Livro de biologia de timor leste

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Livro de biologia de timor leste

  1. 1. REPÚBLICA DEMOCRÁTICA DE TIMOR-LESTE MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Anderson Aliston Florentino Erivelto Rodrigues Teixeira Luiz Henrique Marinho Lages Bianca Mees Chagas João Cleto do Nascimento Marina Pereira Reis Biologia VOLUME DOIS 11° ANO ENSINO SECUNDÁRIO
  2. 2. REPÚBLICA DEMOCRÁTICA DE TIMOR-LESTE José Ramos Horta Presidente da República Kay Rala Xanana Gusmão Primeiro-Ministro João Câncio de Freitas Ministro da Educação Paulo Assis Belo Vice-Ministro da Educação Antoninho Pires Diretor do Instituto Nacional de Formação Profissional e Contínua Armindo de Jesus Barros Assistente Diretor do Instituto Nacional de Formação Profissional e Contínua REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL Luiz Inácio Lula da Silva Presidente da República Fernando Haddad Ministro da Educação Edson Marinho Duarte Monteiro Embaixador do Brasil em Timor-Leste Jorge Almeida Guimarães Presidente da CAPES Sandoval Carneiro Junior Diretor de Relações Internacionais da CAPES Fernando Spagnolo Coordenador do Programa de Capacitação de Docentes e Ensino da Língua Portuguesa em Timor-Leste 2 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  3. 3. Anderson Aliston Florentino Licenciado em Ciências Naturais com Habilitação em Biologia Universidade Estadual do Mato Grosso do Sul Bianca Mees Chagas Licenciada e Bacharel em Ciências Biológicas Universidade Regional de Joinville Erivelto Rodrigues Teixeira Especialista em Microbiologia Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas Licenciado em Ciências Biológicas Universidade Federal do Amazonas João Cleto do Nascimento Licenciado em Ciências Biológicas Universidade de São Paulo Bacharel em Ciências Biológicas Universidade Guarulho Luiz Henrique Marinho Lages Licenciado em Ciências Biológicas Universidade Estadual do Rio de Janeiro Marina Pereira Reis Licenciada e Bacharel em Ciências Biológicas Universidade de Mogi das Cruzes Biologia VOLUME DOIS 11˚ANO ENSINO SECUNDÁRIO Editor Erivelto Rodrigues Teixeira Revisão da Língua Portuguesa Isabela Carvalho Macedo Diagramação e Editoração Erivelto Rodrigues Teixeira Capa Erivelto Rodrigues Teixeira Dili, Timor-Leste 2009 3 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  4. 4. © BRASILCAPES/INFPC/ME/RDTL. Anderson Aliston Florentino; Bianca Mees Chagas; Erivelto Rodrigues Teixeira; João Cleto do Nascimento; Luiz Henrique Marinho Lages; Marina Pereira Reis, 2009. Direitos Reservados. Capes: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Alexandre Prestes Silveira Coordenador-Geral de Programas de Cooperação Internacional Idelazil Cristina do Nascimento Talhavini Coordenadora-Geral de Programas Especiais Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste – 2008/2009 Programa de Qualificação de Docente e Ensino de Língua Portuguesa no Timor Leste Coordenador-Geral da Cooperação Brasileira em Educação no Timor-Leste: Prof o. Dr. Fernando Spagnolo Projeto Procapes Representante: Prof. Jailson Alves Disciplina: Biologia Prof o. Anderson Aliston Florentino; Profa. Bianca Mees Chagas; Prof o. Esp. Erivelto Rodrigues Teixeira; Prof o. João Cleto do Nascimento; Prof o. Luiz Henrique Marinho Lages; Profa. Marina Pereira Reis. Projeto Elpi Profa. Isabela Carvalho Macedo Projeto Gráfico: Erivelto Rodrigues Teixeira Revisão da Língua Portuguesa: Isabela Carvalho Macedo __________________________________________________ Dados para Catalogação Internacional Biologia – Volume Dois. Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste Anderson Aliston Florentino; Bianca Mees Chagas; Erivelto Rodrigues Teixeira; João Cleto do Nascimento; Luiz Henrique Marinho Lages; Marina Pereira Reis – Dili: BRASIL/CAPES/INFPC/ME/RDTL, 2009. Bibliografia Biologia (Ensino Secundário) I. FLORENTINO, Anderson Aliston; CHAGAS, Bianca Mees; TEIXEIRA, Erivelto Rodrigues; NASCIMENTO, João Cleto do; LAGES, Luiz Henrique Marinho; REIS, Marina Pereira. II. Título Código do Editor: 989-20 - Erivelto Rodrigues Teixeira ISBN 978-989-20-1618-4 (LIVRO DO ALUNO) ISBN 978-989-20-1619-1 (LIVRO DO PROFESSOR) Agência Nacional ISBN Av. Estados Unidos da América, 97 – 6º esq. • 1700-167 Lisboa tel.: 21 847 35 91 • fax: 21 847 35 90 • e-mail: isbn@apel.pt Site: http://www.apel.pt Como Citar as Obras: FLORENTINO, Anderson Aliston; CHAGAS, Bianca Mees; TEIXEIRA, Erivelto Rodrigues; NASCIMENTO, João Cleto do; LAGES, Luiz Henrique Marinho; REIS, Marina Pereira. Biologia – Volume Dois. Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste. Díli: BRASIL/CAPES/INFPC/ME/RDTL, 2009. FLORENTINO, Anderson Aliston; CHAGAS, Bianca Mees; TEIXEIRA, Erivelto Rodrigues; NASCIMENTO, João Cleto do; LAGES, Luiz Henrique Marinho; REIS, Marina Pereira. Biologia – Volume Dois, Livro do Professor. Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste. Díli: BRASIL/CAPES/INFPC/ME/RDTL, 2009. República Democrática de Timor-Leste Ministério da Educação Instituto Nacional de Formação Profissional e Contínua Dili, Timor-Leste 2009 4 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  5. 5. Agradecimentos Anderson Aliston Florentino, Bianca Mees Chagas, Erivelto Rodrigues Teixeira, João Cleto do Nascimento, Luis Henrique Marinho Lages e Marina Pereira Reis, agradecem a todas as pessoas que contribuíram direta ou indiretamente para o lançamento desta primeira edição do livro Biologia – Volume Dois, com destaque especial para: Fernando Spagnolo, pela escolha de nossos nomes para este projeto; Idelazil Cristina do Nascimento Talhavini, pelo desafio proposto a nós, que é passar um ano em terras Maubere; Alexandre Pestes Silveira, nosso coordenador no Brasil; Edson Marinho Duarte Monteiro, Embaixador do Brasil em Timor-Leste; Ricardo Araújo, por sempre responder nossos e-mails; Isabela Carvalho Macedo, pela revisão da Língua Portuguesa; Jailson Alves, pelo apoio moral; Armindo de Jesus Barros, pelo respeito que sempre teve conosco; Antoninho Pires, pela estrutura do INFPC para realização do trabalho; A todos nossos colegas da Cooperação Brasileira, pelas grandes amizades formadas em meio a uma convivência turbulenta, mas, com marcantes momentos de paz, amizade e confraternização que guardaremos para sempre. O que aconteceu no Timor-Leste, ficará para sempre no TimorLeste. Partimos dessa surpreendente terra com o coração iluminado por Deus por nosso dever cumprido; Ao Governo da República Democrática de Timor-Leste, por nos aceitar como autores de uma obra que fará parte da formação de toda uma geração; Erivelto Rodrigues Teixeira, pelo duro e cansativo trabalho de editoração e formatação desta obra; Ao timorense nosso amigo João José, o Jhon, por sua grande ajuda com o celacanto indonésio; A Deus, por nos permitir estarmos vivos para viver esse momento; A nossas famílias no Brasil, pela força dada que nos permitiu não desistir dessa aventura chamada Timor-Leste; A nossos pais, nossa eterna gratidão e nosso amor incondicional; A nossas esposas, maridos, filhos, netos, namoradas, namorados, amigos, que nos fazem sentir vivos e nos dão esperança, ainda que estejamos tão longe de casa; A todo povo timorense nosso muito obrigado por tudo que vocês representaram em nossas vidas, não nos esqueceremos de vocês ainda que nossos corações estejam distantes, e saibam todos que: Nesta obra, plantamos nossa alma, e que ela germine e possa nutrir o valente povo Maubere com frutos de eterna prosperidade. 5 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  6. 6. SUMÁRIO Prefácio, 7 Apresentação da Obra, 8 Estrutura Geral da Obra, 9 UNIDADE I – BASES BIOLÓGICAS, 10 Capítulo 1, Citologia, 11 Capítulo 2, Metabolismo Celular, 44 Capítulo 3, Histologia Vegetal, 64 Capítulo 4, Fisiologia Vegetal, 83 Capítulo 5, Histologia Animal, 110 Capítulo 6, Embriologia, 140 UNIDADE II – SISTEMAS DE CONTROLE CORPORAL, 154 Capítulo 7, Sistema Nervoso, 155 Capítulo 8, Sistema Sensorial, 190 Capítulo 9, Sistema Cardiovascular, 210 Capítulo 10, Sistema Respiratório, 227 Capítulo 11, Sistema Digestório, 242 Capítulo 12, Sistema Excretor, 270 UNIDADE III – MOVIMENTO E REPRODUÇÃO, 281 Capítulo 13, Sistema Locomotor, 282 Capítulo 14, Sistema Reprodutor, 316 Glossário, 335 Referencial Bibliográfico, 341 6 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  7. 7. Prefácio A Cooperação entre Ministério da Educação do Brasil e Ministério de Educação de Timor-Leste, no âmbito do “Programa de Qualificação de Docente e Ensino de Língua Portuguesa em Timor-Leste”, abrange projetos de formação de professores de diferentes níveis de educação, desde a pré-primária até a de nível superior. O projeto Procapes ocupa-se, especificamente, da capacitação de professores da educação présecundária e secundária. É o maior projeto da cooperação brasileira e envolve cerca da metade de seus integrantes. Os professores do Procapes são licenciados e/ou pós-graduados em Matemática, Física, Química, Biologia, História e Geografia. Graças ao trabalho que eles desenvolveram nos últimos quatro anos, é possível hoje, nas escolas timorenses, lecionar e estudar essas disciplinas em língua portuguesa. A partir de 2005, quando foram elaborados os livros (sebentas) do primeiro ano de educação pré-secundária, foram produzidos, a cada ano, os livros das séries sucessivas. Em 2009, chegou-se até o segundo ano da secundária e espera-se, em 2010, de concluir essa coletânea de livros. Acompanha o livro, a partir de 2007, o Guia do Professor, que contém orientações, exercícios e respectivas soluções. Os livros tiveram que se guiar pelo currículo indonésio - tido com currículo transitório – por falta de um currículo definitivo da educação pré-secundária e secundária. No entanto, inovações foram introduzidas, tanto no conteúdo quanto na metodologia. Dessa forma, além de preencherem a grave lacuna de falta de livros em português, eles apontam caminhos para o novo currículo. O livro didático de nada serve se não é lido e estudado. É por isso que contêm exercícios, glossários e outras orientações para ajudar no ensino e na aprendizagem. Para que este livro tenha sucesso, é necessário que ele chegue a todas as escolas e que os professores o estudem e transmitam os conhecimentos aos alunos. Estas etapas do processo ensino-aprendizagem (compreensão, assimilação e transmissão) são as mais difíceis e precisam de muito estudo e dedicação. As capacitações intensivas promovidas pelo governo e o acompanhamento continuado aos professores feito pelo Procapes é a chance de aprofundar-se em sua área de conhecimento e de tornar-se um professor qualificado. A Cooperação Brasileira faz votos de que este livro se torne seu companheiro de viagem, que seja consultado, utilizado, debatido com seus alunos, e que se transforme em instrumento efetivo de melhoria da qualidade do ensino nas escolas pré-secundárias e secundárias de Timor-Leste. Prof.o Dr. Fernando Spagnolo Coordenador do Programa de Capacitação de Docentes e Ensino da Língua Portuguesa em Timor-Leste. 7 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  8. 