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Biologia 11º: Crescimento e Renovação celular

o DNA e Síntese proteica

Experiências:

Experiência de Griffith:

Após a descoberta de Friedrich Miescher em 1869 da existência do DNA, Griffith realizou uma série de experiências em 1928 que vieram a desenvolver a importância do DNA para a célula.

A partir das bactérias que causam a pneumonia (Strepococcus Pneumoniae) que se podem dividir em duas estirpes, S (lisas, capsuladas e virulentas) e R (rugosas, não capsuladas e não patogénicas), Griffith procedeu da seguinte forma:

Lote 1:

O rato foi infetado com a estirpe virulenta e morreu.

Lote 2:

O rato foi infetado com a estirpe não virulenta e sobreviveu.

Lote 3:

O rato foi infetado com a estirpe virulenta morta pelo calor e sobreviveu.

Lote 4:

O rato foi infetado com a estirpe não virulenta juntamente com a virulenta morta pelo calor e morreu. Surgiam bactérias tipo S vivas no rato.

Griffith tirou conclusões acerca do sucedido no lote 4. A experiência sugeria que as bactérias do tipo S conseguiam transmitir a sua virulência às do tipo R. No entanto, o cientista não foi capaz de explicar como. Assim sugeriu a existência de um princípio transformante, que permitiria que as S transmitissem informação às R, de modo a que as últimas pudessem desenvolver cápsula. Isto foi desenvolvido na experiência de Avery.

Experiência de Avery:

Na sequência dos trabalhos de Griffith, Avery tentou descobrir qual seria a substância que transmitia a informação entre as bactérias do tipo S e R. Avery suspeitava de que o principio transformante era o DNA. Assim, cultivou 5 colónias de bactérias tipo R em meio propício. Sendo a “A” a de controlo, na B misturou DNA das bactérias tipo S, na C adicionou

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GrupoFosfato Pentose

DNA das bactérias tipo S juntamente com DNAase, na D juntou DNA das bactérias tipo S juntamente com RNAase e na E acrescentou DNA das bactérias tipo S juntamente com Protease. Nas colónias B, D e E surgiram colónias de bactérias tipo S. Assim, Avery chegou à conclusão que o princípio transformante era, efetivamente, o DNA.

Experiência de Hershey e Chase:

Hershey e Chase utilizarem em 1953 bacteriófagos para provar definitivamente que o suporte físico da informação genética é o DNA. Os bacteriófagos são vírus, ou seja são seres exclusivamente constituídos por DNA ou RNA e uma cápsula de natureza proteica. Tendo em consideração que:

o os vírus não penetram nas cápsulas das bactérias.o as proteínas da cápsula dos vírus não tem fósforo, mas enxofre.o O DNA tem fósforo, mas não enxofre.

Marcou-se dois lotes de bacteriófagos radioactivamente. No primeiro marcou-se o enxofre das proteínas e no segundo o fósforo do DNA. O Objetivo destas marcações era ser possível seguir os trajetos de cada uma das substâncias. Assim, foi possível descobrir que o DNA viral toma o comando da célula bacteriana, enquanto que as proteínas não chegam a penetrar na cápsula.

Composição química dos ácidos nucleicos, DNA e RNA:

Cada nucleótido é constituído por uma base azotada (Adenina, Guanina, Citosina, Timina, Uracilo), uma Pentose (Desoxirribose ou Ribose) e por um grupo fosfato.

As bases azotadas podem dividir-se em:

Bases púricas: Adenina e Guanina, que formam um anel duplo (sendo ambas presentes no RNA e DNA)Bases Pirimídicas: Uracilo (apenas presente no RNA), Timina (apenas presente no DNA) e Citosina (presente em ambos) que formam um anel simples.

Os nucleótidos formam ligações entre si, formando cadeias polinucleotídicas. Estas ligações estabelecem-se entre o grupo fosfato de um dos nucleótidos e o carbono 3’ da pentose do nucleótido seguinte. Chamam-se ligações fosfodiéster.Através da análise do DNA de vários organismos por Chargaff foi possível chegar-se à conclusão de que a percentagem de Adenina é igual é de Timina e que a de Guanina é igual à de Citosina. Assim, a percentagem de Purinas é igual à de Pirimidinas. A partir destas investigações e da descoberta de Rosalind Franklin, Watson e Crick apresentaram na Universidade de Cambridge o Modelo de Dupla Hélice do DNA.

Base AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase AzotadaBase Azotada

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Estrutura do DNA:

Modelo de Dupla Hélice do DNA:

Os nucleótidos que formam uma cadeia polinucleotídica ligam-se entre si através de ligações covalentes (do tipo fosfodiéster) que se estabelecem entre o grupo fosfato e os carbonos 3’ e 5’ das pentoses. As cadeias designam-se por antiparalelas uma vez que a extremidade 5’ de uma cadeia corresponde a extremidade 3’ da outra cadeia. Entre as bases azotadas verifica-se uma ligação por pontes de hidrogénio. Ou seja a Adenina emparelha com a Timina (por duas pontes de hidrogénio) e a Guanina à Citosina (por três pontes de hidrogénio). Por isso são bases complementares, o que justifica as proporções encontradas por Chargaff.

Estrutura do RNA:

A molécula de RNA é formada por uma cadeia simples de nucleótidos e é muito mais pequena que a molécula de DNA. Esta molécula é sintetizada a partir do DNA e pode apresentar três formas:

o RNA mensageiro (mRNA)o RNA de transferência (tRNA)o RNA ribossómico (rRNA)

Replicação do DNA:

Foram propostos três modelos para a replicação do DNA:

o Hipótese semiconservativa (a qual foi apoiada por Watson e Crick) o Hipótese conservativao Hipótese dispersiva

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Experiência de Meselson e Stahl:

Cultivaram E.Coli num meio de cultura com 15N durante várias gerações de bactérias, transferindo posteriormente para um meio com azoto normal. Extraiu-se DNA neste momento, 20 minutos depois e 40 minutos depois. Através da densidade do DNA recolhido foi possível chegar-se à conclusão que o DNA se duplica de modo semiconservativo, sendo que se conserva sempre uma cadeia e se gera uma nova.

