Biologia Vegetal – Mó Módu dulo loss
As células vegetais caracterizam-se pela presença da parede celular, dos cloroplastos e de grandes vacúolos.
1
– Os seres vivos e os tipos tipos de células – Evolução da célula célula eucariota eucariota vegetal – Célula vegetal: vegetal: parede parede celular vegetal: plastos e vacúolos 4 – Célula vegetal: vegetais: meristemas meristemas 5 – Os tecidos vegetais: 6 – Os tecidos adultos adultos 7 – A folha: órgão de fotossíntese – I 8 – A folha: órgão de fotossíntese – II fotossíntese – I 9 – A química da fotossíntese fotossíntese – II 10 – A química da fotossíntese bactérias 11 – Fotossíntese e a quimiossíntese em bactérias 12 – Fatores que influem na fotossíntese luz na fotossíntese 13 – Influência da luz CO2 e da temperatura na fotossíntese 14 – Influência do CO 15 – Osmose na célula célula vegetal – I célula vegetal – II 16 – Osmose na célula
Os seres vivos e os tipos de células
Atualmente, as sequências de bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos podem fornecer dados muito importantes nas relações evolutivas (parentescos) entre os seres vivos. Assim, a análise das sequências do RNA ribossômico permitiu dividir o mundo vivo em três grandes grupos conhecidos por domínios, a saber: Bacteria , Archaea e Eukarya . O domínio Bacteria é constituído pelas chamadas “bactérias verdadeiras”, verdadeiras”, formando os seres procariontes, nos quais observam-se as células primitivas chamadas procarióticas ou procariotas . Archaea é um domínio de bactérias, também procariontes e com uma capacidade de viver em ambientes inóspitos com grandes salinidades, altas temperaturas, ácidos e outros. O domínio Eukarya inclui todos os demais seres vivos, isto é, protistas (protoctistas), (protoctistas), fungos, vegetais e animais. São chamados eucariontes e possuem as células eucarióticas ou eucariotas. Esses três domínios são divididos em grupos menores, os Reinos, conforme o quadro a seguir.
• Procariota • Eucariota
Domínio
Reino
Bacteria
Eubacteria
Archaea
Archaeabacteria
Eukarya
Protoctista (Protista) Fungi Plantae (Vegetalia) Animalia
Alguns autores reúnem eubactéria e arqueobactéria em um único reino denominado Monera . O esquema a seguir representa uma possível origem evolutiva dos seres vivos a partir de um ancestral comum. BIOLOGIA
285
Vivem na água-doce, no mar e em ambientes terrestres úmidos. São importantes na ecologia porque participam dos ciclos do carbono e do nitrogênio (fixadoras do N2 na atmosfera). Suas células apresentam: parede celular celular,, membrana plasmática, citosol com ribossomos e nucleoide. Dentro do citosol, encontram-se membranas empilhadas, formando os tilacoides. Estes contêm vários tipos de pigmentos, tais como: clorofila A, ficocianina (pigmento azul) e ficoeritrina (pigmento vermelho), além dos carotenoides (amarelos e alaranjados). As cianobactérias do passado deram origem aos cloroplastos das células eucarióticas (vegetais e algas).
A célula procariótica de bactéria heterotrófica As bactérias heterótrofas são aquelas incapazes de produzirem seu próprio alimento, vivendo às expensas de matéria orgânica pré-fabricada. Quando se nutrem de matéria orgânica morta, são conhecidas por decomposi toras ou sapróvoras e, se utilizam matéria viva, são parasitas. A célula é minúscula, medindo entre 0,5 µm e 5 µm, e extremamente simples, uma vez que apresentam a parede celular que envolve e protege a membrana plasmática e o citosol (citoplasma). Este possui apenas um tipo de organoide, o ribossomo, no qual ocorre a síntese de proteínas. Apresenta um único cromossomo constituído por uma molécula gigante de DNA unida pelas extremidades extremi dades (DNA circular), ocupando a região da célula conhecida conhe cida por nucleoide. A célula bacteriana não possui núcleo verdadeiro, uma vez que não apresenta a membrana que envolve o material genético (envoltório nuclear ou carioteca).
Estrutura da célula procariota de cianobactéria.
Analise as características dos três domínios na tabela a seguir: CaracteBacteria Archaea Eukarya rística Tamanho 0,1-5 µm 0,1-5 µm 1 0 -1 0 0 µ m celular Cé l u l a
Procariótica Procariótica
Eucariótica
Envoltório nuclear (carioteca)
Ausente
Ausente
Presente
DNA
Circular
Circular
Linear
Organoides Ribossomos Apenas Apenas citoplase todos os ribossomos ribossomos outros tipos máticos
Estrutura de uma célula procariota típica.
A célula procariótica de bactéria autótrofa (cianobactéria) As cianobactérias são produtoras de seu próprio alimento por meio do fenômeno da fotossíntese, segundo seg undo a equação: 6H2O + 6CO2
286
BIOLOGIA
Luz
C6H12O6 + 6O2
Citoesqueleto
Ausente
Clorofila
Presente (alguns grupos)
Ausente
Presente
Ausente
Presente em vegetais e algas
Saiba mais a respeitos das arqueobactérias O termo arqueobactéria origina-se do grego, signifisignifi cando “antigo”, “velho” ou “arcaico”. Elas têm capacicapaci dade de viver em ambientes extremos e são divididas em: halófilas extremas, suportando grandes salinidades,
Vivem na água-doce, no mar e em ambientes terrestres úmidos. São importantes na ecologia porque participam dos ciclos do carbono e do nitrogênio (fixadoras do N2 na atmosfera). Suas células apresentam: parede celular celular,, membrana plasmática, citosol com ribossomos e nucleoide. Dentro do citosol, encontram-se membranas empilhadas, formando os tilacoides. Estes contêm vários tipos de pigmentos, tais como: clorofila A, ficocianina (pigmento azul) e ficoeritrina (pigmento vermelho), além dos carotenoides (amarelos e alaranjados). As cianobactérias do passado deram origem aos cloroplastos das células eucarióticas (vegetais e algas).
A célula procariótica de bactéria heterotrófica As bactérias heterótrofas são aquelas incapazes de produzirem seu próprio alimento, vivendo às expensas de matéria orgânica pré-fabricada. Quando se nutrem de matéria orgânica morta, são conhecidas por decomposi toras ou sapróvoras e, se utilizam matéria viva, são parasitas. A célula é minúscula, medindo entre 0,5 µm e 5 µm, e extremamente simples, uma vez que apresentam a parede celular que envolve e protege a membrana plasmática e o citosol (citoplasma). Este possui apenas um tipo de organoide, o ribossomo, no qual ocorre a síntese de proteínas. Apresenta um único cromossomo constituído por uma molécula gigante de DNA unida pelas extremidades extremi dades (DNA circular), ocupando a região da célula conhecida conhe cida por nucleoide. A célula bacteriana não possui núcleo verdadeiro, uma vez que não apresenta a membrana que envolve o material genético (envoltório nuclear ou carioteca).
Estrutura da célula procariota de cianobactéria.
Analise as características dos três domínios na tabela a seguir: CaracteBacteria Archaea Eukarya rística Tamanho 0,1-5 µm 0,1-5 µm 1 0 -1 0 0 µ m celular Cé l u l a
Procariótica Procariótica
Eucariótica
Envoltório nuclear (carioteca)
Ausente
Ausente
Presente
DNA
Circular
Circular
Linear
Organoides Ribossomos Apenas Apenas citoplase todos os ribossomos ribossomos outros tipos máticos
Estrutura de uma célula procariota típica.
A célula procariótica de bactéria autótrofa (cianobactéria) As cianobactérias são produtoras de seu próprio alimento por meio do fenômeno da fotossíntese, segundo seg undo a equação: 6H2O + 6CO2
286
BIOLOGIA
Luz
C6H12O6 + 6O2
Citoesqueleto
Ausente
Clorofila
Presente (alguns grupos)
Ausente
Presente
Ausente
Presente em vegetais e algas
Saiba mais a respeitos das arqueobactérias O termo arqueobactéria origina-se do grego, signifisignifi cando “antigo”, “velho” ou “arcaico”. Elas têm capacicapaci dade de viver em ambientes extremos e são divididas em: halófilas extremas, suportando grandes salinidades,
como no Mar Morto, no Great Salt Lake e nas Salinas; termófilas extremas, vivendo em temperaturas superiores a 100°C; e metanogênicas, sobrevivendo em ambientes anaeróbios, como pântanos, e no intestino dos ruminantes (gado bovino), gerando o gás metano. Algumas crescem em ambientes ácidos com pH igual a zero. Atualmente são encontradas em ambientes menos hostis, no solo, nos oceanos oce anos e como os principais compo co mpo-
Um aluno, após ter estudado a organização celular de uma célula procariota e de outra, eucariota, construiu uma tabela, abaixo esquematizada, na qual o sinal ⊕ representa a presença, e o , a ausência de uma estrutura. O aluno cometeu um erro na alternativa: Célula Procar Pro cariot iotaa Euc Eucario ariota ta Membrana celular + + Núcleo – + Ribossomos + + Mitocôndrias + + Cromatina + + Estrutura
a) b) c) d) e)
Observação: Os vírus não estão incluídos na classificação porque são acelulares, isto é, desprovidos de células.
Resolução: O erro foi cometido quando afirmou a presença de mitocôndrias nos dois tipos celulares. Como se sabe, a célula procariótica não possui mitomitocôndrias. côn drias. Resposta: D
b) I – vírus vírus,, II – bacté bactérias rias e fung fungos, os, III – vege vege-tais e animais. c) I – víru víruss e bact bactéri érias, as, II – alga algass e fun fungos, gos, IIII – ve II vege getais tais e animais. d) I – víru vírus, s, II – algas e fung fungos, os, III – vege vegetais tais e animais. e) I – vír vírus, us, II – bac bactér térias ias,, III III – fu fungo ngos. s.
Considere os grupamentos abaixo.
Resolução: Os vírus são acelulares. Em sua estrutura, entram um capsídeo constituído por proteínas no inte rior do qual existe uma molécula de DNA ou RNA. As bactérias possuem a célula procariota. Os fungos, protistas, vegetais e animais têm a célula eucariota. Resposta: E
I. Seres acelulares. II. Celulares sem membrana nuclear nuclear.. III. Celulares com com membrana membrana nuclear. nuclear.
Pertencem a eles a) I – vírus e bacté bactérias, rias, II – fung fungos, os, III – algas algas,, vegetais e animais.
A célula procariótica é caracterizada por apresentar material genético disperso pelo citoplasma, o que não ocorre nas células eucarióticas. Célula procariótica
nentes do picoplâncton (organismos do plâncton com dimensões menores que 1 µm). Diferem das bactérias normais, especialmente pela natureza química da parede celular.
Célula eucariótica animal
Célula eucariótica vegetal
Membrana I Apresenta Apresenta plasmática Parede celular Apresenta Não apresenta II Mitocôndrias III IV Apresentam Centríolos Não apresentam Apresentam V Ribossomos Apresentam VI Apresentam De acordo com a tabela, os números I, II, III, IV, V e VI correspondem, respectivamente, a a) Não apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, ApreApresenta, Apresenta. b) Não apresenta, apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Não Não apreapresenta, Apresenta. c) Apresenta, Apresenta, Não apresenta, apresenta, Apresenta, Apresenta, Não apre apre-senta, Apresenta. d) Apresenta, Apresenta, Apresenta, Não apresenta, Apresenta, Apresenta, ApreApresenta, Apresenta. e) Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta, Apresenta.
RESOLUÇÃO: Resposta: C
(UNIFESP) – Devido ao fato de serem muito simples em
termos de organização, podemos afirmar que os vírus provavelmente tiveram sua origem antes do surgimento das primeiras células procarióticas. a) A afirmação apresentada apresentada pode ou não ser considerada considerada válida? b) Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: a) Não. b) Os vírus são parasitas obrigatórios de células vivas, até mesmo das bactérias.
BIOLOGIA
287
O desenho a seguir esquematiza a estrutura de uma célula bacteriana. bacte riana. Identifique as estrutu turas ras assinaladas de 1 a 5.
Um astrobiólogo, estudando a vida em outros planetas,
reporta ter encontrado organismos procarióticos na superfície escaldante de Mercúrio que se parecem com espécies encontradas na Terra. Os organismos alienígenas encontrados apresentam caractecaracte rísticas semelhantes a) às bacté bactérias. rias. b) aos proti protistas. stas. c) às cian cianobact obactérias érias.. d) às arque arqueabact abactérias érias.. e) aos dinoflagelados. RESOLUÇÃO: Resposta: D
RESOLUÇÃO: 1. Parede celular celular.. 2. Membran Membranaa plasmática. 3. Citos Citosol ol (citoplas (citoplasma). ma). 4. Nucleo Nucleoide. ide. 5. Ribos Ribossomo. somo. 6. Plasmídeo
organismoo unicelul unicelular ar tem uma (MODELO ENEM) – Um organism
Relacione os exemplos da primeira coluna com o grau de
organização estrutural muito simples, não apresentando mitocôndrias, retículos endoplasmáticos, complexo golgiense e membrana nuclear. Tem enzimas do processo respiratório aderidas à membrana plasmática. Tudo isso faz com que ele seja classificado como a) proca procarioto rioto.. b) proto protozoári zoário. o. c) vírus vírus.. d) eucar eucarioto. ioto. e) proti protista. sta.
Bactéria Bactér ia Protozoári Proto zoárioo Cianobact Cian obactéria éria Leve Le vedu dura ra Helminto Helm into (verm (verme) e) Víru Ví russ
RESOLUÇÃO: O organismo descrito é uma bactéria, um organismo que, devido à ausência de membrana nuclear, é classificado como procariótico ou procarioto. Resposta: A
complexidade de sua estrutura celular definido na segunda coluna. ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) )
1. Não cel celula ularr 2. Proca Procariont riontee 3. Euca Eucariont riontee
Assinale a opção com a sequência correta, de cima para baixo. a) 2, 2, 2, 3, 3, 1. b) 2, 3, 2, 3, 3, 1. c) 3, 2, 1, 1, 2, 2. d) 1, 2, 3, 3, 3, 2. e) 1, 3, 3, 2, 3, 3, 3, 1. RESOLUÇÃO: Resposta: B
A bactéria causadora da tuberculose é o
Mycobacterium tuberculosis , que, como todo ser procariótico procariótico,, apresenta as seguintes características: a) Parede celular, membrana plasmática plasmática,, nucleoid nucleoidee e ribossomos. b) Apenas membrana membrana plasmática, plasmática, nucléolo e uma molécula molécula de DNA. c) Cápsula externa, membrana nuclear e uma rede citoplasmática de retículo endoplasmático. d) Apenas parede celular de celulose, citoplasma e nucleoplasma. e) Capsídeo, retículo endoplasmático endoplasmático e vacúolo digestivo. digestivo. RESOLUÇÃO: Resposta: A
288
BIOLOGIA
“Os organismos são designados cientificamente por um
nome que consiste em duas palavras palavras – um binômio. A primeira primeira palavra do binômio é o nome do gênero, e a segunda palavra, o epíteto específico, combinada com o nome do gênero, completa o nome da espécie. As espécies são algumas vezes subdivididas em subespécies e variedades. Os gêneros são agrupados em famílias, famílias em ordens, ordens em classes, classes em filos e filos em reinos, r einos, sendo o reino a maior unidade usada na classificação do mundo vivo.” Quais são os reinos que agrupam os seres vivos atualmente? a) Monera, Protista, Protista, Fungi, Fungi, Plantae Plantae e Humanae. b) Protista, Eubacteria, Eubacteria, Fungi, Fungi, Vegetae Vegetae e Animalia. Animalia. c) Monera, Eubacteria, Eubacteria, Protista, Fungi, Algae Algae e Humanae. Humanae. d) Eubacteria, Archaeabacteria, Archaeabacteria, Fungi, Protista, Plantae e Animalia. e) Eubacteria, Archaeabacteria, Archaeabacteria, Protista, Protista, Algae, Fungi, Plantae Plantae e Animalia. RESOLUÇÃO: Resposta: D
2
Evolução da célula eucariota vegetal
• Endossimbiose • Mitocôndria • Cloroplasto
A célula vegetal originou-se a partir de uma célula procariótica heterótrofa. Essa célula possui uma parede celular protetora e bastante rígida. É possível que o primeiro passo tenha sido a perda da capacidade de produzir a parede celular, para ocorrer a evolução da célula eucariótica. A célula, agora, desprovida dessa parede, adquiriu a capacidade de mudar de forma, crescer e envolver substâncias extracelulares através da invagi nação da membrana plasmática, fenômeno conhecido por endocitose. A invaginação da membrana plasmática desenvolve um conjunto de endomembranas que se diferenciam no retículo endoplasmático, no sistema golgiense e no envoltório nuclear, contornando o material genético (DNA). Desenvolve-se o citoesqueleto constituído por proteínas do tipo tubulina e actina, dando maior sustentação à célula. Os ribossomos, inicialmente livres, aderem-se às membranas do retículo endoplasmático, constituindo o retículo endoplasmático granuloso (rugoso). Células procarióticas primitivas são fagocitadas e evoluem para dar origem às mitocôndrias. Células procarióticas de cianobactérias, por meio da fagocitose, são englobadas, originando os cloroplastos. Material genético dessas bactérias (DNA) são também incorporados ao DNA da célula que está em evolução. Aí está formada, ao longo do tempo, uma célula eucariótica autotrófica. A evolução dessa célula eucariota primitiva continua com o aparecimento da parede celular composta principalmente por celulose característica de vegetais.
Origem da célula eucariota autótrofa. BIOLOGIA
289
Diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas Estrutura
Célula procariótica
Célula eucariótica
Membrana plasmática
Presente
Presente
Citosol
Presente
Presente
Ribossomos
Presente
Presente
Endomembranas
Ausente
Presente
Envoltório nuclear
Ausente
Presente
Mitocôndria
Ausente
Presente
Cloroplasto
Ausente
Presente em vegetais e algas
Cromossomo
1 por célula
2 ou mais por célula
DNA
Circular
Linear
Assinale a alternativa que indique corretamente as células que apresentam mitocôndrias e a função que elas desempenham. a) Procarióticas apenas; síntese de proteínas. b) Eucarióticas apenas; respiração. c) Eucarióticas apenas; síntese de proteínas. d) Procarióticas e eucarióticas; síntese de proteínas. e) Procarióticas e eucarióticas; respiração. Resolução: A célula eucariota difere da procariota pela presença de organoides citoplasmáticos, tais como: mitocôndria; retículo endoplasmático
A edição n.o 76 da revista
BIOLOGIA
A endossimbiose é um fenômeno comum entre os seres vivos. Um dos casos mais curiosos ocorre com os corais, celenterados que se associam a protistas unicelulares, as zooxantelas. Estas são dinoflagelados, com células douradas, que realizam fotossíntese, produzindo alimento necessário ao crescimento dos recifes de corais. Como as zooxantelas realizam fotossíntese, precisam de luz, e por isso os corais vivem em águas tropicais, limpas e a pequenas profundidades. Essa relação de endossimbiose ocorre com as células animais e vegetais. Os animais e vegetais apresentam mitocôndrias que são bactérias fagocitadas no passado remoto e que vivem em simbiose com aquelas células, realizando a respiração celular. Essa mesma relação simbiótica observa-se entre as células vegetais e as cianobactérias que foram fagocitadas e se transformaram em cloroplastos. As provas que confirmam a teoria endossimbiótica da origem dos cloroplastos e mitocôndrias são: • Presença do DNA circular, típico de bactérias; • Presença de ribossomos para a síntese de suas proteínas; • Capacidade de autoduplicação.
granuloso e não granuloso; sistema golgiense; lisossomos; citoesqueleto; e centríolos, entre outros. Resposta: B
Sobre as diferenças entre a célula procariota
e a célula eucariota, assinale a afirmativa incorreta: a) O material genético da célula procariota é o RNA; e o da célula eucariota, o DNA. b) A célula procariota possui o material genético disperso no citoplasma; e a eucariota, contido pela carioteca.
Scientific American Brasil , de 2008, noticiou que pesquisadores da Harvard Medical School, nos Estados Unidos, conseguiram construir um modelo da célula primitiva que surgiu há, aproximadamente, 3,5 bilhões de anos e que deu início à jornada da vida na Terra. A partir dessa célula primitiva, surgiram os dois tipos fundamentais de células: um, presente em bactérias e cianobactérias; e o outro, presente em todos os demais seres vivos conhecidos atualmente, exceto vírus. Esse feito científico é de extrema importância, pois pode fornecer informações mais precisas de como esse processo de diversificação aconteceu.
290
Teoria da Endossimbiose
c) As duas células possuem membrana plasmática. d) A célula procariota possui nível de organização simples; e a eucariota, nível de organização complexo. e) As células procariotas possuem somente os ribossomos como organoides, enquanto as eucariotas possuem vários outros. Resolução: As células procariota e eucariota possuem o DNA como material genético. Os únicos seres em que o material genético pode ser o RNA ou o DNA são os vírus. Resposta: A
a) Quais são os dois tipos celulares a que o texto faz referência, e qual é a diferença mais marcante entre eles, visível com o auxílio do microscópio óptico? b) Em um organismo pluricelular, podemos observar células com um mesmo código genético desempenhando funções muito diferentes, por exemplo, um neurônio e uma célula muscular. Como isso é possível? RESOLUÇÃO: a) O texto faz referência às células procariota e eucariota. A célula procariota não apresenta núcleo organizado, e seu material genético está no citoplasma. A célula eucariota apresenta núcleo
organizado e nucléolo e contém em seu interior o material genético. b) A expressividade diferente do material genético é a responsável pela diversidade celular.
(UNIRIO) – Uma das hipóteses mais amplamente aceitas na
Biologia considera que mitocôndrias e cloroplastos se originaram de uma relação mutualística entre procariotas e eucariotas primitivos. Qual das seguintes observações constituiria evidência correta para apoiar essa hipótese? a) As mitocôndrias são responsáveis pela respiração; e os cloroplastos, pela fotossíntese. b) Mitocôndrias e cloroplastos apresentam ribossomos, que são responsáveis pela síntese proteica. c) Cloroplastos e mitocôndrias são organelas membranosas presentes no citoplasma da célula. d) Essas organelas apresentam enzimas responsáveis por reações de oxidação e redução de moléculas. e) Tanto mitocôndrias quanto cloroplastos apresentam DNA circular, distinto do DNA do núcleo. RESOLUÇÃO: Resposta: E
(CEFET) – Analise a imagem a seguir.
Explique o papel da endossimbiose na origem das células eucariotas.
RESOLUÇÃO: Segundo a Teoria da Endossimbiose, dois organoides citoplasmá ticos das células eucariota, as mitocôndrias e os cloroplastos originaram-se a partir de bactérias primitivas que foram fagocitadas por outras células e passaram a viver em simbiose.
(Disponível em: www.cientic.com/tema_classif_img3.html. Acesso em: 21 ago. 2011.)
Esse esquema representa as etapas da hipótese ____________, a qual versa que tanto as mitocôndrias quanto os plastos originaram-se de _____________ que, no passado remoto, associaram-se às primitivas células eucarióticas. Os termos que completam, corretamente, as lacunas acima são a) autogênica; vírus. b) abiogênica; fungos. c) heterotrófica; algas. d) autotrófica; protozoários. e) simbiogênica; bactérias. RESOLUÇÃO: Resposta: E
BIOLOGIA
291
Observe a árvore filogenética estilizada a seguir.
