Revista de Biologia

592 Pages·2011·2.66 MB·Portuguese

by  Edson Roberto

CAPA REVISTA DE EDUCAÇÃO
BIOLOGIA
A SER ELABORADA PELA
SECRETARIA DE FORMAÇÃO
APRESENTAÇÃO

A presente edição da Revista de Educação da APEOESP contem
subsídios para os professores da rede pública estadual, associados
do nosso sindicato, que se inscreverão nos próximos concursos
públicos promovidos pela Secretaria de Estado da Educação e que
participarão das provas instituídas pelo governo.
Organizada pela Secretaria de Formação, esta publicação contém
as resenhas dos livros que compõem a bibliografia dos concursos,
realizadas por profissionais altamente qualificados, de forma a
contribuir para os professores possam obter o melhor desempenho
nas provas.
Ao mesmo tempo, não podemos deixar de registrar nossa posição
contrária ás avaliações excludentes que vem sendo promovidas
pela Secretaria Estadual da Educação que, além de tudo,
desrespeita os professores ao divulgar extensa bibliografia a
poucos dias da prova, inclusive contendo vários títulos esgotados.
Esperamos, no entanto, que todos os professores possam extrair
desta edição da Revista de Educação o máximo proveito, obtendo
alto rendimento nas provas dos concursos e avaliações.
Nossa luta é por mais concursos prossegue, com a periodicidade
necessária a uma drástica redução no número de professores
temporários, agregando mais qualidade ao ensino e
profissionalizando, cada vez mais, o magistério estadual. A
periodicidade dos concursos a cada quatro anos – com ritmo mais
acelerado nos próximos dois anos – foi uma conquista nossa e
vamos exigir que seja efetivada.
A diretoria
ÍNDICE DE BIOLOGIA
1. ALBERTS, B.; et al. Fundamentos da biologia celular. 2. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2006. cap. 1, 4, 6, 7, 8, 10 a 19.
2. BOUER, J. Sexo & Cia: as dúvidas mais comuns (e as mais estranhas)
que rolam na adolescência. 2 ed. São Paulo: Publifolha, 2002.
3. CARVALHO F.H; PIMENTEL S. M. R. A célula. Barueri: Manole, 2007.
4. CARVALHO, Isabel C. M. Educação ambiental: a formação do sujeito
ecológico. 3. ed. São Paulo: Cortez, 2008. cap. 1, 3 e 5.
5. DEAN, W. A ferro e fogo: a história e a devastação da Mata Atlântica
brasileira. São Paulo: Companhia das Letras, 1996.
6. GRIFFITHS, A.J. F. et al. Introdução à Genética. 9ª ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2009. cap. 1 a 17, 19.
7. HICKMAN JR., Cleveland P.; ROBERTS, L. S.; LARSON, Allan. Princípios
Integrados de Zoologia. 11. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004.
8. KORMONDY, E. J.; BROWN, D. E. Ecologia humana. São Paulo: Atheneu,
2002.
9. KRASILCHIK, M. Prática de ensino de Biologia. 4. ed. São Paulo: EDUSP,
2008.
10. MARGULIS, L.; SCHWARTZ, K. V. Cinco reinos: um guia ilustrado dos
filos da vida na Terra. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001.
11. RAVEN, P. H.; EVERT R. F.; EICHHORN, S. E. Biologia Vegetal. 7. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007. seções 4, 5, 6 e 7.
12. RIDLEY, M. Evolução. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.
13. SCHMIDT-NIELSEN, K. Fisiologia Animal. Adaptação e meio ambiente.
5. ed. São Paulo: Livraria Santos, 2002.
14. SENE, F. M. Cada caso, um caso... puro acaso – Os Processos de
evolução biológica dos seres vivos. Ribeirão Preto: SBG, 2009.
15. TORTORA, G. J. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia.
6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.
1. ALBERTS, B.; et al. Fundamentos da biologia celular. 2. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2006. cap. 1, 4, 6, 7, 8, 10 a 19.