Síntese Proteica:

A molécula de DNA garante a preservação da informação genética, transmitindo-a sempre a cada nova célula. A célula utiliza parte dessa informação para gerar proteínas. Para que a síntese proteica ocorra, são necessários dois processos: a transcrição e a tradução.A transcrição é o processo que permite que a informação genética do DNA seja copiada para uma molécula de mRNA.A tradução é o processo de utilização da informação contida, agora, na molécula de RNA para sintetizar proteínas. O segmento de DNA que contem a informação necessária para sintetizar uma determinada proteína é o gene.

Código Genético:

Os ácidos nucleicos são constituídos por quatro nucleótidos diferentes, enquanto que as proteínas o são por cerca de vinte unidades aminoácidos. Assim, chegou-se à conclusão de que para codificar um aminoácido seriam necessários três nucleótidos, um tripleto.Após esta descoberta, realizaram-se duas experiências que a vieram desenvolver. Nirenberg chegou à conclusão de que quando utilizava mRNA poli-U apenas obtinha um tipo de aminoácido, e a mesma coisa com poli-A e poli-C. Khorana sintetizou moléculas com nucleótidos alternados (ACACACA), e como esta cadeia permitia duas combinações (ACA e CAC) formaram-se dois tipos de aminoácidos. Estas experiências permitiram concluir que diferentes combinações de tripletos codificam diferentes tipos de aminoácidos. Cada tripleto do mRNA designa-se Codão (sendo o de DNA, codogene).O código genético tem as seguintes características:

o Cada aminoácido é formado por um codão.o O tripleto AUG tem duas funções, codifica a metionina e constitui o codão de

iniciação para a síntese proteica.o Os tripletos UAA, UGA e UAG são codões de finalização.o Existe mais do que um codão para codificar um aminoácido (degenerescência

do código genético)o O terceiro nucleótido é o menos específico.o Um determinado codão não codifica dois aminoácidos diferentes (não é

ambíguo)o O código genético é universal. (tem o mesmo significado para todos os

organismos)

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Mecanismos envolvidos na síntese proteica:

o Transcrição:

Para que a transcrição ocorra é necessário que a RNA polimerase desenrole um segmento de DNA. Assim, uma das cadeias de DNA serve de molde para o mRNA (que se constitui através dos nucleótidos existentes no nucleoplasma). A transcrição termina quando a RNA polimerase encontra um codão de finalização. Nos seres eucariontes o mRNA utilizado durante a transcrição é designado por RNA pré-mensageiro, uma vez que ainda irá sofrer uma maturação. Esta ocorre quando diversas secções do mRNA, os intrões, são removidas. Desta forma, os exões constituem o mRNA maturado, ou seja a informação para a síntese proteica dispõe-se de forma fragmentada. Nos seres procarioentes a fase de processamento do mRNA não ocorre. No final deste processo, o mRNA migra do núcleo para o citoplasma, onde ocorrerá o processo de tradução.

o Tradução:

Para o processo de tradução é necessária a presença do tRNA (RNA de transferência) e do rRNA (RNA ribossómico). Cada molécula de tRNA apresenta uma região que lhe permite fixar um aminoácido (local aminoacil que se localiza na ponta), um anticodão, que se liga ao codão, locais para ligação ao ribossoma e a enzimas.

O processo inicia-se quando a subunidade menor do ribossoma se liga ao mRNA, deslizando até encontrar o codão de iniciação (AUG). De seguida o tRNA, que transporta o aminoácido metionina liga-se por complementaridade ao codão de iniciação. A subunidade maior do ribossoma liga-se à menor. Esta primeira fase designa-se por iniciação.

No processo de alongamento, um segundo tRNA transporta outro aminoácido que se liga ao codão. O ribossoma avança três bases (sentido 5’ para 3’), enquanto o processo se repete ao longo da molécula de mRNA. Os tRNA vão se desprendendo.

Por último, o processo de finalização, que ocorre quando o ribossoma encontra um codão de finalização, o último tRNA abandona o ribossoma e as subunidades voltam a separar-se. Finalmente, a proteína é libertada. Este processo anabólico exige consumo de energia, no entanto a cada molécula de mRNA podem ligar-se vários ribossomas, formando um polirribossoma.

Alterações do Material Genético:

As mutações genéticas resultam da substituição, do desaparecimento ou da adição de um nucleótido à sequência que constitui o gene. Assim, constituem-se proteínas diferentes. Quando estas proteínas têm um papel importante no organismo podem originar doenças. (Anemia Falciforme, Albinismo). São exemplos de agentes mutagénicos, os raios X, gama, cósmicos, UV e as partículas emitidas por substâncias radioativas ou químicas como o gás mostarda e as nitrosaminas.

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o Mitose

Quando uma célula se divide é necessário que a molécula de DNA se replique, sendo que a célula filha herda toda a informação genética da célula mãe. No caso das células procarióticas, o processo é bastante simples. Ocorre logo após a replicação da molécula de DNA. No entanto, nas células eucarióticas, o processo é bastante mais complexo, uma vez que o DNA está armazenado em várias moléculas, sendo que está associado a uma proteína, as histonas. Cada porção de DNA, associada às histonas, constitui um filamento de cromatina. Estes filamentos encontram-se dispersos na célula, exceto no processo de divisão, em que se condensam em cromossomas.

Esta condensação resulta da associação entre as histonas e o DNA. Na fase de condensação cada cromossoma é constituído por dois cromatídeos (duplicação do filamento inicial de cromatina) unidos por uma estrutura resistente, o centrómero. Para que a célula se divida, ocorre um processo designado por fase mitótica que é constituído por um processo de mitose (duplicação de todos os cromossomas do núcleo original) e um de citocinese (divisão do citoplasma). Assim formam-se duas células-filhas idênticas entre si e à célula-mãe.

Ciclo Celular:

O ciclo celular é constituído pela fase mitótica e pela interfase.Interfase:

Período G1: (Pós Mitótico) São produzidas moléculas de RNA para sintetizar proteínas, lípidos e glícidos. Ocorre crescimento celular. No caso de a célula não sofrer mais divisões entra na fase G0 durante longos períodos de tempo.