8. Apresentação da Obra Um dia um homem disse: A humanidade é salva, na mesma proporção em que adquire conhecimento. Mas, “salvar do quê?”, alguém poderia perguntar. A resposta seria salvar de nós mesmos. A educação é o alicerce de um povo, e só ela é capaz de mudar a forma de ver o mundo, de pensar. O Timor-Leste é um país que busca uma identidade social no mundo globalizado, onde o conhecimento é uma moeda de troca, a forma de inclusão do ser humano na nova sociedade do século XXI. Esta obra foi idealizada pelo grupo de Professores de Biologia do Programa de Capacitação de Docentes em Língua Portuguesa, da Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste, grupo composto por brasileiros das mais diferentes origens, desde grandes centros urbanos até regiões remotas do Brasil, mas de grande importância para a humanidade, como por exemplo, a floresta amazônica. Essa diversidade de culturas buscou entender a complexidade do pensamento moderno e atual do novo homem asiático, o timorense. O livro Biologia – Volume dois é direcionado a estudantes do segundo ano do ensino secundário do Timor-Leste, procurando contemplar as diversas opções de conteúdo adotadas pelos professores timorenses, dentro dos conceitos fundamentais das Ciências Biológicas. Entendemos este livro didático como instrumento flexível, uma fonte de informação atualizada e que também proponha atividades e exercícios para os estudantes timorenses, com o objetivo de estimular e promover a aprendizagem. Para ser um apoio efetivo nesse sentido, buscamos idealizar um texto claro, explicativo, estruturado e bem ilustrado, que convide os estudantes timorenses a vencer mais prazerosamente os desafios inerentes à aquisição de novos conhecimentos em Língua Portuguesa. Esperamos que esta edição ajude os estudantes timorenses a compreender os conceitos fundamentais em Biologia, além de facilitar a ligação conceitual aos eventos cotidianos. Temos a intenção de que os mesmos percebam o quanto as Ciências Biológicas têm sido importante para a humanidade, e o grande potencial para novas descobertas que se delineia neste século XXI, principalmente aqui no Timor-Leste, um país com um vasto campo de pesquisa pronto para ser explorado. Nossa expectativa é que cada professor timorense possa utilizar este livro da melhor maneira possível, de acordo com a disponibilidade de sua carga horária e de seus objetivos de aprendizagem. Os Autores 8 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  9. 9. Estrutura da Obra O livro Biologia – Volume Dois está estruturado em 14 capítulos, divididos em três unidades. A obra aborda diferentes níveis de organização da vida, com ênfase na anatomia e fisiologia compradas entre os animais. Procuramos incorporar, aos conceitos tradicionalmente tratados no 11º ano do ensino secundário, as muitas novidades da Biologia da última década, de modo a levar os estudantes timorenses a conhecer e acompanhar os grandes debates científicos da atualidade. Em cada capítulo, o conteúdo é apresentado por meio de um texto integrado à fotos, ilustrações e esquemas, além de uma Leitura Complementar que traz um texto selecionado de livros, revistas científicas, jornais ou da internet, e sua respectiva Orientação de Leitura, que se resume a uma atividade relacionada ao tema do texto, e um elenco de diferentes Atividades no meio do capítulo e um grande Desafio Biológico no final do mesmo. A linguagem empregada nesta obra procura aliar a precisão conceitual da comunicação científica à clareza didática. Sempre que possível destacamos analogias e comparações, exemplificando com assuntos do cotidiano, de modo a tornar mais concretos conceitos e fenômenos biológicos. As imagens são fundamentais para a compreensão mais ampla dos assuntos e suas legendas complementam o texto básico. Além de fotografias, há esquemas com comparações didáticas e sínteses conceituais, importantes para levar os estudantes timorenses a perceber os elementos da imagem representados em diferentes escalas e em cores-fantasia. Cada capítulo é iniciado por uma seção que apresenta ao estudante o conteúdo a ser estudado, no contexto de sua importância para o próprio conhecimento e para a sociedade. Em seguida, são apresentados os principais objetivos que tivemos em mente ao elaborar o capítulo. Para habituar os estudantes à estrutura do livro didático, de modo que este se torne um verdadeiro aliado nos estudos, sugerimos aos colegas professores que orientem ativamente a leitura do livro-texto, selecionando e indicando trechos a serem lidos (antes, durante ou após a aula). Um diálogo aberto sobre os objetivos a serem alcançados com o estudo do capítulo pode facilitar a comunicação com os estudantes, estimulando-os a dividir com o professor ou professora a responsabilidade da aprendizagem. Diversas correntes pedagógicas destacam a importância de se levantar os conhecimentos prévios dos estudantes, tanto suas concepções baseadas no senso comum quanto conceitos aprendidos em ciclos escolares anteriores. Vale a pena investir algum tempo para levantar e discutir conceitos que os estudantes já trazem em sua bagagem de conhecimentos, ajudando-os a reavaliar suas concepções e a adquirir outras, fundamentadas no conhecimento científico. Os estudantes percebem mais facilmente as relações entre os diferentes fenômenos da natureza quando estudam os mesmos conceitos em diferentes disciplinas. Considere a possibilidade de integração interdisciplinar formal ou informal e, se possível, inclua no planejamento ao menos uma atividade de integração interdisciplinar. O aprendizado requer participação ativa dos estudantes. Atividades de pesquisa bibliográfica, seminários, aulas práticas na sala e no campo, e estudos dirigidos, entre outras estratégias pedagógicas, podem tornar altamente dinâmico e motivador um curso de Biologia do ensino secundário. 9 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  10. 10. UNIDADE I B a se s Biológicas 10 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  11. 11. Capítulo 1 CITOLOGIA A imagem mostra o microscópio que Robert Hooke utilizou para descobrir a célula. O descobridor da célula Em 1665, o cientista inglês Robert Hooke decidiu olhar ao microscópio uma fatia bem fina de cortiça. Ele observou que ela possuía cavidades com vários lados, lembrando as celas do mosteiro da região. Então, Hooke decidiu dar a essas estruturas o nome de célula (do latim cella = cavidade). Hoje sabemos que, na verdade, o que Hooke viu foi o esqueleto da célula, visto que a cortiça era a parte já morta de uma planta. A célula é a menor porção da matéria viva. Por formar e ser responsável pelo funcionamento do corpo do ser vivo, a célula é o seu constituinte estrutural e funcional. O estudo das células no que diz respeito à sua estrutura, funções e importância na complexidade dos seres vivos será o assunto deste capítulo. OBJETIVOS Compreender que a célula é a unidade fundamental da vida. Reconhecer os componentes da célula. 11 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  12. 12. 1.1 A HISTÓRIA DA CÉLULA Robert Hooke publicou sua obra Micrographia em 1665, livro que o consagraria nos meios científicos da Inglaterra e do continente, e que o colocou no mesmo plano de Leeuwenhoek, Malpighi e Nehemiah Grew, precursores dos estudos microscópios em Biologia. Com o passar dos anos os cientistas descobriram que existem dois tipos básicos de células: o primeiro, caracterizado pela ausência de membranas internas e por isso chamada de célula procarionte que está presente somente nos membros do reino Monera, as bactérias. A segunda, o tipo mais comum, existente em todos os demais reinos dos seres vivos, é caracterizada pela presença de sistemas de membranas internos, e por isso chamada de célula eucarionte. Em 1838, após estudos intensivos sobre a estrutura celular dos vegetais, o botânico Mathias Schleiden chegou a conclusão de que todas as plantas eram formadas por células. No ano seguinte, o zoólogo alemão Theodor Schwann chegava à mesma conclusão sobre os animais. Assim, foi criada a Teoria Celular, constituída de três fundamentos básicos, e que se aplicava a todos os seres: 1. Todos os seres vivos são formados por células 2. As atividades essenciais à vida ocorrem dentro das células 3. Uma célula surge apenas de outra célula preexistente Porém uma controvérsia surgiu, devido a estudos mais detalhados sobre os vírus, e sua descoberta na década de 50. Eles não possuem célula em sua constituição, então a teoria celular não se aplica a eles. Apesar de serem acelulares, os vírus não enfraqueceram a teoria celular, mas sim a reforçaram, visto que eles necessitam entrar em uma célula viva para saírem do estado de latência e apresentarem atividades vitais. As características básicas de uma célula serão relatadas a seguir. 1.2 OS ENVOLTÓRIOS CELULARES As células encontram-se separadas do meio pelos seus envoltórios que, apesar de separarem o meio intracelular do meio extracelular, permitem a troca de substâncias da célula com o meio. Se não puder trocar substâncias com o meio, a célula não tem como se manter viva, pois ela ficará sem nutrientes e oxigênio, além de não poder eliminar os seus resíduos. Parede Celular A parede celular está presente na maior parte das bactérias, cianobactérias, em alguns protoctistas (antigos protistas), fungos e nas plantas. É uma estrutura semirígida, que dá à célula menos mobilidade. Dentro de certos limites, é uma estrutura permeável, mas não possui controle sobre a entrada e saída de substâncias. Nas bactérias e nas cianobactérias, a parede celular é formada por peptideoglicano, uma substância constituída de moléculas de açúcares associadas a aminoácidos. Algumas bactérias também possuem cápsula, um envoltório externo à parede celular (Fig. 1.1). 12 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  13. 13. Figura 1.1 Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) de uma célula bacteriana capsulada. Entre os membros do reino Protoctista, algas e protozoários, muitos possuem parede celular, sendo que a composição dessa parede varia entre os organismos. Geralmente, a parede é constituída basicamente de sílica ou celulose. Entre os vegetais, a parede celular é constituída basicamente de celulose. Glicocálix O glicocálix está presente nas células animais e de muitos protistas ocorre externamente à membrana plasmática. É formado por uma camada frouxa de glicídios, associados aos lipídios e às proteínas da membrana. Possui várias funções, entre elas agir como uma barreira aos agentes do meio externo, dar às células capacidade de se reconhecerem, e formar uma rede que armazena nutrientes e enzimas ao redor das células. Membrana Plasmática A membrana plasmática é também chamada de membrana celular e está presente em todas as células. É formada por fosfolipídios e proteínas, por isso a denominação de lipoprotéica. O modelo da estrutura da membrana plasmática foi proposto em 1972 pelos cientistas Singer e Nicholson, e é chamado de Modelo do Mosaico Fluido (Fig. 1.2). Figura 1.2 Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) do Modelo do Mosaico Fluido, proposto por Singer e Nicholson. 13 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  14. 14. Segundo esse modelo, há duas camadas de fosfolipídios que formam um revestimento fluido, o que delimita a célula. Essas camadas formam uma película que isola a célula, e impede a passagem de moléculas grandes ou hidrossolúveis. Apesar dos lipídios deixarem a célula impermeável às moléculas solúveis em água, algumas substâncias conseguem passar pelas proteínas, que funcionam como portas. Porém, há uma seleção do que pode passar por essas “portas”. Essa escolha do que pode entrar ou sair confere à célula uma característica chamada permeabilidade seletiva. Essa passagem de substâncias através da membrana pode ocorrer basicamente de duas maneiras: transporte passivo (sem gasto de energia) e transporte ativo (com gasto de energia). Em ambos os casos, os meios intra e extracelular sempre buscam igualar as concentrações. Transporte Passivo o Difusão Simples A difusão simples é um movimento de substâncias do meio mais concentrado para o meio menos concentrado (Fig. 1.3). Figura 1.3 Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) de como o oxigênio entra na célula, do meio em que está mais concentrado para o meio que está menos concentrado. o Difusão Facilitada A difusão facilitada é o movimento de substâncias do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, com a ajuda de proteínas transportadoras (Fig. 1.4). Figura 1.4 Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) de como uma substância usa as proteínas da membrana plasmática para entrar na célula. 