As bactérias são organismos unicelulares procarióticos,
agrupados no Reino Monera e subdivididos em dois grupos distintos e pouco relacionados evolutivamente: arqueobactérias e eubactérias. Sobre as bactérias, é incorreto afirmar: a) As bactérias halófitas são arqueobactérias que vivem em ambientes aquáticos salgados. b) As arqueobactérias termoacidófilas habitam fontes de águas quentes e ácidas. c) As bactérias são envolvidas por uma parede celular rígida, constituída de peptidioglicanos. d) As eubactérias formam um grupo bastante diversificado que habita os mais diversos ambientes, inclusive o corpo humano. e) As bactérias fotossintetizantes e quimiossintetizantes são bactérias heterotróficas, ou seja, que têm a capacidade de fabricar suas próprias substâncias orgânicas, usando substâncias inorgânicas e energia obtidas do ambiente. RESOLUÇÃO: Resposta: E
(César & Sezar. Biologia. 2002)
Os grupo denominado Eukarya difere do grupo Prokarya porque o primeiro compreende somente representantes a) pluricelulares. b) de vida livre. c) parasitas. d) heterótrofos. e) que apresentam núcleo celular. RESOLUÇÃO: Resposta: E
De acordo com a teoria celular, todo ser vivo é formado por
células. Com o surgimento do microscópio, foi possível observar que existem células mais simples, as procarióticas, e outras que são mais complexas, as eucarióticas. O exame das células mais simples mostra a presença de três estruturas, identificadas como a) membrana citoplasmática, ribossomo e centríolos. b) membrana citoplasmática, DNA circular e ribossomo. c) parede celular, DNA circular e centríolos. d) parede celular, cloroplastos e mitocôndrias. RESOLUÇÃO: Resposta: B
292
BIOLOGIA
3
Célula vegetal: parede celular
As células dos tecidos vegetais são constituídas por paredes resistentes, no interior das quais encontramos uma cavidade preenchida pela matéria viva da célula, o protoplasma. Assim, pode-se dizer que as células vegetais apresentam dois componentes: – Parede celular ou celulósica; – Protoplasma formado por membrana plasmática, citosol, organoides citoplasmáticos e núcleo.
1. Parede celular ou celulósica
• Celulose • Lignina • Cutina • Suberina • Plasmodesmos
Lignina – substância muito resistente que entra nas paredes celulares de dois importantes tecidos vegetais: xilema (lenho), que forma a madeira; e o esclerênquima, encontrado na casca de sementes e caroços de frutos. A natureza química da lignina não está totalmente esclarecida, mas pode-se dizer que é um polímero fenólico (fenilpropanoides).
2. Lamela média Membrana formada durante a telófase da divisão celular, utilizada como um “cimento”, unindo as células entre si. Quimicamente, é constituída por pectatos de cálcio e magnésio. É bastante elástica e completamente permeável.
3. Membrana primária
Célula vegetal.
É exclusiva das células vegetais, envolvendo o protoplasma e fornecendo-lhe proteção e sustentação. É perfeitamente visível ao microscópio óptico. Apresenta várias características importantes, entre elas: • Resistência à tensão e à decomposição. Raros são os seres vivos que produzem enzimas capazes de digeri-la. Entre eles, citam-se bactérias, fungos e alguns protozoários; • Permeabilidade; • Elasticidade; • Existência de substâncias inertes (mortas) em sua forma. Na composição química, encontram-se principalmente os polissacarídeos. Estes compostos orgânicos são formados pela condensação de muitas moléculas de monossacarídeos, com fórmula mínima (C 6H10O5)n. O mais importante deles é a celulose, mas também ocorrem hemiceluloses e as pectinas. Esses polissacarídeos são produzidos no complexo golgiense (dictiossomos). Substâncias graxas, como cutina e suberina, aparecem, respectivamente, na epiderme e na cortiça (súber). Essas substâncias são impermeáveis à água e consti tuídas por ácidos graxos ligados entre si. A diferença entre a cutina e a suberina reside no tipo de ácido graxo que as constituem.
É a primeira membrana que as células depositam sobre a lamela média. Encontra-se em células jovens (meristemáticas) e em células adultas de tecidos, como o parênquima, o colênquima e os vasos liberianos. Essa membrana também é elástica, delgada e formada, principalmente, por celulose e substâncias pécticas. A observação da membrana primária permite evidenciar a presença de poros, correspondentes em células vizinhas, por onde os citoplasmas dessas células apre sentam continuidade. Esses poros são atravessados por pontes citoplasmáticas, chamadas plasmodesmos. Os plasmodesmos estão relacionados com a circulação rápida de substâncias entre as células. Através dessas pontes citoplasmáticas, passam íons, gases dis solvidos, água, substâncias orgânicas etc.
Corte de uma célula vegetal, com parede celular primária.
4. Membrana secundária Em células de determinados tecidos, como o tecido lenhoso e o esclerênquima, podem ocorrer novas deposições de matérias, que constituem a membrana secundária. Essa membrana é espessa e pouco elástica e apresenta-se formada por celulose, hemicelulose, substâncias pécticas, lignina etc. BIOLOGIA
293
A membrana secundária não se deposita de maneira contínua e uniforme. Às vezes, surgem regiões nas quais ela não se deposita, formando as pontuações. A falta de deposição coincide exatamente com as regiões on de a membrana primária era atravessada pelos canalículos (poros), os quais, como já sabemos, são percorridos pelos plasmo desmos. Deve-se notar que as pontuações são corres pondentes, em células adjacentes, formando pares de pontuação.
pelo protoplasma, mas, em células mortas, o lúmen não apresenta mais o protoplasma.
5. Lúmen celular É a cavidade interna da célula, delimitada pela parede celular. Nas células vivas, este espaço interno é ocupado
(MODELO ENEM) – As células vegetais
apresentam em seu entorno uma parede resis tente, permeável e com certa elasticidade conhecida por parede celulósica. Ao contrário da membrana celular, que é lipoproteica, essa parede é constituída por polissacarídeos com fórmula mínima (C 5H10O5)n, revestindo a porção viva (protoplasma), o que confere proteção e sustentação à célula. Atravessando poros existentes nessa parede, encontram-se filamentos citoplasmáticos denominados plasmodesmos, conferindo comunicação plasmática intercelular e permitindo a troca de substâncias entre as células. Do texto pode-se concluir que a) as células animais de um modo geral comunicam-se entre si através de pontes citoplasmáticas, os plasmodesmos. b) a parede celular é inerte e reveste o protoplasma, matéria viva da célula.
c) os polissacarídeos são os componentes fundamentais da membrana celular. d) a parede celulósica apresenta constituição lipoproteica, fornecendo à célula revestimento e proteção. e) a parede celular e a membrana plasmática encontram-se em qualquer tipo de célula, seja ela vegetal ou animal. Resolução: A parede celulósica é um revestimento en contrado apenas em células de vegetais. Ela é resistente, permeável e inerte, conferindo proteção e sustentação. Resposta: B
(MODELO
ENEM) – Em uma aula de ciências, uma criança da quarta série aprendeu que a fotossíntese ocorria com os vegetais; e a respiração, com os animais. Ao chegar em casa, ela disse para sua mamãe: “Mãe, as plantas
Os animais e vegetais são constituídos por células que
apresentam algumas estruturas que permitem diferenciá-las. Observe as células das figuras I e II.
a) Identifique qual figura representa uma célula animal e qual figura representa uma célula vegetal, citando duas estruturas que possibilitem a identificação das células. b) Dê a função de cada uma das estruturas citadas. RESOLUÇÃO: a) A célula animal é a II; e a vegetal, a I.
294
BIOLOGIA
Corte de uma célula vegetal, com parede celular primária e secundária.
realizam a fotossíntese, e os animais respiram! É assim que eles vivem, cada um de seu jeito”. Qual erro a criança estava cometendo em seu raciocínio? a) Plantas e animais fazem fotossíntese. b) Plantas fazem fotossíntese de dia, mas somente à noite respiram. c) Plantas fazem fotossíntese e respiram de dia e de noite. d) Plantas fazem fotossíntese de dia e, como os animais, res piram ininterruptamente. e) Plantas respiram CO2 e eliminam O2. Resolução: A fotossíntese, síntese de matéria orgânica a partir de inorgânicas e da luz, ocorre somente nos vegetais. A respiração é um fenômeno que ocorre em vegetais e animais sem interrupção, dia e noite. Resposta: D
Estruturas da célula animal – II: membrana plasmática sem parede celulósica e centríolo. Estruturas da célula vegetal – I: parede celulósica (envoltório externo da membrana plasmática), cloroplasto e vacúolo. b) Parede celulósica: sustentação (e proteção). Centríolo: formação de cílios e flagelos etc. Cloroplasto: realização de fotossíntese. Vacúolo: controle osmótico e acúmulo e reserva de nutrientes.
(UNICAMP) – Considere as características das células A, B
e C indicadas na tabela abaixo, relacionadas à presença (+) ou ausência (–) de alguns componentes, e responda: a) Quais das células A, B e C são eucarióticas e quais são procarióticas? b) Qual célula (A, B ou C) é característica de cada um dos seguintes reinos: Monera, Animal e Vegetal? COMPONENTES CELULARES ComCé- Parede EnvolNuRibosplexo MitoClorotório cléolo somos gol- côndrias lula celular nuclear plastos giense A – + + + + + – B + + + + + + + C + – – + – – –
Utilizando seus conhecimentos sobre células vegetais, dê os conceitos de a) lúmen celular. c) plasmodesmos.
b) protoplasma. d) lamela média.
RESOLUÇÃO: a) Lúmen celular: espaço interno da célula delimitado pela parede celulósica. O lúmen é preenchido pelo protoplasma. b) Protoplasma: matéria viva da célula (membrana plasmática, citoplasma e núcleo). c) Plasmodesmos: pontes citoplasmáticas que atravessam poros da parede celulósica. d) Lamela média: membrana cimentante que une duas células entre si, constituída de pectatos de cálcio e magnésio.
RESOLUÇÃO: a) • Células eucarióticas: A e B. • Célula procariótica: C. b) A – célula eucariótica animal. B – célula eucariótica vegetal. C – célula procariótica de bactéria.
(MODELO ENEM) – Comparando-se uma célula animal,
uma célula vegetal e uma célula bacteriana quanto à existência de certas estruturas, foi montada a tabela a seguir:
Quais são os componentes celulares encontrados apenas
Estruturas
RESOLUÇÃO: – Parede celulósica ou celular. – Plastos ou plastídios, sendo os cloroplastos os mais importantes.
Carioteca Retículo endoplasmático Ribossomos Cloroplastos
em células de vegetais?
Célula animal Presente
Célula vegetal Presente
Célula bacteriana (1)
Presente
(2)
Ausente
Presente (4)
Presente Presente
(3) Ausente
Os espaços indicados por (1), (2), (3) e (4) devem ser, correta e respectivamente, preenchidos por a) ausente, presente, presente e ausente. b) presente, presente, ausente e ausente. c) ausente, ausente, presente e presente. d) presente, ausente, presente e ausente. e) ausente, presente, ausente e ausente. RESOLUÇÃO: Resposta: A
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “Localizar”, digite BIO2M101 BIOLOGIA
295
Célula vegetal: plastos e vacúolos
4
1. Estrutura da célula vegetal Na célula vegetal, o protoplasma é revestido pela membrana plasmática, lipoproteica e permeável seletiva. Na parte interna a ela, encontra-se o citoplasma fun damental, hialoplasma ou citosol, espécie de coloide em que estão mergulhados os organoides e o núcleo. As principais estruturas encontradas no citosol são:
Plastos ou plastídios São organelas exclusivas de células vegetais, capazes de realizar várias funções. As mais importantes são os cloroplastos, dotados de clorofila e relacionados com a importante função de fotossíntese. Mitocôndrias Corpúsculos que realizam a respiração, processo que libera energia dentro da célula. Retículo endoplasmático Representa um conjunto de canalículos delimitados por membranas que permitem uma rápida circulação de nutrientes no interior da célula. O retículo pode ser liso (agranular) ou rugoso (granular). Dictiossomos Representam o complexo golgiense difuso de uma célula vegetal e têm função de secretar várias substâncias, entre elas, as que formam a parede celular. Ribossomos Corpúsculos relacionados com a síntese de proteínas.
• Proplastos • Cloroplastos • Cromoplastos • Leucoplastos
A célula vegetal contém em seu interior vários tipos de substâncias de reserva e também de substâncias de excreção, genericamente denominadas substâncias ergásticas, dentre as quais podemos citar: amido, lípides, proteínas, taninos, cristais de oxalato de cálcio, car bonato de cálcio etc. Além dos elementos constituintes da célula vegetal acima citados, podemos ainda encontrar:
Citossomos São corpúsculos submicroscópicos dotados de uma simples membrana e de uma matriz granular ou fibrilar e contêm enzimas variadas em seu interior. Microtúbulos São túbulos constituídos por proteínas, componentes das fibras do fuso da divisão celular e do fragmo plasto. Estão relacionados com a formação da parede celular. A destruição desses microtúbulos acarreta anor malidades na formação e no desenvolvimento da parede celular. As células vegetais são normalmente uninucleadas, mas existem estruturas polinucleadas (ceno cíticas). O núcleo está separado do citoplasma por envoltório nuclear ou carioteca. Internamente à membrana, encontra-se a matriz conhecida por suco nuclear, carioplasma ou nucleoplasma, dentro da qual encontramos os cromossomos e o nucléolo. Os cromossomos são filamentos que contêm o material genético (DNA). O nucléolo é um corpúsculo rico em RNA. A célula vegetal pode ser diferenciada da célula animal porque possui parede celular ou membrana celulósica e plastos ou plastídios.
Centríolo Não ocorre nas células de vegetais evoluídos, como as angiospermas e a maioria das gimnospermas. Existe em vegetais inferiores: briófitas, pteridófitas e algumas gimnospermas. O centríolo é um organoide associado à divisão celular e à coordenação dos batimentos de cílios e flagelos. Vacúolos São grandes cavidades encontradas no interior das células vegetais e separadas do citoplasma por uma membrana lipoproteica denominada tonoplasto. O interior do vacúolo é preenchido pelo suco vacuolar ou suco celular (solução de várias substâncias).
296
BIOLOGIA
Estrutura de uma célula vegetal ideal vista ao microscópio eletrônico.
2. Plastos ou plastídios Organoides citoplasmáticos encontrados exclusiva mente em células vegetais. São classificados em: proplastos, cromoplastos (cloroplastos, xantoplastos e eritroplastos) e leucoplastos. Originam-se sempre a partir de outros plastos preexistentes.
Proplastos As células meristemáticas geralmente apresentam, no interior do citoplasma, plastos pequenos e incolores chamados proplastos. Estes plastos são indiferenciados e, à medida que ocorre a diferenciação celular, os proplastos também sofrem diferenciação. Desta maneira, os proplastos podem originar os cromoplastos e os leucoplastos. Os cromoplastos podem ser cloroplastos, xantoplastos e eritroplastos.
Forma, tamanho e número dos cloroplastos Em geral, os cloroplastos aparecem com a forma de discos lenticulares (forma de lentilha). O diâmetro varia de 3 a 10µm; e a espessura, de 1 a 2µm. As células apresentam um número bastante variado de plastos, ocor rendo de uma a dezena delas. Em média, ocorrem 50 plastos por célula. ESTRUTURA: ao microscópio eletrônico, o cloroplasto mostra um revestimento externo formado por uma dupla membrana de constituição lipoproteica. Essas membranas são chamadas plastidiais externa e interna. O interior do cloroplasto é preenchido por uma matriz ou um estroma e formado predominantemente por proteínas. Neste estroma, existem ácidos nucleicos (DNA e RNA), além de também ter sido observada a presença de polissomos (ribossomos).
Células vegetais típicas. A: célula clorofilada. B: célula aclorofilada.
Cloroplastos São os mais importantes de todos os plastos, uma vez que realizam a fotossíntese. Estes plastos são verdes por causa da presença de clorofilas. A função dos cloroplastos Na fotossíntese, os cloroplastos são capazes de transformar substâncias inorgânicas simples, como a água (H2O) e o dióxido de carbono (CO2), em substâncias orgânicas (açúcares), como a glicose (C 6H12O6), libertando oxigênio (O2).
Água + Dióxido de carbono
Energia luminosa Clorofila
{
A B
{ Carotenos DNA Carotenoides { Ácido nucleico Xantofilas { RNA Clorofilas
Glicose + Oxigênio
A reação que expressa a fotossíntese é:
12H 2 O + 6CO 2
No interior dessa matriz, também se encontram estruturas discoidais, chamadas tilacoides. Estes estão empilhados e formam o granum (plural: grana ). O interior do tilacoide é ocupado por clorofilas, carotenos e xantofilas. No espaço entre os grana , observam-se lamelas lipoproteicas. COMPOSIÇÃO QUÍMICA: o cloroplasto é composto essencialmente por:
Luz C H O + 6H 2 O+ 6O 2 Clorofila 6 12 6
Clorofila A: ocorre em todos os seres clorofilados (algas, plantas); de cor verde-azulada e fórmula C55H72O5N4Mg. Clorofila B: ocorre junto com a clorofila A nas algas verdes, briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas; de cor verde-amarelada e fórmula C55H70O6N4Mg. Uma das propriedades mais interessantes da clorofila é sua solubilidade em solventes orgânicos (álcool, éter, acetona etc.). BIOLOGIA
297
As clorofilas exercem papel importante na fotossíntese, pois são responsáveis pela absorção de certa quantidade de energia luminosa. Carotenoides são pigmentos solúveis em solventes orgânicos de coloração amarelada, alaranjada ou avermelhada. Entre os carotenoides, temos dois grupos: carotenos e xantofilas.
Carotenos: são pigmentos alaranjados ou avermelhados de fórmula C40H56. De todos os carotenos, o mais importante é o β-caroteno, precursor da vitamina A. A cenoura (Daucus carota ) é rica em caroteno. Em quase todos os vegetais, o β-caroteno aparece nos grana , junto com a clorofila. Ocorre, também, nos cromoplastos ou em gotículas, no interior da célula. As funções apresentadas pelos carotenos podem ser várias: – absorção de luz, sendo um pigmento auxiliar da clorofila; – reserva, como acontece na cenoura; – coloração de flores, frutos etc. Xantofilas: são pigmentos geralmente amarelados, de fórmula C40H56O2. A mais frequente é a luteína, mas outras ocorrem, como a zeaxantina do milho etc. Em quase todos os vegetais, aparecem nos grana , junto com a clorofila. Ocorrem também nos cromoplastos. As xantofilas exercem as funções de: – absorção de luz, sendo um pigmento auxiliar da clorofila; – coloração de flores, frutos, folhas etc.
Cromoplastos São plastos de cor diferente do verde, geralmente providos de pigmentos carotenoides. São frequentes em flores, frutos maduros etc. Leucoplastos São plastos incolores, cuja função importante é armazenar substâncias de reserva, das quais a mais impor tante é o amido. Daí os nomes amiloplastos ou grãos de amido, que eles também recebem. Os amiloplastos são frequentes em órgãos subterrâneos (raízes e caules). São também frequentes em sementes e frutos. É sabido, também, que muitas vezes os amilo plastos expostos à luz ficam estimulados para a produção de clorofilas e se transformam em cloroplastos. Tal fenômeno pode ser observado na batata.
298
BIOLOGIA
Tipos de amiloplastos (leucoplastos).
3. Vacúolos São estruturas frequentes nas células vegetais adultas, em número de um ou mais e, geralmente, ocupam posição central, deslocando o citoplasma e o núcleo para a parte periférica da célula. Os vacúolos estão delimitados externamente por uma membrana lipoproteica chamada tonoplasto. No interior, encontramos uma solução ( suco vacuolar ou suco celular). O suco vacuolar é uma solução de várias substâncias em água. Encontramos nele glicose, sacarose, maltose, proteínas, ácidos graxos, óleos, essências, alcaloides, resinas, látex, sais, oxalato e carbonato de cálcio e pigmentos como as antocianinas, que dão coloração vermelha, azul ou roxa a muitas folhas, flores, caules e até raízes, como a beterraba.
ORIGEM: nas células jovens (meristemáticas), os vacúolos são pequenos e numerosos (retículo endoplasmático). À medida que a célula vai crescendo, os vacúolos vão se fundindo até constituírem os grandes vacúolos de posição central na célula adulta.
Formação dos vacúolos. A – Células meristemáticas. B e C – Células em diferenciação. D – Células adultas.
(MODELO ENEM) – Analise o texto a seguir: “As células animais são revestidas externamente pela membrana plasmática e contêm em seu interior o citoplasma com retículo endo plasmático, mitocôndrias, centríolos, complexo golgiense e lisossomos. As células vegetais possuem todos os componentes citados, exceto o centríolo, mas são revestidas pela parede celular, e o citoplasma contém os plastídios, sendo os cloroplastos os mais importantes.” Diante disso, assinale a alternativa correta. As principais diferenças entre uma célula vegetal típica e uma célula animal típica são a) presença de membrana plasmática e núcleo na célula animal e ausência destas estruturas na célula vegetal. b) presença de mitocôndrias e plastídios na célula animal e ausência destas estruturas na célula vegetal. c) presença de complexo golgiense e mitocôndrias na célula animal e ausência destas
estruturas na célula vegetal. d) presença de plastídios e parede celulósica na célula vegetal e ausência destas estruturas na célula animal. e) presença de mitocôndrias e parede celulósica na célula vegetal e ausência dessas estruturas na célula animal. Resolução: A célula vegetal apresenta parede celulósica e plastídios que não ocorrem nas células animais. A célula animal apresenta centríolo, inexistente nas células de vegetais superiores (angiospermas). Resposta: D
(MODELO ENEM) – As células vegetais apresentam, no interior do citoplasma, organoides que não ocorrem em células animais, relacionados com a transformação de energia luminosa em energia química. Analise os itens a seguir relativos a esses organoides:
(UNESP) – Nas células vegetais, há funções que se inter-relacionam. Determine a relação existente entre a atividade dos cloroplastos e o processo de respiração celular.
RESOLUÇÃO: Os cloroplastos transformam H2O, CO2 e luz em glicose, liberando O2. A energia contida na glicose será liberada na mitocôndria, utilizando O2 e liberando H2O e CO2.
I.
São providos de clorofilas, carotenos e xantofilas, pigmentos encarregados da absorção de luz. II. Transformam água e dióxido de carbono em açúcares e eliminam oxigênio. III. A equação que expressa o fenômeno que ocorre nesses organoides é: C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 Estão corretos os itens a) apenas I e II. b) apenas I e III. c) apenas II e III. d) apenas III. e) apenas II. Resolução: Os organoides são os cloroplastos, sede da fo tossíntese expressa através da equação: Luz 12H2O + 6CO2 C H O + 6H2O + 6O2 Clorofilas 6 12 6 Resposta: A
Nas células vegetais, são encontrados orgânulos citoplas-
máticos exclusivos, os plastos, que apresentam estrutura e funções específicas. a) Em que diferem, quanto à função, leucoplastos de cromoplastos? b) Dê um exemplo de leucoplasto e um de cromoplasto, citando a principal substância presente em cada um deles. RESOLUÇÃO: a) Leucoplastos: têm acúmulo de reservas e são apigmentados. Cromoplastos: são plastos pigmentados com função de fotossíntese e coloração de flores e frutos. b) Leucoplasto: amiloplasto; amido. Cromoplasto: cloroplasto; clorofila.
(MODELO ENEM) – Com relação às células vegetais em
geral, é(são) correta(s) a(s) seguinte(s) característica(s): a) Ausência de centríolos e presença de plasmodesmos e lamela média. b) Ausência de vacúolos e presença de plasmodesmos e fragmoplasto. c) Presença de cloroplastos, centríolos e fragmoplasto. d) Ausência de centríolos, plasmodesmos e cloroplastos. e) Ausência de plasmodesmos e presença de centríolos e lamela média. RESOLUÇÃO: Resposta: A
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “Localizar”, digite BIO2M102 BIOLOGIA
299
Quais as funções atribuídas aos vacúolos das células vegetais?
RESOLUÇÃO: Reserva de vários tipos de substâncias. Regulação osmótica (controle de entrada e saída de água da célula).
Marque a alternativa correta: a) Apenas o item I é verdadeiro. b) Apenas o item II é verdadeiro. c) Apenas os itens I e III são verdadeiros. d) Apenas os itens II e III são verdadeiros. e) Todos os itens são verdadeiros. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(UEG – MODELO ENEM) – As células eucariotas são
constituídas de estruturas menores chamadas organelas. Cada uma das organelas celulares apresenta forma, tamanho e função(ões) definida(s). A seguir, são enumeradas algumas organelas associadas a suas formas e funções. I. Mitocôndrias – são organelas membranosas responsáveis pela respiração intracelular. Possuem DNA próprio e, por isso, se autoduplicam. II. Centríolos – são organelas não membranosas que auxiliam na formação de cílios e flagelos em células especiais e são constituídas principalmente de carboidratos. III. Ergastoplasma – também conhecido como retículo endoplasmático liso, é responsável pela síntese de lipídios e proteínas na célula. IV. Vacúolo – organela membranosa bastante comum nas células animais e rara nas células vegetais, é responsável pelo controle hídrico da célula.
