Genética e evolução

Genética e evolução

(Parte 1 de 5)

Nome do Aluno

Genética e Evolução

Organizadores Paulo Takeo Sano

Lyria Mori

Elaboradores Cristina Yumi Miyaki

Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Biologia

2 módulo

Governador: Geraldo Alckmin

Secretaria de Estado da Educação de São Paulo

Secretário: Gabriel Benedito Issac Chalita

Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas – CENP Coordenadora: Sonia Maria Silva

Reitor: Adolpho José Melfi Pró-Reitora de Graduação

Sonia Teresinha de Sousa Penin

Pró-Reitor de Cultura e Extensão Universitária Adilson Avansi Abreu

Presidente do Conselho Curador: Selma Garrido Pimenta Diretoria Administrativa: Anna Maria Pessoa de Carvalho Diretoria Financeira: Sílvia Luzia Frateschi Trivelato

Coordenadora Geral: Eleny Mitrulis

Vice-coordenadora Geral: Sonia Maria Vanzella Castellar Coordenadora Pedagógica: Helena Coharik Chamlian

Coordenadores de Área

Biologia:

Paulo Takeo Sano – Lyria Mori

Física:

Maurício Pietrocola – Nobuko Ueta

Geografia:

Sonia Maria Vanzella Castellar – Elvio Rodrigues Martins

História:

Kátia Maria Abud – Raquel Glezer

Língua Inglesa:

Anna Maria Carmagnani – Walkyria Monte Mór

Língua Portuguesa:

Maria Lúcia Victório de Oliveira Andrade – Neide Luzia de Rezende – Valdir Heitor Barzotto

Matemática:

Antônio Carlos Brolezzi – Elvia Mureb Sallum – Martha S. Monteiro

Química:

Maria Eunice Ribeiro Marcondes – Marcelo Giordan

Produção Editorial

Dreampix Comunicação

Revisão, diagramação, capa e projeto gráfico: André Jun Nishizawa, Eduardo Higa Sokei, José Muniz Jr. Mariana Pimenta Coan, Mario Guimarães Mucida e Wagner Shimabukuro

Cartas ao Aluno

Carta da Pró-Reitoria de Graduação

Caro aluno,

Com muita alegria, a Universidade de São Paulo, por meio de seus estudantes e de seus professores, participa dessa parceria com a Secretaria de Estado da Educação, oferecendo a você o que temos de melhor: conhecimento.

Conhecimento é a chave para o desenvolvimento das pessoas e das nações e freqüentar o ensino superior é a maneira mais efetiva de ampliar conhecimentos de forma sistemática e de se preparar para uma profissão.

Ingressar numa universidade de reconhecida qualidade e gratuita é o desejo de tantos jovens como você. Por isso, a USP, assim como outras universidades públicas, possui um vestibular tão concorrido. Para enfrentar tal concorrência, muitos alunos do ensino médio, inclusive os que estudam em escolas particulares de reconhecida qualidade, fazem cursinhos preparatórios, em geral de alto custo e inacessíveis à maioria dos alunos da escola pública.

O presente programa oferece a você a possibilidade de se preparar para enfrentar com melhores condições um vestibular, retomando aspectos fundamentais da programação do ensino médio. Espera-se, também, que essa revisão, orientada por objetivos educacionais, o auxilie a perceber com clareza o desenvolvimento pessoal que adquiriu ao longo da educação básica. Tomar posse da própria formação certamente lhe dará a segurança necessária para enfrentar qualquer situação de vida e de trabalho.

Enfrente com garra esse programa. Os próximos meses, até os exames em novembro, exigirão de sua parte muita disciplina e estudo diário. Os monitores e os professores da USP, em parceria com os professores de sua escola, estão se dedicando muito para ajudá-lo nessa travessia.

Em nome da comunidade USP, desejo-lhe, meu caro aluno, disposição e vigor para o presente desafio.

Sonia Teresinha de Sousa Penin. Pró-Reitora de Graduação.

Carta da Secretaria de Estado da Educação

Caro aluno,

Com a efetiva expansão e a crescente melhoria do ensino médio estadual, os desafios vivenciados por todos os jovens matriculados nas escolas da rede estadual de ensino, no momento de ingressar nas universidades públicas, vêm se inserindo, ao longo dos anos, num contexto aparentemente contraditório.