14 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  15. 15. o Osmose A osmose é o movimento de líquido do meio menos concentrado para o meio mais concentrado (Fig. 1.5). Figura 1.5 Representação esquemática da osmose. Acima, o meio A está hipertônico (Mais concentrado em soluto) em relação ao meio B. Abaixo, com a passagem da água, os meios se tornaram isotônicos (Concentrações iguais). Endocitose Além dos transportes ativos e passivos, algumas substâncias entram e saem da célula através de bolsas membranosas. No caso da endocitose, as substâncias entram na célula e passam a integrar o citoplasma de duas maneiras: fagocitose e pinocitose. o Fagocitose A fagocitose é o processo onde a célula, com o auxílio de pseudópodes (expansões citoplasmáticas), engloba partículas sólidas e as trazem para dentro do citoplasma. Essas partículas, uma vez dentro do citoplasma e envoltas por uma bolsa membranosa, são chamadas de fagossomo (Fig. 1.6). Figura 1.6 Representação fagocitose. esquemática da 15 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  16. 16. o Pinocitose A pinocitose é o processo onde a célula engloba partículas pequenas ou líquidas. Aqui não há pseudópodes, mas um aprofundamento da membrana no citoplasma, formando um canal que libera pequenas vesículas membranosas no citoplasma. Essas bolsas com o material englobado são chamadas de pinossomo (Fig. 1.7). Figura 1.7 Representação esquemática da pinocitose. Transporte Ativo O transporte ativo ocorre através da membrana plasmática graças ao fornecimento de energia do metabolismo celular. Para entender melhor esse processo, vamos usar como exemplo a bomba de sódio e de potássio. As células vivas mantêm em seu interior moléculas e íons em diferentes concentrações das encontradas no meio externo. Medindo-se a concentração de dois importantes íons para a célula, o sódio (Na+) e o potássio (K+), percebe-se que há uma maior concentração do íon Na+ no líquido extracelular do que no líquido intracelular. Com o íon K+ ocorre exatamente o contrário. Esses íons normalmente atravessam a membrana plasmática por difusão facilitada, buscando sempre a igualdade de concentrações. A manutenção das diferenças entre as concentrações interna e externa exige que a célula gaste energia. Assim, proteínas da membrana capturam constantemente íons Na+ no citoplasma, levando-os para fora da célula. Na face externa da membrana, essas proteínas capturam íons K+ do meio e os levam para o citoplasma. Dessa maneira, a incessante passagem desses íons por difusão simples é compensada. A grande importância da bomba de sódio e potássio é a produção de cargas elétricas nas membranas de células nervosas e musculares, propiciando a transmissão de impulsos elétricos através dessas células (Fig. 1.8). 16 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  17. 17. Figura 1.8 Representação esquemática do funcionamento da bomba de sódiopotássio. As proteínas da membrana transportam, em cada ciclo de atividade, três íons Na+ para fora da célula e dois íons de K+ para dentro da célula. Exocitose A exocitose é o processo onde são lançadas para fora da célula secreções que atuam em diferentes etapas do metabolismo do nosso corpo. Além dessas secreções, também são eliminados os restos do material digerido dentro da célula (clasmocitose), sendo nesse caso chamado de defecação celular (Fig. 1.9). Figura 1.9 Representação esquemática da clasmocitose. 17 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  18. 18. O microscópio tem sua história iniciada há 1.200 anos atrás com Abbas Ibn Firna e suas lentes corretivas. Em 1591, Hans Janssen e seu filho Zacharias, fabricantes de óculos, inventaram o microscópio rudimentar que impulsionou as grandes descobertas biológicas da humanidade. ATIVIDADES 01 1. Complete as frases abaixo, usando as palavras em destaque no quadro. Hooke Permeabilidade Seletiva Teoria Celular Partículas Líquidas Parede Celular Gasto Membrana Plasmática Schleiden Schwann a. A principal diferença entre a célula animal e a célula vegetal é a ausência de ________________________ na célula animal. b. Na fagocitose, a célula engloba partículas sólidas e, na pinocitose, a célula engloba _________________________________. c. No transporte passivo não há __________de energia, enquanto no transporte ativo há. d. A descoberta da célula foi feita por ____________ em 1665. Em 1838, _______________ e ______________________, através da observação de células vegetais e animais concluíram que os seres vivos são formados por células, dando origem à _________________________. e. A ________________________da célula possui ____________________________, o que permite a entrada de algumas substâncias, e de outras não. 18 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  19. 19. 1.3 CITOPLASMA No começo, achava-se que o interior da célula viva era preenchido por um líquido viscoso, onde o núcleo estava mergulhado. Hoje se sabe que, além da parte fluida (citosol), há organelas, cada uma com sua função específica (Fig. 1.10). Figura 1.10 Representação esquemática sem escala e em cores-fantasia de células: A. Célula procariótica. B. Célula eucariótica vegetal. C. Célula eucariótica animal. Observe as figuras acima e faça a comparação entre as estruturas dos citoplasmas. Conforme você pode perceber, o citoplasma de uma célula procariótica é muito mais simples que o citoplasma de uma célula eucariótica. No citoplasma procarionte, não há estruturas delimitadas por membranas, com exceção dos mesossomos (invaginação da membrana) e das membranas fotossintéticas (relacionadas com a fotossíntese). Nas células eucarióticas, o material genético fica separado do citoplasma por uma estrutura de membranas duplas, chamada de carioteca ou envoltório nuclear. Ao 19 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  20. 20. contrário do que muitos pensam, as organelas não estão simplesmente imersas no citoplasma. Devido a ciclose ou corrente citoplasmática, elas são arrastadas de um modo ordenado pelo movimento de correntes. Retículo Endoplasmático O retículo endoplasmático é formado por canais delimitados por membranas que se comunicam com a carioteca. Pode ser de dois tipos: retículo endoplasmático liso e retículo endoplasmático rugoso. O retículo endoplasmático liso não possui ribossomos aderidos em sua superfície e é responsável pela síntese de ácidos graxos, fosfolipídios e esteróides. Além disso, possui enzimas que alteram as moléculas de certas substâncias tóxicas, facilitando sua eliminação do corpo. O retículo endoplasmático rugoso possui ribossomos aderidos em sua superfície, o que lhe dá a aparência granular. É responsável pela produção das proteínas que serão utilizadas fora da célula (Fig. 1.11). Figura 1.11 Representação esquemática e com cores-fantasia do retículo endoplasmático. A porção onde estão aderidos os ribossomos compõe o retículo endoplasmático rugoso, e a porção sem ribossomos compõe o retículo endoplasmático liso. Ribossomos Os ribossomos são estruturas encontradas tanto em células procarióticas quanto eucarióticas. Nas células procarióticas encontram-se apenas na forma livre, enquanto nas células eucarióticas podem ser encontrados tanto na forma livre quanto aderidos ao retículo endoplasmático rugoso. São responsáveis pela síntese protéica e constituídos basicamente por proteínas e por RNA ribossômico (RNAr). 20 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  21. 21. O álcool e os sedativos, quando ingeridos em excesso ou com freqüência, provocam a multiplicação do retículo endoplasmático liso e suas enzimas. Isso aumenta a tolerância do organismo a essas substâncias, o que significa que doses cada vez mais altas são necessárias para que elas possam fazer efeito. Por isso, muitas pessoas acham que são “fortes” ao álcool, esquecendo dos danos que ele provoca ao organismo. ATIVIDADES 02 1. Diga quais as estruturas comuns a todos os tipos de células, e quais as funções dessas estruturas. 2. Pesquise e elabore um esquema para explicar os conceitos de solução isotônica, hipertônica e hipotônica. Complexo Golgiense O complexo golgiense é formado por bolsas membranosas achatadas, empilhadas umas sobre as outras. Nessas bolsas, as proteínas vindas do retículo são modificadas, para depois serem liberadas para o exterior da célula. Grande parte das proteínas produzidas no retículo endoplasmático rugoso é levada até o complexo 21 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  22. 22. golgiense através de vesículas que se soltaram do retículo. Outro papel importante do complexo golgiense é a formação do acrossomo, uma vesícula com enzimas digestivas que se localiza na “cabeça” do espermatozóide, e tem a função de perfurar a membrana do óvulo na fecundação. O complexo golgiense também participa da formação dos lisossomos (Fig. 1.12). Figura 1.12 Representação esquemática e com cores-fantasia do complexo golgiense, que está localizado perto do centro da célula. Ele recebe o material, o modifica e o envia empacotado em vesículas. A substância na vesícula pode ser enviada para fora da célula ou distribuída para outra região da mesma célula. Lisossomos Os lisossomos são bolsas membranosas com enzimas digestivas capazes de digerir grande variedade de substâncias orgânicas dentro da célula. Por isso, estão ligados às funções heterofágica e autofágica. o Função Heterofágica É a digestão de substâncias que vieram de fora da célula, capturadas por fagocitose ou pinocitose. Nesse caso, os lisossomos primários se fundem ao fagossomo ou ao pinossomo, formando os lisossomos secundários ou vacúolos digestivos. Nesses vacúolos ocorre a digestão das substâncias. Havendo resíduos, eles são eliminados posteriormente na clasmocitose. o Função Autofágica É a digestão de materiais ou partes da própria célula. Geralmente, as partes digeridas são estruturas citoplasmáticas que não estão mais realizando suas funções, o que contribui para que o material citoplasmático seja renovado. Em alguns casos, porém, os lisossomos destroem totalmente a célula. É dessa maneira, por exemplo, que os anfíbios perdem a cauda durante a fase de girino. Peroxissomos Os peroxissomos são organelas membranosas cuja principal função é oxidar algumas substâncias orgânicas, principalmente os ácidos graxos. Durante o metabolismo desses ácidos, que é um processo benéfico para a célula, há a formação do peróxido de oxigênio, mais conhecido como água oxigenada (H 2O2). 22 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  23. 23. Essa substância é altamente tóxica para a célula, e assim que é liberada, os peroxissomos a degradam, através da enzima catalase. O resultado desse processo é água e oxigênio. Além de degradar o peróxido de oxigênio, os peroxissomos também são responsáveis pela desintoxicação do organismo, sendo responsáveis por degradar 25% do etanol (álcool) ingerido. Por isso, essas organelas são abundantes nas células dos rins e do fígado. Mitocôndrias As mitocôndrias são responsáveis pela respiração celular, que é a principal maneira dos seres vivos obterem energia. Possui a forma de um bastonete, sendo delimitada por duas membranas lipoproteicas. A membrana interna possui invaginações que formam as cristas mitocondriais. Estas delimitam a matriz mitocondrial, rica em enzimas que participam de uma das etapas da respiração. Um fato interessante sobre as mitocôndrias é o fato de, no espermatozóide, elas se degenerarem logo após a fecundação. Assim, o indivíduo em formação terá apenas as mitocôndrias maternas (Fig. 1.13). Figura 1.13 Representação esquemática e com cores-fantasia de uma mitocôndria. o Teoria da Endossimbiose Dada a complexidade das mitocôndrias, muitos cientistas acreditam que elas são resultado da evolução de uma bactéria que vivia no interior das células de indivíduos anaeróbios. Porém, o ambiente passou a ter grande quantidade de oxigênio, dificultando a vida desses seres. Como a mitocôndria tem afinidade com o oxigênio, ela permitiu que esses seres suportassem a presença desse gás no ar. Com o passar dos anos, essa bactéria se transformou em uma organela celular indispensável à vida. Plastos Os plastos são organelas presentes apenas nas células de plantas e algas. São classificados em três tipos: leucoplastos, cromoplastos e cloroplastos. 