reprodução dos organismos.
§ Transcrição – cada dupla fita de DNA das nossas
células forma um cromossomo. Esse termo é especialmente usado quando o DNA está condensado,
antes e durante e a divisão celular. Os cromossomos
se localizam no interior do núcleo das células. Já a
síntese de proteínas ocorre no citoplasma, em uma
organela chamada ribossomo, sob o comando genético do DNA. Por meio da transcrição, o DNA forma
o RNA mensageiro (RNAm), para o qual transcreve a
mensagem genética – na verdade, uma receita para
síntese de proteínas.
§ Tradução – saindo do núcleo, o RNAm atinge o ribossomo, que recebe a mensagem contida e codificada no
DNA. Na tradução, o ribossomo, de acordo com a sequência de bases nitrogenadas contidas no RNAm, seleciona e encadeia os aminoácidos, sintetizando a proteína.
1.2. A colinearidade DNA e proteína
O DNA e a proteína são moléculas formadas por uma
sequência linear de monômeros, ou seja, são polímeros.
No DNA e na proteína, os monômeros são, respectivamente, nucleotídeos e aminoácidos. O DNA é colinear
com a proteína que ele codifica, ou seja, a sequência de
nucleotídeos do DNA especifica a sequência de aminoácidos de uma proteína.
Correspondência entre as unidades do DNA e do RNA
e os aminoácidos da proteína a ser sintetizada
DNA
informação
Transcrição
Molécula
de DNA
informação
Replicação
Transcrição
Genes
(Síntese de RNA)
RNA
Hélice de DNA ativa
informação
Transcrição
Tradução
Tradução
RNAm
(Síntese proteica)
Tradução
Ribossomo
proteína
Proteína
Códon
Trp
DNA: polímero de nucleotídeos
Transcrição
RNAm
Transcrição
Tradução
Tradução
Proteína
Códon
Proteína: polímero de aminoácidos
Trp
Códon
Trp
Phe
Gly
Ser
Aminoácidos
Phe
Gly
As proteínas são constituídas por vinte tipos de aminoácidos. Se cada nucleotídeo codificasse um único aminoácido, apenas quatro poderiam ser codificados. Dois nucleotídeos também seriam insuficientes, pois, reunidos dois
a dois, só permitem dezesseis arranjos com repetição, ou
seja: desse modo, apenas dezesseis aminoácidos seriam
codificados. Se a mensagem genética fosse constituída
por arranjos de três letras, com repetição, teríamos 64
possibilidades, mais do que suficiente para codificar vinte
tipos de aminoácidos. Portanto:
§ Três nucleotídeos → um códon, codifica um aminoácido.
Ser
Aminoácidos
1.2.1. Gene
O gene é um segmento de DNA que codifica a sequência
de aminoácidos de uma proteína.
§ Vários códons → um gene, codifica vários aminoácidos
em uma sequência específica para formar uma proteína.
§ Vários genes → uma molécula de DNA, que contém
vários genes e, consequentemente, a informação genética para a síntese de várias proteínas.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
Genes
élice de DNA ativa
Proteína
Gly
Existe uma relação matemática na codificação dos aminoácidos, ou seja, qual a quantidade de nucleotídeos associada à identificação de um aminoácido?
Molécula
Genesde DNA
RNAm
Phe
Ser
2. Código genético
Em
relação ao código genético, existem quatro símbolos,
Aminoácidos
representados pelos quatro tipos de nucleotídeos, abreviados pelas letras iniciais: A, C, G e T.
Molécula de DNA
Hélice de DNA ativa
Modelo da ação gênica
119
2.1. Representação do código genético
Nas tabelas de código genético, os códons são representados pela sequência do RNA mensageiro.
Tabela de códons de RNAm
2.2. Códons de iniciação e terminalização
A síntese de uma proteína tem início quando um ribossomo
se organiza junto ao RNAm sobre o códon de iniciação AUG
(start códon). Esse códon codifica o aminoácido metionina
(Met), de forma que todas as proteínas começam com
a metionina. A cadeia termina quando o ribossomo atinge
um dos três códons de parada ou finalização (stop códon),
representados por: UAA, UAG e UGA. Os códons de finalização não codificam nenhum aminoácido.
Gene
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
DNA
120
Sequência promotora
começa a sítese de RNA
RNA polimerase
Fita ativa
do DNA
Região de final
de transcrição
RNA em crescimento
Final da transcrição.
O RNA está completo
e a polimerase é liberada
nerado porque a maioria dos aminoácidos é codificada por
dois ou mais códons.
O código é universal, pois cada códon codifica sempre o mesmo aminoácido em qualquer organismo, inclusive os vírus.
Ou seja, um aminoácido pode ser codificado por mais de
um códon, porém um códon codifica apenas um aminoácido
específico, de modo que o código genético não é, de forma
alguma, ambíguo (não há possibilidade de dois aminoácidos
distintos serem codificados pelo mesmo códon).