As células, unidades básicas de todos os seres vivos, são envolvidas por
membranas e preenchidas por uma solução aquosa de agentes químicos
(citosol); são dotadas de extraordinária capacidade de criar cópias de si
mesmas pelo crescimento e posterior divisão.
A possessão de um núcleo por uma célula eucarioteca durante o processo
evolutivo significa possuir também uma variedade de outras organelas. O
núcleo é normalmente a organela mais proeminente. Está incluso em duas
membranas concêntricas que formam o envelope nuclear, e que contêm
moléculas de DNA, polímeros extremamente longos que codificam a
especialização genética do organismo. Essas moléculas gigantes tornam-se
individualmente visíveis no microscópio óptico como cromossomos.
O citoplasma de células vegetais e animais contém uma variedade de
organelas delimitadas por membranas com funções químicas especializadas.
As mitocôndrias realizam a oxidação de moléculas, liberando energia. Os
cloroplastos, em células vegetais, realizam a fotossíntese.
A maioria das organelas está envolvida com a necessidade de importar
material bruto e exportar substâncias manufaturadas e resíduos.
Retículo endoplasmático: montagem, estocagem e exportação de moléculas.
Aparelho de Golgi: recebe, podendo modificar moléculas provenientes do
retículo, armazenando-as e exportando-as para a própria célula ou para o
exterior.
Lisossomos: digestão intracelular.
Peroxissomos: degradação do peróxido de hidrogênio (água oxigenada).
Filamento protéico, o citoesqueleto estende-se por todo o citosol, dando forma
e movimento à célula.
Quase todas as células realizam processos básicos: duplicação do DNA,
síntese proteicas, produção de energia etc.
Apesar de terem o mesmo material genético, cada tipo de célula usa,
seletivamente, diferentes informações gênicas de acordo com as funções a que
se destina.

Como as células obtêm energia a partir do alimento
Para liberar a energia de que as células necessitam para seu metabolismo, os
alimentos energéticos passam por três etapas:
1. Degradação das macromoléculas (amido, lipídios e proteínas) em
subunidades no tubo digestório;
2. Degradação das subunidades, como a glicose, em piruvato, no citosol da
célula;
3. Quebra final da molécula de piruvato nas mitocôndrias. A quebra da
glicose no citosol (glicólise) libera energia para a produção de 2 ATP e
moléculas de H, que são captados por um transportador de elétrons, o NAD
(Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo).
O piruvato entra na mitocôndria, perde carbonos e é convertido na molécula de
acetil-CoA. O acetil-CoA passa por uma longa série de reações químicas (ciclo
do ácido cítrico ou de Krebs) que vão liberando moléculas de gás carbônico
(descarboxilações), descartadas, e hidrogênios. Esses, pelo NAD formam
NADH , e por outro carregador, o FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo),
2
formam FADH . Os hidrogênios transportados pelos carregadores (NADH e
2 2
FADH ) são levados até as membranas internas das mitocôndrias (cristas)
2
onde vão gradualmente passando por moléculas aceptoras (cadeia
respiratória). Nesse trajeto, ocorrem reações de oxi-redução, sendo liberada
energia utilizada na conversão do ADP + P em ATP. No final desse processo,
moléculas de 0 que entraram na mitocôndria reagem com os hidrogênios,
2
formando moléculas de água. Esta é a respiração celular ou aeróbica: glicose +
0 ® C0 + H 0 + ATP. Na ausência da glicose, ácidos graxos e aminoácidos
2 2 2
são convertidos em acetil-CoA, e o processo respiratório prossegue.
Sendo essencial à vida, os seres vivos armazenam moléculas energéticas que
serão utilizadas em situações de compensação de ausência de glicose:
gorduras e glicogênio nos animais e amido nos vegetais.