Período S: (Síntese de DNA) Caracterizado pela replicação do DNA, por replicação semiconservativa. Ao DNA replicado associam-se histonas, formando-se cromossomas.

Período G2: (Pré-Mitótico) Síntese de mais proteínas e estruturas membranares. Ocorre crescimento celular.

Fase Mitótica:

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Profase: A etapa mais longa da mitose. Os cromossomas enrolam-se tornando-se condensados, curtos e grossos. Os centrossomas (2 centríolos) afastam-se para pólos opostos, formando um fuso acromático, o qual é formada por fibrilas de microtúbulos proteicos. No final da profase o núcleo desagrega-se. Nas células vegetais as fibras do fuso acromático são formadas por centros organizadores de microtúbulos existentes nos pólos.

Metafase: Os cromossomas dispõem-se no plano equatorial da célula, formanda a placa equatorial. Os centrómeros encontram-se nesta placa, enquanto que os braços dos cromossomas se voltam para fora deste plano.

Anafase: O centrómero rompe-se, separando os dois cromatídeos. Os cromossomas iniciam a ascensão polar ao longo do fuso acromático. No final da Anafase cada pólo contém um conjunto de cromossomas exatamente igual.

Telofase: Forma-se um invólucro nuclear em torno dos cromossomas, que iniciam um processo de descondensação. O fuso acromático desorganiza-se. A mitose termina e a célula possui dois núcleos.

Citocinese: A citocinese inicia-se durante a Anafase ou a Telofase. Nas células animais ocorre devido ao estrangulamento do citoplasma, devido a contração de um conjunto de filamentos proteicos. Nas células vegetais a existência da parede não permite o estrangulamento. Assim, vesículas resultantes do complexo de Golgi depositam-se na região equatorial, formando uma membrana celular que divide a célula em duas, ambas com parede celular completa.

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Crescimento e regeneração de tecidos vs diferenciação celular:

o Células Estaminais

Todos os fenómenos de multiplicação, reprodução assexuada e crescimento são justificados pela mitose. No entanto, em organismos multicelulares existem geralmente células diferenciadas. Para que a partir de uma célula inicial se obtenha uma variedade tão grande de células têm que existir um processo de diferenciação. Após a fecundação, a partir da célula ovo que é totipotente forma-se um conjunto de células indiferenciadas que posteriormente se dividem em células diferenciadas para as mais variadas funções. Fatores citoplasmáticos envolvidos nos processos de tradução e transcrição, ou sinais de células vizinhas conduzem à diferenciação celular. Estes fatores ativam ou bloqueiam determinados genes que dão à célula informação para se diferenciar. As células responsáveis pela construção do corpo das plantas e dos animais são as células estaminais:

o São células indiferenciadaso São capazes de se dividirem e diferenciarem.o Têm capacidade de autorrenovação e divisão assimétrica (criar uma célula

filha diferenciada e outra indiferenciada)o São totipotentes até à formação do blastocisto. A partir desse momento são

pluripotentes.

Nos tecidos adultos apenas existem células multipotentes, que não são capazes de produzir células de outro tipo. No entanto, nos tecidos adultos vegetais existe um outro tipo de células indiferenciadas, os meristemas, que são capazes de renovar zonas lesadas e levar ao crescimento de órgãos.

o Clonagem:

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Para clonar um organismo é necessária a reprogramação do núcleo de uma célula diferenciada, tornando-a totipotente. Assim, funde-se uma célula diferenciada com um óvulo anucleado, que se tornará um embrião.

o Diferenciação Celular e Cancro:

Durante os processos de diferenciação celular e divisão ocorrem por vezes erros que conduzem à produção de células cancerosas. Uma das mais preocupantes alterações que ocorrem na célula é a perda dos mecanismos de regulação celular na expressão dos genes, assim as células podem tornar-se imortais, por diminuição da apoptose. O resultado desta divisão infinita leva à produção de tumores. As células de alguns tumores malignos podem formar metástases. De uma forma geral podemos identificar as seguintes etapas no desenvolvimento de um cancro (neoplasia):

Proliferação celular não controlada Perda de diferenciação (Displasia) Cancro in situ (localizado, não invasivo) Cancro invasivo (resultante da acumulação de vários alterações genéticas nas

células).

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Reproduçãoo Reprodução Assexuada

A reprodução assexuada ocorre quando um indivíduo dá origem a outros sem ocorrer fecundação, isto é, sem a união de duas células especializadas, denominadas gâmetas. Assim originam-se clones da célula-mãe, o que permite concluir que este tipo de reprodução não contribui para a variabilidade genética, embora assegure o rápido crescimento em colonização em ambientes favoráveis. Muitos dos organismos que se reproduzem assexuadamente também o podem fazer sexuadamente, sempre que as condições do meio se tornem desfavoráveis.

Estratégias reprodutoras: Bipartição:

Também denominada cissiparidade, divisão simples ou divisão binária. Processo em que uma célula se divide em duas mais pequenas, semelhantes entre si, que alcançarão mais tarde o tamanho da progenitora. Unicelulares procariontes e eucariontes.

Divisão Múltipla:

Também denominado pluripartição e esquizogonia. Processo em que o núcleo da célula mãe se divide em vários núcleos, que se rodeiam de citoplasma e membrana.

Fragmentação:

Obtêm-se novos indivíduos a partir da regeneração de fragmentos de um indivíduo progenitor. Ocorre na espirogira, nas planárias e nas estrelas-do-mar.

Gemulação:

Também denominada de gemiparidade, ocorre quando na superfície da célula se forma um gomo ou uma gema que se separa da célula mãe e forma um novo indivíduo.

Partenogénese:

Desenvolvimento de um indivíduo a partir de um oócito não fecundado. Fusão do núcleo com o corpo polar.

Esporulação:

Consiste na formação de células que originam novos seres vivos, os esporos. Estas células são constituídas nos esporângios e possuem uma camada protetora muito resistente.

Multiplicação vegetativa:

Processo exclusivo das plantas que ocorre devido aos meristemas. Como estas células mantêm a diferenciação, através da multiplicação vegetativa, é possível que se formem novas plantas através de estruturas multicelulares da planta mãe.