Alguns pesquisadores afirmam que o fato de mais de um
códon poder codificar o mesmo aminoácido, de certa forma,
"protege" o organismo contra algumas mutações, já que
algumas alterações nesse códon podem manter o mesmo
aminoácido codificado (por exemplo, se houver uma mutação em um códon AUU para AUC, o aminoácido codificado
ainda seria o mesmo, nesse caso, isoleucina).
Algumas exceções ao conceito de universalidade foram
descobertas no DNA mitocondrial, no qual, por exemplo,
AUA codifica isoleucina no código do DNA nuclear universal e metionina no código do DNA mitocondrial humano.
2.4. Etapas da síntese proteica
2.3. Propriedades do código genético
O código genético apresenta duas propriedades: degeneração e universalidade. Afirma-se que o código é dege-
A síntese proteica é um processo complexo que compreende três etapas: transcrição, ativação de aminoácidos
e tradução. A primeira ocorre nos cromossomos, a segunda, no hialoplasma, e a terceira, nos ribossomos.
§ Transcrição – a primeira etapa da síntese proteica e, portanto, da ação gênica, é a transcrição, que corresponde à
formação do RNA mensageiro. O gene que codifica uma
proteína sintetiza o RNAm. Destacando-se do DNA, o
RNAm atravessa um poro do envoltório nuclear, os anulli,
e atinge o citoplasma, em que se associa a um ribossomo,
formando um molde para a síntese de uma proteína.
§ Ativação dos aminoácidos – nessa etapa, atuam os
RNA transportadores (RNAt), pequenas moléculas constituídas por uma cadeia com cerca de 80 nucleotídeos
que se dobra lembrando uma folha de trevo. Diferenciam-se no RNAt duas regiões de união: o anticódon e
o extremo da molécula. O anticódon é uma sequência
de três bases complementares a um códon do RNAm. A
ativação do aminoácido implica a fixação desse ao RNAt.
O processo é catalisado pela enzima aminoacil RNAt sintetase e envolve gasto de ATP.
Ao sítio 1 se liga um RNAt que apresenta um anticódon
complementar ao primeiro códon do RNAm. No sítio 2, acopla-se o segundo RNAt específico, que transporta o segundo
aminoácido. Entre os dois primeiros aminoácidos, forma-se
a ligação peptídica, produzindo um dipeptídeo, enquanto o
primeiro RNAt é liberado. O ribossomo desloca-se e aparece
então no segundo e terceiro códons do RNAm. O dipeptídeo
aparece no sítio 1, ficando o sítio 2 livre para o acoplamento do terceiro RNAt. Com o deslocamento do ribossomo, o
processo vai-se repetindo até a formação completa do polipeptídeo, ou seja, da proteína. Por fim, o RNAm e a proteína
desprendem-se do ribossomo.
2.5. O polissomo
A cadeia do RNAm é muito longa, permitindo que vários
ribossomos realizem simultaneamente a tradução. O conjunto de ribossomos ligados a uma molécula de RNAm,
executando o processo de tradução, é chamado de polissomo ou polirribossomo.
Proteína
completa
Proteína em
crescimento
§ Tradução – é a produção de uma proteína de acordo
com a especificação do RNAm. Nesse processo, o ribossomo desloca-se ao longo do RNAm, encadeando aminoácidos e gerando a proteína. No ribossomo, existem
dois sítios usados para a fixação de aminoácidos. Observe a ilustração a seguir:
Ribossomo
em
movimento
RNAm
A síntese de proteínas
transcrição
Síntese de RNAm a partir de um molde de DNA que constitui o gene. Ocorre no núcleo.
ativação de
aminoácidos
Ligação de aminoácidos com o RNAt. Ocorre no hialoplasma.
A síntese de proteínas
tradução
Processo em que a sequência de nucleotídeos do RNAm
determina a incorporação de aminoácidos em uma proteína. Ocorre nos ribossomos.
DNA
exemplo
ATG
CGC
TAC
GGC
AAT
RNAm
UAC
GCG
RNAt
AUG
CGC
AUG
CCG
UUA
UAC
GGC
AAU
aminoácidos
TIR
ALA
MET
PRO
LEU
3. Mutação e síntese proteica
3.1. Mutação gênica
A mutação gênica é uma alteração na estrutura do gene.
Ela consiste numa mudança na sequência de bases do DNA
ocorrida por um erro no processo de replicação. A mutação
pode alternar a sequência de genes e consequentemente
alterar as proteínas que são produzidas por esse organismo.
VOLUME 1  CIÊNCIAS DA NATUREZA e suas tecnologias
A região de fixação do aminoácido está localizada no
extremo da molécula. Nessa etapa da síntese proteica,
cada aminoácido é transportado por um tipo específico
de RNAt e levado para o ribossomo.
121
3.2. Tipos de mutação
3.3. Mutações somáticas e germinativas
As mutações gênicas podem ser classificadas em:
As mutações somáticas ocorrem nas células somáticas.
Elas podem modificar uma característica do organismo,
mas não são transmitidas para os descendentes. As mu­
tações germinativas, por sua vez, acontecem nas células
formadoras dos gametas ou ainda nos próprios gametas, e podem ser transmitidas aos descendentes. São
importantes para a variabilidade genética e a evolução
dos organismos.