(VUNESP) – Os cloroplastos apresentam funções antagônicas às das mitocôndrias por a) liberar energia para o trabalho celular. b) fixar o oxigênio gasoso. c) fixar energia em compostos orgânicos. d) oxidar substâncias orgânicas. e) consumir oxigênio. RESOLUÇÃO: Resposta: C
Os tecidos vegetais: meristemas
5
• Dermatogênio • Periblema • Pleroma • Câmbio • Felogênio
1. Definição Entende-se por tecidos os grupos de células igualmente especializadas, de mesma origem embrionária e que realizam funções determinadas no corpo vegetal. Nas plantas, a distinção anatômica de tecidos é muito menos nítida do que nos animais. A especialização é menos nítida, e poucos são os tecidos que apresentam uma estrutura bem característica. Na maioria das vezes, o mesmo tecido exerce várias funções. De modo geral, vamos dividir os tecidos vegetais em dois grupos: – Tecidos meristemáticos ou meristemas; – Tecidos adultos ou permanentes.
2. Tecidos meristemáticos Os meristemas são também chamados tecidos embrionários. Esses tecidos se caracterizam pela grande capacidade de divisão de suas células. As células meristemáticas dividem-se continuamente por mitose, são pequenas e providas de uma parede celular delgada e não deixam espaços intercelulares; o núcleo é grande e ge ralmente ocupa posição central; o citoplasma é bastante homogêneo; e os vacúolos são pequenos ou ausentes. Das divisões e especializações das células meristemáticas, originam-se os tecidos adultos.
300
BIOLOGIA
Quanto à origem, podemos reconhecer dois tipos de meristemas: primários e secundários. Os meristemas primários são aqueles cujas células derivam diretamente do embrião. Já os meristemas se cundários são aqueles que se originam por desdiferenciação de células adultas, isto é, células que, já diferenciadas, readquirem a capacidade meristemática, voltando a se dividir.
3. Tecidos adultos Originam-se a partir dos meristemas primários e secundários e são classificados, de acordo com sua função, em: I. Parênquima: tecido fundamental do corpo vegetal. II. Tecidos de Proteção: • Epiderme. • Súber ou cortiça. III. Tecidos de Sustentação Mecânica: • Colênquima. • Esclerênquima. IV. Tecidos de Condução (vasculares): • Lenho ou xilema. • Líber ou floema. V. Tecidos de Secreção e Excreção.
4. Os meristemas primários Típicos são os meristemas encontrados nos ápices do caule e da raiz, formando os pontos vegetativos.
Estes pontos vegetativos são formados por certo número de células iniciais, as quais, vistas no microscópio, tomam aproximadamente a forma cônica. Por divisão destas células, obtêm-se outros tecidos meristemáticos primários, os quais, por sua vez, vão diferenciar-se nos tecidos adultos primários. Assim, as células componentes do ponto vegetativo radicular dividem-se, formando três zonas meristemáticas primárias que, da periferia para o centro, são chamadas: • Dermatogênio ou protoderme – responsável pela formação da epiderme; • Periblema ou meristema fundamental – responsável pela formação da casca ou do córtex, cujo limite é feito pelo endoderma; • Pleroma ou procâmbio – responsável pela formação do cilindro vascular. Na raiz, existe também o caliptrinogênio, responsável pela formação da coifa ou caliptra, estrutura que não se encontra no caule. O ponto vegetativo caulinar (gema apical) é mais complexo do que o radicular, porque sua atividade envolve a formação dos primórdios foliares e também das gemas laterais. Outra diferença re side no fato de que, no caule, nunca se forma uma estrutura igual ou equivalente à coifa (tecido de proteção).
Meristemas primários do ponto vegetativo da raiz.
Primórdios foliares: correspondem às primeiras folhas formadas a partir do meristema apical do caule.
BIOLOGIA
301
As células iniciais componentes do ponto vegetativo caulinar dividem-se continuamente para formar: • Dermatogênio ou protoderme: responsável pela formação da epiderme. • Pleroma ou procâmbio: responsável pela formação do tecido de condução primário. • Pleriblema ou meristema fundamental: responsável pela formação da casca ou do córtex e da medula. Lateralmente, também são produzidas novas células que vão originar os primórdios foliares, que rapidamente crescem e se transformam nas folhas adultas, e as gemas axilares, cujas células permanecem meristemáticas primárias em repouso. Posteriormente, estas gemas podem desenvolver-se para formar ramos caulinares ou ramos florais.
Em síntese, podemos afirmar: numa planta, todo o desenvolvimento, desde a germinação da semente até o estado adulto, pode ser feito apenas pela atividade dos meristemas apicais e do crescimento e pela diferenciação das células que deles derivam. Dessa maneira, forma-se uma planta inteira, com raiz, caule, folhas, flores, frutos e sementes. Esse crescimento, que observamos graças aos meristemas apicais, é co nhecido por crescimento primário, e, neste tipo de crescimento, a planta prati camente só sofre distensão. O pequeno crescimento em espes sura, que observamos algumas vezes, resulta apenas da hipertrofia das células e nunca da produção de novas células no sentido lateral. Assim, a maioria das monocotiledôneas e algumas dicotiledôneas anuais só mostram crescimento primário.
5. Meristemas secundários
Meristemas primários do ápice do caule (gema apical).
Essas formações laterais do caule são constituídas a partir de células que ocupam posição externa no caule (origem exógena) e são completamente diferentes das ramificações da raiz, que se originam, como veremos posteriormente, a partir de células que ocupam posição interna (origem endógena).
Os meristemas multiplicam suas células para dar origem aos tecidos adultos.
302
BIOLOGIA
Esses sistemas são responsáveis pelo crescimento secundário em espessura que observamos no caule e na raiz das dicotiledôneas, gimnospermas e algumas monocotiledôneas, entre elas, os gêneros Dracaena, Yucca etc. As células produzidas por esses meristemas são enviadas lateralmente, razão pela qual são também chamadas meristemas laterais. Dentre os meristemas secundários, podemos citar: • Felogênio: surge na região da casca do caule e da raiz, produzindo novas células para fora (sentido centrífugo), as quais formarão por diferenciação o tecido suberoso ou cortiça, e para dentro (sentido centrípeto), células que se especializarão em feloderma. • Câmbio: surge na região do cilindro central do caule e da raiz, formando novas células para dentro, que se especializam e constituem o tecido de condução secundário, o xilema secundário, e para fora, células que se diferenciam no floema secundário. Além da produção do tecido de condução, o câmbio também produz no vas células parenquimáticas que formam os chamados raios medulares.
Corte transversal de caule de uma angiosperma com crescimento em espessura por atividade dos meristemas secundários.
(MODELO
ENEM) – O desenho abaixo mostra a região apical de um caule. A, B e C representam, respectivamente, as zonas
a) meristemática, de distensão e de matu ração. b) de distensão, meristemática e de matu ração. c) de maturação, meristemática e de distensão. d) meristemática, de maturação e de distensão. e) de maturação, de distensão e meristemática. Resolução: A região apical do caule é constituída por meristemas responsáveis pela multiplicação celular e pelo consequente crescimento em distensão. Todo crescimento celular envolve três fases: multiplicação, distensão e diferenciação. Resposta: A
Técnicas especiais permitem multiplicar
células meristemáticas da região apical de caules em laboratório. Desta forma, milhares de plântulas podem ser geradas assexuadamente a partir de um único vegetal escolhido. Sobre o exposto, assinale a alternativa correta.
Sobre a morfologia e a anatomia dos vegetais, é correto
afirmar: I. A característica mais evidente na epiderme das folhas clorofiladas é a grande quantidade de cloroplastos presente em suas células. II. A gema apical, presente no ápice do caule e dos ramos, é constituída por células meristemáticas que se multiplicam por mitose. III. O feloderma e o súber originam-se do parênquima cortical. IV. Nos vegetais superiores, o pleroma origina o cilindro central ou estelo. V. Felogênio e câmbio vascular são meristemas secundários responsáveis pelo crescimento em espessura das raízes e dos caules de dicotiledôneas. VI. Tecidos meristemáticos constituem o meristema apical, na ponta do caule, e meristema subapical, na ponta das raízes. RESOLUÇÃO: Itens corretos: II, IV, V e VI.
Analise as frases abaixo:
1 – Os tecidos meristemáticos são responsáveis pelo crescimento dos vegetais e animais. 2 – Os tecidos meristemáticos primários possuem uma grande capacidade de efetuar mitoses, enquanto os tecidos meristemáticos secundários perdem, temporariamente, essa capacidade.
a) Os vegetais gerados deste modo perdem a capacidade de realizar fotossíntese. b) Por serem células meristemáticas, já apresentam alto grau de diferenciação. c) Se a forma de propagação fosse sexuada, os descendentes não poderiam se reproduzir assexuadamente. d) Essas técnicas pouco influem no desenvolvimento de novas práticas agrícolas. e) Todas as plântulas geradas por esse processo são geneticamente iguais. Resolução: O processo descrito é a clonagem, através da qual meristemas de uma “planta matriz” são induzidos a gerar muitas plantas, geneticamente iguais à planta-mãe. Resposta: E
3 – Os tecidos meristemáticos secundários são responsáveis pelo crescimento em espessura dos vegetais e estão localizados principalmente nos ápices dos caules e das raízes. 4 – Os meristemas secundários são o felogênio e o câmbio vascular. Estão corretos a) apenas 1. b) apenas 2. c) apenas 3. d) apenas 4. e) apenas 3 e 4. RESOLUÇÃO: Resposta: D
(MODELO ENEM) – Um estudante de Biologia pretende
fazer um estudo sobre mitose em células vegetais. Para isso, necessita de amostras de tecido nas quais a probabilidade da existência de células em divisão seja a maior possível. Assim sendo, o tipo de tecido a ser corretamente escolhido é a) parênquima. b) epiderme de raízes. c) colênquima de caules jovens. d) meristema. e) floema das extremidades de raízes. RESOLUÇÃO: Resposta: D
BIOLOGIA
303
O tecido vegetal que origina todos os outros, formado por
um conjunto de células poliédricas dotadas de grande poder de reprodução, e que se encontra inicialmente nas extremidades da raiz e do caule chama-se a) meristemático. b) parenquimático. c) paliçádico. d) lacunoso. e) esclerenquimático. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(UFFS) – O caule, além de se constituir na estrutura física
Nos vegetais superiores, o tecido destinado à proteção é
chamado tecido de revestimento das partes verdes, principalmente os caules e as folhas, denominado ___________ _______________, e o tecido morto, que revela apenas vestígios das células que ali existiam nas regiões velhas de caules e raízes, é denominado ____________________. Assinale a alternativa que complete, corretamente, as lacunas. a) câmbio; epiderme. b) epiderme; felogênio. c) súber; córtex. d) esclerênquima; colênquima. e) epiderme; súber. RESOLUÇÃO: Resposta: E
em que se inserem raízes e folhas, também desempenha funções importantes, como promover o intercâmbio de água e de substâncias orgânicas entre esses órgãos.
Sobre esse importante órgão das plantas, é correto dizer: a) O local de inserção do primórdio foliar ao eixo caulinar é denominado entrenó; em sua base, localizam-se as gemas axilares. b) O meristema apical do caule origina os meristemas primários e secundários: epiderme, parênquima e câmbio. c) A gema apical, presente junto ao ápice do caule, permite o crescimento em extensão e é responsável pela formação dos primórdios foliares. Junto aos primórdios foliares, forma-se a gema lateral, que, quando for ativada, dará origem aos ramos laterais ao longo do desenvolvimento da planta. d) Caules, quando jovens, têm células clorofiladas e são revestidos inicialmente pela epiderme, que é rapidamente substituída pela periderme, por esta ser uma estrutura mais resistente à perda de água e ao ataque de predadores. e) Os caules são, em geral, estruturas aéreas, crescendo perpendicularmente ao solo. Entretanto, caules subterrâneos ocorrem em algumas espécies, sendo denominados rizomas. Neste caso, não apresentam gemas ou botões vegetativos.
(UFPR) – São tecidos ainda muito indiferenciados, cujas células se reproduzem e, gradativamente, se diferenciam em tecidos permanentes. Nos vegetais, a descrição acima se refere ao a) meristema. b) colênquima. c) esclerênquima. d) parênquima. e) mesófilo. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(UFPR) – A figura abaixo representa a ponta de uma raiz de cebola, vista ao microscópio de luz. As linhas tracejadas A e B representam duas posições em que poderia ser cortada a raiz.
RESOLUÇÃO: Resposta: C
Responda: a) Qual dos dois cortes (A ou B) certamente inibirá a continuidade do crescimento da raiz? b) Com base nos conhecimentos de botânica, justifique sua resposta.
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “Localizar”, digite BIO2M103
304
BIOLOGIA
RESOLUÇÃO: a) B. b) O corte transversal feito em B elimina a zona meristemática em que as células multiplicam-se por mitoses e garantem o crescimento longitudinal da raiz.
6
Os tecidos adultos
• Parênquima • Colênquima • Esclerênquima • Esclereídos
Tecidos adultos Os tecidos adultos são de vários tipos, com diferentes funções: • Tecidos de síntese e reserva: parênquimas; • Tecidos de sustentação mecânica: colênquima esclerênquima; • Tecidos de condução: lenho (ou xilema) e líber (ou floema); • Tecidos de revestimento e proteção epiderme e súber.
Parênquimas clorofilianos da folha.
Tecidos de síntese e reserva Esses tecidos são representados pelos diversos tipos de parênquimas. O parênquima é formado por células vivas, com paredes celulares primárias e ainda com capacidade de multiplicação por mitoses. Existem dois tipos de parênquimas: clorofiliano e de reserva. Parênquima clorofiliano (assimilador ou clorênquima) – Apresenta células ricas em cloroplastos, que realizam a fotossíntese. Ocorre nas folhas, nas quais são encontradas duas variedades desses parênquimas cloro filianos: paliçádico e lacunoso . • O parênquima paliçádico é formado por células alongadas, dispostas à maneira de uma paliçada. As células deixam entre si espaços intercelulares pequenos, conhecidos por meatos . • O parênquima lacunoso possui células arredondadas ou irregulares, que deixam entre si espaços intercelulares grandes, chamados lacunas. • Parênquima de reserva – É formado por células aclorofiladas relacionadas com a reserva de amido, água, ar, sacarose, caroteno, licopeno etc. Esse tipo de parênquima é frequente em raízes, como a mandioca, e em caules subterrâneos, como a batata, que armazenam amido. A raiz da cenoura acumula caroteno; o fruto do tomate é rico em licopeno (pigmento vermelho); o caule da cana-deaçúcar armazena sacarose.
O tecido parenquimático de preenchimento ocupa espaços no interior do vegetal, não apresentando uma função definida.
A batata é um caule subterrâneo rico em parênquima de reserva de amido.
Parênquima de reserva do caule da batata.
Tecidos de sustentação mecânica Esses tecidos apresentam paredes celulares espessadas por diversos tipos de substâncias, garantindo sua rigidez e sustentação da planta. Existem dois tipos de tecidos de sustentação: colênquima e esclerênquima . Colênquima – É formado por células vivas, clorofiladas e com paredes celulares espessadas com celulose , geralmente na região dos ângulos. Encontra-se nos caules jovens, nos caules de plantas herbáceas, no pecíolo das folhas etc. As células que o formam são prismáticas, lembrando as dos parênquimas. Esclerênquima – É formado por células mortas e com paredes celulares apresentando rico depósito de lignina . Ocorre em órgãos vegetais, localizando-se principalmente em regiões que atingiram a maturidade completa. As células que o compõem são de dois tipos: esclereídos (ou células pétreas ) e fibras esclerenquimáticas . BIOLOGIA
305
• Os esclereídos (ou células pétreas) geralmente apresentam células poliédricas ricas em lignina e ocorrem na casca das sementes, nos caroços dos frutos (pêssego, azeitona etc.), no interior de frutos (como a pera), nas regiões pedradas da bananamaçã e em outros. • As fibras esclerenquimáticas são células alongadas (fusiformes) ricas em lignina. Ocorrem na região da casca do caule de muitas plantas, como a juta e o cânhamo, e nas folhas do sisal. As fibras esclerenquimáticas dessas plantas podem ser extraídas e utilizadas na indústria têxtil. O caule da cana-de-açúcar é rico em parênquima de reserva de sacarose.
O parênquima é o tecido fundamental dos vegetais. Tem duas funções importantes: a realização da fotossíntese e o armazenamento de reservas.
Tecidos de condução Os tecidos de condução (ou vasculares ) apresentam células alongadas, especializadas no transporte de líquidos. São subdivididos em dois tipos: xilema (ou lenho ) e floema (ou líber ). Xilema (ou lenho) – É um tecido vegetal especializado no transporte da seiva bruta (mineral ou inorgânica), constituída de água e sais minerais absorvidos do solo. Esse tecido é complexo e formado por vários tipos de células, entre eles, os elementos dos vasos e as traqueídes , que formam o chamado sistema traqueário .
Os tecidos de sustentação.
Os tecidos de sustentação apresentam em comum as paredes celulares rígidas impregnadas com celu- lose , no colênquima, e com lignina , no esclerênquima.
Os parênquimas
O sistema traqueário é constituído por células alongadas, mortas e com paredes lignificadas. A morte das células é vantajosa para a planta, porque elas se tornam ocas e, assim, o movimento da seiva bruta fica facilitado. A lignina deixa as paredes celulares enrijecidas, evitando o fechamento dessas células quando, através delas, circula a seiva mineral. A lignina deposita-se de diversas maneiras, formando anéis, espirais, estruturas lembrando degraus de escadas etc. • Elementos dos vasos são células alongadas, dispostas em fileiras, que formam os vasos lenhosos ou traqueias , verdadeiros tubos, longos e contínuos, que percorrem o vegetal desde a raiz até as folhas. Um fato curioso é que as paredes terminais dessas células são parcial ou completa mente reabsorvidas – isto é, destruídas por ação enzimática, sendo seu material reaproveitado.
Nos tomates, existe parênquima de reserva de licopeno.
306
BIOLOGIA
nheiras ), parênquima liberiano e elementos mecânicos do esclerênquima .
Xilema – Traqueídes: micrografia mostrando o fluxo de água através das pontuações nas traqueídes. Xilema – Sistema traqueário: corte longitudinal mostrando os vasos com vários tipos de depósito de lignina.
• Os vasos Iiberianos (ou crivados) são formados por células alongadas, dispostas em fileiras. As células são vivas e providas de um citoplasma muito delgado e com um grande vacúolo central, cheio de um líquido aquoso, a chamada seiva elaborada. Quando as células se tornam adultas, seu núcleo se desorganiza, e elas ficam anucleadas. A passagem da seiva de uma célula para outra é facilitada pela presença de paredes terminais providas de numerosos poros. Esses poros são chamados crivos ; e as paredes, placas crivadas . • As células anexas (ou companheiras) são células parenquimáticas especiais, com núcleo central e volumoso que controla o metabolismo das células dos vasos crivados. • O parênquima liberiano é formado por células vivas que armazenam alimento e água. • Os elementos mecânicos do esclerênquima são células mortas, lignificadas e com função de sustentação.
Xilema – Elementos dos vasos: o movimento de água através da traqueia (vaso lenhoso).
• Traqueídes são células alongadas que diferem dos elementos dos vasos por não terem as paredes terminais reabsorvidas. A passagem de seiva bruta de uma traqueíde para outra é facilitada pela presença de poros existentes nas paredes celulares. O lenho ou xilema é o tecido especializado na realização do transporte da seiva bruta, que é constituída por água e minerais extraídos do solo pelas raízes.
Floema (ou Iíber) – É o tecido vegetal encarregado do transporte da seiva elaborada (ou orgânica), constituída de açúcares produzidos durante a fotossíntese. O açúcar mais frequentemente encontrado na seiva elaborada é a sacarose. O floema é um tecido complexo, formado por vasos liberianos (ou crivados ), células anexas (ou compa-
Floema: corte na região da placa crivada, mostrando os poros (crivos) que facilitam o transporte da seiva elaborada. BIOLOGIA
307
Vasculares – Transporte rápido de nutrientes através do xilema e do floema, o que possibilita a formação de plantas altas. Plantas Avasculares – Transporte lento de nutrientes de célula para célula, por difusão, o que impede a formação de plantas altas.
• Os estômatos são formações epidérmicas encontradas nos órgãos aéreos da planta e destinadas ao controle das trocas gasosas entre o vegetal e o meio externo. Em um estômato, há duas células estomáticas (ou células-guarda ), que delimitam entre elas um poro regulável chamado ostíolo . A parede da célula-guarda voltada para o ostíolo é espessa, enquanto a parede oposta é delgada. Essa é a única célula epidérmica que possui cloroplastos. Ao lado de cada célula-guarda pode existir uma célula chamada companheira , anexa ou subsidiária .
O floema (ou líber) transporta a seiva elaborada, formada principalmente por açúcares produzidos na fotossíntese.
Tecidos de revestimento e proteção Esses tecidos revestem o corpo vegetal e o protegem contra choques mecânicos, desidratação, invasão de organismos patogênicos etc. São dois os tecidos de proteção: epiderme e súber (ou cortiça ). Epiderme – Reveste o corpo primário do vegetal e se forma a partir do meristema primário, chamado dermato- gênio ou protoderme . Assim, raízes, caules, folhas, flores e frutos são revestidos pela epiderme. As células da epiderme são vivas, achatadas, justa postas e geralmente sem cloroplastos e dispõem-se em uma única camada. Além da função de proteção, exercem outras, como absorção, trocas gasosas, secreção e excreção. Para a realização de todas essas funções, a epiderme produz os anexos epidérmicos, entre eles, a cutícula , os estômatos e os pelos (tricoma). • A cutícula consiste em uma película depositada pelas células na parede celular exposta ao ar. É formada por uma substância graxa chamada cutina , que se caracteriza por ser impermeável à água. Assim, a cutícula forma uma película impermeável que dificulta a perda de água por transpiração (eliminação de água no estado de vapor).
Estômato (vista frontal).
Através do ostíolo, a planta realiza trocas gasosas com o meio aéreo. Para facilitar o movimento dos gases, o ostíolo se abre, no interior da planta, numa enorme cavidade chamada câmara subestomática .
Micrografia de estômatos em vista frontal. Através da abertura e do fechamento dos ostíolos, as plantas controlam as trocas gasosas com o meio ambiente.
• Os pelos são saliências epidérmicas unicelulares ou pluricelulares. Os mais importantes são unicelu lares, sendo encontrados na epiderme das raízes, formando a zona pilosa ou zona de absorção . A presença de pelos aumenta consideravelmente a superfície de absorção de água e sais minerais. As plantas terrestres desenvolveram dois anexos importantes que permitem a sobrevivência nesse meio: a cutícula e o estômato.
308
BIOLOGIA
Súber (ou cortiça) – É um tecido formado por células mortas, com paredes celulares providas de suberina , substância graxa impermeável à água. As células da cortiça são justapostas, cheias de ar e originadas da atividade do meristema secundário chamado felogênio .
suberificadas e cheias de ar; porém, diferentemente do verdadeiro súber, elas deixam espaços intercelulares , que permitem a circulação do ar.
O súber substitui a epiderme de caules e raízes quando a planta cresce em espessura. Esse tecido protege a planta contra ferimentos, transpiração e variações de temperatura, uma vez que constitui um eficiente isolante térmico.
Corte transversal do caule na região da lenticela. Esta permite a difusão dos gases para o interior do vegetal. Desenvolvimento do pelo absorvente na epiderme da raiz.
Em substituição aos estômatos da epiderme, o felogênio produz uma estrutura de troca gasosa chamada lenticela . Formando uma saliência macroscópica no tecido suberoso, a lenticela é constituída por células mortas,
Nos vegetais que têm crescimento em espessura, o súber (ou cortiça) substitui a epiderme na função de proteção.
TECIDOS ADULTOS Nome do tecido
Características das células
Função
Epiderme
Células vivas, achatadas, de forma variável e geralmente sem cloroplastos, exceto as estomáticas.
Proteção, absorção, trocas gasosas, secreção e excreção.
Súber (cortiça)
Células mortas, com paredes celulares com suberina, cheias de ar e justapostas.
Proteção contra ferimentos e transpiração.
Parênquima
Células vivas e com paredes celulares delgadas ainda com capacidade de multiplicação celular.
Fotossíntese e armazenamento de várias substâncias.
Colênquima
Células vivas, clorofiladas, com paredes celulares espessadas com celulose.
Sustentação.
Esclerênquima
Células mortas e com paredes celulares espessadas com lignina.
Sustentação.
Xilema (lenho)
Células alongadas, mortas e com paredes celulares Condução de água e nutrientes minerais impregnadas de lignina. (seiva bruta).