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o Multiplicação vegetativa natural Folhas

Algumas plantas desenvolvem pequenas folhas. Cada uma delas é uma plântula em miniatura que cai e se desenvolve.

Estolhos

Os morangueiros e as begónias produzem novas plantas a partir dos estolhos, através do caule. O caule principal morre quando as novas plantas desenvolverem raízes e folhas.

Rizomas

O lírio, o bambu e os fetos possuem rizomas, que armazenam substâncias de reserva que lhes permitem sobreviver, mesmo que a parte aérea morra. A partir destas raízes, e por gemulação, podem formar-se novas plantas.

Tubérculos

As batatas possuem tubérculos que armazenam substancias de reserva que, tal como as raízes, lhes permitem sobreviver. A partir destas raízes, e por gemulação, podem formar-se novas plantas.

Bolbos

A cebola e as tulipas possuem bolbos. Estes caules subterrâneos possuem um gomo terminal rodeado de folhas carnudas, ricas em substâncias de reserva. Para a reprodução forma-se um gomo lateral que se rodeia de folhas carnudas.

o Multiplicação vegetativa artificial:

Estacaria:

Introdução de fragmentos da planta no solo (estacas) que desenvolvem raízes e permitem a reprodução de uma planta completa. Normalmente, são utilizados fragmentos foliares, caulinares ou radiculares. Roseira e Videira.

Mergulhia:

Dobrar um ramo da planta até ser possível enterrá-lo no solo. Essa parte irá gerar raízes adventícias que criarão uma planta independente. No caso de não ser possível dobrar o ramo, por vezes utiliza-se alporquia, um processo em que se corta um pouco da casca do ramo e se envolve este num plástico contendo terra, de modo a gerar raízes.

A micropropagação:

Através dos tecidos meristemáticos replicam-se várias vezes os fragmentos da planta mãe, o que permite criar muito rapidamente uma série de novas plantas

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Enxertia:

Enxertia por garfo:

Junção de superfícies cortadas de duas plantas diferentes. Costumam ser utilizados caules ou gomos, sendo as plantas de espécies iguais ou semelhantes. A parte da planta que recebe o enxerto chama-se cavalo e a parte da planta dadora chama-se garfo.

Enxertia por encosto:

Junção de superfícies cortadas de duas plantas diferentes, em que se amarram ramos de duas plantas. Após a cicatrização corta-se a parte de baixo do garfo e a parte de cima do cavalo.

Enxertia por borbulha:

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Corta-se uma parte do ramo em T e insere-se uma gema de outra planta. A nova planta desenvolver-se-á juntando o DNA de ambas.

o Reprodução assexuada, vantagens e desvantagens:

Este tipo de reprodução apresenta vantagens económicas, no entanto tem como desvantagens o facto de não permitir variabilidade genética.

o Reprodução Sexuada:

Meiose e Fecundação:

A meiose é um processo de divisão celular em que a partir de uma célula diploide (2n), se formam 4 células haploides (n). Assim as células filhas apresentam metade dos cromossomas da célula mãe. A meiose consiste em duas divisões sucessivas. Na divisão I, ou divisão reducional, um núcleo diploide origina dois núcleos haploides. Na divisão II, ou divisão equacional, ocorre a separação de cromossomas, formando-se assim quatro células haploides cujos cromossomas são constituídos por apenas um cromatídeo.

Divisão I da meiose:

Profase I:A etapa mais longa da mitose. O núcleo aumenta de volume. Os cromossomas enrolam-se tornando-se condensados, curtos e grossos. Os cromossomas homólogos emparelham-se formando cromossomas bivalentes unidos por pontos de quiasma, que poderão desencadear fenómenos de crossing-over. Os centrossomas (2 centríolos) afastam-se para pólos opostos, formando um fuso acromático, o qual é formada por fibrilas de microtúbulos proteicos. No final da profase o núcleo desagrega-se. Nas células vegetais as fibras do fuso acromático são formadas por centros organizadores de microtúbulos existentes nos pólos.

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Metafase I: Os cromossomas homólogos dispõem-se no plano equatorial da célula, formanda a placa equatorial. Os pontos de quiasma localizam-se no plano equatorial do fuso acromático.

Anafase I: Os cromossomas homólogos separam-se aleatoriamente e afastam-se para pólos opostos. Cada um dos dois conjuntos cromossómicos que se separam e ascendem aos pólos possui informações genéticas diferentes.

Telofase I: Os cromossomas após alcançarem os pólos iniciam a sua desespiralização. O fuso acromático desorganiza-se e diferenciam-se os nucleólos e as membranas nucleares, formando dois núcleos haploides. Em certas células ocorre citocinese. A divisão II pode ocorrer imediatamente depois ou após uma interfase curta.

Divisão II da meiose:

Profase II: Os cromossomas com dois cromatídeos condensam-se, enquanto o fuso acromático se forma após a divisão do centrossoma. Os cromossomas dirigem-se para a placa equatorial presos pelo centrómero.

Metafase II: Os cromossomas dispõem-se no plano equatorial da célula, presos pelo centrómero às fibras do fuso acromático.

Anafase II: O centrómero rompe-se, separando os dois cromatídeos que ascendem a pólos opostos. Os dois conjuntos de cromossomas que acabam de se separar são haploides.

Telofase II: Os cromossomas atingem os pólos e iniciam a sua desespiralização. Desorganiza-se o fuso acromático e diferenciam-se os nucleólos e as membranas nucleares formando-se 4 núcleos haploides. Ocorre citocinese.

A fecundação permite que as duas células somáticas haploides se juntem e formam uma nova célula diploide.