A replicação (duplicação) do DNA

O potencial do DNA para a replicação e codificação de informações deve-se ao
fato de ser formado por duas longas cadeias ou fitas de nucleotídeos que se
ligam através de pontes de hidrogênio que unem as bases nitrogenadas
Adenina com Timina e Citosina com Guanina.
Cada fita da molécula de DNA contém uma sequência de nucleotídeos exata-
mente complementar à sequência de nucleotídeos da outra fita. Cada lado do
DNA atua como um molde para a síntese de uma fita complementar. Para ser
duplicada, a dupla hélice, que tem ligação muito estável, deve ser aberta
(modelo de zíper). Proteínas iniciadoras ligam-se ao DNA, forçando a
separação das fitas ao quebrar as pontes de hidrogênio. O local onde o DNA é
aberto é chamado de origem de replicação. A enzima DNA-polimerase catalisa
a ação de nucleotídeos soltos que vão se encaixando em ambos os lados da
molécula de DNA. Uma enzima, a helicase, usando energia do ATP, corre ao
longo do DNA abrindo a dupla hélice à medida que se move. Cada lado do
DNA é usado como molde para a formação da fita complementar. Dessa forma,
as fitas originais permanecem intactas ao longo de muitas gerações. A
replicação é semiconservativa, porque cada hélice-fita é composta de uma fita
conservada e uma recém-sintetizada.
Reparo do DNA: erros podem ocorrer durante a replicação, na união entre as
bases A-T/C-G. Quando ocorre um engano (exemplo T-T), a DNA-polimerase
retira o nucleotídeo que se encaixou no lugar errado e adiciona o nucleotídeo
certo.
A estabilidade do gene depende do reparo do DNA. Se a mudança permanece,
é chamada de mutação, pois modifica a estrutura do gene. Dessa forma,
modifica a forma da proteína. Modificando a forma, altera a função da proteína
codificada por esse gene.
Mutações são raras, porque o mecanismo de replicação e reparo do DNA são
tão acurados, que mesmo onde nenhuma seleção opera, a mensagem
genética é fielmente preservada por milhões de anos.

Do DNA à proteína

A expressão dos genes na célula passa pelos processos de transcrição (DNA
® RNA) e tradução (RNA ® proteínas).
A transcrição é a síntese de RNA, catalisada pela enzima RNA-polimerase, a
partir de pequenos segmentos de DNA. Antes de sair do núcleo para ir ao
citoplasma, o RNA é ativado com a retirada de trechos que não são codificados
durante a síntese proteicas, chamados de íntrons. O RNA fica menor, mas
ativo, porque os trechos ativos, os éxons, se unem, tornando o RNA funcional.
Esse processo é conhecido como splicing de RNA mensageiro. A transcrição e
a síntese de proteínas ocorrem no citoplasma, no nível dos ribossomos. O
RNAm acopla-se a uma região do ribossomo expondo três códons. Três bases
do RNAm correspondem a um códon. Cada códon indica o tipo e a posição
dos aminoácidos na cadeia de proteína. Portanto, é o código que determina a
relação códon-aminoácido. Com quatro bases nitrogenadas (U-A-C-G)
combinadas, são possíveis 64 tipos de códons, e a maioria dos aminoácidos é
reconhecida por mais de um códon.
RNA transportadores (RNAt) ligam-se a aminoácidos específicos. Cada RNAt
possui três bases expostas, o anticódon. Durante a síntese proteicas, cada
códon do RNAm unir-se-á ao anticódon do RNAt.
A síntese começa sempre com o códon AUG, que codifica o aminoácido
metionina. Proteínas chamadas de fatores de iniciação comandam esse
início. No ribossomo, dois códons acoplam-se a dois anticódons do RNAt
através do pareamento complementar de bases (ex.: códon AUC, anticódon
DAG). Aminoácidos trazidos pelo RNAt se ligam por desidratação formando um
dipeptídeo. O ribossomo desliga paulatinamente expondo novo códon, quando
o primeiro RNAt se desliga. Novo RNAt se encaixa no novo códon e ocorre
outra ligação entre aminoácidos. Assim, a cadeia polipeptídica vai aumentando
e termina a síntese quando um ribossomo chega a um códon de terminação
em que não há aminoácido correspondente. Nesse local, encaixa-se uma
proteína chamada fator de liberação, que desliga todos os participantes do
processo, soltando a proteína.