23 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  24. 24. o Leucoplastos Os leucoplastos são incolores, ou seja, não possuem pigmentos. Possuem a função de armazenar substâncias. Seu nome varia conforme a substância armazenada, sendo amiloplastos para os que armazenam amido, oleoplastos para os que armazenam lipídios e protoplastos para os que armazenam proteínas (Fig. 1.14). Figura 1.14 Amiloplastos de batata vistos ao microscópio óptico. o Cromoplastos Os cromoplastos são plastos com pigmento. A cor desses plastos varia de acordo com o pigmento que possuem. Assim, devido a presença de carotenos, os eritroplastos são vermelhos e devido a presença de xantofila, os xantoplastos são amarelos. Os cromoplastos contribuem para a coloração de pétalas de flores e frutos, a fim de atrair os agentes polinizadores e atuar na dispersão das sementes.  Cloroplastos Possuem como pigmentos a clorofila e os carotenóides. Devido a presença de clorofila, possuem a coloração verde e, na presença da luz solar, convertem gás carbônico e água em glicose e oxigênio (Fig. 1.15). Figura 1.15 Célula de Elodea vista ao microscópio óptico. Os cloroplastos têm superfícies mais largas em frente da parede e aparecem mais alongados. (Baseado em Raven, Evert e Eichhorn, 2001). 24 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  25. 25. Citoesqueleto O citoesqueleto é composto principalmente por microtúbulos. Ele define a forma da célula e organiza sua estrutura interna, permite a adesão da célula a células vizinhas e superfícies extracelulares, além de possibilitar o deslocamento de materiais no interior da célula. o Microtúbulos Os microtúbulos são pequenas estruturas cilíndricas e ocas são constituídas de várias moléculas de tubulina, uma proteína globular. Funcionam como uma base celular, dando suporte estrutural para a forma da célula e para a organização interna. Também participam da formação dos centríolos, cílios e flagelos (Fig. 1.16). Figura 1.16 Cada centríolo é formado por nove grupos de três microtúbulos protéicos Centríolos Os centríolos são pequenos cilindros ocos constituídos por nove conjuntos de três microtúbulos que permanecem juntos graças a proteínas adesivas. Não estão presentes nas células das angiospermas e de algumas gimnospermas. Ocorrem aos pares nas células, dispostos perpendicularmente entre si e localizados próximo ao núcleo. É o responsável pela formação do fuso mitótico durante a divisão celular, além de organizar os cílios e os flagelos (Fig. 1.17). Figura 1.17 Micrografia eletrônica mostrando par de centríolos. 25 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  26. 26. Cílios e Flagelos Os cílios e flagelos são estruturas filamentosas móveis, que se projetam da superfície celular como pêlos microscópicos. Os cílios, porém, são mais curtos e numerosos, enquanto os flagelos são longos e geralmente únicos. Sua função básica é promover o deslocamento em meio líquido, ou até mesmo a movimentação do líquido que rodeia o ser. ATIVIDADES 1. 03 Identifique as estruturas das figuras abaixo: ____________________________________________________ ____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. A corrente citoplasmática orientada em um sentido é conhecida como: a. Exosmose b. Plasmólise c. Deplasmólise d. Osmose e. Ciclose 26 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  27. 27. 1.4 O NÚCLEO CELULAR Estrutura presente nas células eucarióticas coordena e comanda todas as funções celulares. Nele se encontram os cromossomos, filamentos formados por DNA e proteínas. A grande maioria das células é mononucleada (apenas um núcleo), mas também existem células binucleadas (com dois núcleos), multinucleadas (com vários núcleos) e as células anucleadas (sem núcleos). Essas últimas possuem vida curta, pois não possuem comando para realizarem suas atividades vitais. Carioteca ou Envelope Nuclear A carioteca é formada por duas membranas lipoproteicas, separa o conteúdo do núcleo do restante da célula. A membrana mais externa da carioteca comunica-se com o retículo endoplasmático rugoso, e entre ela e a membrana mais interna existe o espaço perinuclear (Fig. 1.18). Figura 1.18 Células do fígado vistas ao microscópio óptico. Pode-se ver bem a carioteca, o núcleo e os nucléolos. (Baseado em Junqueira & Carneiro, 2004) A carioteca possui poros, através dos quais há troca de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. Essa troca é regulada pelas proteínas que estão nos poros, com um controle do que entra e do que sai (Fig. 1. 19). Figura 1.19 Poros na superfície do envelope nuclear de uma célula da ponta da raiz da cebola. (Baseado em Raven, Evert e Eichhorn, 2001) 27 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  28. 28. Cromatina, Nucléolo e Nucleoplasma A cromatina é o conjunto de cromossomos, quando não estão em divisão e tem a forma de filamentos muito longos e finos, mas que não conseguem se individualizar. Observando-se o núcleo ao microscópio, percebe-se que existem dois tipos de cromatina: a heterocromatina, que é a região que absorve mais corante pelo fato dos filamentos estarem mais condensados, e a eucromatina, que é a região que absorve menos corante pelo fato dos filamentos estarem mais dispersos. Na eucromatina que se localizam os genes ativos. O nucléolo é uma estrutura densa e arredondada, sem membranas que o delimitem e que está localizado dentro do núcleo. É formado pela aglomeração de ribossomos que estão amadurecendo para ir ao citoplasma e assim atuarem na síntese de proteínas. Geralmente há um ou dois no núcleo. O nucleoplasma é formado por substâncias que estão dissolvidas em água, como íons, enzimas e moléculas de ATP. Nele estão os filamentos de cromatina e o nucléolo. Cromossomos, Genes e DNA O cromossomo é uma estrutura filamentosa, formada por DNA e proteínas (histonas), que contém os genes, sendo por isso a parte da célula que contém as instruções para o seu funcionamento. O número de cromossomos no núcleo varia de acordo com a espécie. Na espécie humana, por exemplo, a exceção dos gametas, todas as células possuem 46 cromossomos, enquanto as células do chimpanzé possuem 48, e as células da mosca drosófila possuem 8 cromossomos. Como já vimos anteriormente, o DNA é formado por vários nucleotídeos, sendo que cada um possui uma molécula de ácido fosfórico, uma molécula de desoxirribose e uma molécula de base nitrogenada. O DNA tem a forma de dupla hélice, onde duas cadeias de nucleotídeos se colocam em forma de espiral em torno de um eixo. Essas cadeias unem-se entre si através de pontes de hidrogênio que se formam entre as bases nitrogenadas. Essa união, no entanto, não é aleatória, sendo que a citosina (C) de uma cadeia une-se sempre à guanina (G) da outra e a timina (T) de uma cadeia une-se sempre à adenina (A) da ourta cadeia. Por isso diz-se que, uma em relação à outra, C e G são bases complementares, assim como T e A também são. Ou seja, se em um trecho de uma molécula de DNA tivermos o trecho TGCAAACGTTACGC, a cadeia complementar terá, respectivamente, o trecho ACGTTTGCAATGCG (Fig. 1.20). Figura 1.20 A dupla hélice do DNA. Na imagem (A), uma projeção computadorizada de como seria o modelo proposto por Watson e Crick. Na imagem (B), uma representação esquemática, indicando as bases nitrogenadas, as pontes de hidrogênio, o fosfato e a desoxirribose (indicada como açúcar). 28 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  29. 29. ATIVIDADES 04 1. Na década de 1930 um pesquisador alemão estava procurando entender o papel do núcleo celular. Para seus experimentos escolheu como material de trabalho a alga marinha unicelular Acetabularia, visível a olho nu. Esse pesquisador analisou o comportamento de duas espécies de Acetabularia: a que possui um tipo de chapéu crenulado em forma de guarda-chuva no ápice da célula, chamada Acetabularia crenulata, e outra, cujo chapéu lembra uma margarida e recebe o nome de Acetabularia mediterranea. O pesquisador verificou que ambas as espécies apresentavam o mesmo comportamento ao sofrerem cortes em suas células: a parte da célula que ficava com o núcleo conseguia regenerar o restante da célula. Depois disso, ele realizou transplantes entre as partes cortadas dessas duas espécies, conforme as figuras abaixo. No indivíduo recém-transplatado, regenerou-se um chapéu com características intermediárias entre A. Crenulata e o de A. Mediterranea. Diante disso, o pesquisador resolveu cortar novamente o chapéu desse indivíduo transplantado para saber o que aconteceria. Veja qual foi o resultado na figura abaixo. 29 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  30. 30. Explique os resultados desses experimentos. O Centrômero e Classificação dos Cromossomos O centrômero é uma região especial do cromossomo, através do qual as cromátides-irmãs (cópias unidas de um cromossomo duplicado) se mantêm unidas desde a duplicação cromossômica até a sua separação para as células-filhas. Durante a divisão celular, o centrômero garante a união de cada cromátide aos microtúbulos encarregados de separá-las durante a divisão celular. (Fig. 1.21). Figura 1.21 Representação esquemática, em cores-fantasia, de um cromossomo, com as suas partes indicadas. 30 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  31. 31. O centrômero divide o cromossomo em dois braços, e o tamanho desses braços serve de critério para a classificação dos cromossomos, conforme tabela a seguir. Tabela 1.1 Tipos de cromossomos Cromossomos Homólogos Cada célula do nosso corpo tem 46 cromossomos, significando 23 pares. Desses, 22 pares são autossomos (características gerais) e 1 par é o sexual (características relacionadas ao sexo). No homem, o último par de cromossomos é XY, e na mulher o último par é XX. Porém, espermatozóides e óvulos humanos possuem apenas 23 cromossomos cada um. Quando o espermatozóide fecunda o óvulo, os dois conjuntos de cromossomos se unem no núcleo da primeira célula do novo ser vivo chamado de zigoto. Na espécie humana, o zigoto possui 23 cromossomos oriundos da mãe, e 23 oriundos do pai. A determinação do sexo da criança ocorre durante a fecundação, e é determinada pelo pai, já que o óvulo humano carrega apenas o cromossomo X: se o óvulo for fecundado por um espermatozóide carregando o cromossomo X, o zigoto originará uma mulher (XX). Se o óvulo for fecundado por um espermatozóide carregando o cromossomo Y, o zigoto originará um homem (XY). Os dois representantes de cada par cromossômico, originalmente herdados nos gametas são chamados de cromossomos homólogos, porque são semelhantes um ao outro. As células que possuem pares de cromossomos homólogos são chamadas células diplóides ou 2n. É o caso de todas as nossas células, com exceção dos gametas, como já foi dito. As células que possuem apenas um lote de cromossomos são chamadas células haplóides ou n. É o caso de óvulos e espermatozóides. O conjunto de características morfológicas dos cromossomos de uma célula constitui o cariótipo (Fig. 1.22). 31 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  32. 32. Figura 1.22 Cariótipo humano de um indivíduo do sexo masculino (A) e um indivíduo do sexo feminino (B). ATIVIDADES 05 1. Escreva o trecho que irá complementar o trecho da molécula de DNA abaixo: ATG-TTC-GGG-ATT-ACG-AAC-GTA-CGT-ACC-CCT-GGA-AGC-TTT-AGC-AAAC 2. Como se classificam os cromossomos? Explique com o uso de desenhos. 