§ Substituição – consiste na substituição de uma
base por outra, como pode ser observado na figura abaixo, em que, na cadeia inferior, adenina
foi substituída por guanina. As substituições são
classificadas em dois tipos: transição, que é a
substituição de purina por purina (A por G ou G
por A) ou pirimidina por pirimidina (C por T ou T
por C); e transversão, que é a troca de purina por
pirimidina ou vice-versa (A ou G por T e vice-versa).
§ Deleção ou deficiência – é a perda de bases, como
se verifica na figura abaixo, em que, na cadeia inferior,
adenina foi suprimida.
3.4. Agentes mutagênicos
As mutações, quando determinadas por alterações químicas nas bases, são denominadas espontâneas e, quando
decorrentes da ação de agentes físicos e químicos, são denominadas induzidas. Entre os agentes físicos, citamos os
raios-X, alfa, beta e gama, capazes de alterar as bases e
produzir quebras nas cadeias do DNA. Como agentes químicos, aparecem os análogos de bases, substâncias que
têm estruturas moleculares semelhantes às bases do DNA
e, se presentes, podem ser incorporadas durante a replicação. Assim, bromouracil é quase igual à timina e pode
substituí-la na replicação do DNA. Contudo, diferentemente da timina, o bromouracil pareia com a guanina, produzindo uma mutação do tipo transição com substituição de
A – T por G – C.
§ Inserção – é a colocação de um ou mais nucleotídeos
numa cadeia de DNA; na figura abaixo, notamos a inserção de G – C.
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Bio - Sônia Lopes
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From DNA to protein - 3D
CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS
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Os conceitos de síntese proteica são necessários para a compreensão da evolução biológica e de como as características se
desenvolvem nos organismos. As características específicas de cada indivíduo produzem uma gama de variantes na população.
Dessa forma, os organismos mais aptos ao meio são selecionados positivamente, o que culmina no processo evolutivo. Para
que as informações contidas no DNA sejam expressas, é necessário que o metabolismo citológico trabalhe, produzindo
proteínas que resultam na expressão dos caracteres. Vê-se, nesse contexto, a interação entre a ecologia e a genética evolutiva.
123
ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM
HABILIDADE 14
Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio
interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros.
A síntese de proteínas é um processo vital na manutenção do equilíbrio interno dos organismos. Esse processo está associado a equilíbrio, defesa, sexualidade, transporte, dentre outras funções vitais presentes nos
sistemas biológicos. Conhecer de que maneira esse processo ocorre é essencial, uma vez que é cobrado de
diferentes formas nas provas do Enem.
MODELO 1
(Enem) A figura seguinte representa um modelo de transmissão da informação genética nos sistemas biológicos. No fim do processo, que inclui a replicação, a transcrição e a tradução, há três formas proteicas diferentes
denominadas a, b e c.
Depreende-se do modelo que:
a) a única molécula que participa da produção de proteínas é o DNA;
b) o fluxo de informação genética, nos sistemas biológicos, é unidirecional;
c) as fontes de informação ativas durante o processo de transcrição são as proteínas;
d) é possível obter diferentes variantes proteicas a partir de um mesmo produto de transcrição;
e) a molécula de DNA possui forma circular e as demais moléculas possuem forma de fita simples
linearizadas.
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ANÁLISE EXPOSITIVA
124
A partir do esquema, é possível depreender que a replicação do DNA ocorre de maneira periódica e
independente de outros processos apresentados. De acordo com o esquema, pode-se formar tanto
DNA a partir de RNA como o processo inverso, pois a representação desse processo é feita por meio
de uma seta bidirecional. Portanto, a partir dessa representação, não é possível afirmar que o processo representado é unidirecional. Ainda é possível depreender do esquema que, a partir do mesmo
RNA formado, podem ser formados tipos diferentes de proteínas. Isso é possível, pois, na mesma
molécula de RNA, existem diversos pontos de início e parada da síntese proteica, e, dependendo da
região que está sendo traduzida, diferentes proteínas podem ser formadas.
RESPOSTA
Alternativa D
DIAGRAMA DE IDEIAS
SÍNTESE DE PROTEÍNAS (TRADUÇÃO)
CÓDONS
DNA
•
•
•
TRANSCRIÇÃO
(NÚCLEO CELULAR)
RNAm
SÍNTESE DE
PROTEÍNA
(CITOPLASMA)
RIBOSSOMO
(RNAr)
TRINCA DE NUCLEOTÍDEOS
CORRESPONDEM A UM AMINOÁCIDO
CÓDIGO GENÉTICO
UNIVERSAL
DEGENERADO
NÃO AMBÍGUO
RNAt
•
•
TRANSPORTE DE AMINOÁCIDOS
TRINCA CORRESPONDENTE AO CÓDON
PROTEÍNA
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REPLICAÇÃO
(NÚCLEO CELULAR)
125
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ANOTAÇÕES
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