Floema (líber)
Células alongadas, vivas e com paredes celulares delgadas, anucleadas e com placas crivadas.
Condução de solutos orgânicos (seiva elaborada).
BIOLOGIA
309
(MODELO ENEM) – Assim como ocorre com os animais, também as plantas mais desenvolvidas possuem células que se diferenciam, constituindo tecidos. Até existem algumas semelhanças entre certos tecidos vegetais e determinados tecidos animais. Nas plantas, há tecidos de proteção, como os epitélios de re vestimento nos animais. Existem tecidos de sustentação nos vegetais que lembram, por seu papel, a função dos tecidos ósseo e cartilaginoso dos animais. Nas plantas, a função dos tecidos ósseo e cartilaginoso dos animais é realizada pelos tecidos a) parênquima e meristema. b) epiderme e súber. c) esclerênquima e colênquima. d) meristema e floema. e) súber e parênquima. Resolução: O esclerênquima é equivalente ao tecido ósseo. O colênquima equivale ao tecido cartilaginoso. Resposta: C
(MODELO ENEM) – Na polpa da pera, encon-
tram-se pequenos grânulos duros. Examinados ao microscópio, observa-se que as células são mortas e ficam com paredes celulares impregnadas de lignina. Esse tecido pode ser identificado como a) meristema. b) parênquima. c) esclerênquima. d) floema. e) cortiça. Resolução: O tecido formado por células mortas e lignificadas é o esclerênquima. Resposta: C
(MODELO ENEM) – “Da mesma maneira
que nos animais, os tecidos de proteção são especializados no revestimento do vegetal, protegendo-o contra os diversos agentes agressores
que possam danificá-lo. Além disso, regulam o intercâmbio de substâncias entre a planta e o meio ambiente. Os tecidos de revestimento também evitam perda excessiva de água, contribuindo, assim, para a adaptação dos vegetais à vida terrestre.” Baseando-se no texto, assinale a opção que contenha o tecido de proteção e sua adaptação para trocas gasosas. a) Periderme; estômatos. b) Súber; estômatos. c) Epiderme; estômatos. d) Epiderme; lenticelas. e) Felogênio; lenticelas. Resolução: O revestimento do corpo vegetal é realizado pela epiderme. Os estômatos são diferencia ções das células epidérmicas destinados à realização das trocas gasosas. Resposta: C
(MODELO ENEM) – No caule das árvores e dos arbustos, encontra-se um tecido de revestimento e proteção conhecido por súber ou cortiça. Nele, encontram-se: I. Células mortas com paredes celulares impregnadas de suberina, cheias de ar, constituindo um bom isolante térmico. II. Células mortas que deixam espaços entre si, permitindo o movimento de gases, cons tituindo as lenticelas. III. Células vivas formando um tecido pluriestratificado, rico em estômatos, para a realização de trocas gasosas. Estão corretas as frases a) I e II apenas. b) I e III apenas. c) II e III apenas. d) I apenas. e) I, II e III. Resolução: O súber é um tecido morto com paredes suberi ficadas, justapostas, cheias de ar e originado pela atividade do felogênio. Apresenta lenticelas para realizar a respiração. Resposta: A
Em vegetais superiores, as funções de epiderme,
meristema, colênquima, xilema e floema são, respectivamente, a) revestimento, crescimento, sustentação, condução de seiva bruta e condução de seiva elaborada. b) revestimento, crescimento, sustentação, condução de seiva elaborada e condução de seiva bruta. c) crescimento, sustentação, revestimento, condução de seiva bruta e condução de seiva elaborada. d) fotossíntese, crescimento, sustentação, condução de seiva bruta e condução de seiva elaborada. e) fotossíntese, revestimento, crescimento, condução de seiva elaborada e condução de seiva bruta.
310
BIOLOGIA
RESOLUÇÃO: Resposta: A
(MODELO ENEM) – “As árvores de nossas
matas são revestidas por um tecido morto denominado súber ou cortiça e um tecido com paredes celulares lignificadas, espessas e que garantem o suporte dessas árvores, denominado lenho (xilema).” Esses tecidos são originados, respectivamente, de a) meristemas primários e secundários. b) meristemas secundários e primários. c) apenas de meristemas primários. d) apenas de meristemas secundários. e) meristema dos ápices de caule. Resolução: O súber (cortiça) origina-se da atividade do felogênio, e o xilema das árvores a partir do câmbio, ambos meristemas secundários. Resposta: D
(MODELO ENEM) – As plantas possuem
tecidos especializados para o transporte das seivas mineral e orgânica. Considerando-se esses tecidos, pode-se afirmar: I. Possuem células alongadas, vivas ou mortas com paredes celulares providas ou não de lignina. II. O transporte da seiva orgânica é efetuado por células mortas com paredes celulares impregnadas de calose. III. O transporte da seiva mineral realiza-se por meio de células mortas impregnadas de lignina. Estão corretas as frases a) I apenas. b) II apenas. c) III apenas. d) I e II apenas. e) I e III apenas. Resolução: II. Falsa. A seiva orgânica é transportada pelas células vivas, desprovidas de lignina e com paredes transversais dotadas de poros revestidos de calose. Resposta: E
Assinale a alternativa em que a estrutura não esteja
relacionada com a função descrita. a) Os vasos liberianos ou floema são responsáveis pela condução de seiva bruta (água e sais absorvidos pelas raízes). b) O meristema primário é responsável pelo crescimento, pois suas células estão em contínuas mitoses. c) As lenticelas do caule de uma árvore realizam trocas gasosas com o meio ambiente. d) O súber é um tecido morto com a função impermeabilizante e térmica. e) Os estômatos nas folhas garantem as trocas gasosas. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(MODELO ENEM) – Os parênquimas têm como função geral preencher os espaços internos de raízes, caules e folhas. Por isso, são chamados tecidos de preenchimento. Contudo, desempenham também outras funções, dependendo de sua localização na planta. Com base nessa premissa, assinale a alternativa que contenha somente tipos de parênquima. a) Colênquima, aerífero, aquífero e clorofiliano. b) Clorofiliano, amilífero, aerífero e aquífero. c) Aquífero, suberificado, colênquima e amilífero. d) Amilífero, clorofiliano, colênquima e aerífero. e) Aerífero, aquífero, clorofiliano e suberificado. RESOLUÇÃO: Resposta: B
Relacione corretamente as estruturas vegetais apresentadas na coluna A com as respectivas funções na coluna B. A B 1. Colênquima ( ) Condução de seiva bruta 2. Meristema ( ) Preenchimento 3. Xilema ( ) Condução de seiva elaborada 4. Parênquima ( ) Sustentação 5. Floema ( ) Crescimento
A sequência numérica correta, de cima para baixo, na coluna B, é a) 1, 5, 4, 2 e 3. b) 3, 2, 1, 4 e 5. c) 2, 3, 4, 1 e 5. d) 3, 4, 5, 1 e 2. e) 4, 3, 1, 2 e 5. RESOLUÇÃO: Resposta: D
O tecido parenquimático que armazena ar para as trocas gasosas é a) parênquima de reserva. b) felogênio. c) clorênquima. d) aerênquima. e) súber. RESOLUÇÃO: Resposta: D
(UFPA) – Relacione a primeira coluna com a segunda:
1. Esclerênquima ( ) Origina os vasos condutores de seiva. 2. Estômato ( ) É responsável pela sustentação e composto por grossas paredes de lignina. 3. Xilema ( ) Transporta água e nutrientes inorgânicos. 4. Floema ( ) Elimina água sob forma de vapor. 5. Câmbio ( ) Transporta seiva elaborada, contendo nutrientes orgânicos. Assinale a opção correta encontrada. a) 5 – 1 – 3 – 2 – 4. b) 3 – 2 – 5 – 4 – 1. c) 1 – 3 – 4 – 5 – 2. b) 2 – 4 – 1 – 3 – 5. e) 4 – 5 – 2 – 1 – 3. RESOLUÇÃO: Resposta: A
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “Localizar”, digite BIO2M104
BIOLOGIA
311
A folha: órgão de fotossíntese
7e8
• Mesófilo • Xerófitas • Mesófitas • Hidrófitas • Higrófitas
1. Função A folha é um órgão vegetal especializado para a fotossíntese, transpiração e respiração.
2. Origem As folhas originam-se a partir de saliências laterais chamadas primórdios foliares, produzidos pela atividade das gemas caulinares.
3. Morfologia Uma folha completa apresenta quatro porções: limbo, pecíolo, bainha, estípulas e nervuras.
Morfologia da folha.
Bainha É uma porção basal dilatada que prende a folha no caule. É reduzida ou ausente nas dicotiledôneas e apresenta grande desenvolvimento nas monocotiledôneas. Estípulas São pequenas expansões formadas na axila de uma folha. Quando desenvolvidas, realizam as funções principais: protegem a gema existente na axila da folha e, na ausência de limbo, atingem grande desenvolvimento, tornando-se assimiladoras. É o que ocorre, por exemplo, na ervilha.
Nervuras As nervuras constituem o conjunto de feixes liberolenhosos, facilmente visíveis na parte inferior da folha, Nervura das folhas. formando saliências. Anatomia da folha A folha constitui um órgão dorsiventral e, por isso, apresenta epiderme superior (ventral), uma parte mediana chamada mesofilo, ocupada pelo tecido assimilador ou clorofiliano, e uma epiderme inferior (dorsal).
Pecíolo É o eixo que serve para sustentar e inserir a folha no caule. Ramificando-se, produz as nervuras que percorrem o limbo. Limbo É a parte principal da folha. Quando falta, é geralmente substituído pelo desenvolvimento das estípulas ou achatamento do pecíolo. Uma folha que não tem qualquer destes elementos é chamada incompleta, podendo ser: • Peciolada: quando o pecíolo é desenvolvido e falta a bainha (dicotiledônea). • Invaginante: quando o pecíolo está ausente e a bainha é desenvolvida (monocotiledônea).
312
BIOLOGIA
Anatomia da folha.
Epiderme As células epidérmicas são vivas e geralmente desprovidas de cloroplastos. Podem acumular substâncias de
reserva e também taninos, óleos e cristais. Normalmente, a epiderme constitui uma úni ca camada de células justapostas, sem evidenciar espaços entre elas, de modo a evitar a perda excessiva de água por transpiração. A presença dos estômatos e da cutícula é uma das principais características da epiderme foliar. Os estômatos podem ocorrer em ambos os lados da epiderme, mas o lugar mais frequente é o lado dorsal (inferior). Nas folhas alongadas e estreitas das mono cotiledôneas e coníferas, os estômatos ocorrem em fileiras paralelas ao eixo maior da folha. Os estômatos podem estar no mesmo nível das outras células epidérmicas, estar acima da superfície da epiderme ou alojados em covinhas. Muitas vezes, podem aparecer em uma depressão chamada cripta estomatífera. As células epidérmicas apresentam, na parede em contato com o ar atmosférico, uma incrustação de cutina (substância graxa), formando uma nítida camada a cutícula. A estrutura da cutícula é de interesse particular para os pesquisadores. Ela está relacionada a problemas de penetrabilidade de nutrientes minerais, fungicidas e herbicidas na superfície da folha. Embora a cutícula pareça ser impenetrável, existem algumas áreas de fragilidade que, durante a expansão das células epidérmicas, permitem a entrada de substâncias químicas. Em muitas plantas, a cutícula é recoberta por uma camada de cera numa variedade de padrões. Tais depósitos parecem não exercer um papel importante na redução da transpiração, mas eles reduzem muito a possibilidade de a folha reter água na sua superfície. A espessura da cutícula pode variar com o ambiente. Ela não ocorre somente na superfície das células epidérmicas, mas muitas vezes projeta bordos na parede lateral.
Anatomia da folha.
A parte cutinizada da parede celular, abaixo da cutícula, tem uma complicada estrutura. Ela contém celulose, formando uma espécie de moldura, bem como com postos pécticos, cutina, ceras e outros compostos, como substâncias incrustantes. A fonte e a maneira de migração da cutina e ceras nas células epidérmicas é um problema não resolvido. A presença de plasmodesmos na parede externa das células pode explicar, entretanto, que estas substâncias migrariam através deles para o exterior. De um modo geral, as dicotiledôneas, possuindo folhas na posição horizontal, apresentam cutícula mais espessada na epiderme superior do que na inferior. Nas monocotiledôneas, que têm folhas inclinadas, a cutícula acha-se igualmente espessada em ambos os lados. Às vezes, podemos encontrar apêndices altamente variáveis na epiderme, incluindo pelos glandulares ou de secreção e pelos de proteção. Esses apêndices são denominados tricomas (conjunto de pelos).
Mesofilo A maior parte do tecido fundamental do limbo foliar está diferenciada como mesofilo, caracterizado pela abundância de cloroplastos e por um grande sistema de espaços intercelulares. O mesofilo pode ser homogêneo ou estar diferenciado em parênquima paliçádico e parênquima lacunoso. O parênquima paliçádico contém células alongadas, com o maior comprimento da célula perpendicular à superfície do limbo. Embora o parênquima paliçádico pareça mais compacto do que o tecido lacunoso, uma parte considerável das paredes das células fica exposta ao ar intercelular. As folhas podem ter uma ou mais camadas de parênquima paliçádico. Nas plantas que vivem em solos relativamente ricos em água ( habitat mesofítico), o parênquima paliçádico está geralmente colocado na superfície superior do limbo (ventral), enquanto o parênquima lacunoso localiza-se na região inferior (dorsal). A folha, neste caso, é chamada bifacial ou dorsiventral. Se o parênquima paliçádico ocorre em ambos os lados da folha, como ocorre em plantas de habitat xerofítico, a folha é bilateral ou isolateral. O parênquima lacunoso é constituído de células de várias formas, frequentemente irregulares e com ramificações que se estendem de uma célula a outra. A ca racterística principal deste tecido é a presença de grandes espaços intercelulares, chamados lacunas. Sistema vascular A principal característica do sistema da lâmina foliar é a íntima relação entre o mesofilo e os tecidos vas culares. Os feixes vasculares formam um sistema interconectado no plano mediano do limbo, paralelo à superfície da folha. Os feixes vasculares das folhas são co mumente nervuras e o padrão formado pelas nervuras chama-se venação. Observada a olho nu, a venação aparece em dois padrões principais: o ramificado, ou reticulado, e o paralelo. BIOLOGIA
313
O primeiro é mais encontrado entre as dicotile dôneas e o segundo nas monocotiledôneas. Os feixes liberolenhosos que ocorrem nas folhas são colaterais ou bicolaterais. No caso de serem colaterais, o lenho sempre ocupa a posição superior (ventral) das folhas, e o floema, a posição inferior (dorsal) da folha. Nas dicotiledôneas, as nervuras maiores apresentam-se formando saliências no lado inferior da folha e, nestas, encontra-se, geralmente, logo abaixo da epiderme, um tecido colenquimatoso. Frequentemente, a essas nervuras maiores estão associados tecidos de sustentação, representados pelo esclerênquima.
4. Estrutura da folha e o ambiente A adaptação das plantas a diferentes habitat , especialmente quanto à disponibilidade de água, pode estar associada a fatores estruturais. Assim, as plantas podem ser classificadas, quanto ao fator água, em: •
Xerófitas: adaptadas às regiões secas.
• Mesófitas: requerem uma quantidade abundante de água disponível no solo e uma certa umidade na at mosfera. • Hidrófitas: requerem uma grande quantidade de umidade, vivendo parcial ou totalmente submersas. • Higrófitas: vivem em ambientes terrestres com grande umidade no solo e no ar. As características estruturais apresentadas por plantas que vivem nesses habitat são chamadas respectivamente de xeromórficas, mesomórficas e higromór ficas.
Folhas xeromórficas Uma das características mais importantes é a dimi nuição da superfície foliar, isto é, as folhas tornam-se pequenas e compactas. Esse caráter se associa também com as estruturas internas. Tanto que o parênquima paliçádico se torna muito mais espesso que o parênquima lacunoso (quando não é o único presente, faltando o lacunoso) e o volume dos espaços intercelulares se torna reduzido. Possuem, geralmente, hipoderme, sem ou com poucos cloroplastos. O esclerênquima é presente, provavelmente para reduzir os efeitos da seca. Os tricomas são abundantes em muitas xerófitas, provavelmente agindo contra o aquecimento excessivo da superfície foliar.
314
BIOLOGIA
Possuem cutículas espessas e células epidérmicas com paredes fortemente espessadas. Os estômatos alojam-se em cavidades, criptas ou covinhas protegidas por pelos. Muitas das plantas que possuem essas características são suculentas, acumulando água. Os caracteres xeromórficos apresentam-se com vários graus de intensidade, podendo estar bem fixos geneticamente em algumas espécies. Por outro lado, fatores ambientais podem induzir a um maior grau de xeromorfismo em folhas mesomórficas ou intensificar os caracteres xeromórficos nas xerófitas. Falta de água é apenas um de tais fatores. De fato, a deficiência de nutrientes e o frio podem induzir a maior intensidade no xeromorfismo foliar do que a deficiência de água. A suculência, por exemplo, podese desenvolver na falta de nitrogênio ou quando as plantas estão sujeitas a borrifos de água do mar. Um outro fator é a luz. Folhas que se desenvolvem em altas intensidades luminosas apresentam mais xero morfismo do que as que vivem protegidas de uma luz intensa. Esta reação do desenvolvimento é a base para distinguir folhas de sombras e folhas de sol. Tem sido observado, frequentemente, que as folhas que crescem à luz direta do sol são menores e mais espessas, e têm um parênquima paliçádico mais diferenciado do que as folhas que se desenvolvem na sombra.
Folhas higromórficas São as folhas com grande superfície no limbo, cutícula fina ou, às vezes, até ausente. O parênquima paliçádico é ausente completamente na maioria dos casos, existindo apenas o parênquima lacunoso.
Saiba mais O acúmulo de água nos parênquimas das folhas ou caules, típicos de plantas adaptadas a ambientes secos (xerófitas), constitui o fenômeno da suculência. A água geralmente é acumulada em tecidos subjacentes à epiderme, formando um parênquima aquoso denominado hipoderme. As células deste parênquima secretam substâncias mucilaginosas hidrófilas responsáveis pela retenção hídrica.
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M107
Exercícios Resolvidos – Módulo 7 (MODELO
ENEM) – Na Caatinga encontram-se alguns tipos de cactos, entre eles o xique-xique e a palma. Entre as características dessas plantas citam-se: I. Folhas transformadas em espinhos. II. Caule suculento com armazenamento de água. III. Raízes superficiais e cutículas espessas. IV. Baixos valores de pressão osmótica nos vacúolos. São encontradas nesses vegetais as características a) apenas I e II. b) apenas III e IV c) apenas I, II e III. d) apenas II, III e IV. e) I, II, III e IV. Resolução As plantas da Caatinga caracterizam-se pelas adaptações contra a perda excessiva de água por transpiração.
Assim apresentam folhas reduzidas ou transformadas em espinhos, caules com água armazenada, raízes profundas ou superficiais, mas com altos valores osmóticos, cutícula espessa e estômatos com abertura noturna. Resposta: C
Na transição evolutiva das plantas do habitat aquático para o terrestre, algumas substâncias, como a lignina, a suberina e a cutina, foram muito importantes nessa adaptação. Com relação a essas substâncias, analise as afirmativas abaixo. I. A lignina é de ampla ocorrência nas plantas vasculares e se relaciona principalmente à sustentação. II. A cutina está associada aos tecidos de revestimento, sendo depositada na superfície da parede celular da face externa da célula.
III. A suberina está relacionada à restrição de perda de água e pode ser encontrada em peridermes de árvores e arbustos. Assinale a opção correta: a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas a afirmativa II é verdadeira. c) Todas as afirmativas são verdadeiras. d) Apenas as afirmativas II e III são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas I e IIII são verdadeiras. Resolução A lignina ocorre no xilema e no esclerênquima com função de sustentação. A cutina reveste externamente a epiderme dos órgãos aéreos impermeabilizando-os e dificultando a transpiração. A suberina corre no tecido suberoso, compo nente da periderme (súber + felogênio + felo derma) com função de impermeabilização. Resposta: C
Exercícios Propostos – Módulo 7 A figura representa o esquema de uma folha.
As estruturas encarregadas do transporte de nutrientes e das trocas gasosas estão indicadas, respectivamente, pelos algarismos: a) I e V. b) II e IV. c) III e V. d) III e VI. e) V e VI.
RESOLUÇÃO: Resposta: D
A figura seguinte representa um corte esquemático de uma
folha de angiosperma com estruturas numeradas de I a IV. As funções de transporte de minerais, fotossíntese, trocas gasosas e transporte de açúcares são realizadas, respectivamente, por a) III – II – I – IV. b) III – II – IV – I. c) III – I – II – IV. d) I – II – III – IV. e) II – I – III – IV.
A figura a seguir representa o segmento, em corte transver
sal, de folha de angiosperma. A fotossíntese é realizada nas estruturas apontadas pelos algarismos: a) II, III e IV; b) I, II e III; c) I, II, III e IV; d) I, III e IV; e) II, III e V.
RESOLUÇÃO: Resposta: A
Nas folhas é comum o aparecimento de grande número de
espaços intercelulares. Responda: Quantos tipos desses existem e para que servem? RESOLUÇÃO: Os espaços são classificados em: meatos, lacunas e câmaras e estão relacionados com a circulação dos gases.
RESOLUÇÃO: Resposta: A
BIOLOGIA
315
Quais são as adaptações das plantas, encontradas na epiderme, que permitem a sobrevivência no meio terrestre?
(MODELO ENEM) – Na folha encontram-se tecidos de
Os tecidos predominantes na maioria das folhas são
proteção, sustentação e os parênquimas clorofilianos. Nela o transporte de água e minerais é realizado pelo(a) a) floema, tecido constituído por células vivas, rico em cloroplastos. b) nervura formada pelo floema e pelo xilema. c) xilema, tecido organizado por células alongadas, mortas e com paredes celulares lignificadas. d) esclerênquima que envolve e protege as nervuras. e) parênquima lacunoso cujos espaços intercelulares estão impregnados de vapor de água.
RESOLUÇÃO: Resposta: D
RESOLUÇÃO: Resposta: C
RESOLUÇÃO: Cutícula e estômato.
a) b) c) d) e)
os meristemas. os colênquimas. os parênquimas de preenchimento. o clorênquima paliçádico e o lacunoso. o colênquima e o esclerênquima.
Exercícios Resolvidos – Módulo 8 (MODELO ENEM)
– Poucas famílias de plantas angiospermas vivem em ambientes aquáticos, marinhos ou de água doce. As plantas aquáticas que vivem submersas e fixas nos substratos do fundo das águas exibem peculiaridades morfofisiológicas que as distinguem das plantas terrestres, incluindo a) presença de súber e desenvolvimento acentuado dos tecidos vasculares. b) desenvolvimento de estruturas aeríferas que acumulam o CO 2 produzido pela respiração durante o dia e o oxigênio liberado pela fotossíntese durante a noite. c) folhas em geral flexíveis, delgadas e células com paredes cutinizadas. d) tecidos de sustentação pouco desenv olvidos e epiderme com poucos ou desprovida de estômatos.
e) tecidos vasculares desenvolvidos, epiderme com estômatos grandes e pouco numerosos. Resolução Plantas aquáticas apresentam folhas delicadas, epiderme desprovida de cutícula e estômatos e parênquima aeríferos. Resposta: D
(MODELO ENEM) – As condições climáticas da terra variam em diferentes regiões geográficas. As plantas desenvolveram adaptações morfológicas e fisiológicas para sobreviver em diferentes condições ambientais. Essas adaptações geralmente são refletidas na estrutura das folhas. Com base na relação ve getal-água, as plantas são classificadas como xerófitas, mesófitas e hidrófitas. Assinale abaixo a opção que não contempla caracteres xerofíticos.
a) As folhas são, muitas vezes, bastante espessas e coriáceas, com uma cutícula bem desenvolvida. b) Maior densidade do sistema vascular e dos estômatos. c) Presença de numerosos tricomas e esclerênquima abundante. d) Redução dos tecidos de sustentação e numerosos espaços intercelulares grandes, que estão presentes entre as células do mesófilo. e) Presença de tecido armazenador de água (parênquima aquífero). Resolução As xerófitas são plantas adaptadas a ambientes áridos e apresentam estruturas destinadas a evitar a perda excessiva de água por transpi ração. Assim a presença de espaços grandes entre as células da folha (mesófilo) tende a favorecer a perda de água. Resposta: D
Exercícios Propostos – Módulo 8 (FUVEST) – Duas plantas da mesma espécie, que vivem em
ambientes distintos, apresentam folhas morfologicamente diferentes, representadas nas figuras A e B. a) Indique, justificando, qual das folhas corresponde à planta que vive em campo aberto e qual corresponde à planta que vive no interior de uma floresta. b) Se recortarmos um quadrado de mesma área de cada uma dessas folhas e extrairmos a clorofila, de qual amostra se espera obter maior quantidade desse pigmento? Por quê? RESOLUÇÃO: a) A folha B vive em campo aberto porque possui uma área menor, e a folha A vive no interior da floresta, uma vez que apresenta maior superfície para maior aproveitamento da luz e aumento da transpiração. b) A maior quantidade de pigmento encontra-se na folha A, porque
316
BIOLOGIA
em ambientes menos iluminados, a produção de pigmentos clorofilianos aumenta para intensificar a capacidade de absorção de luz.