1.5 O CICLO CELULAR E A MITOSE Ciclo celular é o período que começa com o aparecimento de uma célula a partir da divisão de outra célula preexistente, e termina quando ela se divide em duas célulasfilhas. Ele se divide em duas fases: interfase e divisão celular. Interfase Período em que a célula não está em divisão. Nessa fase pode-se ver claramente o citoplasma e o núcleo, e é quando a célula está em maior atividade metabólica. Os cromossomos aqui são tão finos e estão tão separados que não podem ser visualizados individualmente. Pode ser definida em três etapas:  G1: sem atividade relacionada à divisão  S: ocorre a duplicação do DNA  G2: sem atividade relacionada à divisão, antecede a mitose (Fig. 1.23). 32 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  33. 33. Figura 1.23 A. Núcleo em I nterfase visto ao microscópio óptico. B. Representação esquemática da Interfase. (Baseado em Junqueira & Carneiro, 2004) Mitose Apesar de ser um processo contínuo, a mitose é dividida em quatro etapas, para facilitar o estudo: prófase, metáfase, anáfase e telófase. DICA! o Para não confundir a ordem das fases da mitose, lembre-se da frase “ProMeta Ana Telefonar”. Prófase No início dessa fase, os cromossomos se condensam e se individualizam, facilitando sua visualização no microscópio. Durante a condensação, o cromossomo fica inativo, já que a sua compactação não permite que moléculas de RNA sejam produzidas pelo DNA. Assim, os nucléolos tornam-se cada vez menos evidentes, até desaparecerem. Na prófase também se forma o fuso mitótico, que vai levar os cromossomos de um pólo a outro da célula durante a anáfase. A formação do fuso mitótico começa na fase S da interfase, quando os centrossomos são duplicados. Na sua migração, esses centrossomos orientam os microtúbulos a se organizarem entre os dois pólos da célula, formando fibras com aspecto de estrela. Por isso, essas fibras são chamadas áster. No início, um áster fica próximo do outro, mas aos poucos algumas fibras crescem e empurram o centro celular para os pólos da célula. Essas fibras maiores são chamadas de fibras polares. A prófase termina quando a carioteca se rompe em pequenas vesículas, espalhando os cromossomos condensados pelo citoplasma (Fig. 1.24). 33 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  34. 34. Figura 1.24 A. Representação esquemática, em cores fantasia, da prófase. B. Célula durante a prófase vista ao microscópio óptico. Observe os cromossomos condensados. (Baseado em Junqueira & Carneiro, 2004) o Metáfase Começa quando a carioteca se rompe o que faz com que as fibras polares atinjam a região ocupada pelo núcleo. Na metáfase alguns microtúbulos das fibras polares unem-se aos cinetócoros formando as fibras cromossômicas. Essa união orienta o deslocamento dos cromossomos em direção à região equatorial (central) da célula, formando a placa metafásica. Aqui os cromossomos podem ser facilmente visualizados, pois na metáfase eles atingem o máximo de sua condensação, ainda presos às fibras do fuso (Fig. 1.25). Figura 1.25 A. Representação esquemática, em cores fantasia, da metáfase. Na figura menor, os cromossomos na região equatorial, presos pelos fusos. Na figura ampliada, uma visão do cinetócoro. B. Célula durante a metáfase vista ao microscópio óptico. Observe os cromossomos condensados e na parte central da célula. (Baseado em Junqueira & Carneiro, 2004) 34 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  35. 35. o Anáfase Aqui as cromátides-irmãs se separam, puxadas para pólos opostos devido ao encurtamento dos microtúbulos do fuso. Assim que se separam, as cromátides-irmãs passam a se chamar cromossomos-irmãos. Cada pólo da célula recebe o mesmo material cromossômico, já que cada par de cromossomos-irmãos possui a mesma informação gênica (Fig. 1.26). Figura 1.26 A. Representação esquemática, em cores fantasia, da anáfase. Na figura menor, os cromossomos estão sendo puxados para os pólos da célula. Na figura ampliada, a fibra ligada ao cinetócoro. B. Célula durante a anáfase, vista ao microscópio óptico. Os cromossomos estão nos pólos celulares, e distribuirão o DNA igualmente entre as células-filhas. (Baseado em Junqueira & Carneiro 2004). o Telófase Nessa fase há a descondensação dos cromossomos e reorganização da carioteca em volta de cada conjunto cromossômico, formando dois núcleos. Também há a retomada das atividades dos cromossomos e, conforme a produção de RNA é retomada, há a reorganização do nucléolo. Ao final da telófase, ocorre a citocinese, ou seja, a divisão do citoplasma (Fig. 1.27). Figura 1.27 Representação esquemática, em cores fantasia, da telófase. 35 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  36. 36. Meiose A meiose recebe esse nome porque nessa divisão o número de cromossomos é reduzido à metade nas células filhas. Sem ela, a reprodução sexuada não seria possível. Existem duas etapas da meiose: a meiose I e a meiose II. Na meiose I ocorre a redução do número e cromossomos pela metade, enquanto na meiose II o número de cromossomos se mantém nas células-filhas. A meiose II é muito semelhante à mitose. Vejamos agora as fases da meiose I. o Prófase I É uma fase muito longa e complexa, por isso foi dividida em cinco subfases, para facilitar o seu estudo: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. Leptóteno: certos pontos dos cromossomos se condensam, o que os tornam visíveis ao microscópio. São observados como filamentos longos e finos, com pequenos pontos em forma de grão. Esses pontos se chamam cromômeros e representam a parte do cromossomo com maior condensação. Zigóteno: os cromossomos duplicados ficam lado a lado (como se fossem as duas partes de um zíper sendo fechado). Paquíteno: pode-se notar que cada par de cromossomos homólogos possui quatro cromátides, formando uma tétrade. Essa tétrade se divide em dois grupos: cromátides-irmãs (se originam de um mesmo cromossomo) e cromátides homólogas (se originam de cromossomos homólogos). Diplóteno: duas cromátides homólogas sofrem uma quebra na mesma altura em os dois pedaços podem trocar de lugar, num processo chamado crossing-over ou permuta. Diacinese: os cromossomos homólogos permanecem unidos apenas pelos quiasmas, que são os pontos onde houve a permutação. A carioteca se rompe e os cromossomos se espalham pelo citoplasma (Fig. 1.28). Figura 1.28 A. Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a prófase I. B. Leptóteno. C. Zigóteno. D. Paquíteno. E. Diplóteno. Veja que nas extremidades dos braços há troca de material genético. F. Diacinese. Repare nas extremidades dos braços que possuem cor diferente do resto do cromossomo. Essa região que sofreu o crossing-over se chama quiasma. 36 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  37. 37. o Metáfase I Os pares de cromossomos homólogos, duplicados e emparelhados, prendem-se ao fuso acromático, e dispõem-se na região central da célula. Aqui os cromossomos atingem o grau máximo de condensação e continuam unidos pelos quiasmas (Fig. 1.29). Figura 1.29 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a metáfase I. o Anáfase I Cada cromossomo de um par de homólogos é puxado para um dos pólos da célula, com desaparecimento do quiasma. É importante ressaltar que aqui não ocorre separação do centrômero (Fig. 1.30). Figura 1.30 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a anáfase I. o Telófase I Os cromossomos estão separados em dois lotes, um em cada pólo da célula. Aqui eles deixam a forma de espiral, enquanto a carioteca e o nucléolo se refazem e ocorre a citocinese, com separação das duas células-filhas (Fig. 1.31). 37 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  38. 38. Figura 1.31 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a telófase I. Repare que a citocinese está a acontecer, com a expansão do citoplasma até que ocorra a separação total das células. Cada célula haplóide (com metade do número total de cromossomos), formada pela meiose I sofre outra divisão, que é chamada de meiose II. Aqui ocorre a separação das cromátides-irmãs, sendo que cada uma delas dirige-se para um pólo diferente e passa a se chamar cromossomo-irmão. Vejamos as fases da meiose II: o Prófase II As duas células resultantes da meiose I começam a prófase II ao mesmo tempo. Os cromossomos se condensam, e a carioteca e o nucléolo desaparecem. Com isso, os cromossomos se espalham pela célula (Fig. 1.32). Figura 1.32 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a prófase II. o Metáfase II Os cromossomos se alinham na parte central da célula (Fig. 1.33). 38 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  39. 39. Figura 1.33 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a metáfase II. o Anáfase II As cromátides-irmãs são puxadas para os pólos da célula, e passam a se chamar cromossomos-irmãos (Fig. 1.34). Figura 1.34 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a anáfase II. o Telófase II Os cromossomos se desespiralizam, a carioteca e o nucléolo se reorganizam. Em seguida ocorre a citocinese (Fig. 1.35). 39 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  40. 40. Figura 1.35 Representação esquemática, em cores fantasia, dos cromossomos durante a telófase II. Esquema simplificado dos processos de divisão celular, com uma célula diplóide (2n) formando quatro células haplóides (n). 40 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  41. 41. ATIVIDADES núcleo 06 1. Nos quadros abaixo decifre as palavras secretas sobre a divisão celular: a. Corpúsculo denso, não-delimitado por membrana, presente no interior do b. Última fase da mitose, onde os cromossomos se descondensam c. Processo onde há invaginação da membrana plasmática que, quando completa, divide a célula em duas d. Fase da Meiose I onde os cromossomos se deslocam para os pólos da célula e. Fase da Meiose II onde os desaparecimento do nucléolo e da carioteca cromossomos se condensam, e há 2. Complete o quadro abaixo com as informações corretas: MITOSE MEIOSE Prófase Cromossomos emparelham Metáfase homólogos se Placa equatorial formada pelos cromossomos duplicados e nãoemparelhados Há a separação centrômeros dos Não há a centrômeros separação dos Em cada pólo da célula, encontram-se n cromossomos duplicados (díades) 41 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste o
  42. 42. LEITURA COMPLEMENTAR “As doenças cromossômicas” A meiose é um processo muito complexo, e erros na separação dos cromossomos homólogos durante a meiose I ou das cromátides-irmãs na meiose II causam gametas com número anormal de cromossomos. Quando um desses gametas é fecundado por um gameta normal, há a formação de um zigoto com número anormal de cromossomos (aneuploidia). Esse número pode ser maior ou menor que 46, e ambos os casos são considerados como mutações cromossômicas. A alteração pode ocorrer nos cromossomos sexuais ou nos autossômicos. Nesse último caso o indivíduo afetado pode ser tanto homem quanto mulher. Síndrome de Down ou Trissomia do 21: os indivíduos possuem 3 cromossomos no par 21, o que provoca cabeça pequena, com a face achatada; olhos com os cantos externos puxados para cima; boca pequena, com língua de tamanho normal; dentes irregulares; pescoço curto e largo; baixa estatura; dedos curtos; uma linha reta na palma da mão; coeficiente intelectual baixo. Síndrome de Patau: os indivíduos possuem 3 cromossomos no par 13, o que provoca olhos afastados; orelhas malformadas; defeitos sérios no coração e nos sistemas digestório, genital e urinário. Geralmente o portadores dessa síndrome não vivem além dos 3 anos de idade. Síndrome de Edwards: os indivíduos possuem 3 cromossomos no par 18, o que provoca cabeça pequena e estreita; olhos afastados; boca e queixo pequenos; pés deformados; anomalias graves no coração, rins e sistema genital. Geralmente os portadores dessa síndrome não vivem além do 1 ano de idade. Síndrome de Klinefelter: os indivíduos possuem dois cromossomos X e um Y e são todos do sexo masculino. Essa síndrome provoca testículos pequenos; ausência de espermatozóides; e em alguns casos mamas mais evidentes. Síndrome de Turner: os indivíduos possuem apenas um cromossomo sexual: o X e são todos mulheres. Essa síndrome provoca estatura pequena; ovários não-funcionais; pescoço curto e largo; anomalias renais. Atualmente há testes que identificam essas doenças desde a oitava semana de gestação. FONTE: Adaptado de texto de Sônia Lopes. Orientações de leitura 1. Os cariótipos abaixo contêm mutações. Circule os cromossomos onde elas ocorreram, e dê os nomes das doenças que resultaram dessas mutações. 