Reprodução sexuada e variabilidade:

Os tecidos em que ocorre a meiose têm uma constituição especial. No caso de terem como objetivo a produção de gâmetas, esses tecidos chamam-se gametângios. No caso de terem como objetivo a produção de esporos, esses tecidos chamam-se esporângios. Hermafroditismo: Um individuo que produza os dois tipos de gâmetas. Existem também animais protândricos, que nascem machos e se transformam em fêmeas, e animais protogínicos que nascem fêmeas e se transformam em machos, uma vez que o seu sexo não é determinado geneticamente. Geralmente, entre hermafroditas existem mecanismos que impedem a autofecundação. É de reter que a meiose contribui para a variabilidade genética, devido às separações aleatórias dos cromossomas homólogos e dos fenómenos de crossing-over.

o Ciclos de vida: Unidade e diversidade

Ciclo de vida haplonte: A meiose é pós-zigótica e não produz gâmetas, mas sim células haploides que se dividem por mitose originando um organismo haplonte. Assim, esse organismo produz gâmetas por mitose, e o único estado diploide é o do zigoto. Acontece nos protistas, algas e fungos.

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Ciclo de vida diplonte: Os gâmetas são as únicas células haploides. A meiose ocorre durante a produção dos gâmetas (meiose pré-gamética), sendo o único estado haploide nos gâmetas.

Ciclo de vida haplodiplonte: Verifica-se alternância de gerações, inclui estados haplontes e diplontes. As plantas e algumas algas exibem este tipo de ciclo. O estado multicelular diploide chama-se esporófito. A meiose que ocorre no esporófito origina células haploides chamadas esporos. O esporo divide-se por mitose originando um estado multicelular haploide denominado gametófito, que produz gâmetas, por mitose. Da fecundação desses gâmetas, resulta um zigoto diploide que se irá desenvolver formando um novo esporófito.

Evolução Biológica:o Unicelularidade e Multicelularidade:

Todos os seres vivos podem ser divididos em dois grandes grupos: seres eucariontes e procariontes, sendo que o que os distingue é a sua organização celular. Para perceber o que poderá ter levado a esta diferenciação é necessário ter em conta a história da Vida na Terra. O que originou as células procariontes foram os protobiontes, que eram agregados moleculares de proteínas, DNA, RNA entre outros constituintes celulares que eram capazes de manter um equilíbrio entre o seu meio interno e os estímulos do meio externo. Contudo, com a proliferação do oxigénio, estas estruturas modificaram-se. Por exemplo, estruturas semelhantes às mitocôndrias adaptaram-se de modo a aproveitar este gás para oxidar os compostos orgânicos.

Existem duas hipóteses que tentam explicar a evolução dos organismos procariontes:

Hipótese Autogénica:Os seres eucariontes são o resultado de uma evolução gradual dos seres procariontes.

Inicialmente, as células desenvolveram sistemas endomembranares a parir de invaginações da membrana plasmática, que formaram o núcleo e outros organelos como o reticulo endoplasmático. Posteriormente, algumas estruturas abandonaram o núcleo e evoluíram no interior da membrana, como é o caso das mitocôndrias e dos cloroplastos. Esta hipótese não é atualmente aceite, uma vez que o DNA das mitocôndrias e dos cloroplastos é diferente do DNA nuclear.

Hipótese Endossimbiótica:Lynn Margulis sugeriu que as mitocôndrias e os cloroplastos tivessem origem em

estruturas procariontes diferentes. Este fator verificou-se quando se provou que o DNA mitocondrial e dos cloroplastos não tinham a mesma origem que o nuclear. Esta hipótese sugere que as células procarióticas de maiores dimensões capturariam células mais pequenas. Algumas destas últimas conseguiam sobreviver no interior da célula hospedeira, estabelecendo-se relações de simbiose estável e permanente. Atualmente acredita-se que a célula hospedeira estabeleceu em primeiro lugar relações com os ancestrais das mitocôndrias e só posteriormente com as cianobactérias, o que explica porque é que apenas algumas células possuem cloroplastos. Esta hipótese é apoiada por vários fatores: o facto de as mitocôndrias e os cloroplastos terem dimensões semelhantes às bactérias, produzirem as suas próprias membranas internas e terem capacidade de replicação por cissiparidade. Possuem também o seu próprio material genético, e a nível ribossómico são mais semelhantes com as células procarióticas do que com as eucarióticas, tal como a nível de estruturas de transporte. Atualmente, continuam a verificar-se alguns casos de endossimbiose entre bactérias e células.

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A crescente competição por alimento e espaço destas novas células eucarióticas levou a que se tornasse vantajoso criar agregações em colónias, ou mesmo em organismos multicelulares. Inicialmente, estes organismos eram formados por células que não se libertavam da célula-mãe após a divisão e formavam colónias em que todas as células desempenhavam a mesma função. O que permitiu que a partir destes agregados coloniais se formassem organismos multicelulares foi a diferenciação celular.

Vantagens da Multicelularidade:1. Maiores dimensões o que facilita a realização de trocas com o meio.2. Maior diversidade, o que contribui para a adaptação ao meio.3. Diminuição da taxa metabólica, o que permite a utilização de energia de forma mais

eficaz.4. Maior independência em relação ao meio ambiente, devido a uma eficaz homeostasia

resultante da interdependência dos vários sistemas de órgãos.

o Mecanismos de evolução: Fixismo:

A partir da observação das espécies no período normal de vida humana é fácil concluir que estas são imutáveis. As ideias dos primeiros filósofos e naturalistas basearam-se neste facto. A perspetiva que acredita que as espécies não se alteram com o passar do tempo prevaleceu por mais de dois mil anos e denomina-se Fixismo. Este princípio condicionou o avanço da ciência durante a idade média, uma vez que para os medievais o criacionismo apoiava-se também no princípio fixista, e justificava a imutabilidade das espécies com a criação de Deus, o que implicava perfeição e estabilidade. No final do séc. XVIII o Fixismo começou a ser posto em causa, o que abalou irremediavelmente a conceção do mundo.

Evolucionismo:

Lineu, um criacionista convicto, iniciou um vasto trabalho de classificação dos seres vivos e é considerado como o pai da sistemática. O sistema de classificação de Lineu levou à compreensão das muitas semelhanças entre organismos de origem diferente, o que, com o avanço da paleontologia permitiu o desenvolvimento da teoria evolucionista. O estudo dos fósseis apresentou organismos que não tenham correspondência com as espécies atuais, o que contrariava a imutabilidade das espécies. A teoria do catastrofismo tentou conciliar as ideias fixistas com os novos desenvolvimentos da paleontologia, afirmado que os fósseis eram restos mortais de espécies que foram dizimadas em catástrofes que ocorreram a nível global, depois das quais ocorriam novos processos de criação.