(UFV) – Os manguezais constituem um dos mais impor-
tantes ecossistemas brasileiros. São áreas de clima quente e solos alagados e pouco aerados. A vegetação típica dos manguezais possui características que lhe conferem alto grau de adaptabilidade a tais condições. Abaixo, encontra-se uma representação de um corte transversal de uma folha de Rhizophora mangle , uma planta típica de manguezais. Com base no texto e na observação da figura, faça o que se pede: a) Cite o nome da estrutura epidérmica indicada em I. b) O tecido indicado em II tem função de armazenamento. Cite a substância que esse tecido armazena. c) Qual a função principal da estrutura indicada em III? d) Cite o nome do tecido indicado em IV. RESOLUÇÃO: a) Cutícula. b) Água. c) Realização de trocas gasosas. d) Parênquima clorofiliano paliçádico.
(MODELO ENEM) – Entre as características dos vegetais relacionadas com o ambiente da caatinga, estão as seguintes: I. folhas reduzidas ou transformadas em espinhos; II. parênquimas de reserva cujas células armazenam água; III. estômatos que abrem e fecham rapidamente. É correto o que se afirma em a) I, somente. b) II, somente. c) I e II, somente. d) II e III, somente. e) I, II e III. RESOLUÇÃO: Resposta: E
Plantas que vivem em locais onde há escassez de água,
como na caatinga, possuem adaptações que favorecem a sua sobrevivência neste ambiente. Assinale a(s) proposição(ões) que apresenta(m) este(s) tipo(s) de adaptações. (01) Redução da superfície foliar. (02) Tecidos de revestimento altamente permeáveis. (04) Epiderme rica em estômatos, situados nas duas epidermes da folha. (08) Presença de parênquima aquífero. (16) Intensa transpiração. (32) Camada epidérmica cerificada (cutícula). RESOLUÇÃO: Itens corretos: 01, 08 e 32.
(MODELO ENEM) – Plantas higrófitas frequentes na Mata (MODELO ENEM) – Sabendo que as folhas são responsáveis pela fotossíntese e respiração das plantas, conclui-se que os cactos, em sua maioria (99%), respiram através a) dos espinhos. b) do caule. c) das flores. d) das raízes. e) das lenticelas. RESOLUÇÃO: Resposta: B
Atlântica caracterizam-se por apresentar: I. Cutícula delgada e porosa, e estômatos grandes e lentos no mecanismo de abertura e fechamento. II. Folhas ricas em parênquima lacunoso e com parênquima paliçádico escasso ou ausente. III. Estômatos localizados, nas plantas herbáceas, na face inferior da folha. Estão corretas: a) apenas I e II. b) apenas II e III. c) apenas III. d) apenas I e III. e) I, II e III. RESOLUÇÃO: Resposta: E
BIOLOGIA
317
9 e 10 A química da fotossíntese 1. Fotossíntese A fotossíntese é o processo de conversão de energia luminosa em energia química, em que o vegetal sintetiza substâncias orgânicas a partir de água, dióxido de carbo no e luz. O fenômeno da fotossíntese pode ser expresso pela seguinte equação:
12H 2 O + 6CO 2
luz C H O + 6H 2 O + 6O 2 clorofila 6 12 6
O órgão da planta adaptado para a fotossíntese é a folha. As células dos parênquimas clorofilianos são ricas em cloroplastos, e no interior destas estruturas é que ocorre a transformação de energia luminosa em energia química. A fotossíntese é dividida em duas etapas: 1.a) luminosa ou fotoquímica (ocorre nos grana do cloroplasto); 2.a) química, escura ou enzimática (ocorre na matriz ou estroma do cloroplasto).
• Fotoquímica • Enzimática • Fotofosforilação • Ciclo de Calvin
ADP + P
luz clorofila
ATP
b) fotólise da água : a água é quebrada pela energia luminosa em 2H+ (prótons), 2e– (elétrons) e átomos de oxigênio. Os elétrons energizados serão capturados pelo NADP (redução do NADP) que depois unem-se aos 2H + para dar origem ao NADPH2. Os átomos de oxigênio unem-se dois a dois para formar o gás oxigênio que será eliminado. A equação que representa a fotólise da água e a consequente redução do NADP pode ser assim representada:
4H 2 O + 2NADP
luz 2NADPH 2 + 2H 2 O + O 2 clorofila
2. Etapas da fotossíntese Etapa luminosa ou fotoquímica Essa etapa caracteriza-se pela: a) absorção de luz pelos pigmentos do cloroplasto, especialmente as clorofilas, as quais, perdendo elétrons energizados permitem a transformação de energia lumi nosa em energia química, que leva à formação de dois compostos energéticos: ATP (adenosina trifosfato) e NADPH2 (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato reduzido). O ATP é uma substância de alto conteúdo energético. A energia fica acumulada nas ligações dos fosfatos (P). Esse composto é formado por uma base nitrogenada chamada adenina, um açúcar chamado ribose (pentose) e três grupos fosfatos (PO4–3). A molécula de ATP está esquematizada a seguir. Quando o ATP, por hidrólise, se transforma em ADP e fosfato, libera muita energia. Essa energia será utilizada pelo cloroplasto na síntese dos compostos orgânicos. Assim, na fotossíntese ocorre a síntese de ATP a partir de ADP e fosfato. Esse processo absorve a energia luminosa captada pelas moléculas de clorofila. O processo chama-se fotofosforilação e a reação pode ser assim representada:
318
BIOLOGIA
c) produtos da fase luminosa ATP = substância energética NADPH2 = substância energética e agente redutor O2 = liberado para a atmosfera d) o esquema a seguir representa o que ocorre na fase luminosa:
Saiba mais A ORIGEM DO OXIGÊNIO NA FOTOSSÍNTESE
1 – Fornecendo-se à planta água com oxigênio 18 (marca- do) o oxigênio liberado na fo - tossíntese é marcado (oxigênio 18).
2 – Fornecendo-se à planta dióxido de carbono com oxi- gênio 18 (marcado), o oxigênio liberado na fotossíntese não será marcado.
Etapa escura, química ou enzimática Essa etapa caracteriza-se pela: a) utilização dos produtos da fase luminosa (ATP e NADPH2); b) absorção do dióxido de carbono (CO2); c) fixação do CO2; d) redução do CO2 e a consequente formação do carboidrato ou açúcar, que pode ser representado pela fórmula mínima (CH2O). Na verdade é produzida a glicose – C6H12O6. A redução do CO2 pode ser expressa pela seguinte equação:
Equações da fase luminosa Fotólise da água
Fotofosforilação luz ADP + P → ATP clorofila
Equações da fase escura Redução do CO 2 CO2 + 2NADPH2 → (CH2O) + H2O + 2NADP
Nessa fase, o desdobramento do ATP em ADP + P fornece a energia que será utilizada para a síntese do açúcar. Melvin Calvin e seus colaboradores forneceram CO 2 com carbono 14 (carbono radioativo) a uma suspensão de algas verdes do gênero Chlorella e conseguiram determinar o caminho do carbono do CO 2 na fotossíntese. Para explicar a redução do CO 2 na fase escura, propuseram uma série de reações que recebem o nome de ciclo das pentoses ou Ciclo de Calvin; e) O esquema abaixo representa a etapa escura:
luz 4H2O + 2NADP → 2NADPH2 + 2H2O + O2 clorofila
Hidrólise do ATP ATP → ADP + P
Somando as reações acima e fazendo as devidas simplificações, chegaremos a uma equação simplificada da fotossíntese: luz 2H2O + CO2 → (CH2O) + H2O + O2 clorofila A multiplicação dessa reação simplificada por 6 (seis) resulta na equação global da fotossíntese: luz 12H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6H2O + 6O2 clorofila Todos os seres vivos capazes de sintetizar o seu próprio alimento são chamados autótrofos.
4. Os eventos importantes da fotossíntese
3. Equações da fotossíntese Como vimos, a fotossíntese pode ser subdividida em duas etapas: luminosa ou fotoquímica e escura ou química ou enzimática. Cada uma dessas etapas pode ser representada por equações.
Saiba mais
PRODUÇÃO DE AMIDO DURANTE A FOTOSSÍNTESE Coloca-se uma folha de uma planta, sem destacá-la do caule, entre duas folhas de papel alumínio, prendendo-as com um grampo. Abre-se uma janela no meio do papel colocado sobre a face superior da folha (ver desenho ao lado). Após um dia de sol intenso, faz-se a pesquisa do amido. A folha é retirada à tardinha e logo a seguir colocada em álcool quente para a retirada da clorofila. Logo após, a folha é mergulhada em solução de lugol (iodeto de potássio). As partes expostas à luz coram-se em azul-arroxeado, mostrando a presença de amido. BIOLOGIA
319
Exercícios Resolvidos – Módulo 9 (MODELO ENEM) – Um estudante tem a
tarefa de extrair substâncias de reserva de plantas. Porém, está em dúvida sobre qual ou quais são essas substâncias e de onde extraílas. Assinale a alternativa que contém a resposta e o procedimento corretos para essa tarefa. a) O estudante extrairá somente amido, que é a substância de reserva dos vegetais. O amido é produzido nas folhas e acumulado nas raízes; logo, apenas raízes deverão ser usadas. b) Há a possibilidade de se trabalhar com amido e lipídio, as substâncias de reserva dos vegetais. Lipídios são encontrados somente nas sementes e amido, somente em raízes e caules. c) Proteínas e lipídios são as substâncias de reserva mais abundantes nos vegetais. Podem ser extraídos de qualquer órgão, mas principalmente dos frutos e raízes.
d) Substâncias de reserva nos vegetais são carboidratos, lipídios e proteínas. Podem ser extraídos de qualquer órgão da planta, mas principalmente de raízes e caules (carboidratos) e de sementes e frutos (lipídios e proteínas). e) Amido e outros carboidratos constituem a única forma de reserva nas plantas. Podem ser extraídos de qualquer órgão vegetal, embora se concentrem nas raízes e nos caules. Resolução As raízes e caules apresentam alta concentração de carboidratos, principalmente o amido. Sementes e frutos apresentam, além de carboidratos solúveis e insolúveis, óleos e proteínas. Resposta: D
orgânicos necessários à vida. Assim produzem proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos etc. Moléculas orgânicas desempenham funções biológicas, dentre as quais destacamos: fonte de energia, armazenamento e participação em estruturas. Os polissacarídeos, em especial, desempenham as seguintes funções:
(MODELO ENEM) – As plantas são autó-
Resolução Resposta: C
trofas, isto é, sintetizam todos os compostos
a) b) c) d) e)
Fontes de energia
Armazenamento
Estrutura
não não sim sim sim
não não não sim sim
não sim não não sim
Exercícios Propostos – Módulo 9 (MODELO ENEM) – Na fotossíntese há separação da água
em seus componentes (oxigênio e hidrogênio) e posterior formação de carboidratos, por ligação do hidrogênio com o dióxido de carbono. Sabe-se que a cada molécula de carboidrato que se forma, libertam-se 6 moléculas de oxigênio. Sabe-se também que todo o oxigênio liberado provém da água. Diante disso, diga qual é a equação que representa a fotossíntese: a) 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. b) C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. c) 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2. d) C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O. e) C6H12O6 + 6O2 → 2C2H5OH + 2CO2. RESOLUÇÃO: Resposta: C
Suponha que seja fornecida água a uma planta em ambiente
ideal para que realize a fotossíntese. Admita que o oxigênio que a constitui seja radioativo. Após um certo tempo, a radioativi dade será detectada nas moléculas de a) glicose. b) CO2 liberadas. c) O2 liberadas. d) glicose e de O2. e) glicose e de CO2. RESOLUÇÃO: Resposta: C
a) a fase I libera hidrogênio para um aceptor que vai agir na fase II. b) o oxigênio liberado provém da molécula de água “quebrada” pela luz. c) o hidrogênio da água reduz o dióxido de carbono utilizando energia produzida na fase I. d) o CO2 atmosférico usado na fotossíntese é absorvido pelas folhas através de osmose. e) células procariontes não possuem cloroplastos, mas podem perfeitamente apresentar fotossíntese. RESOLUÇÃO: Resposta: D
(MODELO ENEM) – A propriedade de “captar a vida na luz” que as plantas apresentam se deve à capacidade de utilizar a energia luminosa para a síntese de alimento. A organela (I), onde ocorre esse processo (II), contém um pigmento (III) capaz de captar a energia luminosa, que é posteriormente transformada em energia química. As indicações I, II e III referem-se, respectivamente, a a) mitocôndria, respiração, citocromo. b) cloroplasto, fotossíntese, citocromo. c) cloroplasto, respiração, clorofila. d) mitocôndria, fotossíntese, citocromo. e) cloroplasto, fotossíntese, clorofila. RESOLUÇÃO: Resposta: E
(MODELO ENEM) – O esquema a seguir representa o pro-
cesso da fotossíntese, através do qual os vegetais clorofilados produzem a matéria orgânica que sustenta as cadeias alimentares, além de ser a fonte do precioso oxigênio para os seres aeróbios. Não é correto afirmar que
320
BIOLOGIA
(UFSE) – A equação abaixo mostra a formação de ATP, a
partir de ADP e fosfato inorgânico, em presença de luz Luz ADP + Pi → ATP Cloroplasto Esse processo é denominado de a) fotólise da água. b) fotossíntese. c) fotofosforilação. d) difusão. e) Equação de Hill. RESOLUÇÃO: Resposta: C
(MODELO ENEM) – Considere as seguintes situações:
I. Planta mantida no escuro, porém recebendo um fornecimento contínuo de ATP, CO 2 e NADPH2. II. Planta iluminada que recebeu uma substância que impede a redução do NADP. III. Planta iluminada mantida em temperatura de 30°C e recebendo um inibidor da redução do CO 2. Cessa a produção de glicose nas plantas: a) I e II, apenas. b) II e III, apenas. c) I e III, apenas. d) I, II e III. e) Nenhuma.
II. esses organismos transformam o gás carbônico em moléculas complexas como a glicose, sendo assim produtores primários. III. eles degradam o gás carbônico, com a liberação do seu oxigênio para a atmosfera. IV. através da fotossíntese esses organismos aproveitam a energia luminosa do sol para o seu crescimento e multiplicação. Estão corretas as afirmativas: a) II, apenas. b) II e IV. c) III e IV. d) I e II. e) I e IV. RESOLUÇÃO: Resposta: B
RESOLUÇÃO: Resposta: B
“Em última análise, a vida sobre o planeta depende dos
organismos fotossintetizantes como as algas e as plantas.” Essa afirmação é verdadeira porque I. com a fotossíntese, eles retiram o oxigênio da atmosfera e o transformam em moléculas energéticas como a glicose.
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M108
Exercícios Resolvidos – Módulo 10 (MODELO
ENEM) – O esquema abaixo representa a monta gem e o resultado de um (MODELO ENEM) – Alunos, sob a orienexperimento sobre fotossíntese. tação de um professor, realizaram a seguinte experiência: colocaram uma planta no escuro durante 36 horas, depois recobriram as folhas, de ambos os lados, com uma camada de vaselina e deixaram-na 12 horas ao sol. Após esse período, avaliaram a presença/ ausência de amido nas folhas e constataram a) presença de amido, porque a vaselina interfere no processo de fotossíntese. b) ausência de amido, porque o CO2 não teve acesso às células clorofiladas. c) presença de amido, porque a superfície da folha não realiza fotossíntese. Qual das afirmações pode ser feita considerando apenas os resultados do experimento? d) ausência de amido, porque a vaselina bloa) A alta temperatura inibe a fotossíntese. queia a ação da clorofila. b) Luzes provenientes de lâmpadas de cores diferentes influem na fotossíntese. e) ausência de amido, porque o O2 não passou c) O gás carbônico é necessário para a fotossíntese. através dos estômatos. d) A elódea elimina oxigênio e gás carbônico quando iluminada. Resolução e) A elódea elimina um gás quando iluminada. A planta só produz amido quando é iluminada. Resolução A elódea é uma planta aquática, muito utilizada em aquários. Quando iluminada passa a realizar a Resposta: B fotossíntese liberando um gás que como sabemos é o oxigênio, mas o experimento não permite concluir que é o O2, por isso, a resposta correta é a letra E. Resposta: E
Exercícios Propostos – Módulo 10 Para demonstrar a um grupo de alunos um dos efeitos da
luz sobre os vegetais, o professor montou um experimento com duas plantas (I e II) que se encontravam na metade do seu ciclo de vida, crescendo em condições normais. A planta II foi trans ferida para o escuro, por um período de quatro dias, e a planta I foi mantida sob as mesmas condições iniciais. Após es se tempo, uma folha de cada planta foi destacada e submetida a
álcool aquecido e tratada posteriormente com solução de iodo. a) Qual das duas folhas (da planta I ou II) apresentará alteração na cor após o tratamento com a solução de iodo? b) Qual o nome da substância que foi corada com a solução de iodo? c) Qual o processo fisiológico que se relaciona diretamente com a produção da substância responsável pela mudança da cor? BIOLOGIA
321
d) Qual o processo fisiológico que utiliza a substância armazenada, na folha corada, como fonte de energia para a produção de ATP? RESOLUÇÃO: a) Planta I – realizou fotossíntese e produziu açúcares a partir de H2O e CO2. b) Amido – Amido + iodo: coloração azul-arroxeada. c) Fotossíntese. d) Respiração.
a) Ao elaborar esses experimentos, o que o pesquisador pretendia investigar? b) Em que experimento ele deve ter encontrado o isótopo 18O2 sendo liberado pelas plantas? Com base nesse resultado, a que conclusão o pesquisador deveria chegar? RESOLUÇÃO: a) O pesquisador está investigando a origem do oxigênio liberado durante a fotossíntese. b) O experimento II mostrou a eliminação do isótopo 18O2. Fornecendo-se água com oxigênio marcado, o O2 liberado é o 18O2. Isso mostra que durante a fotossíntese ocorreu a lise da água (fotólise), sendo o oxigênio eliminado e o hidrogênio aproveitado pelo vegetal.
(UNICAMP) – O amido nas plantas pode ser facilmente
detectado porque, em presença de uma solução fraca de iodo, apresenta coloração azul-violeta. Foi feito um experimento em que uma folha, ainda presa à árvore, foi totalmente recoberta com papel alumínio, deixado exposto apenas um pequeno quadrado. Após alguns dias, a folha foi retirada da árvore, descorada com álcool e colocada em solução de iodo. a) Que resultados foram obtidos nesse experimento? Por quê? b) A que classe de macromoléculas pertence o amido? c) Em que órgãos vegetais essa macromolécula é estocada? Resolução: a) Apenas o quadrado exposto à luz apresenta reação positiva ao iodo porque nessa região ocorreu fotossíntese e acumulou amido. b) O amido é um polissacarídeo de fórmula mínima (C6H10O5)n. c) Raiz, caules e sementes.
(MODELO ENEM) – As sumaúmas, grandes árvores da
floresta amazônica que atingem até 60 metros de altura, possuem 95% de sua massa seca (o “peso seco”) correspondente à matéria orgânica de seus tecidos. Toda essa matéria orgânica proveio basicamente de a) nutrientes orgânicos e água do solo. b) nutrientes inorgânicos e matéria orgânica decomposta. c) matéria orgânica de folhas decompostas no solo da mata. d) ar atmosférico e água do solo. e) ar atmosférico e nutrientes orgânicos do solo. RESOLUÇÃO: Resposta: D
(MODELO ENEM) – O esquema abaixo mostra um pedaço de Elodea imerso em água pesada.
(UNESP) – Um pesquisador tinha uma importante pergunta
sobre o processo de fotossíntese. Para respondê-la, elaborou dois experimentos, I e II, adotando os seguintes procedimentos.
EXPERIMENTO I
Plantas envasadas receberam dióxido O oxigênio liberado de carbono marcado no processo de com isótopo pesado fotossíntese foi do oxigênio ( 18O) e coletado para água não marcada análise. com isótopo pesado.
EXPERIMENTO II Plantas envasadas receberam água O oxigênio liberado marcada com no processo de isótopo pesado do fotossíntese foi oxigênio (18O) e coletado para dióxido de carbono análise. não marcado com isótopo pesado.
Considerando que os procedimentos adotados foram elaborados adequadamente e bem sucedidos, responda:
322
BIOLOGIA
O experimento demonstra a) o processo da respiração aeróbica. b) o destino do CO2 na fotossíntese. c) o caminho do CO2 na síntese de carboidratos. d) a origem do oxigênio produzido. e) a importância da água na produção de glicose. RESOLUÇÃO: Resposta: D
11
Fotossíntese e quimiossíntese em bactérias
1. Fotossíntese em bactérias As bactérias, como já sabemos, são seres procariontes. Suas células não possuem cloroplastos, mas podem possuir clorofilas chamadas bacterioclorofilas. Essas bactérias realizam fotossíntese, mas nunca utili zam a água como fonte de hidrogênio e nunca liberam oxigênio para a atmosfera. O composto inorgânico doador de hidrogênio pode ser o sulfeto de hidrogênio (H 2S), como ocorre com as sulfobactérias que vivem em águas sulfurosas, ricas nesse composto. Essas bactérias retiram o hidrogênio do H 2S e liberam enxofre (S). O hidrogênio é usado na redução do CO 2 até a formação do carboidrato (CH 2O). A reação pode ser expressa por:
2H 2 S + CO 2
• Bacterioclorofilas • Quimiossíntese • Bactérias sulforosas • Nitrobactérias
1.a) O H2S é oxidado a enxofre elementar e água, liberando energia: 2H 2S + O2 → 2H2O + 2S + energia 2.a) O enxofre é oxidado em presença de água, for mando ácido sulfúrico e liberando energia: 2S + 2H2O + 3O2 → 2H2SO4 + energia
4. Nitrobactérias Neste caso temos: Resumo de quimiossíntese:
luz (CH 2 O) + H 2 O + 2S bacterioclorofila
Existem ainda bactérias que são capazes de sintetizar os compostos orgânicos pelo fenômeno deno minado quimiossíntese.
2. Quimiossíntese É a síntese de substâncias orgânicas a partir de inorgânicas, utilizando a energia liberada durante uma reação química exotérmica. A quimiossíntese pode ser dividida em duas fases: 1.a) Por meio de uma reação química exotérmica, libera-se energia. Nesta fase um composto químico inorgânico é oxidado.
• Nitrosomonas e Nitrosococcus – bactérias que oxidam a amônia a nitrito: 2NH3 + 3O2 → 2NO2– + 2H+ + 2 H2O + Energia • Nitrobacter – são bactérias que oxidam o nitrito a nitrato: 2NO2– + O2 → 2NO–3 Essas bactérias vivem no solo e o NO –3 formado é absorvido pelas raízes das plantas. Esse NO–3 é reduzido no interior da planta e transformado em matérias orgânicas nitrogenadas.