Se de um lado nota-se um gradual aumento no percentual dos jovens aprovados nos exames vestibulares da Fuvest — o que, indubitavelmente, comprova a qualidade dos estudos públicos oferecidos —, de outro mostra quão desiguais têm sido as condições apresentadas pelos alunos ao concluírem a última etapa da educação básica.

Diante dessa realidade, e com o objetivo de assegurar a esses alunos o patamar de formação básica necessário ao restabelecimento da igualdade de direitos demandados pela continuidade de estudos em nível superior, a Secretaria de Estado da Educação assumiu, em 2004, o compromisso de abrir, no programa denominado Pró-Universitário, 5.0 vagas para alunos matriculados na terceira série do curso regular do ensino médio. É uma proposta de trabalho que busca ampliar e diversificar as oportunidades de aprendizagem de novos conhecimentos e conteúdos de modo a instrumentalizar o aluno para uma efetiva inserção no mundo acadêmico. Tal proposta pedagógica buscará contemplar as diferentes disciplinas do currículo do ensino médio mediante material didático especialmente construído para esse fim.

O Programa não só quer encorajar você, aluno da escola pública, a participar do exame seletivo de ingresso no ensino público superior, como espera se constituir em um efetivo canal interativo entre a escola de ensino médio e a universidade. Num processo de contribuições mútuas, rico e diversificado em subsídios, essa parceria poderá, no caso da estadual paulista, contribuir para o aperfeiçoamento de seu currículo, organização e formação de docentes.

Prof. Sonia Maria Silva Coordenadora da Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas

Apresentação

Antes de virar estas páginas, faça uma pausa...

animaisVocê consegue enxergar tudo isso através dessas páginas? Sim?

Você se dá conta que, nesse exato momento, enquanto seus olhos percorrem cada letra deste texto, milhões de informações chegam até você pela retina? Pense nisso! Pense também que essas informações, para saírem do papel e alcançarem as células nervosas de seu cérebro, percorrem um caminho longo e fantástico! Caminho que pode começar muito antes do que a gente vê... Pode começar quando essa folha de papel era ainda uma árvore, que fazia parte de uma floresta, que por sua vez abrigava outras árvores e inúmeros Não? Vamos ajudá-lo: é sobre essas coisas tão próximas de você que vamos falar aqui...

Você vai saber um pouco mais sobre a célula e seus componentes; sobre o funcionamento de cada uma e do organismo que elas compõem. Aprenderá a respeito de como os seres vivos se organizam e se distribuem nesse nosso planetinha azul. Vamos falar de plantas e de bichos, de vírus e bactérias, de fungos e do ser humano. Sim, do ser humano, de você inclusive! Como você funciona por dentro e por fora. Como suas ações podem ter resultados que vão muito além daqueles que se espera.

sejam os melhores! Estamos aqui para colaborar com issoPorém, não se

E já que falamos de resultados, esperamos que os seus, durante a vida, esqueça: depende muito mais de você! Nós, aqui, só vamos direcionar um pouco seu olhar para algumas coisas importantes, mas quem vai enxergar, de fato, é você! Portanto, não confie só no que está ao longo dessas páginas. Vá além! Leia muito! Jornais, revistas, coisas sobre ciências e sobre o mundo - afinal, ele é grande demais para caber em alguns fascículos! Não se esqueça que acumular conhecimento é o ganho mais efetivo que se pode ter: não se desgasta e ninguém nos tira!

Conte conosco durante essa tarefa. Pode estar certo: torcemos por você! da área

Seria ousado demais imaginar que ao longo de todo o tempo, desde que a Terra veio a existir, talvez milhões de eras antes do começo da história da humanidade, que todos os animais de sangue quente surgiram de um só filamento vivo [...] dotado da faculdade de se aperfeiçoar continuamente por sua própria atividade inerente, e de transferir esses aperfeiçoamentos por geração à sua posteridade, por todo o sempre!

Erasmus Darwin, Zoonomia, 1794

Minha letra é igual à do meu avô.