42 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  43. 43. 43 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  44. 44. Capítulo METABOLISMO CELULAR 2 Na figura uma alimentando. célula se Somos feitos de carbono? Os seres vivos são constituídos por átomos de elementos químicos, organizados na forma de substâncias orgânicas de diversos tipos, mas em comum, tendo o carbono como elemento químico fundamental das substâncias orgânicas e é responsável pelo controle de praticamente todas as reações fundamentais à vida. Ações químicas ocorrem o tempo todo em nosso corpo. Através delas, obtemos os nutrientes necessários para a sobrevivência do nosso corpo. Algumas reações, para ocorrerem, recebem energia, enquanto outras liberam energia. Neste capítulo, veremos de que maneiras essas reações ocorrem nas células. OBJETIVOS Reconhecer a existência de uma realidade invisível aos olhos, mas que pode ser investigada cientificamente e utilizada para explicar fatos e processos do mundo macroscópico. Reconhecer que os seres vivos são constituídos por partículas minúsculas semelhantes às encontradas em qualquer outro tipo de matéria, o que ressalta nossa identidade com os componentes não-vivos do universo. 44 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  45. 45. 2. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA A matéria que forma os seres vivos (matéria orgânica) caracteriza-se pela presença constante de alguns elementos químicos, entre eles o popular CHON: Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O) e Nitrogênio (N). Esses elementos, mais o fósforo (P) e o enxofre (S) são responsáveis por 98% da massa corporal dos seres vivos. Os outros 2% são elementos químicos diversos. Água É a substância mais abundante dentro e fora do corpo dos seres vivos. Além disso, é conhecida como o solvente universal, por dissolver grande parte das substâncias químicas. A molécula da água é formada por dois dos elementos constantes: hidrogênio (dois átomos) e oxigênio (um átomo) (Fig. 2.1). Figura 2.1 Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) de uma célula molécula de água: H2O. Vitaminas É um importante grupo de substâncias orgânicas essenciais, as vitaminas têm diversas origens. As vitaminas que se dissolvem em água são chamadas de hidrossolúveis, e as vitaminas que se dissolvem em lipídios são chamadas de lipossolúveis. Veja a tabela a seguir sobre as principais vitaminas e sua importância para o nosso corpo (Tab. 2.1). 45 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  46. 46. Tabela 2.1 Tipos de vitaminas VITAMINAS B1 – Tiamina B2 - Riboflavina H I D R O S S O L Ú V E I S PRINCIPAIS FONTES Carnes, cereais integrais, legumes e verduras Laticínios, carnes, cereais integrais, verduras, ovos, leite e fígado Nozes, carnes, cereais integrais e fígado Carnes, laticínios, cereais integrais e verduras Carnes, verduras, cereais integrais, leite, fígado e peixe Legumes, verduras e carnes B3 – Niacina B5 – Ácido Pantotênico B6 – Piridoxina B8 – Biotina B9 – Ácido Fólico B12 – Cobalamina Vegetais verdes, laranjas, legumes, além das bactérias da flora intestinal Carnes, ovos e laticínios C – Ácido Ascórbico L I P O S S O L Ú V E I S Frutas (especialmente as cítricas), verduras e legumes A – Retinol Vegetais e frutas verdes, alaranjados e amarelos, fígado, leite e derivados, gema de ovo Laticínios, gema de ovo, vegetais ricos em ovos. Produzida na pele humana sob a ação do sol Gérmen de trigo, cereais integrais, vegetais folhosos, gema de ovo Vegetais, chá. Produzida por bactérias da flora intestinal D– Colecalciferol E – Tocoferol K - Filoquinona DEFICIÊNCIA Inflamação e degeneração dos nervos, insuficiência cardíaca e distúrbio mental Rachaduras na pele, principalmente no canto da boca Lesões na pele, diarréia e distúrbios nervosos Anemia, cansaço, dormência, formigamento nas mãos e nos pés Irritabilidade, convulsões, anemia, contrações musculares involuntárias Distúrbios neuromusculares, inflamações na pele Anemia, problemas gastrointestinais Anemia perniciosa, distúrbios no sistema nervoso, má formação das hemácias Lesões na mucosa intestinal, com hemorragias, sangramento das gengivas, fraqueza Cegueira noturna e outros problemas de visão Raquitismo nas crianças e enfraquecimento dos ossos em adultos Anemia e esterilidade Ausência ou dificuldade de coagulação sanguínea 46 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  47. 47. Tomar aspirina de maneira regular pode prevenir os problemas de fígado sofridos por milhões de pessoas devido ao abuso do álcool, à ingestão de certas drogas e às doenças relacionadas com a obesidade, afirma um estudo da Universidade de Yale, nos Estado Unidos. ATIVIDADES 01 1. Preencha corretamente os espaços em branco nos quadros relacionando corretamente a vitamina com suas principais fontes e deficiências: abaixo, Glicídios São formados fundamentalmente por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Constituem a principal fonte de energia para os seres vivos, e podem ser encontrados principalmente em alimentos adocicados. São classificados em monossacarídeos (glicose, galactose, frutose, ribose e desoxirribose), dissacarídeos (sacarose e lactose) e polissacarídeos (celulose, quitina, amido e glicogênio). 47 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  48. 48. Lipídios São caracterizados por serem insolúveis em água, mas serem solúveis em solventes orgânicos, como o éter, álcool e clorofórmio, são as gorduras e os óleos. Os lipídios se classificam em glicerídeos, ceras, esteróides, fosfolipídios e carotenóides. Proteínas São formadas essencialmente por carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Suas moléculas são relativamente grandes, por serem formadas pela união de moléculas menores chamadas aminoácidos. São os componentes fundamentais de todos os seres vivos, inclusive os vírus. Algumas proteínas exercem funções vitais para os seres vivos, como as enzimas (catalisam reações químicas), anticorpos (defesa do corpo) e alguns hormônios (insulina e glucagon). Aminoácidos São moléculas orgânicas em que os átomos estão unidos de maneira característica. Existem vinte tipos, e todos possuem um grupamento amina (NH 2) e um grupamento carboxila ou ácido (COOH). Daí o nome aminoácido. Os aminoácidos que são produzidos pelo organismo são chamados de naturais, e os que precisam ser ingeridos são chamados de essenciais. Os aminoácidos essenciais e naturais variam de uma espécie para outra. A ligação entre dois aminoácidos vizinhos em uma molécula de proteína é chamada de ligação peptídica. Ela ocorre sempre entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxila do outro. Durante essa ligação, há a liberação de uma molécula de água. Quando a ligação é quebrada, os aminoácidos retornam à condição inicial. Quando dois aminoácidos se unem, há a formação de um dipeptídeo. Quando três aminoácidos se unem, formam um tripeptídeo, e assim por diante (Fig. 2.2). Figura 2.2 Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) de uma célula bacteriana capsulada. 48 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  49. 49. Enzimas São proteínas que funcionam como catalisadores biológicos. Na definição química, um catalisador participa de uma reação química, acelerando-a, mas sem se desgastar, podendo ser reutilizado. Porém, essa atividade enzimática é influenciada por alguns fatores, tais quais temperatura e pH. As enzimas possuem “encaixes” que se adaptam às moléculas sobre as quais atuam, chamados de substratos. A relação entre a enzima e o substrato funciona como uma chave e sua fechadura. Assim como só existe uma chave para aquela fechadura, só existe um substrato para aquela enzima (Fig.2.3). Figura 2.3 Representação esquemática e sem escala (cores-fantasia) do esquema chave-fechadura de uma enzima e seu substrato. O nome das enzimas é o mesmo do substrato, mas terminado em ASE. Assim, as enzimas que digerem as proteínas são chamadas de protease; as enzimas que digerem os lipídios são chamadas de lipase; as enzimas que digerem lactose são chamadas de lactase, e assim por diante. Um estudo realizado por pesquisadores britânicos chegou à conclusão de que, ao contrário do que diz a crença popular, o consumo de ovos não provoca um aumento excessivo de colesterol, nem causa riscos de infarto. O relatório elaborado por dois especialistas da universidade inglesa de Surrey confirmou que o verdadeiro perigo para o colesterol está na gordura saturada. 49 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  50. 50. ATIVIDADES 02 1. Ligue corretamente as moléculas e suas características fundamentais: 2. O que são enzimas e qual sua função? Ácidos Nucléicos Possuem esse nome devido ao seu caráter ácido, e por terem sido originalmente descobertos no núcleo. Existem dois tipos de ácidos nucléicos: o DNA (ácido desoxirribonucléico), que é o principal constituinte dos cromossomos e o RNA (ácido ribonucléico), que participa principalmente do processo de síntese de proteínas. Tanto o DNA quanto o RNA são formados por nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado pelo conjunto de três componentes (Fig. 2.4):  Fosfato  Açúcar (desoxirribose no DNA e ribose no RNA)  Base nitrogenada (varia entre os nucleotídeos) 50 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  51. 51. Figura 2.4 Representação esquemática de um nucleotídeo e seus componentes (A). Representação esquemática sem escala (cores-fantasia) de três modelos de nucleotídeos. Na figura B, o modelo estrutural. Na figura C, o modelo em espiral, e na figura D o modelo químico. Existem algumas diferenças entre o DNA e o RNA, que são mostradas na tabela a seguir (Tab. 2.2). Tabela 2.2 Diferenças entre ácidos nucléicos Bases Púricas Bases Pirimídicas Pentose DNA Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Timina (T) Desoxirribose RNA Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Uracila (U) Ribose Além da matéria orgânica, há também a parte inorgânica da célula, composta basicamente de sais minerais. Esses sais são íons necessários para o bom funcionamento do organismo dos seres vivos, e a falta de um ou alguns deles acarreta em danos ao ser. A seguir, tabela com alguns dos principais sais minerais e suas funções no organismo humano (Tab. 2.3). 51 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  52. 52. Tabela 2.3 Principais sais minerais e suas funções ELEMENTOS Cálcio (Ca) Cloro (Cl) Cobre (Cu) Cobalto (Co) Enxofre (S) Ferro (Fe) Fósforo (P) Iodo (I) Manganês (Mn) Potássio (K) Sódio (Na) FUNÇÕES Componente importante dos ossos e dos dentes, coagulação do sangue e funcionamento normal dos nervos e músculos Principal ânion no líquido extracelular. Balanço de líquidos no corpo Essencial para a síntese da hemoglobina Produção de hemácias FONTES Vegetais, leite e laticínios Essencial para a atividade metabólica normal Fundamental para a respiração celular, componente da hemoglobina Componente dos ossos e dos dentes, armazenamento e transferência de energia dentro das células Componentes dos hormônios da tireóide Ativação de diversas enzimas Carnes e legumes Principal cátion no interior da célula. Contração muscular e atividade dos nervos Principal cátion no líquido extracelular. Balanço de líquidos no corpo e condução do impulso nervoso Sal de cozinha (NaCl) e outros alimentos Fígado, ovos, peixe, feijão Carnes e laticínios Fígado, carnes, gema de ovo, legumes e vegetais verdes Leite e laticínios, carnes e cereais Frutos do mar, sal de cozinha iodado e laticínios Cereais integrais, gema de ovo e vegetais verdes Carnes, leite e várias frutas Sal de cozinha (NaCl) e vários alimentos Uma pesquisa comparou várias técnicas de emagrecimento e resultou numa grande surpresa: a dieta de baixo carboidrato melhorou o colesterol mais do que o tradicional corte de gordura do cardápio. ATIVIDADES 03 Responda as questões: 1. Quais os dois tipos de ácidos nucléicos? 