Composto Inorgânico + O2 → Composto inorgânico + energia reduzido oxidado
2.a) Utilizando-se a energia liberada nessa reação, mais CO2, mais H2O, forma-se o composto orgânico. energia CO2 + H2O → Composto orgânico
3. Bactérias sulfurosas Essas bactérias oxidam o sulfidreto (H 2S) em duas etapas:
Saiba mais
CICLO DO NITROGÊNIO As nitrobactérias participam do ciclo do nitrogênio na natureza. As proteínas animais e vegetais são de compostas, após a morte, até a formação de amônia (NH3). Esse composto será oxidado pelas bactérias nitrificantes, formando nitritos (NO2–) e nitratos (NO3–). Os nitratos, absorvidos pelas raízes dos vegetais, são convertidos em aminoácidos. Esses, polimerizados, transformam-se em proteínas. BIOLOGIA
323
(MODELO ENEM) – As bactérias autótrofas
realizam fotossíntese ou quimiossíntese. As fotossintéticas utilizam um composto do tipo H2X, em que X pode ser um elemento químico, exceto o oxigênio. Esse composto será quebrado e o seu hidrogênio utilizado na redução do dióxido de carbono, para a produção de açúcar. Assim sendo, pode-se dizer que a fotossíntese ou fotorredução realizada pelas bactérias difere da fotossíntese realizada pelos vegetais porque aqueles micro-organismos a) não usam H2O e sim H2S, não havendo liberação de oxigênio livre. b) podem usar H2O e H2S, não havendo liberação de oxigênio livre. c) não usam H2O e sim H 2S, havendo liberação de oxigênio livre e hidrogênio. d) usam O2 e não CO2 como fonte de oxigênio e H2O como fonte de hidrogênio.
e) usam apenas H2O e energia luminosa, liberando oxigênio livre. Resolução Na fotossíntese das sulfobactérias quebra-se o H2S. O H2 que é usado na redução do CO2 e o S será liberado, segundo a equação: 2H2S + CO2 → (CH2O) + H2O + 2S Resposta: A
(MODELO ENEM) – O
planeta vermelho acaba de ganhar um toque verde. Um estudo conduzido por cientistas do Centro de Pes - quisas Ames, da NASA, encontrou pequenas manchas na superfície de Marte que poderiam ser traços de clorofila. Caso seja confirmada, a descoberta pode trazer novo alento para a existência de vida no planeta vizinho. (Folha de S. Paulo , 6/4/2002.) A relação entre a presença de clorofila e a exis-
Analise as equações a seguir:
• composto + oxigênio composto + energia inorgânico inorgânico reduzido oxidado • água + dióxido de carbono + Energia composto orgânico Responda: a) Cite o nome do fenômeno esquematizado nas duas equações. b) Em que grupo de seres vivos esse fenômeno ocorre? RESOLUÇÃO: a) Quimiossíntese b) Bactérias
(MODELO ENEM) – Dentre os eventos que ocorrem durante a fotossíntese, pode-se citar: I. II. III. IV.
Liberação de oxigênio; Utilização da água como fonte de hidrogênio; Conversão de energia luminosa em energia química; Utilização de dióxido de carbono para produção de compostos orgânicos. Ocorrem em todos os organismos fotossintetizantes: a) I e III, apenas. b) I e IV, apenas. c) III e IV, apenas. d) II, III e IV, apenas. e) I, II, III e IV.
tência de vida no planeta ocorre porque a) a clorofila usa energia solar que é utilizada para fabricar alimentos para os organismos. b) a clorofila usa energia solar para degradar os alimentos para os organismos. c) a clorofila usa energia química dos alimentos para fabricar ATP. d) a clorofila usa energia do ATP para a manutenção da vida dos organismos. e) a clorofila foi provavelmente a primeira molécula a surgir no planeta Terra. Resolução A clorofila é um pigmento verde relacionado com a absorção de luz solar. A energia luminosa é utilizada pelas plantas na síntese de compostos orgânicos energéticos que serão utili zados por todos os organismos para a manutenção da vida. Resposta: A
A equação acima representa processo realizado por alguns tipos de a) plantas. b) bactérias. c) musgos. d) fungos. e) algas. RESOLUÇÃO: Resposta: B
(UNIFESP) – Considere as duas afirmações que se se-
guem: I. A energia luminosa é transformada em energia química. II. A energia química acumulada é transformada em outra forma de energia química, que permite sua utilização imediata. É correto afirmar que a) I corresponde à fotossíntese e II, à quimiossíntese. Ambos os processos ocorrem numa mesma célula, em momentos diferentes. b) I corresponde à fotossíntese e II, à respiração. Esses pro cessos não ocorrem numa mesma célula. c) I corresponde à fotossíntese e II, à respiração. Ambos os processos ocorrem numa mesma célula, em momentos simultâneos. d) I corresponde à quimiossíntese e II, à respiração. Esses processos não ocorrem numa mesma célula. e) I corresponde à fotossíntese e II, à fermentação. Ambos os processos ocorrem numa mesma célula, em momentos diferentes.
RESOLUÇÃO: Resposta: C
No Portal Objetivo Analise a reação a seguir: pigmento / luz
2H2S + CO2 → CH2O + H2O + 2S
324
BIOLOGIA
RESOLUÇÃO: Resposta: C
Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M109
12
Fatores que influenciam na fotossíntese
1. Fatores que influenciam na fotossíntese: princípio do fator limitante A fotossíntese é influenciada por fatores internos (grau de abertura dos estômatos, quantidade de clorofila etc.) e por fatores externos (luz, concentração de CO 2, temperatura). A eficiência desse processo vai depender de todos esses fatores, que agem separadamente um do outro. Para analisar um dos fatores que age no processo, por exemplo a intensidade luminosa, variamos esse fator e mantemos os demais constantes; mas não podemos nos esquecer que também eles estão atuando. Baseado nisso, Blackmann, em 1905, emitiu o princípio do fator limitante, segundo o qual: “Quando um processo é influenciado por diversos fatores que agem isoladamente, a velocidade do processo fica limitada pelo fator que está em menor intensidade.” Tal princípio está ilustrado no gráfico ao lado, que mostra o efeito da concentração de CO2 na fotossíntese de uma planta em três diferentes intensidades luminosas.
(MODELO ENEM) – O gráfico abaixo ilustra
o processo conhecido como “princípio do fator limitante” e mostra o efeito sobre a fotossíntese da concentração de CO 2, em três diferentes intensidades luminosas, mantendo-se constante a temperatura ótima.
Sobre esse gráfico pode-se concluir que a) quando a intensidade luminosa é baixa, a concentração de CO2 não influi na razão de fotossíntese.
• Fator limitante • Luz • CO2 • Temperatura
No gráfico a seguir, pode-se observar que em A (con centração zero de CO2) não há fotossíntese. À medida que se aumenta a concentração de CO 2, a velocidade de fotossíntese também aumenta até 5cc de CO 2 por hora. Nesta porção AB da curva, a concentração de CO2 é fator limitante. Entretanto, na porção BC, a luz passa a ser o fator limitante. Agora, para um aumento na velocidade do processo, em resposta ao aumento da concentração de CO2 (BD), deve-se aumentar a intensidade luminosa, a qual passa a ser limitante na porção DE, e assim sucessivamente.
b) quando a concentração de CO2 é alta, a intensidade luminosa não influi na razão de fotossíntese. c) em todos os segmentos do gráfico, a intensidade luminosa é o fator limitante do pro cesso. d) para que haja um aumento na razão de fotossíntese em resposta ao aumento de concentração de CO2, deve-se aumentar a intensidade luminosa. e) no segmento AB da curva, tanto a intensidade luminosa como a concentração de CO 2 são fatores limitantes do processo. Resolução Fator limitante é aquele que está em menor intensidade luminosa ou uma pequena concentração de CO2. No gráfico tem-se: Segmento AB – CO2 – fator limitante. Segmento BC – Luz – fator limitante. Segmento AD – CO2 – fator limitante. Segmento DE – Luz – fator limitante. Segmento AF – CO2 – fator limitante. Resposta: D
(MODELO ENEM)
– Na produção de alimento por fotossíntese as plantas utilizam água, dióxido de carbono e luz. O gráfico a seguir evidencia a atividade fotossintética de plantas cultivadas em diferente concentrações de CO 2.
Com base no gráfico, é correto afirmar que a) a eficiência fotossintética é a mesma para as plantas, independentemente das concentrações de CO2; nas quais são cultivadas. b) a maior taxa de atividade fotossintética ocorBIOLOGIA
325
re no período das 8 às 10 horas, apenas para as plantas cultivadas em alta concentração de CO2. c) a atividade fotossintética é constante durante as 24 horas do dia. d) as maiores taxas de utilização de CO2, no
intervalo de tempo A, ocorrem nos horários das 10 às 14 horas, pois os estômatos provavelmente estão abertos. e) as menores taxas de utilização de CO2, no intervalo de tempo A, ocorrem nos horários das 12 às 14 horas.
Resolução O gráfico mostra que a taxa de fotossíntese no intervalo A sofre uma redução e no período de 12 a 14 horas tem-se as menores taxas de utilização de CO2 Resposta: E
Gráfico a seguir para as questões e
(MODELO ENEM) – O gráfico apresentado foi baseado em
dados obtidos com uma cultura de algas unicelulares, variandose a intensidade luminosa e a concentração de CO2. As curvas indicam que a luz age como fator limitante na fotossíntese nos segmentos: a) C e E b) A e B c) D e F d) C e D e) E e F RESOLUÇÃO: Resposta: B
(MODELO ENEM) – Ainda em relação ao gráfico da questão anterior: I. O ponto 1 indica que a velocidade da fotossíntese é igual à velocidade da respiração. II. O ponto 2 indica a intensidade de saturação luminosa para xCO2. III. O ponto 5 indica a intensidade luminosa que inicia a inibição de fotossíntese para 2xCO2. Assinale: a) se todas as afirmações forem incorretas. b) se apenas uma das afirmações for correta, qualquer que seja ela. c) se todas as afirmações forem corretas. d) se apenas as afirmações I e II forem corretas. e) se apenas as afirmações II e III forem corretas.
Para aumentar o desprendimento de oxigênio, seria necessário a) aumentar a concentração de CO2. b) aumentar a intensidade luminosa. c) aumentar a umidade do ar. d) diminuir a temperatura. e) aumentar a irrigação do solo. RESOLUÇÃO: Resposta: B
A fotossíntese é o processo nutritivo mais importante para
os seres vivos e consiste na conversão da energia luminosa em energia química. Um pesquisador mediu a velocidade desse processo numa planta (expressa em mm3 de O2 liberado / hora / cm2 de folhas), e os resultados estão representados no gráfico ao lado. Nessa experiência, a concentração de dióxido de carbono (CO2) e a temperatura foram mantidas constantes.
RESOLUÇÃO: Resposta: C
Mantendo-se uma planta em determinado ambiente com
temperatura e concentração de CO2 constantes e aumento gradativo de intensidade luminosa, a sua taxa de fotossíntese a) não se altera. b) aumenta indefinidamente. c) aumenta até alcançar o ponto de saturação luminosa, permanecendo inalterada a partir daí. d) aumenta até alcançar o ponto de saturação luminosa e diminui a partir daí. e) diminui.
Se o pesquisador, num segundo experimento, quisesse aumentar a velocidade da fotossíntese, quais condições ele deveria alterar? RESOLUÇÃO: Um crescimento da taxa de fotossíntese só será obtido se o pesquisador aumentar a concentração de CO2 ou a temperatura.
RESOLUÇÃO: Resposta: C
No Portal Objetivo O gráfico a seguir mostra o desprendimento de oxigênio
em certa planta, em função da concentração de dióxido de carbono.
326
BIOLOGIA
Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M110
13
Influência da luz na fotossíntese
A luz é uma pequena parte da energia radiante que chega à Terra. É a parte visível do espectro eletromagnético, que vai desde as ondas de rádio até os raios X e os raios gama. A faixa de luz visível (espectro luminoso) é de interesse especial para a fotossíntese e compreende luz de diferentes cores: violeta, azul, verde, amarela, alaranjada e vermelha.
Verificando o espectro de absorção da clorofila em álcool metílico, observou-se que o máximo de absorção ocorre nas radiações azul e vermelha e que a mínima absorção ocorre nas radiações verde e amarela.
• Espectro luminoso • Ponto de compensação • Umbrófitas – Heliófitas
O ponto de compensação varia de espécie para es pécie, mas, de modo geral, as plantas são classificadas em plantas de sombra (umbrófitas), quando possuem ponto de compensação baixo, e de sol (heliófitas), quando possuem ponto de compensação alto.
1. Respiração no escuro 2: Ponto de compensação luminoso 3: Ponto de saturação luminosa 4: Ponto de inibição
1. Ponto de compensação luminoso (fótico) Ponto de compensação é uma intensidade luminosa em que a razão de fotossíntese é igual à razão de respiração. Na determinação do ponto de compensação luminoso de uma planta, devemos estabelecer uma compa ração entre a fotossíntese e sua respiração em função da variação de intensidade luminosa. Observe as reações de fotossíntese e de respiração e note que são fenômenos opostos:
Apenas uma pequena fração da luz solar entre 3% e 5%, é absorvida e convertida em energia química pelas plantas.
fotossíntese
12 H2O +
→ 6CO2 ←
respiração
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Quando uma planta recebe luz no seu ponto de compensação fótico, toda a glicose produzida na fotossíntese será consumida na respiração, assim como todo o O2 produzido na fotossíntese será gasto na respiração e todo o CO2 produzido na respiração será utilizado na fotossíntese. Conclui-se que os dois fenômenos se neutralizam no chamado ponto de compensação luminoso. No entanto, quando a planta recebe luz acima do ponto de compensação fótico, a taxa de fotossíntese é maior que a taxa de res piração, sendo a produção de glicose e oxigênio maior do que o seu consumo e, em consequência, ocorre o crescimento da planta. Umbrófitas: são plantas que sobrevivem com luz de baixa intensidade, filtrada pelas copas das árvores. Avencas, samambaias, espatifilos, filodendros e muitas outras herbáceas são umbrófitas.
A fotossíntese e a respiração são processos opos tos. Os produtos da fotossíntese são consu midos na respiração e vice-versa. No ponto de compensação luminoso a fotossíntese e a respiração, que são fenômenos opostos, anulam-se.
Heliófitas: são as plantas que só conseguem sobreviver quando expostas à luz direta do sol. Árvores e arbustos são heliófitos.
BIOLOGIA
327
(MODELO ENEM) – A fotossíntese é um
importante processo para todos os seres vivos, principalmente para os animais e para os vegetais, pois é assim que eles obtêm seu alimento. Para os animais, pois, independentemente da posição que ocupem na cadeia trófica, é na base da cadeia (primeira, nível trófico) que sempre estão os produtores. O fenômeno fotossintético pode ser expresso através da seguinte equação: Luz 2 H2X + CO2 (CH2O) + H2O + 2X Clorofila A alternativa que representa o conceito correto em relação a esse fenômeno é: a) a fotossíntese é o único processo existente na Terra que produz alimento para os seres vivos. b) A glicose fabricada pela fotossíntese pode atravessar a membrana celulósica tripla do cloroplasto e ser utilizada nas mitocôndrias para a produção de celulose e de amido. c) Uma das etapas da fotossíntese é a fotólise da água, ou seja, a molécula da água é “quebrada”, e o oxigênio e o hidrogênio liberados vão para a atmosfera. d) As reações de escuro ocorrem dentro do cloroplasto, exclusivamente no estroma, região rica em pigmentos fotossintéticos, sendo a clorofila o mais comum. e) Na fotossíntese, a glicose (molécula com alto valor energético) é produzida dentro dos cloroplastos, a partir de água e de gás carbônico (moléculas com baixo valor energético). Essa é uma reação
endergônica, que ocorre com absorção da energia da luz solar. Resolução A equação global da fotossíntese é: Luz 12 H2O + 6CO2 C H O + 6H2O + 6O2 Clorofila 6 12 6 Ocorre no interior do cloroplasto e envolve duas fases: luminosa (fotoquímica) que ocorre nas tilacoides e a escura (química), na matriz do cloroplastídeo. Na primeira fase a luz é absorvida pelas clorofilas e será utilizada na síntese de ATP e na fotólise da água a qual forma NADPH 2 e libera O2. Na segunda fase, a escura, o CO2 é reduzido pelo NADPH2 produzindo glicose. O fenômeno absorve energia constituindo uma reação endergônica (endotérmica). Resposta: E
(MODELO ENEM) – As variações na concentração de gás carbônico (CO2) em um ambiente podem ser detectadas por meio de soluções indicadoras de pH. Uma dessas soluções foi distribuída em três tubos de ensaio que foram, em seguida, hermeticamente vedados com rolhas de borracha. Cada rolha tinha presa a ela uma folha recém-tirada de uma planta, como mostrado no esquema. Os tubos foram identificados por letras (A, B e C) e colocados a diferentes distâncias de uma mesma fonte de luz. Após algum tempo, a cor da solução no tubo A continuou rósea como de início. No
tubo B, ela ficou amarela, indicando aumento da concentração de CO2 no ambiente. Já no tubo C, a solução tornou-se arroxeada, indicando diminuição da concentração de CO2 no ambiente. Esses resultados permitem concluir que a posição dos tubos em relação à fonte de luz, do mais próximo para o mais distante, foi a) A, B e C. b) A, C e B. c) B, A e C. d) B, C e A. e) C, A e B. Resolução Em relação à posição dos tubos e à fonte luminosa tem-se:
Tubo C – Fotossíntese > Respiração A folha absorveu CO2 do meio, reduzindo a taxa de H2CO3. Tubo A – Fotossíntese = Respiração Não ocorreu alteração na taxa de H2CO3 no meio. Tubo B – Fotossíntese < Respiração A folha eliminou CO2 para o meio, aumentando a taxa de H2CO3. Resposta: E
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M111
328
BIOLOGIA
O gráfico abaixo mostra os resultados de um expe rimento para verificar a utilização e a produção de oxigênio pelas plantas. No experimento, uma planta foi colocada 12 horas em local iluminado e, em seguida, 12 horas no escuro. Durante a experiência, a temperatura foi mantida constante.
(UNESP) – Considere a afirmação: “Para que ocorra o cres-
cimento da vegetação, as plantas necessitam ser submetidas, pelo menos algumas horas do dia, a intensidades luminosas que permitam que elas ultrapassem seu ponto de compensação à luz”. a) A frase é falsa ou verdadeira? b) Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: a) Verdadeira. b) A sobrevivência da planta só é possível quando a produção de alimento por fotossíntese for superior ao consumo por respiração. Isso só é possível com luz acima do P.C.F.
Um pigmento extraído de uma determinada espécie de alga Analisando os dados do gráfico, pergunta-se: a) Qual o volume total do oxigênio liberado pela planta durante o período de 24 horas? b) Por que a planta eliminou oxigênio durante a exposição à luz e absorveu esse gás no escuro?
mostrou o seguinte espectro de absorção (ver gráfico):
RESOLUÇÃO: a) Produção de O 2: 400 x 12 = 4.800mL Consumo de O2: 100 x 24 = 2.400mL Total de O2 eliminado = 2.400mL b) Luz: Fotossíntese > Respiração Escuro: só ocorre respiração
Diante disso pergunta-se: Qual a cor do pigmento:
Em vegetais, as taxas de fotossíntese e de respiração
podem ser calculadas a partir da quantidade de gás oxigênio produzido ou consumido num determinado intervalo de tempo. O gráfico abaixo mostra as taxas de respiração e de fotossíntese de uma planta aquática, quando se varia a intensidade luminosa.
RESOLUÇÃO: O pigmento deve ter coloração laranja / vermelho porque as radiações menos absorvidas estão na faixa de 600 – 700 mm de comprimento de onda.
(MODELO ENEM) – O azul de bromotimol é um indicador
a) Em que intensidade luminosa o volume de gás oxigênio produzido na fotossíntese é igual ao volume desse gás consumido na respiração? b) Em que intervalo de intensidade luminosa a planta está gastando suas reservas? c) Se a planta for mantida em intensidade luminosa “r”, ela pode crescer? Justifique? RESOLUÇÃO: a) Intensidade n, que corresponde ao ponto de compensação luminoso (fótico). b) Intervalo I – n, porque a respiração é maior do que a fotossíntese. c) Sim. A planta cresce porque a produção de alimento por fotossíntese supera o consumo por respiração.
de pH que é verde em meio neutro, amarelo em meio ácido e azul em meio alcalino. Plantas aquáticas em solução neutra de azul de bromotimol foram mantidas no claro e no escuro, conforme esquema ao lado. Após o experimento a) em A, o pH permanece neutro e a solução não muda de cor. b) em B, o pH diminui e a solução se torna amarela. c) em A, o pH aumenta e a solução se torna amarela. d) em B, o pH aumenta e a solução se torna azul. e) em A, o pH diminui e a solução se torna amarela. RESOLUÇÃO: Resposta: B
BIOLOGIA
329
14
Influência do dióxido de carbono e da temperatura na fotossíntese
1. Dióxido de carbono (CO 2)
O aumento na taxa de CO2 aumenta a taxa fotossintética. As plantas terrestres dispõem de pouco CO 2 no ar atmosférico (0,03%). Já as algas marinhas dispõem de muito CO2 dissolvido na água, e o CO 2 parece não ser fator limitante. A água do mar contém cerca de 100 vezes mais CO2, sob forma de HCO –3 / CO–2 3 , do que o existente na atmosfera. O gráfico ao lado mostra a influência da concentração de CO2 na velocidade de fotossíntese de uma planta terrestre. Atualmente, a utilização de combustíveis fósseis (petróleo e carvão) e as queimadas de matas tendem a provocar um aumento na taxa de CO 2 na atmosfera. Este fato pode levar ao chamado “efeito estufa”, provocando um aumento na temperatura média anual no planeta. Se isso ocorrer, poderá haver degelo das calotas polares e um aumento no volume das águas oceânicas. As terras litorâneas seriam cobertas pela água, com consequências graves para a vida do homem na Terra.
(MODELO ENEM) – Um agricultor, interes-
sado em aumentar sua produção de hortaliças, adotou o sistema de cultivo em estufa. Desse modo, poderia controlar fatores tais como con centração de CO2, luminosidade e temperatura, os quais interferem na taxa de fotossíntese e, consequentemente, na produção vegetal. Sobre a ação desses fatores na taxa fotossintética, é correto afirmar que a) o aumento na concentração de CO2 e o aumento da temperatura elevam a taxa fotossintética até um limite máximo, a partir do qual esta se estabiliza, mesmo que a concentração de CO2 e a temperatura continuem em elevação.
330
BIOLOGIA
• CO2 • Efeito estufa • Temperatura
2. Temperatura Nas reações fotoquímicas, a temperatura não tem praticamente nenhum efeito. Mas, como já vimos, a fotossíntese tem uma etapa química que é catalisada por enzimas. Nesse caso, a temperatura tem grande influência. De um modo geral, de 0°C até cerca de 40°C, as reações enzimáticas dobram de velocidade a cada aumento de 10°C na temperatura. Observe o gráfico ao lado. Ele mostra que, com baixa intensidade luminosa, a temperatura praticamente não influi no processo, pois a luz é fator limitante. Já com alta intensidade luminosa, o aumento da temperatura intensifica o processo de fotossíntese, como em qualquer reação enzimática. Em plantas aquáti cas e subtropicais, a fotossíntese cessa à temperatura de alguns graus acima de zero. Já nas zonas temperadas, só paralisa quando a temperatura cai a 0°C, ou a temperaturas abaixo de zero. De um modo geral, a temperatura ótima está entre 30 e 38°C. Em temperaturas elevadas (57°C), a fotossíntese cessa (destruição das enzimas).
b) o aumento da intensidade luminosa e o aumento da temperatura elevam a taxa fotossintética até um limite máximo, a partir do qual esta se estabiliza, mesmo que a intensidade luminosa e a temperatura continuem em elevação. c) o aumento na concentração de CO2 e o aumento da intensidade luminosa elevam a taxa fotossintética até um limite máximo, a partir do qual esta se estabiliza, mesmo que a intensidade luminosa continue em elevação. d) o aumento na concentração de CO2 eleva a taxa fotossintética até um limite máximo, a partir do qual esta se estabiliza, mesmo que a concentração de CO2 continue em elevação. Porém, quanto maior a intensidade luminosa,
maior a taxa fotossintética. e) o aumento da temperatura eleva a taxa fotossintética até um limite máximo, a partir do qual esta se estabiliza, mesmo que a temperatura continue em elevação. Porém, quanto maior a intensidade luminosa, maior a taxa fotossintética. Resolução O aumento na taxa de CO2 no ar determina um aumento correspondente na velocidade de fotossíntese até o ponto de satu ração. A partir desse ponto, a fotossíntese permanece constante, mas em altas concentrações ocorre inibição do fenômeno. Resposta: C
(MODELO ENEM)
– A fotossíntese é o fenômeno da conversão de energia luminosa em energia química. Ocorre no interior dos cloroplastos e pode ser expressa através da equação: luz 12H2O + 6CO2 → C6H12O6, 6H2O + 6O2 clorofila O gráfico a seguir representa a taxa da fotossíntese em relação à temperatura de uma planta tropical, submetida a uma intensidade luminosa constante. Analise o gráfico e responda qual das curvas (A, B, C, D) representa a fixação do CO2
e a liberação de O2, em função da variação da temperatura.