De seguida, Buffon criou o Transformismo que admitia que as espécies derivavam umas das outras, existido espécies intermédias ate às formas atuais, foi assim a primeira teoria que apoiava as transformações, na qual o tempo geológico é fundamental. Buffon acreditava que o clima e o acesso aos alimentos condicionavam esta transformação. Maupertuis acreditava que os seres vivos resultavam de uma seleção provocada pelo ambiente, contudo estas teorias não foram aceites na época. Com a evolução da Geologia e a aceitação geral da ideia que a Terra era um planeta em constante mudança, o desenvolvimento da Teoria Uniformitarista, de Hutton, foi melhor aceite pela população. Lyell desenvolveu e popularizou a obra de Hutton, embora fosse relutante à transformação das espécies. Lyell e Hutton afirmam que:

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As leis naturais são constantes no espaço e no tempo; Os acontecimentos do passado devem ser explicados a partir dos mesmos processos

naturais que se observam na atualidade, dado que as causas que provocaram determinados fenómenos no passado são idênticas às que provocam os mesmos fenómenos atualmente;

A maioria das alterações geológicas ocorre de forma lenta e gradual.

o Teorias evolucionistas: Lamarckismo e Darwinismo

Lamarckismo:

Lamarck era um taxonomista francês e admitia que os seres vivos provinham de outros seres vivos e que cada espécie ocupava um lugar na escala natural, sendo o Homem o topo. Lamarck defendia que os seres vivos têm um impulso interior que lhes permite adaptarem-se ao meio, quando o ambiente se torna adverso. Essa necessidade de adaptação levaria ao uso e desenvolvimento de alguns órgãos (hipertrofia) ou desuso e atrofia de outros. Estas adaptações seriam transmitidas à descendência, lei da transmissão dos carateres adquiridos. Lamarck apresentou a primeira teoria acerca da evolução das espécies. As principais críticas apontadas a Lamarck eram:

O facto de se admitir que a matéria viva teria uma “ambição natural” para se tornar melhor;

A lei do uso e do desuso, embora válida para os músculos, não explicava todas as modificações

A lei da transmissão dos carateres adquiridos não é válida, uma vez que não é possível transmitir algo que não está no código genético à descendência.

Darwinismo:

Darwin partiu numa expedição de 5 anos à volta do Mundo crendo no Fixismo, e esperando encontrar espécies insulares que fossem bastante semelhantes entre si. No entanto, apercebeu-se que as ilhas de Cabo Verde se assemelhavam muito mais à costa africana do que às ilhas Galápagos. Darwin interpretou este facto devido à existência de um ancestral comum, isto é as aves das ilhas de Cabo Verde e da costa africana eram mais semelhantes porque partilhavam um ancestral comum mais recente. Darwin apoiou-se principalmente em dados biogeográficos e geológicos. Após ter visualizado fenómenos vulcânicos e fosseis Darwin aproveitou as ideias de Lyell e começou a admitir que, à semelhança do que acontecia com a Terra, também seria possível que os seres vivos experimentassem modificações lentas e graduais que modificariam as características das espécies.

Outro autor que influenciou Darwin foi Malthus, que defendia que a população humana cresce de forma geométrica, enquanto os recursos alimentares são produzidos de forma aritmética. Malthus também afirmava que se não existisse fome nem epidemias, a população humana duplicaria em cada 25 anos. Darwin transpôs estas informações para os animais e admitiu que, embora as populações tendam a crescer geometricamente, tal não acontece. Considerou que a manutenção do número de indivíduos se deve ao facto de:

Nem todos os animais de uma população se reproduzirem;

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A falta de alimento e as condições ambientais condicionam o desenvolvimento, a reprodução e a sobrevivência dos animais;

Um grande número de indivíduos morre na luta pela sobrevivência devido a competição, parasitismo ou predação.

As doenças são responsáveis pela morte de um número significativo de indivíduos.Para além disto, Darwin considerou a sua própria experiencia em seleção artificial,

sabendo que era possível, recorrendo a cruzamentos controlados, selecionar um conjunto de características desejadas. E que a população sujeita a esta seleção artificial seria significativamente diferente da sujeita à seleção natural, ou seja o processo em que a Natureza, devido a fatores ambientais, escolhe os indivíduos reprodutores, sendo necessário um longo período de tempo para observar as modificações. Assim:

Os indivíduos de uma determinada espécie apresentam variabilidade das suas características, embora Darwin não o tenha conseguido explicar;

As populações têm tendência a crescer segundo uma progressão geométrica, produzindo mais descendentes do que aqueles que acabam por sobreviver;

Entre os indivíduos estabelece-se uma luta pela sobrevivência, devido à competição por alimento e outros fatores ambientais. Um número significativo é eliminado

Alguns não apresentam características favoráveis ao meio e são progressivamente eliminados. Ocorre então a sobrevivência dos mais aptos.

Os indivíduos mais aptos vivem durante mais tempo, reproduzem-se mais e transmitem as suas características aos descendentes

Lamarckismo e Darwinismo:

A Teoria da Evolução baseou-se, inicialmente, em dados fornecidos pela Anatomia Comparada, pela Paleontologia, pela Biogeografia e pela Embriologia. Posteriormente, os avanços da ciência produziram novos dados evolucionistas a partir da Citologia, da Biologia Molecular e da Genética.

Anatomia Comparada:Animais aparentemente diferentes apresentam semelhanças anatómicas, que sugerem um

ancestral comum. Os órgãos homólogos são órgãos que desempenham uma função diferente, embora apresentem uma posição relativa, embriológica e um plano estrutural semelhantes. Dá-se evolução divergente, uma vez que a seleção natural atuou sobre organismos semelhantes que conquistaram meios diferentes. A partir das estruturas homólogas foi possível constituir séries filogenéticas progressivas e regressivas.

Nas séries filogenéticas progressivas, os órgãos homólogos apresentam uma complexidade crescente, isto é a partir de um órgão ancestral simples, desenvolvem-se órgãos mais complexos.