Charles Darwin, Rabisco no caderno M, 1838

No presente módulo discutiremos alguns aspectos da Genética e da Evolução que fazem parte de nossas vidas. Esperamos que você enxergue a beleza dessas duas áreas ao longo desse nosso estudo. O material apresentado aqui está organizado de forma que você deve lê-lo criticamente durante a aula. Pare para pensar e procure discutir suas dúvidas com os colegas e com o monitor. Temos algumas atividades e várias perguntas e você deve trabalhar buscando sempre raciocinar sobre o problema proposto. Além disso, o monitor proporá algumas Questões de Execução (QE) que devem ser discutidas em pequenos grupos de alunos e com ele próprio, monitor. Esperamos muito que você termine o módulo se sentindo satisfeito com sua aprendizagem. Bons estudos!

Apresentação do módulo

Unidade 1 Genética clássica

Organizadores Paulo Takeo Sano

Lyria Mori

Elaboradores Cristina Yumi Miyaki

Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira

Provavelmente você já ouviu alguém dizer: “Fulano tem os olhos da mãe e o nariz do pai”. Você já parou para pensar que isso tem tudo a ver com os experimentos de cruzamento de plantas de ervilha realizados pelo monge Gregor Mendel em 1866? Pois é, existe sim uma relação. Além disso, você já parou para pensar por que irmãos que têm a mesma mãe e o mesmo pai podem ser tão diferentes? Isso também está relacionado às Leis de Hereditariedade que Mendel propôs. Por isso, vamos iniciar nossos estudos de Genética desvendando juntos essas leis tão elegantes!

Você sabe qual foi a motivação de Mendel para iniciar seus experimentos?

Ele estava interessado nas discussões sobre evolução biológica e percebeu que seria fundamental conhecer os fundamentos da herança biológica para compreender a evolução. Na Unidade 3 deste módulo veremos mais sobre isso.

Em seus experimentos, Mendel utilizou ervilhas como modelo experimental, pois elas são fáceis de cultivar, têm ciclo de vida relativamente curto, possuem variedades com características contrastantes, os descendentes de cruzamentos entre as suas variedades são férteis, reproduzem-se por autofecundação, mas também pode ser feita fertilização cruzada.

Mendel selecionou algumas variedades de plantas de ervilha que diferiam quanto a sete características, cada uma com dois estados contrastantes (veja a Tabela 1).

Tabela 1 – Variedades de ervilhas utilizadas por Mendel.

QE 1: QE 1: QE 1: QE 1: QE 1: Por que você acha que essas características seriam importantes nos experimentos de Mendel?

Mendel cultivou exemplares de cada uma dessas variedades e verificou que muitas mantinham suas características invariáveis de uma geração para a outra. Por exemplo, plantas que produziam sementes verdes sempre originavam descendentes produtores de sementes verdes. O monge chamou essas plantas, cujas características não variavam ao longo das gerações, de plantas puras. Linhagens de plantas puras (parentais ou P) com estados contrastantes de uma determinada característica foram cruzadas por Mendel produzindo plantas híbridas (da primeira geração ou F1 ). Veja o esquema de um desses cruzamentos na Figura 1.

Figura 1 – Esquema de um dos cruzamentos realizados por Mendel.

QE 2:QE 2:QE 2:QE 2:QE 2:Analisando a Tabela 1, você entendeu a diferença entre o que seriam as caracterís-

ticas e seus estados? Explique a diferença.

QE 3: QE 3: QE 3: QE 3: QE 3: Como essas características e seus estados se relacionam ao termo fenótipo fenótipo fenótipo fenótipo fenótipo (que Mendel não usou, mas que utilizamos hoje)?

têm alguma relaçãocom os termos atuais indivíduos homozigóticos indivíduos homozigóticos indivíduos homozigóticos indivíduos homozigóticos indivíduos homozigóticos e indivíduosindivíduosindivíduosindivíduosindivíduos

QE 4:QE 4:QE 4:QE 4:QE 4: Você acha que os termos planplanplanplanplantas purtas purtas purtas purtas purasasasasas e planplanplanplanplantas híbrtas híbrtas híbrtas híbrtas híbridas idas idas idas idas usados por Mendel heterozigóticosheterozigóticosheterozigóticosheterozigóticosheterozigóticos? Justifique sua resposta.