Informações para as questões , e . A taxa de fotossíntese, desenvolvida por uma planta, é alterada por vários fatores ambientais. Dentre estes, salientam-se: intensidade da luz, temperatura e concentração de CO 2. Como os três são comuns nos vários ambientes, para se estudar o efeito da variação de um deles isoladamente sobre a taxa de fotossíntese, os outros dois devem ser mantidos constantes. Considere os gráficos a seguir (TF = taxa de fotossíntese):
Responda: Qual gráfico representa melhor o resultado da observação do que acontece com a taxa de fotossíntese de uma planta conforme aumenta a temperatura? (A intensidade da luz e a concentração de CO2 são mantidas constantes.)
a) D b) C c) B d) A e) D e A Resolução A fotossíntese corresponde a uma série de reações dependentes da temperatura. Existe uma região de “temperatura ótima” onde o fenômeno ocorre em maior intensidade. Aquém e além, o fenômeno sofre redução. Resposta: A
Qual gráfico representa melhor o resultado da observação do que acontece com a taxa de fotossíntese de uma planta conforme aumenta a concentração de CO2? (A temperatura e a intensidade da luz são mantidas constantes.) RESOLUÇÃO: Resposta: C
(MODELO ENEM) – Mediu-se a taxa de fotossíntese em plantas submetidas a diferentes condições de temperatura e de luz.
Foram utilizadas duas intensidades luminosas: uma baixa, próxima ao ponto de compensação fótico (representada nos gráficos por linha interrompida), e outra alta, bem acima do ponto de compensação fótico (representada nos gráficos por uma linha contínua). Qual dos gráficos representa melhor os resultados obtidos?
RESOLUÇÃO: Resposta: B
Qual gráfico representa melhor o resultado da observação do que acontece com a taxa de fotossíntese de uma planta conforme aumenta a intensidade da luz? (A concentração de CO2 e a temperatura são mantidas constantes.) RESOLUÇÃO: Resposta: C
No Portal Objetivo RESOLUÇÃO: Resposta: E
Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M112 BIOLOGIA
331
15 e 16
Osmose na célula vegetal
1. Simples difusão Difusão é o movimento de moléculas ou íons, seguindo o gradiente de concentração, isto é, as partículas movimentam-se de uma região mais concentrada para outra menos concentrada, até atingirem o estado de equilíbrio. Quando são considerados os seres vivos, a difusão é um fenômeno de transporte passivo, uma vez que ocorre sem gasto de energia pelas células. Pode-se provar a difusão mergulhando-se um cristal azul de sulfato de cobre em um tubo de ensaio contendo água. Deixando-se o tubo em repouso, verifica-se depois de alguns dias que a água fica igualmente colorida. Este fato mostra que os íons sulfato e cobre se difundiram entre as moléculas de água, movimentando-se de onde estavam mais concentrados para onde estavam menos concentrados. O mesmo fato acontece com as molé culas de água, a tal ponto que, no final, se atinge um esta do de equilíbrio, no qual o número de partículas é aproximadamente o mesmo em qualquer ponto da solução.
Os íons deslocam-se de onde estão mais concentrados para onde es - tão menos concentrados (A) até ocorrer o estado final de equilíbrio (B).
2. Pressão de difusão Para ilustrar, vamos considerar um balão de borracha cheio com o gás odorífero (H2S). As moléculas do gás, que estão confinadas no balão, exercem uma pressão so bre as paredes. Se o balão agora for estourado, as moléculas do H2S irão espalhar-se rapidamente pelo ambiente. Tal fato permite afirmar que a concentração das moléculas em espaço pequeno promove o desenvolvimento de uma pressão que resulta da difusão das moléculas. Essa pressão pode ser chamada de pressão de difusão (PD). Na experiência anterior com o sulfato de cobre, podemos falar também de uma pressão de difusão da água e de uma pressão de soluto Cu 2+ e SO2– 4 . Um fato importante: a dissolução de substâncias como sacarose, cloreto de sódio, sulfato de cobre etc. em água diminui a pressão de difusão da água. Assim sendo, a pressão de difusão da água será máxima quando se tratar de água pura.
332
BIOLOGIA
• Difusão • Osmose • Osmômetro • Plasmólise
Enfim, podemos dizer que a pressão de difusão é consequente à tendência que diferentes partículas (íons ou moléculas) têm de se difundir.
3. Osmose A difusão da água (solvente) através de uma mem brana semipermeável chama-se osmose. Membrana semipermeável é aquela que é permeável ao solvente, mas é impermeável aos solutos.
Na osmose a água passa com maior velocidade do meio menos concentrado para o meio mais concentrado.
Para ilustrar o fenômeno, vamos utilizar o osmômetro, que consta de um vaso de barro dentro do qual se conseguiu uma membrana semipermeável de ferrocianeto de cobre Cu2[Fe(CN)6]. Vamos encher o vaso com uma solução de sacarose e, em seguida, vamos fechá-lo e adaptar a ele um tubo de vidro. Mergulhamos agora o vaso dentro de um recipiente contendo água (solvente puro). Vamos observar que a água começa a se difundir no interior do vaso. Em consequência, o volume da solução aumenta e a água começa a subir pelo tubo de vidro. A difusão da água com velocidade maior no interior do vaso resulta da maior pressão de difusão fora (água pura) do que dentro (água + sacarose). À medida que a água sobe pelo tubo de vidro, aumenta a pressão sobre a solução do vaso. Essa pressão é chamada pressão de turgescência (turgor). Como resultado do aumento da pressão de turgescência, há o aumento da pressão de difusão da água dentro do vaso.
A água difunde-se no interior do osmômetro e sobe pelo tubo de vidro.
Chegamos a um determinado instante em que a pressão de difusão da água fora e dentro do osmômetro é a mesma, ou seja, ao instante em que o estado de equilíbrio é atingido.
4. Pressão osmótica Pressão osmótica de uma solução é a “pressão que se deve exercer sobre esta solução para evitar a entrada do solvente, quando a solução está separada do solvente puro por uma membrana semipermeável”. A pressão osmótica das soluções é medida em atmosfera. De um modo geral, podemos afirmar que a pressão osmótica depende diretamente A pressão P , exercida sobre o da concentração da solução. êmbolo, é igual e contrária à Quanto mais concentrada a sopressão osmótica da solução – lução, maior a sua pressão osP.O. mótica. Osmômetro de Pfeffer Consta de um vaso de barro onde conseguimos uma membrana semipermeável de ferrocianeto de cobre: Cu2[Fe(CN)6]. Enchemos o vaso com uma solu ção. Pode ser usada solução de sacarose. Fechamos o vaso e adaptamos a ele um tubo de vidro. Agora, o vaso é mer gulhado dentro de um recipiente contendo solvente puro (água).
Funcionamento do osmômetro de Pfeffer A água movimenta-se com maior velocidade para dentro do vaso e começa a subir pelo tubo de vidro.
Tal fato ocorre porque a PD da água fora (solvente puro) é maior do que a de dentro (água e sacarose). A coluna de água que subiu pelo tubo de vidro passa a exercer uma pressão sobre a solução (pressão de turgescência – PT). Como resultado do aumento da PT, temos o aumento da PD da água do vaso. Chegamos a um instante em que a PD da água fora e dentro do vaso é a mesma; dizemos, pois, que o equilíbrio foi atingido.
5. A célula vegetal como osmômetro A célula vegetal pode ser comparada a um osmômetro. Assim, temos: membrana semipermeável = plasmalema ou tonoplasto; parede do vaso = membrana celulósica (parede celular); solução de sacarose = suco va cuolar. Recipiente com água = solução do solo. Normal mente, a concentração do suco vacuolar é maior do que a solução do solo; isso significa que a pressão de difusão da água dentro da célula é menor que a pressão da difusão no meio externo. Consequentemente a tendência maior é a água penetrar na célula do que sair. Essa tendência será tanto maior quanto maior a concentração da solução do suco vacuolar. Em outras pala vras, quanto maior a pressão osmótica do suco va cuolar, maior a tendência de penetração da água. Existe, pois, uma força no interior da célula com tendência para retirar a água do ambiente. A esta força chamaremos de pressão osmótica do suco vacuolar, que será representada por PO ou Si (sucção interna da célula). A água penetra no vacúolo da célula e começa a distendê-lo. Consequentemente, surge uma pressão (pressão de turgescência) sobre a membrana celulósica. Esta, como é dotada de elasticidade, vai distendendo-se, originando uma força contrária à distensão, tendendo a
BIOLOGIA
333
voltar à sua posição inicial. Essa força será chamada pressão de turgescência (turgor) e representada por PT ou M (resistência da membrana). A penetração de água no interior da célula vegetal vai depender destas forças: a) pressão osmótica do suco vacuolar (PO) – favorável à entrada de água; b) pressão de turgescência (PT) – contrária à entrada de água. Isso permite dizer que a entrada de água nas células vegetais depende de seu deficit de pressão de difusão (DPD ou Sc). A fórmula a seguir permite calcular a sucção celular (Sc ou DPD) da célula:
DPD = PO – PT ou Sc = Si – M A célula estará saturada (túrgida) com água quando:
PT = PO Si = M DPD = 0 Sc = 0 Assim, a célula estará murcha (flácida) quando:
6. Plasmólise Vamos mergulhar as células dentro de uma solução de concentração superior à do vacúolo, isto é, dentro de uma solução hipertônica em relação ao DPD da célula. Os fatos agora se invertem, a célula começa a perder água. A parede celular vai contraindo-se até ficar frouxa. O vacúolo continua a perder água, o citoplasma vai afastando-se da parede celular. O espaço que existe entre o citoplasma e a parede está cheio com a solução externa, já que a membrana celulósica é permeável. Às vezes, o afastamento do citoplasma da parede celulósica não é total, ficando o citoplasma ligado à parede por meio de finos ligamentos de Hecht. Nessa situação DPD = PO Célula vegetal plasmolisada. e PT = 0. A plasmólise não provoca a morte da célula vegetal. Se agora a célula for mergulhada em água ou solução hipotônica, ela volta a absorver água até voltar ao estado inicial. O fenômeno é chamado desplasmólise.
PT = 0 M = 0 DPD = PO Sc = Si
Plasmólise em célula vegetal (A, B, C) e desplasmólise (C
→
D).
A tendência de a água entrar na célula vegetal depende de uma pressão favorável (PO) e outra contrária (PT).
Esquema mostrando o movimento osmótico na célula vegetal.
334
BIOLOGIA
Diagrama mostrando as variações de volume de uma célula vegetal colocada em diferentes meios. Em 1, a célula está murcha ou plasmolisada e em 3, está túrgida.
Saiba mais
EXPERIÊNCIA FEITA COM FATIAS DE PIMENTÃO 1. Corte três tiras de pimentão de 5cm de comprimento por 1cm de largura. 2. Raspe a face interna da fatia com uma faca com dentes. 3. Mergulhe as fatias em soluções de açú car com concentrações diferentes. 4. A osmose ocorre entre as células que não são cobertas pela cutícula. A cutícula impermeável impede o movimento da água. 5. Observe a forma das fatias após algum tempo.
Exercícios Resolvidos – Módulo 15 (MODELO ENEM) – Sabe-se que, para as células exercerem suas funções, é necessário haver um controle da concentração interna de água e íons. Em 2003, o prêmio Nobel de Quí - mica foi justamente para dois médicos norte-ame- ricanos que estudaram de que forma a água é transportada através da membrana celular de alguns tipos de tecidos, como o epitélio das glândulas lacrimais. Eles descobriram proteínas (aquaporinas), ao nível da membrana plasmática, que formam poros passivos para a água se mo- vimentar. O sentido é dado pelo gradiente osmótico e a seleção das moléculas de água é feita pelo seu tamanho e carga elétrica . Ciência Hoje , n.o 200, 2003 [adapt.].
Baseado(a) nos textos e nos seus conhecimentos, assinale a alternativa incorreta. a) O processo de difusão de moléculas, representado nas figuras, é chamado de osmose. b) Uma das formas de diferenciar o transporte ativo do passivo é quanto ao gasto de energia (ATP) e direção do transporte (contra ou a favor do gradiente eletroquímico). c) Células animais e vegetais, na condição 1, absorvem água, por isso ‘incham’, o que pode levar ao rompimento celular. d) Na difusão facilitada, um tipo de transporte passivo, as proteínas de membrana transportam substâncias do meio mais concentrado para o menos concentrado. e) Baseado nas figuras, pode-se considerar que, na condição 1, o meio é hipotônico e, na condição 2, é hipertônico em relação à célula. Resolução Na condição 1: o meio externo é hipotônico em relação ao meio interno. Nesse caso a água movimenta-se para o interior da célula. No caso 2: o meio externo é hipertônico e a água movimenta-se para fora da célula. Resposta: C
(MODELO ENEM) – Foi realizado um ex-
perimento de aula prática de Biologia, no qual foram colocadas células animais e vegetais em uma solução hipotônica. Ao final da aula, o aluno notou que um dos dois tipos celulares havia morrido. Assinale a alternativa que contém a explicação correta sobre os resultados obtidos pelo aluno. a) Em solução hipotônica as células tendem a
perder água para o meio ambiente. A parede celular vegetal evitou a perda excessiva de água e as células vegetais permaneceram vivas. b) As células vegetais ficaram vivas enquanto as células animais morreram. As células animais só ficariam vivas caso fossem colocadas em solução hipertônica, porque a água passaria do meio externo para o in terno, preservando a vida desse tipo celular. c) As células animais se romperam devido à entrada de água através da osmose. As células vegetais permaneceram vivas porque a rigidez da parede celular ofereceu resistência contra a entrada excessiva de água. d) As células vegetais permaneceram vivas porque possuem o vacúolo que é responsável pela manutenção da isotonia entre os meios interno e externo. Assim, pode-se dizer que as células vegetais não ganharam e não perderam água. e) As células vegetais morreram pela entrada excessiva de água, enquanto as células animais, que possuem vacúolo, se mantiveram vivas por igualarem as concentrações interna e externa. Resolução A diferença entre as células vegetais e animais é a presença da parede celulósica, muito resistente, nos vegetais. Quando essas células são mergulhadas em meio hipotônico ambas absorvem água. A célula vegetal entra em equilíbrio com o meio am biente e não se rompe. A célula animal sofre lise e morre. Resposta: C
BIOLOGIA
335
Exercíc Exer cícios ios Propos Propostos tos – Módul Módulo o 15 Denomina-se difusão o movimento de
a) água de uma região de menor concentração para outra de maior concentração, com gasto de energia. b) partículas de uma região de maior concentração para outra de menor concentração. c) gases contra contra o gradiente de concentração. concentração. d) partículas com gasto gasto de ATP ATP.. e) moléculas ou íons contra o gradiente de concentração. concentração.
d) II: III: e) II: III:
I: Por transporte ativo ativo pelas lenticelas. Por difusão e transporte ativo pelas raízes. Por difusão entre as células células do parênquima. I: Por difusão pelos pelos estômatos, estômatos, principalmente. principalmente. Por osmose pelas raízes. Dissolvidos na seiva seiva bruta.
RESOLUÇÃO: Resposta: A
RESOLUÇÃO: Resposta: B
Quando preparamos, com antecedência, uma salada de Todo movimento de partículas ao qual se opõe uma mem brana semipermeável chama-se a) di difu fusã são. o. b) osm osmose ose.. c) di diál ális ise. e. d) emb embebi ebição ção.. e) movimento browniano. RESOLUÇÃO: Resposta: B
alface, tomate e cebola e utilizamos vinagre, ou limão, sal e I e ____ II . azeite, as células das verduras ____ Assinale a alternativa que, corretamente, completa as lacunas I e II. a) ganham água do meio, meio, por osmose, e murcham. b) perdem água para o meio, por difusão facilitada, e permanecem iguais. c) ganham água para o meio, por difusão facilitada, e murcham. d) perdem água para o meio, meio, por osmose, osmose, e murcham. e) não perdem água para o meio e permanecem iguais. iguais. RESOLUÇÃO: Resposta: D
subs (MODELO ENEM) – Considerando o movimento de substâncias nas plantas, foi construída a tabela a seguir:
potencial osmótico de uma célula vegetal em três estados distintos.
Substância
Entrada na Planta
Transporte
Liberação
Água
Por osmose, pelas raízes.
Por fluxo de massa através do xilema.
I
Solutos
II
Por difusão pelos estômaestômaGases tos, lenticelas lenticelas e epiderme.
Por fluxo de massa Pela queda de pelo xilema (principalmente flores, folhas, os íons) ou pelo ramos, frutos floema (compostos etc. orgânicos).
III
Por difusão pelos esestômatos, prinprincipalmente.
Assinale a alternativa que apresenta os termos que poderiam substituir os números I, II e III da tabela. a) I: Por difusão pelos pelos estômatos, estômatos, principalmente. principalmente. II: Por difusão ou por transporte transporte ativo pelas pelas raízes. III: Por difusão pelos espaços intercelulares intercelulares e pelas células. b) I: Por transporte ativo pelos estômatos, estômatos, principalmente. principalmente. II: Por osmose pelas raízes. III: Dissolvidos na seiva seiva bruta. c) I: Por fluxo de massa através das lenticelas. lenticelas. II: Por difusão pelas lenticelas. III: Dissolvidos na seiva seiva elaborada.
336
BIOLOGIA
(MODELO ENEM) – O diagrama esquematiza alterações no
A partir da análise da ilus ilustração, tração, pode-se pode-se afirmar: a) A concentração concentração do meio, meio, nos três três estados, é igual à concen concen-tração do suco vacuolar. b) A experiência experiência evidencia evidencia a atividade celular celular que se caracteriza caracteriza por transporte ativo secundário. c) O poder de sucção sucção da célula, célula, em B, é maior do que em em C. d) As mudanças observadas observadas indicam a manutenção da célula em solução hipotônica. e) A permanência da da célula no estado estado C conduz, inevitavel inevitavel-mente, à morte celular pela ruptura das membranas. RESOLUÇÃO: Resposta: C
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M113
Exercíc Exer cícios ios Resolvi Resolvidos dos – Módul Módulo o 16 parte inferior inferior (MODELO ENEM) – Em um um experi experimento, mento, (MODELO ENEM) – Um frasco tem a parte
mem brana na semi miper permeável meável e é fatias recém-cortadas de uma batata ba tata foram colocolo- revestida com uma membra cadas em dois recipientes contendo água com preenchido com uma solução de água com açúcar. açúcar.. Depois de algumas horas, verificou-se a açúcar A figura A representa o momento em que o frasco foi situação mostrada na figura a seguir. mergulhado em um recipiente re cipiente com água pura. Passados alguns minutos, a figura que melhor representa a situação no interior do frasco é
É bem possível que as soluções solu ções A e B sejam, sejam, respectivamen respectiva mente te a) isotôni isotônica ca e hipotônica em relação ao conteúdo vacuolar. b) hipotônica e hipertônica em relação ao conteúdo vacuolar. c) hipertônica e hipotônica em relação ao conteúdo vacuolar. d) isotônica e isotônica em relação ao conteúdo vacuolar. vacuolar. e) hipertônica e isotônica em relação ao conteúdo vacuolar. Resolução Em A a fatia mantém-se ereta mostrando que foi mergulhada em meio hipotônico e em B está murcha e isso ocorreu porque ela perdeu água para o meio hipertônico. Resposta: B
Resolução A experiência mostra o movimento de água através da mem brana semipermeá semipermeável, vel, fenôme fenômeno no conhecido por osmose. A água movimenta-se do meio externo con ten tendo do água para o interior do tubo que contém uma solução. Resposta: A
Exercíc Exer cícios ios Propos Propostos tos – Módul Módulo o 16 O esquema a seguir indica células vegetais colocadas em soluções de diferentes concentrações.
BIOLOGIA
337
a) Qual é a seta (A (A ou B) que indica indica a transformação de uma célula túrgida que sofre plasmólise ao ser colocada numa solução de diferentes concentrações? b) Qual das três células é o ponto de partida na sequência da pergunta anterior? RESOLUÇÃO: a) A seta A indica a sequência de uma célula túrgida (I) (I) que sofre plasmólise II e III e posteriormente deplasmólise III I. b) Célula I (túrgida).
(MODELO ENEM) – Uma folha murcha de alface pode ter
seu aspecto melhorado melhorado se for colocada num recipiente com água fria, porque a) a temperatura baixa da água enrijece enrijece seus tecidos. b) as células murchas murchas são hipertônicas hipertônicas e, recebendo recebendo água por osmose, se tornam túrgidas. c) a água ocupa ocupa os espaços espaços intercelulares intercelulares da folha, tornando-a tornando-a enrijecida. d) as células utilizam o oxigênio dissolvido dissolvido na água para aumentar o seu metabolismo. e) a parede celular celular reage com a água, tornando-se tornando-se mais rígida. RESOLUÇÃO: Resposta: B
pro (MODELO ENEM) – Pesquisadores norte-americanos produziram uma variedade de tomate transgênico que sobrevive em solos até 50 vezes mais salinos do que o tolerado pelas plantas normais. normais. Essas plantas geneticamente modificadas produzem maior quantidade de uma proteína de membrana que bombeia íons sódio para o interior do vacúolo. Com base em tais informações, informações, pode-se concluir que plantas normais não conseguem sobreviver em solos muito salinos porque, neles, as plantas normais a) absorvem água do ambiente por osmose. osmose. b) perdem água para o ambiente por osmose. c) absorvem sal do ambiente por difusão. difusão. d) perdem sal para o ambiente por por difusão. e) perdem água e absorvem sal por transporte transporte ativo. RESOLUÇÃO: Resposta: B
(FUVEST) – Para a ocorrência de osmose, é necessário que
a) as concentrações concentrações de soluto soluto dentro e fora da célula célula sejam sejam iguais. b) as concentrações concentrações de soluto soluto dentro e fora da célula célula sejam sejam diferentes. c) haja ATP ATP disponível na célula célula para fornecer energia ao transporte de água. d) haja um vacúolo no interior da célula célula no qual o excesso de água é acumulado. e) haja uma parede celulósica envolvendo envolvendo a célula, célula, o que evita sua ruptura. RESOLUÇÃO: Resposta: B
(MODELO ENEM) –
Sabendo-se que o
O esquema acima mostra uma célula em plasmólise. Para que ocorra o processo inverso, inverso, a deplasmólise, de tal forma que a célula retome a turgescência turgescência inicial, basta colocar a célula em a) solu solução ção hipe hipertôni rtônica. ca. b) solução hipotônica. c) solu solução ção isot isotônica ônica.. d) hemól hemólise. ise. e) concentração maior maior.. RESOLUÇÃO: Resposta: B
338
BIOLOGIA
deficit de pressão de difusão de uma célula (DPD) é a diferença entre a pressão osmótica osmó tica (PO) e a pressão de turgor (PT), qual das seguintes seguin tes alternativas representa a situação de uma célula túrgida? a) DPD = PT b) DPD – PO c) PT = 1 d) PO = 1 e) DPD = 0 RESOLUÇÃO: Resposta: E
Natureza e funções do material genético – Mód ódu ulo loss
Os genes são constituídos por segmentos do DNA e servem para codificar codifi car as proteínas.
1
1
– Introdução ao estudo da Genética Genética
2
– A natureza química química do gene
3
– DNA: replicação replicação e transcrição
4
– A ação gênica
5
– O código genético genético
6
– A síntese de proteínas proteínas
7
– A mutação gênica
8
– A lei da segregação segregação
Introdução ao estudo da Genética
1. O que qu e é Genét G enética? ica? Genética é o ramo da Biologia que estuda os fenô fenôme me-nos de hereditariedade e variação. É comum observa rmos semelhanças entre pais e filhos, entre irmãos, entre papa rentes ou, de maneira geral, entre ascendentes e descen des cendentes. Hereditariedade é o fenômeno pelo qual os descendentes recebem caracteres de seus ascen den dentes. tes. Contudo, Con tudo, mesmo entre dois gêmeos univitelinos, uni vitelinos, notamos certas certas diferenças, devidas, principalmente, ao meio externo onde se desenvolvem ou a modificações inter in ter-nas. Todas Todas as diferenças entre os organismos de mesma espécie constituem constituem a variação. A Genética estuda, estu da, porportanto, as seme semelhanças lhanças e diferenças entre ascendentes ascen dentes e descendentes.