Nas séries filogenéticas regressivas, os órgãos homólogos simplificam-se, ou seja a partir de um órgão ancestral mais complexo formam-se órgãos rudimentares ou inexistentes. É o caso da perda dos membros nas serpentes e da atrofia dos ossos das aves.

Os órgãos análogos são os que desempenham uma função semelhante, e apresentam uma posição relativa e embriológica diferentes. Estes órgãos desenvolveram-se devido a pressões do meio ambiente semelhantes em organismos de grupos distintos. Ocorre assim evolução convergente.

Os órgãos vestigiais são órgãos atrofiados que não apresentam função evidente na atualidade em determinado grupo de seres vivos, embora outros grupos os apresentem bem desenvolvidos.

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Paleontologia:A paleontologia é a ciência que oferece mais dados acerca dos organismos intermédios ou

sintéticos, também denominados de formas fosseis de transição, e aqueles que não têm representação na atualidade. Assim, é a partir destes dados que se constroem árvores filogenéticas, que representam a evolução de um determinado grupo, desde o seu ancestral até à atualidade. No entanto, os dados paleontológicos têm algumas limitações, uma vez que é necessário um elevado número de anos para que o fóssil se constitua, para além de variadas condições muito específicas.

Embriologia:A partir do acompanhamento do desenvolvimento embrionário, foi possível estabelecer

relações de homologia entre diversos grupos. Numa fase inicial, todos os organismos vertebrados possuem uma cauda e fossetas branquiais, que desaparecem no caso do Homem. Assim é possível concluir que os indivíduos mais complexos, sofrem bastantes modificações desde o estado embrionário, ao contrario dos organismos mais simples, que mantêm uma estrutura e aparência semelhante.

Biogeografia:Esta ciência conclui que as espécies tendem a ser mais semelhantes quanto maior é a sua

proximidade geográfica.

Biologia Molecular:Os dados bioquímicos afirmam que todos os organismos são constituídos pelos mesmos compostos orgânicos (glícidos, lípidos, prótidos e ácidos nucleicos) e que toda a síntese proteica tem a intervenção do DNA e do RNA. Para estimar a proximidade de espécies, pode recorrer-se a vários processos. Um deles é comparar a sequência de aminoácidos das proteínas. Outro é a hibridação do DNA em que se conjugam duas cadeias separadas de DNA de organismos diferentes. Quanto mais rápido for o emparelhamento das bases complementares e a formação das moléculas híbridas, mais próximas serão as espécies do ponto de vista filogenético.

Neodarwinismo ou Teoria Sintética da Evolução:

Wright, Dobzhansky e Mayr desenvolveram uma teoria apoiada na teoria de Darwin, como uma adaptação da mesma de acordo com as novas tecnologias. Consideravam a seleção natural como mecanismo principal da evolução, que as grandes alterações resultam das pequenas modificações que ocorrem ao longo do tempo e que as populações constituem unidades evolutivas que apresentam variabilidade.

o Seleção natural, seleção artificial e variabilidade:

Mutações:A variabilidade das populações resulta das mutações e recombinações genéticas durante a

meiose e a fecundação. As mutações são alterações bruscas do património genético, podendo ocorrer a nível genético (mutações génicas) ou envolver proporções significativas de cromossomas (mutações cromossómicas). A maior parte destas mutações inviabilizam o embrião, no entanto, por vezes, ocorrem mutações que conferem vantagens ao indivíduo, tornando-o mais apto. Todas as evoluções, a partir destas mutações, que ocorrem numa

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pequena escala, ou seja apenas num pequeno grupo da população, são consideradas microevolução.

A recombinação génica é outra fonte de variabilidade genética e resulta dos fenómenos de crossing over, à separação aleatória dos cromossomas homólogos e da fecundação.Uma população mendeliana é um conjunto de indivíduos que se reproduz sexuadamente e partilha um determinado conjunto de genes, conjunto este que se denomina gene pool (ou fundo genético).

Migrações:Deslocações de indivíduos de uma população para outra. Conduzem a alterações no fundo

genético.

Deriva Genética:Ocorre em populações reduzidas e corresponde à variação do fundo genético, devido

exclusivamente, ao acaso. Existem duas situações em que ocorre uma diminuição drástica do tamanho de uma população: o efeito fundador e o efeito de gargalo.O primeiro ocorre quando um reduzido número de indivíduos se desloca para uma nova área transportando uma parte restrita do fundo genético. O segundo quando uma determinada população sofre uma diminuição brusca devido a alterações climatéricas, epidemias, incêndios, inundações, terramotos, etc. Assim apenas os genes dos sobreviventes se mantêm, sendo os outros eliminados por deriva genética, e não por seleção natural.

Cruzamentos ao acaso:

Quando os cruzamentos ocorrem ao acaso, denomina-se panmixia, o que permite a manutenção do fundo genético. Se se privilegiar determinado tipo de características para o cruzamento, o fundo genético é então alterado, e os cruzamentos não são feitos de forma aleatória.

Sistemática dos seres vivos:o Sistemas práticos vs Sistemas racionais:

Naturais – maior número de carateres possível

Horizontais - não têm em conta o fator tempo e permitem construir árvores fenéticas, que têm como objetivo a identificação rápida de um organismo, sem ter em conta a sua evolução, mas sim o seu fenótipo (características externas)

Verticais – têm em conta o fator tempo e permitem constituir árvores filogenéticas (ou filética, cladística, evolutiva), que agrupam os seres de acordo com o seu grau de parentesco.

Artificiais – baseiam-se num número relativamente pequeno de características.

Racionais - baseiam-se em carateres

evidenciados pelos seres vivosSistemas de

classificação

Práticos - distinguem os seres consoante as necessidades humanas (defesa, alimentação)

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o Diversidade de Critérios:

Simetria corporal (sem, radial e bilateral) Paleontologia Modo de Nutrição (Plantas - Fotoautotróficos; Animais – Quimio-Heterotróficos;

Bactérias – A maioria é quimio-heterotrófica, mas algumas são quimioautotróficas, e outras foto-heterotróficas; também é distinguido o processo de obtenção de matéria: por ingestão (digestão intracorporal) ou absorção (enzimas são lançadas para o exterior do corpo) que é o caso dos fungos.