52 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  53. 53. 2. Qual a função do DNA e do RNA? 3. Qual a composição de um nucleotídeo? 4. Preencha os espaços das principais diferenças entre os ácidos nucléicos: DNA RNA Bases Púricas Bases Pirimídicas Pentose 2.1 METABOLISMO CELULAR Respiração Celular Envolve o processo de síntese de ATP, onde o gás oxigênio atua como oxidante de moléculas orgânicas. O ATP (trifosfato de adenosina) é um composto que armazena grande parte da energia liberada nas reações químicas e consegue, por hidrólise, liberar essa energia quando necessário. No processo de respiração, moléculas de glicídios, geralmente glicose, são degradadas, formando moléculas de gás carbônico (CO2) e de água (H2O). Há também liberação de energia, que será utilizada para produzir ATP. A respiração é um processo que ocorre em três etapas. A primeira etapa é a glicólise, a segunda é o ciclo de Krebs e a terceira é a fosforilação oxidativa. Dessas etapas, apenas a glicólise não depende do oxigênio para acontecer (Fig. 2.5). Figura 2.5 A. Esquema simplificado da respiração celular. B. Localização das etapas da respiração na mitocôndria. (Adaptado de César e Sezar, 2006) 53 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  54. 54. Glicólise É uma sequência de 10 reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol, onde uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3), liberando energia e hidrogênio. Esse hidrogênio se combina com moléculas de NAD (sigla em inglês para dinucleotídeo de nicotinamida-adenina), formando NADH + H+ ou simplesmente NADH2. A energia então liberada é usada na síntese do ATP formando, no final, 2 ATPs. Depois disso, o ácido pirúvico entra na mitocôndria, onde começam o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa (Fig. 2.6). Figura 2.6 Esquema do processo da glicólise. Ciclo de Krebs Possui esse nome em homenagem ao seu descobridor, Hans Adolf Krebs, mas também é conhecido como ciclo do ácido cítrico. É composto por oito reações controladas pela célula por enzimas, tem seu início a partir da degradação por oxidação, uma reação do ácido oxalacético com a acetilcoenzima-A, substância originada na glicólise em conseqüência da ação catabólica da enzima desidrogenase sobre o piruvato (molécula altamente energética), produzindo duas moléculas de CO2. O produto dessa oxidação origina uma molécula de citrato, mediador de um composto com cinco carbonos (cetoglutarato), que durante o percurso desse ciclo é quebrado liberando prótons receptados pelo NAD (aceptor intermediário de hidrogênios). A degradação contínua e o cetoglutarato formam o alfa-cetoglutarato, molécula menos energética contendo quatro carbonos. No entanto, ainda quebrada, libera mais H+, 54 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  55. 55. recolhidos nesse momento pela molécula de FAD, finalizando o processo com a restituição do ácido oxalacético, enzima iniciadora do ciclo. Além do dióxido de carbono são produzidos íons H+, que são absorvidos pelo NAD e FAD (NADH e FADH 2), destinados às cristas mitocôndriais, onde ocorre a cadeia respiratória e produção de ATP (Fig. 2.7). Figura 2.7 Esquema do processo do Ciclo de Krebs. Fosforilação Oxidativa A síntese da maior parte do ATP formado na respiração celular ocorre durante a reoxidação das moléculas de NADH e FADH 2, que se transforma, respectivamente, em NAD e FAD. Nessa oxidação são liberados elétrons com altos níveis de energia provenientes da degradação das moléculas orgânicas. Esses elétrons, quando perdem o excesso de energia, reduzem o oxigênio a molécuilas de água. A energia liberada aos poucos pelos elétrons durante sua transferência até o 55 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  56. 56. oxigênio é utilizada para produzir ATP. Cadeia Transportadora de Elétrons Esta etapa ocorre nas cristas mitocondriais, onde se encontram transportadores proteicos com diferentes graus de afinidade para os elétrons. As moléculas de NADH e de FADH2, anteriormente formadas no ciclo de Krebs transferem os elétrons que transportam para as proteínas, os citocromos, da cadeia transportadora de elétrons. Ao longo da cadeia respiratória ocorre liberação gradual de energia, à medida que os elétrons passam de um transportador para outro. Esta energia liberada vai ser utilizada na síntese de moléculas de ATP, a partir de ADP+Pi, dissipando-se alguma sobre a forma de calor. Cada molécula de NADH permite a síntese de três moléculas de ATP, enquanto que a molécula de FADH2 apenas permite a síntese de duas moléculas de ATP. No final da cadeia respiratória, os elétrons são transferidos para um aceptor final, o oxigênio, que capta dois prótons H+, formando-se uma molécula de água. O s autores dos livros de biologia tem diferentes conclusões sobre o total de ATPs produzidos a partir de uma única molécula de glicose. Valores que variam de 30 até 38 ATPs, contadas desde o processo de glicólise ainda no citoplasma celular. ATIVIDADES 04 1. O que é a respiração celular e quais são as suas três etapas? 2. Decifre: É uma sequência de 10 reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol, onde uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3), liberando energia e hidrogênio. 3. Descreva como ocorre o processo de glicólise no citoplasma celular. Krebs? 4. Como a célula efetua o controle das oito reações que compõem o ciclo de 56 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  57. 57. 5. O que é a fosforilação oxidativa? 6. Quantos ATPs são produzidos na cadeia transportadora de elétrons por cada uma das moléculas de FADH2 e NADH? Fermentação É um processo anaeróbio de obtenção de energia que ocorre na ausência de oxigênio. Não possui cadeia respiratória e, nesse caso, o aceptor final de hidrogênio é uma substância orgânica. É muito utilizada por seres vivos que vivem em locais com pouco oxigênio. Esses seres vivos podem ser estritos ou facultativos. Os seres estritos realizam apenas fermentação, enquanto os seres facultativos realizam fermentação quando sem oxigênio, e respiração aeróbio quando na presença de oxigênio. Na fermentação, a glicose é parcialmente degradada na ausência de oxigênio em substâncias orgânicas que varim, de acordo com o tipo de fermentação. Fermentação Lática Nesse tipo de fermentação, o ácido pirúvico se transforma em ácido lático. É realizada por algumas bactérias que estragam o leite e causam o sabor azedo do iogurte, por acúmulo de ácido lático (Fig. 2.8). Figura 2.8 Esquema do processo de fermentação lática. Também há produção de ácido lático quando fazemos um esforço muscular intenso, pois a quantidade de oxigênio que chega nos músculos não é o suficiente para fornecer toda a energia necessária para a atividade desenvolvida. Então as células musculares passam a realizar fermentação láctica, onde o ácido láctico acumula-se no interior da fibra produzindo dores, cansaço e cãibras. Depois, uma parte desse ácido é conduzida pela corrente sanguínea ao fígado onde é convertido em ácido pirúvico (Fig. 2.9). 57 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  58. 58. Figura 2.9 Três exemplos de produtos obtidos através da fermentação lática. Da esquerda para a direita: queijo branco, iogurte e coalhada. Fermentação Alcoólica Nesse tipo de fermentação, o ácido pirúvico forma etanol (ou álcool etílico) e CO2. É realizada principalmente por bactérias e leveduras, como a levedura (fungo microscópico) Saccharomyces cerevisae, que transforma suco de uva em vinho e cevada em cerveja. Mas nem todas as leveduras produzem apenas bebidas alcoólicas. Algumas são responsáveis pelo crescimento do pão, ao acumularem o CO2 quen foi produzido na fermentação (Fig. 2.10 e 2.11). Figura 2.10 Esquema do processo de fermentação alcoólica. Figura 2.11 O fermento que faz os pães crescerem nada mais é que um tipo de fungo, chamado levedura ou levedo. 58 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  59. 59. AULA PRÁTICA Vamos fazer um experimento de fermentação? Você precisará de 6 tubos de vidro, água morna, fermento fresco, açucar e farinha de trigo. Procedimentos Usar três tubos ou garrafas plásticas como controle e outros três para o experimento. Os tubos devem ficar distribuídos da seguinte maneira: TUBO 1, com água morna, TUBO 2, com água morna e uma colher de açúcar, TUBO 3, com água morna e uma colher de farinha de trigo, TUBO 4, com fermento biológico (fermento de pão) e água morna; TUBO 5, com fermento biológico, água morna e uma colher de açúcar; tubo 6 com fermento biológico, água morna e uma colher de farinha de trigo. Ferva 20 ml de água dissolva o fermento fresco; e distribua essa solução entre os três últimos vidros. Adicione aproximadamente seis ml em cada vidro, colocamos uma colher de açúcar no quinto vidro e uma colher de farinha de trigo no sexto, misture e tampe cada vidro com uma bexiga para que assim você possa visualizar a liberação de gás carbônico. Para o seu relatório você deve observar: Nos três primeiros tubos não deverá ocorrer nada, porém no tubo 4 haverá somente liberação de bolhas, no tubo 5 onde tínhamos água morna, fermento biológico uma colher de açúcar deverá haver uma liberação de gás carbônico mais rápido que no tubo 6, uma vez que o açúcar quebra mais rápido o amido que compõe 70% da farinha de trigo liberando glucoses e maltoses, produtos que a levedura utiliza como fonte de energia para o seu metabolismo, havendo então açúcares disponíveis, ela vai fermentar a massa, ou levedar, como se costuma dizer. E levedar é fazer subir a massa, de modo a que o miolo do pão fique leve e fofinho devido à liberação de gás. Esse gás é retido pelas fibras protéicas (glúten) da farinha. No tubo 6 onde há farinha de trigo ao invés de açúcar o processo é mais lento, porém também há liberação de gás. Quando realizamos essa mistura o trabalho fica para a água em quebrar o amido e as proteínas insolúveis da farinha de trigo, que compõe 14% desta, formando primeiramente um precipitado. Teremos a oportunidade de observar a liberação do gás carbônico com o auxilio das bexigas (balão de gás), que tampavam os vidros. Essas foram enchendo conforme o amido se quebrava. 59 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  60. 60. Fotossíntese Processo celular onde a grande maioria dos seres autotróficos obtém substâncias orgânicas. É realizada pelos seres clorofilados, tais quais as plantas, alguns protistas, bactérias fotossintetizantes e cianobactérias. Na fotossíntese, o ser retira do solo a água e do ar o CO2. Na presença de luz solar, dentro de estruturas chamadas cloroplastos, essas duas substâncias são transformadas em glicose e O2. Como resultado, temos grande parte dos 21% de oxigênio presente na atmosfera. Além disso, a fotossíntese é o principal processo de transformação de energia na biosfera, fazendo com que os seres autotróficos sejam capazes de sustentar toda uma cadeia alimentar (Fig. 2.12). Figura 2.12 Representação esquemática do processo da fotossíntese. Fase Clara: Etapa Fotoquímica Primeira parte do processo fotossintético tem início quando a luz é captada e absorvida pela clorofila, sendo armazenada em moléculas de ATP, em um processo chamado fotofosforilação. Aqui ocorre a fotólise da água (reação de decomposição da água em íons de oxigênio e hidrogênio na presença da luz), com a participação de enzimas dos tilacóides. O hidrogênio formado se une à molécula de NADP, formando o NADPH2 + H+. Pode ser representada pela equação 12H2O + 6NADP + 9ADP + 9P -(luz)-> 9ATP + 6NADPH2 + 3O2+ 6H2O. Fase Escura: Etapa Química Essa fase ocorre no estroma do cloroplasto. Nela, o carbono que vem do ar (na forma de CO2) recebe o hidrogênio transportado pelas moléculas de NADPH formados na fotólise da água. Esse carbono é então fixado e integrado a uma molécula de 60 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  61. 