CROMOSSOMOS E REGULAÇÃO CÉNICA

Quase todas as células de um organismo multicelular contêm o mesmo
genoma. As diferenças entre um tipo de célula e outro (ex.: linfócíto e neurônio)
dependem dos tipos de genes que são expressos em cada uma delas. É a
expressão gênica. Em cada caso, a célula está usando somente alguns genes
de seu repertório total, que expressam diferentes RNA e proteínas.
Para que o DNA possa ser facilmente controlado dentro do núcleo, ele é
compactado e dobrado. A intervalos regulares, a molécula de DNA se enrola
sobre grânulos de uma proteína, a histona, formando estruturas globulares, os
nucleossomos.
No período da interfase, o cromossomo apresenta-se na forma conhecida
como cromonema, na qual um fio de DNA repleto de nucleossomos se enrola
helicoidalmente, como um fio de telefone.
Em geral, regiões do cromossomo que são transcritas em RNA são mais
estendidas, enquanto aquelas que são mais compactadas, chamadas de
heterocromatina, são inativas.
Para um gene começar a se expressar (ou não), dependerá de uma série de
fatores como: tipo celular, sua circunvizinhança, idade e sinais exteriores. É a
expressão de um gene dependente de um conjunto de proteínas reguladoras
de genes que afeta o processo de montagem, facilitando ou diminuindo a
velocidade das reações. Essas proteínas reguladoras ligam-se a pequenas
sequências de nucleotídeos (as sequências regulatórias de DNA), aliviando ou
reprimindo a transcrição do gene. Uma única proteína regulatória, em células
germinativas, pode disparar a formação de uma única célula especializada ou
mesmo de um órgão inteiro. A maioria das proteínas reguladoras dos genes
trabalha como parte de um "comitê" de proteínas regulatórias, todas
necessárias para o gene se expressar na forma correta, em resposta a
condições corretas, no momento certo e em um nível requerido.
Embora alguns mecanismos de controle se apliquem a células bacterianas e
eucarióticas, estas últimas, por meio de estrutura cromossômica mais
complexa, têm formas de controlar a expressão gênica não disponível para
bactérias.

A tecnologia do DNA

A tecnologia do DNA recombinante (ou Engenharia Genética) reúne as
técnicas que permitem a manipulação do material genético, revelando os
mecanismos pelos quais a expressão gênica é regulada.
Para ser estudado, um gene deve ser isolado e purificado. Enzimas
bacterianas conhecidas como nucleases de restrição (ou endonucleases) são
utilizadas para cortar o DNA em pedaços pequenos. Essas enzimas identificam
determinadas sequências de nucleotídeos de DNA e os cortam. Os fragmentos
de DNA obtidos podem ser reunidos por outro tipo de enzima, a ligase. Com
ela, pode-se reunir fragmentos de espécies diferentes, formando um DNA
recombinante. Clonagem molecular: os segmentos de DNA obtidos pelas
endonucleases são separados por eletroforese em gel, quando migram em um
campo elétrico. Fragmentos maiores migram mais lentamente que os menores,
formando uma escada de bandas discretas, como nos códigos de barras.
Assim eles são separados e isolados. Fragmentos são inseridos dentro de
bactérias como a Escherichia coli. Eles se fundem aos plasmídeos (pedaços de
DNA soltos) bacterianos que, ao se multiplicarem, duplicam também o
fragmento de DNA enxertado. A reutilização desses plasmídeos em outras
bactérias produz milhares de cópias do segmento de DNA usado. Genes
humanos também são clonados por essa técnica, como o gene para o fator
VIII, a proteína da coagulação, cujos defeitos causam a hemofilia.
Reação em cadeia da polimerase (PCR) - nesse processo, realizado in vitro,
usa-se a enzima DNA-polimerase, que permite a fragmentação rápida de várias
cópias de um segmento de DNA extraído de células. Transcrição in vitro -
isolada a enzima transcriptase reversa, que forma uma molécula de DNA-
molde a partir de uma fita de RNA (como ocorre em retrovírus, como o HIV), é
possível sintetizar em laboratório um DNA complementar (DNAc). Ele é usado
como uma sonda para localizar um gene no cromossomo. A Engenharia
Genética é usada para detectar doenças, na ciência forense, estudar proteínas
raras ou difíceis de serem isoladas.