Embriologia Cariologia (estudo do número de cromossomas) Etologia (estudo do comportamento animal) Critérios Bioquímicos Organização Estrutural ou citológicos (diferença a nível celular)

o Taxonomia e Nomenclatura:

Os principais taxa utilizados nas classificações atuais são: REINO, FILO, CLASSE, ORDEM, FAMÍLIA, GÉNERO e ESPÉCIE.

A espécie, unidade básica da classificação é constituída por um conjunto de indivíduos que partilham o mesmo fundo genético, que lhes permite originar descendência fértil.

Quanto mais semelhantes são organismos, maior o número de taxa que partilham. Lineu criou um sistema binominal em latim, que facilitou a compreensão intercontinental deste ramo da ciência, sendo que:

O nome da espécie é formado por duas palavras latinas, sendo a primeira o nome do género a que a espécie pertence, e iniciada com letra maiúscula. A segunda palavra designa-se restritivo ou epíteto específico e inicia-se por minúscula.

Todos os taxa superiores à espécie são designados por apenas uma palavra, iniciada por letra maiúscula.

O nome das famílias é obtido acrescentando –idae. Nas plantas o sufixo é –aceae.

A subespécie é denominada com três nomes. O género, o restritivo específico e o restritivo subespecifico.

Caso o texto seja manuscrito, os nomes deverão ser sublinhados. Senão deverá escrever-se em itálico.

Pode escrever-se o nome e a data do taxonomista em letra de texto (Canis familiaris L.(1758))

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o Sistema de classificação de Whittaker modificado:

Tipos de sistemas de classificação:

Aristóteles classificou em 2 aC os seres vivos em dois reinos (animal e vegetal). Segundo este sistema, os fungos e os seres unicelulares possuidores de cloroplastos eram considerados plantas. Em 1886, Haeckel propôs o reino “Protista” que incluía fungos, protozoários e bactérias. Em 1956, Copeland, tendo em conta a diferença entre os seres procariontes e eucariontes, incluiu os primeiros num novo reino: “Monera”. Em 1968, Whittaker criou um novo reino para os fungos. Assim passaram a existir 5 reinos: Monera, Protista, Fungi, Plantae, Animalia. Em 1979, Whittaker adicionou os fungos flagelados e as algas uni e multicelulares ao reino Protista.

O sistema de classificação de Whittaker baseou-se no nível de organização celular, no modo de nutrição e no tipo de interações nos ecossistemas.

Reino Monera:

Bactérias e cianobactérias unicelulares procariontes. Têm dimensões muito reduzidas e podem apresentar vários tipos morfológicos: os cocos (esféricos), os bacilos (forma de bastonete), os vibriões (forma de vírgula) e os espirilos ou espiroquetas (espiralados). As bactérias podem viver isoladas ou em grupos com um número variado de células. Os procariontes possuem células muito simples, sendo constituídas por apenas uma molécula circular de DNA. Possuem geralmente parede celular e cápsula. As bactérias Gram - possuem paredes mais finas e mais lípidos que as Gram +. Estas células poderão, ou não, ser úteis à espécie humana. As bactérias que produzem o pão são úteis, mas por exemplo a bactéria da tuberculose é patogénica.

Reino Protista:

No reino Protista existem diversos organismos muito diferentes entre si: é o caso da paramécia e da amiba que se assemelham a animais (geralmente protozoários), contra algumas algas multicelulares que podem atingir dezenas de metros de comprimento. Os protistas existem essencialmente em ambientes húmidos e constituem grande parte do plâncton e têm bastante importância para adubos, substâncias utilizadas na medicina e alimento. Por outro lado, são também causadores de diversas doenças. Reino Fungi:

São seres eucariontes, maioritariamente multicelulares, e essencialmente terrestres. São heterotróficos e adquirem os nutrientes por absorção. Estruturalmente, os fungos multicelulares são constituídos por hifas, ou seja, filamentos ramificados que foram originados por esporos. Podem formar um corpo compacto (cogumelos) ou uma rede densa (micélio) que favorece a absorção de nutrientes. A sua parede celular é constituída por quitina. Os fungos podem ser decompositores, mas também podem estabelecer relações simbióticas com outros organismos. São bastante úteis ao homem para a indústria alimentar e farmacêutica, mas são também causadores de muitas doenças cutâneas.

Reino Plantae:

São seres multicelulares, maioritariamente fotossintéticos e constituem com os animais o expoente máximo da especialização celular. Possuem pigmentos fotossintéticos e apresentam paredes celulares de celulose. Podem armazenar amido e outras substâncias de reserva.

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Reino Plantae

Divisão Classe Subclasse

Plantas não

vasculares

Briófitas Musgos

Não apresentam tecidos vasculares nem diferenciação. Estruturas muito simples

Plantas vasculare

s Traqueófitas

FilicíneasPlantas vasculares sem sementes

Gimnospérmicas Plantas vasculares com semente, dependentes da água para a fecundação

Angiospérmicas

Plantas vasculares com semente e flor

Monocotiledóneas

Raiz fasciculada, nervuras foliares paralelas, pétalas

em múltiplos de 3, pólen com um poro,

crescimento secundário ausente,

feixes vasculares espalhados. (milho)

Dicotiledóneas

Raiz aprumada, nervuras foliares

ramificadas, pétalas em múltiplos de 4 ou 5, pólen com 3

poros, crescimento secundário, feixes

vasculares em anel.

(roseira, feijoeiro)

Reino Animalia:

É o mais numeroso (2 milhões de espécies). Os animais são eucariontes multicelulares e heterotróficos, apresentando na maioria locomoção e um sistema nervoso. Admite-se que os animais, os fungos e as plantas, derivaram de um ancestral protista. Existem cerca de 30 filos, no entanto 95 % dos animais conhecidos incluiem-se num dos seguintes nove: Porifera, Cnidaria, Platyhelminthes, Nematoda, Mollusca, Annelida, Arthropoda, Echinodermata e Chordata. Este último engloba os organismos mais complexos (c. de 100 mil espécies), cerca de 5%. Os artrópodes constituem o Filo mais numeroso.

FIM!!!!! :D