P:Plantas purasPlantas puras ervilha rugosaervilha lisa

F1:Plantas híbridas 100% ervilha lisa

F2:

autofecundação

75%ervilha lisa25% ervilha rugosa

Para verificar como cada um desses estados era herdado na descendência

(F1 ), Mendel fez esses cruzamentos entre plantas puras com dois estados contrastantes de uma mesma característica.

Observe novamente a Figura 1. As plantas F1 foram autofecundadas e ge- raram as plantas da segunda geração ou F2 . Você percebeu que o estado “ru- goso” da característica “textura da semente”, que havia desaparecido em F1 , reapareceu em F2 ? Você sabe como Mendel descreveu isso?

QE 5: QE 5: QE 5: QE 5: QE 5: No esquema da Figura 1, poderia estar representado o cruzamento entre plantas com estados contrastantes de qualquer uma das características descritas na Tabela 1. Monte os outros seis esquemas de cruzamentos no seu caderno.

QE 6: QE 6: QE 6: QE 6: QE 6: Observe a Figura 1 novamente. A planta híbrida possui estado diferente ou intermediário aos estados de seus dois parentais? Como você explica tal resultado? deveria ser denominado dominante, e o estado que está latente no híbrido seria designado recessivo. Esse estado recessivo estaria retraído ou ausente

Mendel contou o número de indivíduos com cada estado da característica em F2 . Por exemplo, o resultado do cruzamento esquematizado na Figura 2 foi de 5.474 sementes lisas e 1.850 rugosas. Se dividirmos 5.474 por 1.850, teremos 2,96; ou seja, uma proporção de 2,96 ervilhas lisas para cada 1 ervilha rugosa obtida. Essa proporção, muito próxima de 3:1 entre o estado dominante e o recessivo, foi encontrada para todas as características listadas na Tabela 1. Interessante, né? Mendel então buscou uma explicação para esclarecer a origem dessa proporção.

Para Mendel, as plantas possuíam entidades denominadas “fatores” (hoje conhecidas como “genes”) que determinavam as características hereditárias e eram transmitidas de uma geração para outra por meio dos gametas. Mendel representou esses fatores hipotéticos por letras, sendo a forma maiúscula para o fator determinante do estado dominante e minúscula o do estado recessivo.

Além disso, Mendel concluiu que os fatores para os dois estados de uma característica não se misturavam no híbrido, pois na descendência do híbrido aparecia um estado ou outro em cada indivíduo, e nunca estados intermediários. Finalmente, Mendel postulou que os dois tipos de fatores presentes no indivíduo deveriam se separar (segregar) na formação dos gametas. Assim, cada gameta teria apenas um fator. Hoje sabemos que essa formação de gametas se dá por meiose. Vamos fazer a atividade a seguir para compreender isso melhor.

QE 7: QE 7: QE 7: QE 7: QE 7: Seguindo o raciocínio de Mendel, uma planta de ervilha necessariamente possui dois fatores para cada característica. Como você justifica isso?

QE 8:QE 8:QE 8:QE 8:QE 8: Como o termo fatorfatorfatorfatorfator se relaciona com o termo genótipogenótipogenótipogenótipogenótipo?

AAAAATIVIDADETIVIDADETIVIDADETIVIDADETIVIDADE 1 1 1 1 1 Meiose e segregação de genesMeiose e segregação de genesMeiose e segregação de genesMeiose e segregação de genesMeiose e segregação de genes

Faça grupo com 4-5 colegas.

1) Faça 4 rolinhos de papel de 5 cm de comprimento para representar cromossomos. Pinte os centrômeros, representando cromossomos metacêntricos. Escreva A em 2 rolinhos e a em outros 2 rolinhos.

2) Desenhe no seu caderno um círculo para representar o limite de uma célula e coloque um cromossomo com A e o seu homólogo com a.

3) Antes de iniciar a meiose os cromossomos são duplicados. Como você representaria essa duplicação usando os rolinhos prontos? O resultado dessa duplicação é uma figura na qual os cromossomos (cromátides-irmãs) estão unidos pelo centrômero. Você pode representar isso unindo os rolinhos de papel com fita adesiva.

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