ESTRUTURA DA MEMBRANA

A membrana plasmática é um filme gorduroso tão fino e transparente que não
é visível no microscópio óptico. Serve de barreira para conter o conteúdo
celular e permite a passagem de substâncias entre a célula e o meio
circundante. Cresce com a célula, aumentando sua área sem perda de
continuidade. Pode ser furada ou deformar-se sem se romper.
As membranas internas que envolvem compartimentos intracelulares são
iguais, na composição e propriedades, à membrana plasmática. As membranas
celulares consistem numa dupla camada contínua de lipídeos, na qual as
proteínas estão embebidas. As células ajustam a fluidez de suas membranas
pelas modificações da composição lipídica dessas membranas. As moléculas
de lipídeos da membrana têm tanto regiões hidrofóbicas ("detestam água")
quanto hidrofílicas ("gostam de água"). Elas se arranjam espontaneamente em
bicamadas quando colocadas em água. Ainda que a bicamada de lipídeos
forneça a estrutura básica da membrana, a maior parte das funções é realizada
por proteínas da membrana, como o transporte de nutrientes, metabólitos ou
íons.
Algumas funcionam como receptores que detectam sinais químicos no meio
ambiente da célula e os transmitem ao interior da célula; outras agem como
enzimas específicas. A maioria das membranas é reforçada e suportada por
uma malha de proteínas fibrosas chamada de córtex celular. Algumas células,
como os eritrócitos, necessitam desse córtex para fornecer resistência
mecânica enquanto são bombardeadas através dos vasos sanguíneos; outras
células necessitam de seu córtex para capacitá-las a mudarem ativamente de
forma e a se moverem.
Uma estrutura que recobre a membrana é o glicocálix, formado por
carboidratos que ajudam na proteção e lubrificação da célula, no
reconhecimento do óvulo por um espermatozoide, no reconhecimento de
bactérias pelos neutrófilos (tipo de leucócito) etc.
A célula tem meios de confinar proteínas a domínios específicos da membrana
e de imobilizar alguns tipos de proteínas, ligando-as a macromoleculares
intracelulares ou extracelulares.

Transportes de membrana

As células vivem e crescem pela troca de moléculas com o meio, de modo que
várias moléculas hidrossolúveis devem ser capazes de cruzar a membrana
plasmática.
Nutrientes devem que ser importados; produtos residuais devem ser
expelidos, e as concentrações de íons como H+, Na+, K* e Ca++ precisam ser
ajustadas. Solutos como C0 e 0 , moléculas lipossolúveis e pequenas
2 2
moléculas sem carga podem se difundir simplesmente pela membrana, mas a
grande maioria não pode fazê-lo. Dependem de proteínas especiais.
A membrana da célula contém uma variedade dessas proteínas
transportadoras, cada uma sendo responsável pela transferência de um tipo
particular de soluto. Há duas classes delas: proteínas carreadoras e proteínas-
canal. As proteínas carreadoras ligam-se a um soluto de um lado da
membrana, e o levam para o outro lado. Funcionam como uma catraca,
transportando íons e pequenas moléculas orgânicas. Podem atuar como
bombas ao transportar íons contra um gradiente de concentração, com gasto
de energia. Ex.: a proteína gasta energia para transportar íons sódio (Na*) para
fora da célula e íons potássio para dentro. Graças a essas proteínas, as células
animais mantêm a concentração de íons sódio cerca de 10 a 15 vezes maior
fora da célula do que dentro e quase 10 vezes mais potássio dentro do que
fora. É o transporte ativo. O transporte por proteínas carreadoras pode ser ativo
ou passivo. Uma dessas proteínas é chamada de permease, que transporta
moléculas de glicose passivamente, sem gasto de energia.
As proteínas-canal formam minúsculos poros aquosos por onde passam
solutos; o transporte é sempre passivo. Se o canal está aberto, moléculas
pequenas e com carga apropriada podem passar por ele.
Osmose é a passagem da água (solvente) de um meio menos concentrado
para um mais concentrado. Se a célula estiver num ambiente mais concentrado
(hipertônico) que o seu interior, ela perde água e murcha. Se o ambiente
externo for menos concentrado (hipotônico) que o interior da célula, ela ganha
água, aumenta de volume, podendo arrebentar.