61. carboidrato. Desta fase resultam as substâncias orgânicas, como a glicose. Muitos pensam que essa etapa ocorre à noite, devido ao seu nome. Mas na verdade, ela ocorre logo após a fase claro, e não precisa da luz para acontecer. Pode ser representada pela equação 6CO2 + 12NADPH2 + 18ATP -(enzimas)-> 12NADP + 18ADP + 18P + 6H2O + C6H12O6 (Fig. 2.13). Figura 2.13 Reação química da fotossíntese, indicando as fases de claro e de escuro. Retirado de César e Sezar. Quanto mais jovem for à planta, mais carbono ela irá consumir, e mais oxigênio ela irá produzir, visto que o carbono consumido é incorporado à estrutura física da planta durante o seu crescimento. Quimiossíntese Processo onde a energia utilizada na formação de compostos orgânicos, a partir de CO2 e água provêm da oxidação de substâncias inorgânicas. É realizada por algumas bactérias que, por realizarem esse processo, recebem o nome de bactérias quimiossintetizantes. Algumas bactérias utilizam a energia proveniente da oxidação de compostos de ferro, e outras utilizam a energia química proveniente da oxidação de íons de amônia (NH3) ou de íons nitritos (NO2-) para sintetizarem matéria orgânica. 61 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  62. 62. As primeiras formas de vida que habitavam o planeta Terra, segundo a Hipótese Autotrófica, foram seres Quimiolitoautotróficos. Seres quimiossintetizantes, ou seja, obtinham alimento a partir de reações químicas entre as rochas. ATIVIDADES 05 1. O que é a fotossíntese? E quais são as etapas que a compõem? 2. O que ocorre na etapa clara e na etapa escura da fotossíntese? AULA PRÁTICA Vamos visualizar a transpiração vegetal e saber que existe a fotossíntese? Veja como se faz: Pegue duas garrafas plásticas, recorte-as ao meio com uma tesoura. Coloque em uma das metades, um pouco de pedras pequenas, terra fértil e uma planta pequena. Após isso, coloque um inseto qualquer dentro e cubra com a outra metade da garrafa. Lacre com uma fita adesiva de modo a não entrar ar no recipiente. Segunda parte do experimento: Espere um dia e observe que a garrafa ficará embaçada, com a presença de gotas de água e vapor d’água. Terceira parte: Faça um relatório e explique a sobrevivência do inseto por alguns dias devido à liberação de oxigênio pela planta. 62 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  63. 63. LEITURA COMPLEMENTAR “Síndrome metabólica aumenta risco cardíaco por ingestão de sal” O sal afeta em maior medida o nível de tensão arterial dos pacientes com síndrome metabólica, uma patologia que combina uma série de transtornos que aumentam o risco cardiovascular, segundo estudo publicado hoje na edição digital da revista inglesa "The Lancet". A síndrome metabólica aumenta a possibilidade de o paciente sofrer doenças coronárias e seus sintomas são obesidade abdominal, hiperglicemia, hipertensão, baixos níveis de HDL ou 'bom colesterol' e uma alta concentração de triglicerídeos. Os médicos consideram que uma pessoa sofre síndrome metabólica quando tem pelo menos três dos critérios expostos. Segundo uma equipe de pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Tulane, em New Orleans (EUA), dirigidos pelo doutor Jing Chen, a presença desta síndrome em um indivíduo provoca maior retenção de sódio do que um organismo são, o que se reflete na tensão arterial. Para realizar o estudo, os pesquisadores analisaram 1.906 indivíduos não diabéticos, dos quais mediram tensão arterial, peso, níveis de glicose e colesterol no sangue. Uma vez realizados os exames, os indivíduos passaram sete dias sob dieta com pouco sal e, em seguida, receberam outra dieta com altas concentrações de sódio durante a semana seguinte. Ao longo deste período, os pesquisadores foram analisando a evolução da tensão arterial em cada um dos indivíduos. Eles descobriram que 283 dos 1.881 pacientes que completaram o estudo apresentavam síndrome metabólica e haviam mostrado mais sensíveis à ingestão de sal do que o grupo sem esta patologia. FONTE: Disponível no site http://g1.globo.com/Noticias/Mundo, acesso dia 09 de março de 2009 Orientações de leitura 1. O texto acima exemplifica como os alimentos podem ajudar ou prejudicar nossa saúde. A partir do texto faça um cartaz alertando sobre os perigos do consumo do sal. 2. Pesquise sobre a importância da adição do iodo no sal de cozinha. 63 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  64. 64. CAPÍTULO 3 HISTOLOGIA VEGETAL Corte transversal de um caule As plantas e seus tecidos Na descrição dos tecidos vegetais tomaremos como referência o grupo das angiospermas (plantas dotadas de raízes, caules, folhas, flores, sementes e frutos). Nas angiospermas, o organismo resulta do desenvolvimento de um embrião contido na semente que, por sua vez, origina-se das sucessivas divisões mitóticas ocorridas em um zigoto. As células embrionárias, dotadas de alto poder proliferativo, originam na planta os tecidos meristemáticos, que são responsáveis pelo crescimento do corpo vegetal. Desses tecidos surgem os tecidos permanentes, que possuem células especializadas nos desempenhos de uma determinada função. Assim, os tecidos vegetais podem ser agrupados em tecidos meristemáticos e tecidos permanentes. A histologia vegetal, ou seja, o estudo dos tecidos vegetais é o tema deste capítulo. OBJETIVOS Identificar as partes da raiz, do caule e da folha e reconhecer a estrutura interna e microscópica desses órgãos quanto aos principais tecidos. Conhecer a estrutura e a localização na planta dos principais tecidos vegetais: revestimento, preenchimento, sustentação, condutores e meristemáticos. 64 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  65. 65. 3. OS TECIDOS VEGETAIS Os Tecidos Meristemáticos Os tecidos meristemáticos são compostos por células embrionárias, indiferenciadas e capazes de uma divisão celular ativa. Eles não apresentam espaços intercelulares e são formados por células pequenas com parede celular fina e um citoplasma denso. Quando apresentam vacúolos, estes são pequenos e numerosos. A principal diferença, entretanto, sempre será a divisão celular que origina a si mesmos e a outros tecidos, os chamados tecidos permanentes. Os meristemas podem resultar diretamente das células do embrião e denominam-se meristemas primários ou apicais. Eles ocupam os ápices vegetativos da raiz, ou do caule, e são responsáveis pelo crescimento em comprimento de cada um desses órgãos. Os meristemas primários originam células que se especializam em funções específicas e constituem tecidos definitivos primários (Fig. 3.1). Figura 3.1 Representação esquemática (sem escala) da localização dos tecidos em uma angiosperma. (Adaptado de Favaretto & Mercadante, 2006). Esses tecidos nomeadamente: podem ser classificados segundo diversos 65 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste aspectos,
  66. 66. Tipos de meristemas As plantas podem apresentar dois tipos básicos de meristemas: primários e secundários. Os meristemas primários ocorrem nas gemas apicais e axilares do caule e na zona lisa das raízes. As gemas apicais alongam o caule e seus ramos, e as gemas laterais o ramificam, além de produzirem folhas e flores. A gema apical ou terminal, localizada na extremidade do caule ou dos ramos, é constituída de ponto vegetativo (meristema apical) e vários primórdios foliares. Os primórdios foliares têm diversos tamanhos e os mais velhos e mais longos recobrem o ponto vegetativo, dando-lhe proteção. Assim, a gema apical é o conjunto dos pontos vegetativos e dos primórdios foliares, ou seja, é a porção terminal jovem do caule, ou do ramo folhoso. As gemas laterais axilares são exógenas e se desenvolvem na axila das folhas e a face superior do primórdio foliar se confunde com o tecido do caule. A folha, na qual a axila forma a gema, chama-se folha tectriz. No ápice caulinar, o meristema apical dará origem à protoderme, ao procâmbio e ao meristema fundamental. A protoderme irá originar a epiderme, o procâmbio dará origem ao floema e xilema primário e ao câmbio fascicular, e o meristema fundamental dará origem à medula e ao córtex. Os três tipos de meristemas primários são: o Protoderme É formada por uma camada contínua de células em volta dos ápices caulinar e radicular e responsável pela formação dos tecidos dérmicos ou de revestimento primários; o Meristema fundamental Envolve o procâmbio por dentro e por fora, originando os tecidos primários de enchimento ou fundamentais; o Procâmbio Localizado no interior dos ápices caulinares e radiculares, em anel, origina os tecidos condutores primários (Fig. 3.2). Figura 3.2 Os três tipos meristemas. 66 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste de
  67. 67. o Meristemas secundários Os meristemas secundários têm origem em células já diferenciadas que readquirem secundariamente a capacidade de divisão, por não-diferenciação. Esses meristemas são responsáveis pelo crescimento em diâmetro dos órgãos, raiz e caule, e pela formação dos tecidos definitivos secundários. As células são geralmente mais alongadas que as dos meristemas primários e possui grandes vacúolos, o que nunca acontece com as células dos meristemas apicais. São meristemas secundários: o câmbio vascular, meristema responsável pela formação do xilema para dentro e do floema para fora, que são os anéis de crescimento, e o felogênio, responsável pela formação do súber ou cortiça. O câmbio vascular tem origem em células do procâmbio ou em células parenquimáticas (Fig. 3.3). Figura 3.4 Representação esquemática dos tecidos de revestimento Figura 3.3 Representação esquemática dos meristemas secundários com a seqüência de crescimento de uma árvore. 67 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  68. 68. ATIVIDADES 01 1. O que são meristemas e quais seus principais tipos? 2. São meristemas primários, a. felogênio e endoderme. b. gema apical do cale e felogênio. c. meristema apical da raiz e periciclo. d. meristema apical da raiz e meristema apical do caule. 3. Em relação aos tecidos: Responda. a. Qual a função dos meristemas primários e onde se localizam? b. Qual a função dos meristemas secundários? 4. Qual o tecido com células diferenciadas, responsável pelo crescimento da planta em comprimento e espessura? 5. Desenhe um tronco de árvore e identifique cada parte como mostra a figura 3.3 deste capitulo. 68 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste
  69. 69. Os tecidos permanentes Os tecidos permanentes originam-se dos meristemas e assumem uma função, mas não sofrem divisões celulares. São constituídos por células que se diferenciaram e se especializaram, nas quais as paredes celulares tornaram-se mais espessas e seus vacúolos se uniram para formar um único vacúolo volumoso. Tecidos de revestimento Os tecidos de revestimento protegem as plantas contra os diversos agentes agressores que podem danificá-las. Existem dois tipos básicos de tecidos protetores: epiderme e periderme (Fig. 3.4). Figura 3.4 Representação esquemática dos tecidos de revestimento o Epiderme A epiderme constitui o revestimento externo de raízes e caules primários, folhas, flores, frutos e sementes. A epiderme é composta por uma única camada de células vivas, originadas do tecido meristemático denominado protoderma. Fazem parte da epiderme: a cutícula, os espinhos, os acúleos, os tricomas e os estômatos. Na epiderme de algumas folhas há hidatódios, estruturas que eliminam o excesso de água da planta, é o que forma o orvalho que recobre as folhas pela manhã. 69 Biologia – Volume 2: Cooperação Internacional Brasil/Timor-Leste

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