2. Os objetiv objetivos os da Gené Genétic tica a A Genética procura uma resposta para três questões fundamentais: 1. Qua Quall é a nat nature ureza za do mat materi erial al gen genéti ético co que os pais transmitem aos filhos? 2. Com Comoo é fei feita ta ess essaa tra transm nsmiss issão ão dos pai paiss par paraa os
• Cromatina • Cromossomos • Haploide • Diploide • Meiose
filhos? 3. Com Comoo age o mat materi erial al gen genéti ético co na exp expres ressão são dos caracteres hereditários?
3. O materi material al genét genétic ico o
Os seres vivos são constituídos por células, nas quais está contido o material genético. As células são constituídas por três estruturas bási si-cas: membrana, citoplasma e núcleo. A membrana envolenvol ve, protege e isola seletivamente seletiva mente a célula do ambiente. O citoplasma ocupa a maior parte do volume celular e contém os organoides relacionados ao metabolismo, como: mitocôndrias (respiração), ribosso ribos somos mos (síntese (síntese de proteínas), lisossomos (digestão celular), complexo com plexo de Golgi ou complexo golgisense (secreção celular) e ainda vários outros. No interior do núcleo aparecem os cromossomos , os depositários dos genes, os elementos responsáveis pelas características dos organismos. Por meio dos ge nes, o núcleo coordena co ordena todas as atividades celulares deter mi mi-nantes da reprodução e dos caracteres dos seres vivos. BIOLOGIA
339
4. A estrutura dos cromossomos
Os cromossomos são corpúsculos filamentosos constituídos pelo enrolamento helicoidal de uma fibra conhe cida por cromatina. Quimicamente a fibra cromatínica é constituída por DNA e histonas, moléculas de natureza proteica. As histonas formam os nucleossomas, nos quais se enrola a dupla-hélice do DNA (Fig. 1), o constituinte dos genes.
ploide, existe apenas um cromossomo de cada par de homólogos (Fig. 2).
Fig. 2 – Células diploides e haploides.
6. A meiose
Fig. 1 – A estrutura do cromossomo.
5. O número de cromossomos O número de cromossomos é variável, mas constante dentro de uma espécie. Assim, a mosca drosófila apresenta 8, o feijão 22, o homem 46, o tabaco 48, o cão 78 etc. Esse número cromossômico existente nas células do corpo, chamadas de células somáticas, é conhecido como diploide e representado por 2n. Isso porque existem dois cromossomos de cada tipo, ditos homólogos. Já os gametas são células haploides, ou seja, possuem apenas n cromossomos. É evidente que, na célula ha-
(MODELO ENEM) – A partir de um tecido animal, foram retiradas quatro amostras que continham ácidos nucleicos. Após a análise das amostras, obteve-se o seguinte: • amostra I: desoxirribose; • amostra II: uracila; • amostra III: 20% de citosina e 20% de guanina; • amostra IV: 30% de adenina e 10% de uracila. Entre as amostras analisadas, pode-se afirmar que se refere ao DNA o contido apenas em a) III e IV. b) II e IV. c) II e III. d) I e III. e) I e II. Resolução O açúcar presente na molécula de DNA é a
A meiose é o processo que permite a obtenção de células haploides (n), a partir de células diploides (2n). Consiste num processo de divisão celular que, nos animais, ocorre nas gônadas (testículos e ovários), onde células germinativas 2n originam gametas (esperma tozoides e óvulos) n. Para exemplificar, suponha uma célula com quatro cromossomos (2n = 4). Os seus cromossomos duplicamse na interfase, formando uma célula com quatro cromossomos e oito cromátides. A meiose consta de duas divisões celulares sucessivas. Na primeira divisão aparecem duas células-filhas contendo, cada uma, um cromossomo duplicado de cada par. A seguir, ocorre a segunda divisão que, com a separação das cromátides, produz quatro células haploides (n = 2) com dois cromossomos (Fig. 3).
Fig. 3 – A meiose.
desoxirribose. De acordo com as experiências feitas com DNA, a quantidade de bases adenina é igual a de timina bem como a de guanina é igual a de citosina. Resposta: D
(MODELO ENEM) – Analisando a molécula
de DNA de uma célula animal, constatou-se que 30% de suas bases nitrogenadas eram constituídas por citosina. Relacionando esse valor com o emparelhamento específico das bases, assinale a alternativa que apresenta os valores encontrados para as demais bases nitrogenadas.
a) 20% de adenina, 40% de timina e 10% de guanina. b) 20% de adenina, 20% de timina e 30% de guanina. c) 30% de adenina, 20% de timina e 20% de guanina. d) 30% de adenina, 10% de timina e 30% de guanina. e) 40% de adenina, 10% de timina e 20% de guanina. Resolução Na molécula de DNA encontram-se as seguintes proporções entre as bases púricas e pirimídicas: A = T e C = G. Resposta: B
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M114
340
BIOLOGIA
Em relação aos genes, responda:
a) Qual é a sua natureza química? b) Em que estruturas celulares estão localizados? RESOLUÇÃO: a) Genes são segmentos de DNA. b) Nos cromossomos, em mitocôndrias e nos cloroplastos.
Por que o núcleo desempenha um papel importante na determinação das características hereditárias?
RESOLUÇÃO: Por conter os genes, estruturas determinantes dos caracteres hereditários.
1
2
3
4
5
a)
DNA
núcleo
cromossomos
n
2n
b)
DNA
núcleo
cromossomos
2n
n
c)
DNA
citoplasma
cromossomos
2n
n
d) RNAm
núcleo
núcleo
2n
n
e) RNAm
citoplasma
cromossomos
n
2n
RESOLUÇÃO: Resposta: B
(MODELO ENEM) – A tabela anexa mostra o número cromossômico de alguns seres vivos.
(CESGRANRIO) – Mus musculus, Rattus rattus norvegicus e Macaca mulatta produzem gametas com 20, 21 e 24 cromossomos, respectivamente. Uma célula somática desses animais conterá, respectivamente, quantos cromossomos? a) 40, 42 e 48. b) 20, 21 e 24. c) 80, 84 e 96. d) 60, 63 e 72. e) 100, 105 e 120. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(ACAFE) – Uma célula com oito cromossomos sofre meiose e origina a) 4 células com 2 cromossomos. b) 2 células com 8 cromossomos. c) 4 células com 4 cromossomos. d) 2 células com 4 cromossomos. e) 4 células com 8 cromossomos. RESOLUÇÃO: Resposta: C
Na estrutura cromossômica distinguimos dois componentes: nucleossomos e DNA. Nucleossomos são a) unidades estruturais repetitivas de DNA. b) unidades estruturais de histonas. c) unidades responsáveis pela formação dos nucléolos. d) todos os níveis hierárquicos de organização da cromatina. e) unidades do poro nuclear no envoltório nuclear. RESOLUÇÃO: Resposta: B
Ao final de uma divisão meiótica aparecem 4 células conten do 4 cromossomos. Quantos cromossomos aparecem na célula mãe que sofreu a meiose? a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 16 RESOLUÇÃO: Resposta: D
1 , aparecem no interior do Os genes, constituídos por ______
2 em estruturas conhecidas como ______ 3 cujo número é ______ 4 nas constante em cada espécie, sendo representado por ______ 5 nos gametas. Assinale a alternativa células somáticas e ______ que, de maneira correta, completa as lacunas de 1 a 5.
Nome comum
Nome Número científico cromossômico 2n Curcubita Abóbora 32 pepo Alga Chlamydomonas 40 reinhard unicelular Solanum Batata 48 tuberosum Plantas Avena Ervilha 42 sativa Língua-de- Ophioglossum 1.262 reticulatum serpente Nicotiana Tabaco 48 tabacum Bos Boi 60 taurus Canis Cachorro 78 familiaris Pan Chimpanzé 48 troglodytes Animais 47 (macho) Melanoplus Gafanhoto differentialis e 48 (fêmea) Gallus Galinha 78 domesticus Rana Rã 26 pipens A análise da tabela permite concluir que a) nunca os organismos pertencentes à mesma espécie apresentam número cromossômico diferente. b) o conhecimento do número de cromossomos permite identificar uma espécie. c) o número cromossômico é diretamente proporcional ao tamanho da espécie. d) indivíduos pertencentes a espécies diferentes podem ter o mesmo número de cromossomos. e) por serem mais evoluídos, os mamíferos sempre apresentam maior número de cromossomos em relação às demais espécies. RESOLUÇÃO: Resposta: D
BIOLOGIA
341
A natureza química do gene
2
• DNA • Nucleotídeo • Nucleosídeo • Chargaff
1. Qual é a natureza dos genes O início de uma resposta para essa questão ocorreu em 1943, quando três cientistas americanos, Oswald T. Avery, Colin Macleod e Maclyn MacCarty identificaram o DNA como determinante de uma característica bacteriana. As bactérias da espécie Diplococcus pneumoniae , como o nome indica, são causadores da infecção conhecida como pneumonia. Geralmente usa-se o termo pneumococo para designar mais popularmente a espécie. Há dois tipos principais de pneumococos: num deles cada célula bacteriana é circundada por uma cápsula; no outro não há cápsula. Essas características são hereditárias. Da presença ou ausência de cápsulas, depende outra característica da bactéria, a patogenia. As que tem cápsula provocam a pneumonia, as desprovidas de cápsulas são inofensivas. Os cientistas citados demonstraram, por meio de uma engenhosa experiência, que a presença de cápsula era determinada pelo DNA. Assim, quando o DNA de bactérias com cápsula era injetado em bactérias sem cápsulas, elas passaram a produzir gerações de bactérias com cápsulas. Quase ao mesmo tempo, surgiu a primeira noção sobre a atividade gênica, dada pela hipótese “um gene – uma enzima” proposta por George Beadle e Edward Tatum. Mas foi a descoberta triunfal da estrutura do DNA, por Francis Crick e James Watson em 1953, que convenceu os biólogos de que os genes são realmente constituídos por DNA.
As bases nitrogenadas são estruturadas a partir de carbono (C), hidrogênio (H) e nitrogênio (N) e pertencem a duas categorias: púricas e pirimídicas. As púricas, com anel duplo, são a adenina (A) e a guanina (G). As pirimídicas, com anel simples, são a citosina (C) e a timina (T). Observe a figura 3.
Fig. 3 – As bases nitrogenadas.
O fosfato e a desoxirribose são constantes em todos os nucleotídeos. A variação da base nitrogenada determina a existência de quatro tipos de nucleotídeos, esquematizados na figura 4.
2. A composição química do DNA O ácido desoxirribonucleico (DNA) é um polímero. Chamamos polímeros às macromoléculas forma das pelo encadeamento de unidades repetitivas, os monômeros. São polímeros, por exemplo, as proteínas, cujos monômeros são os aminoácidos. O DNA é um polímero definido como um polinucleotídeo, por ser constituído por uma sucessão de unidades menores, os nucleotídeos, que representam os monômeros. Nucleotídeos são moléculas orgânicas complexas formadas pela união de três moléculas: fosfato, pentose e base nitrogenada. Se retirarmos o fosfato de um nucleotídeo, teremos um nucleosídeo (Fig. 1). O fosfato é derivado do ácido fosfórico (H3PO4) e a pentose (C5H10O5) é a desoxirribose (Fig. 2).
Fig. 4 – Os quatro tipos de nucleotídeos.
3. A relação de Chargaff
Fig. 1 – A estrutura de um nucleotídeo.
342
BIOLOGIA
Fig. 2 – Desoxirribose.
Em 1950 o austríaco Erwin Chargaff, analisando amostras de DNA provenientes de diferentes células pertencentes a variadas espécies, mostrou que em todos os DNAs as quantidades de adenina igualam as de timina, enquanto as de citosina igualam as de guanina. Daí a famosa Relação de Chargaff: A = T e C = G ou A/T = 1 e C/G = 1.
4. A estrutura do DNA Através de informações obtidas em estudos da difração dos raios X e de análises químicas, Watson e Crick, em 1953, propuseram o modelo da estrutura do DNA: macromolécula constituída por duas cadeias polinucleotídicas dispostas helicoidalmente. Pode-se formar uma dupla-hélice para representar a molécula de DNA Fig. 5 – A formação da escada helicoidal. (Fig. 5). No modelo de Watson e Crick para a molécula de DNA (Fig. 6), cada “corrimão da escada” é constituído por grupos fosfato ligados a desoxirriboses. Cada degrau é formado por uma base púrica (A ou G) ligado a uma base pirimídica (C ou T). Em cada degrau as bases são unidas por ligações químicas conhecidas como pontes de hidrogênio. A configuração molecular permite a ocorrência de duas pontes entre A e T e três entre C e G. O pareamento de A com T e de C com G explica as igualdades: A = T e C = G, evidenciadas pela análise química. A figura 7 mostra que o enrolamento da dupla-hélice é à direita (dextrógira) e uma volta se completa a cada 34 angströns. Como cada nucleotídeo ocupa um espaço de 3,4 angströns, em cada volta completa da hélice ocorrem 10 nucleotídeos. O diâmetro da molécula é de 20 angströns. Existem vírus que apresentam DNA formado por uma cadeia única de nucleotídeos, evidentemente que, neste caso, não ocorre a Relação de Chargaff, pois as quantidades de A e T, bem como de C e G são diferentes.
Fig. 6 – A estrutura do DNA.
Fig. 7 – As dimensões do DNA.
5. A localização do DNA nas células A reação de Feulgen é específica para o DNA. Quando a célula é submetida a essa reação, ob servamos que qualquer estrutura celular contendo DNA adquire uma cor púrpura. A reação de Feulgen indica que o DNA se localiza, principalmente, nos cromossomos. Pequena quantidade de DNA também é encontrada nos cloroplastos e mitocôndrias. É em razão da presença de DNA que esses organoides citoplasmáticos são capazes de se duplicar.
Saiba mais O DNA humano é uma imensa molécula formada por cerca de 3 bilhões de pares de bases nitrogenadas que desenrolada mediria cerca de 2 metros de comprimento. Cada cromossomo humano é um pedaço desse DNA, contendo 40 a 50 milhões de pares de bases.
(MODELO
ENEM) – Complete a tabela abaixo, relacionada com a composição do DNA. Pentose Bases púricas Bases pirimídicas Resolução Pentose: desoxirribose
Bases púricas: adenina e guanina Bases pirimídicas: citosina e timina
(MODELO ENEM) – A análise de uma mo-
lécula de ARNm revelou a seguinte proporção de bases nitrogenadas: adenina 20%, citosina 30% e guanina 50%. Considerando as duas cadeias de nucleotídeos na molécula de ADN correspondente, a porcentagem de bases nitrogenadas será: a) adenina 20%, citosina 30% e guanina 50%. b) timina 20%, guanina 30% e citosina 50%. c) timina 10%, adenina 50% e guanina 30%.
d) uracil 20%, citosina 50% e guanina 30%. e) timina 10%, adenina 10%, citosina 40% e guanina 40%. Resolução RNA ← DNA ������
20% A ← 20% T – 20% A 30% C ← 30% G – 30% C 50% G ← 50% C – 50% G DNA: A = T = 20% ÷ 2 = 10% C = G = 80% ÷ 2 = 40%, portanto, A = 10%; T = 10% C = 40% e G = 40% Resposta: E BIOLOGIA
343
A razão A + G/T + C em uma das cadeias de um DNA é igual
a 4/3. Qual será o valor dessa razão: a) Na cadeia complementar? b) Na molécula inteira? c) Se A + T/G + C for igual a 3/4 numa das cadeias, qual deverá ser, na cadeia complementar?
A figura representa um segmento de uma molécula de ácido nucleico.
RESOLUÇÃO: a) Por causa do pareamento (A com T e C com G) a cadeia complementar apresentará uma relação igual a 3/4. b) 1. c) 3/4.
(UFPE) – Considerando que tenha sido determinada uma
quantidade de 30% de adenina na composição do DNA de um certo mamífero, analise o quadro abaixo e assinale a alternativa que indica as porcentagens esperadas para as outras bases nitrogenadas. Guanina
Citosina
Timina
a)
30
30
30
b)
20
20
30
c)
40
30
40
d)
30
20
20
e)
25
25
25
As setas de 1 a 4 indicam, respectivamente, a) guanina, adenina, uracila e ribose. b) guanina, citosina, uracila e ribose. c) guanina, adenina, timina e desoxirribose. d) adenina, timina, guanina e desoxirribose. e) citosina, guanina, timina e desoxirribose. RESOLUÇÃO: Resposta: C
Numa molécula de DNA, constituída por 1.800 nucleotídeos, existe 20% de adenina. Quais serão as quantidades de timina, citosina e guanina?
RESOLUÇÃO: Se, numa molécula de DNA, o pareamento normal entre os nucleotídeos ocorre entre adenina e timina, e entre citosina e guanina, ocorrendo 30% de adeninas, deverá haver 30% de timinas. Consequentemente, os demais 40% estarão representados pelas citosinas (20%) e pelas guaninas (20%). Resposta: B
Timina
Citosina
Guanina
a)
720
360
720
b)
360
720
720
c)
720
720
360
d)
450
450
450
e)
360
540
540
RESOLUÇÃO: Resposta: E
(FUND. EDUC. SERRA DOS ÓRGÃOS) – “O DNA, por sua
vez, é composto por quatro substâncias, mais nada: adenina, timina, citosina e guanina, representadas pelas quatro letras do alfabeto da genética, A, T, C e G.” (Superinteressante Especial – Agosto, 1997) O texto acima deixou de mencionar outras substâncias que compõem o DNA, tais como a) ribose e desoxirribose. b) ribose e fosfato. c) uracil e fosfato. d) desoxirribose e fosfato. e) desoxirribose e uracil. RESOLUÇÃO: Resposta: D
(MODELO ENEM) – João ficou intrigado com a grande quantidade de notícias envolvendo DNA: clonagem da ovelha Dolly, terapia gênica, testes de paternidade, engenharia genética etc. Para conseguir entender as notícias, estudou a estrutura da molécula de DNA e seu funcionamento e analisou os dados do quadro a seguir. I.
ATCCGGATGCTT _______________________ TAGGCCTACGAA
ATCCGGATGCTT II. _______________________ UAGGCCUACGAA
344
BIOLOGIA
UAGGCCUACGA A III. _______________________ Metionina Alanina Leucina Glutamato IV. Bases nitrogenadas: A = Adenina T = Timina C = Citosina G = Guanina U = Uracila Analisando-se o DNA de um animal, detectou-se que 40% de suas bases nitrogenadas eram constituídas por adenina. Relacionando esse valor com o emparelhamento específico das bases, os valores encontrados para as outras bases nitroge nadas foram: a) T = 40%; C = 20%; G = 40% b) T = 10%; C = 10%; G = 40% c) T = 10%; C = 40%; G = 10% d) T = 40%; C = 10%; G = 10% e) T = 40%; C = 60%; G = 60% RESOLUÇÃO: Resposta: D
(MODELO ENEM) – Em I está representado o trecho de
uma molécula de DNA. Observando o quadro, pode-se concluir que a) a molécula de DNA é formada por 2 cadeias caracterizadas por sequências de bases nitrogenadas. b) na molécula de DNA, podem existir diferentes tipos de complementação de bases nitrogenadas. c) a quantidade de A presente em uma das cadeias é exatamente igual a quantidade de A da cadeia complementar. d) na molécula de DNA, podem existir 5 diferentes tipos de bases nitrogenadas. e) no processo de mitose, cada molécula de DNA dá origem a 4 moléculas de DNA exatamente iguais. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(MODELO ENEM) – A identificação da estrutura do DNA foi
fundamental para compreender seu papel na continuidade da vida. Na década de 1950, um estudo pioneiro determinou a proporção das bases nitrogenadas que compõem moléculas de DNA de várias espécies. Exemplos de materiais analisados Espermatozoide humano
BASES NITROGENADAS Adenina Guanina Citosina
Timina
30,7%
19,3%
18,8%
31,2%
Fígado humano
30,4%
19,5%
19,9%
30,2%
Medula óssea de rato
28,6%
21,4%
21,5%
28,5%
Espermatozoide de ouriço-do-mar
32,8%
17,7%
18,4%
21,1%
Plântulas de trigo
27,9%
21,8%
22,7%
27,6%
Bactéria E. coli
26,1%
24,8%
23,9%
25,1%
A comparação das proporções permitiu concluir que ocorre emparelhamento entre as bases nitrogenadas e que elas formam a) pares de mesmo tipo em todas as espécies, evidenciando a universidade da estrutura do DNA. b) pares diferentes de acordo com a espécie considerada, o que garante a diversidade da vida. c) pares diferentes em diferentes células de uma espécie, como resultado da diferenciação celular. d) pares específicos apenas nos gametas, pois essas células são responsáveis pela perturbação das espécies. e) pares específicos somente nas bactérias, pois esses organismos são formados por uma única célula. RESOLUÇÃO: Resposta: A
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M115
3
DNA: replicação e transcrição
• Replicação • DNA-polimerase • Transcrição • RNA-polimerase
1. As funções do DNA O DNA exerce a sua atividade de material genético por meio de duas funções: replicação e transcrição. Por meio da replicação o material genético, ou seja, o DNA produz, na célula-mãe, cópias exatas que passam para as células-filhas. Assim, é só lembrar que: os trilhões de células existentes no corpo humano começaram a partir da divisão de uma única célula, o ovo ou zigoto. Por sua vez, o zigoto resultou da fusão de um óvulo materno com um espermatozoide paterno, células transmissoras do material genético de pais para filhos. A outra função do DNA é a transcrição, na qual o DNA origina o RNA, molécula que atua na síntese das proteínas necessárias ao funcionamento celular e, consequentemente, à vida. BIOLOGIA
345
2. A replicação do DNA
5. Como ocorre a transcrição
Replicação é o processo de duplicação do DNA. O processo é iniciado com a separação das pontes de hidrogênio, permitindo que a molécula se abra à maneira de um zíper. Cada base nitrogenada das duas cadeias separadas atrai o seu nucleotídeo complementar, em meio aos disponíveis na célula. As cadeias parentais servem de molde aos novos filamentos, sendo o processo ativado pela enzima DNA-polimerase. No final teremos duas novas moléculas, cada uma das quais com uma cadeia nova e a outra proveniente da molécula-mãe. A replicação é chamada de semiconservativa , dado que cada molécula-filha conserva na sua estrutura uma das metades da molécula-mãe Fig. 1 – A replicação do DNA. (Fig. 1). A grande importância do processo de replicação reside no fato de as informações contidas no patrimônio genético parental (genoma) serem transmitidas às gerações subsequentes.
Não existe replicação de RNA. Transcrição é o processo segundo o qual todo RNA é sintetizado pelo DNA. Como ocorre na replicação, as pontes de hidrogênio se partem, separando as duas hélices do DNA. Apenas uma delas serve de molde para a transcrição, atraindo e complementando nucleotídeos de RNA. Assim, as bases adequadas pareiam-se, de acordo com o esquema a seguir.
3. O que é transcrição? Os genes, constituídos por DNA, são os portadores da mensagem genética, que contém as instruções ne cessárias para a síntese das proteínas nos ribossomos. Na chamada transcrição, o DNA cromossômico sintetiza o RNA nuclear, para o qual transcreve a mensagem genética. Saindo do núcleo, o RNA leva a mensagem genética para os ribossomos.
4. A estrutura do RNA
Fig. 2 – A estrutura do RNA.
346
BIOLOGIA
O RNA difere do DNA em três aspectos: 1 – apresenta ribose (pentose) no lugar da desoxirribose; 2 – inclusão da base pirimídica uracila ou uracil no lugar de timina; 3 – é constituído por uma cadeia simples, não existindo pareamento e, consequentemente, igualdade entre as quantidades de bases. (Fig. 2)
DNA
RNA
A
U
C
G
G
C
T
A
A enzima atuante é a RNA-polimerase. Uma vez formada, a molécula de RNA destaca-se, voltando o DNA à sua primitiva estrutura (Fig. 3). A cadeia do DNA que forma o RNA é chamada de cadeia ou hélice ativa.
Fig. 3 – A transcrição.
6. Os tipos de RNA e suas funções Não existe na célula apenas um tipo de RNA, e sim, três: RNA-ribossômico (RNAr), RNA-mensageiro (RNAm) e RNA-transportador (RNAt), todos relacionados com o processo da síntese proteica. O RNAr associado a proteínas forma os ribossomos, organoides citoplasmáticos responsáveis pela síntese de proteínas. O RNAm copia a mensagem genética do DNA, enviando-a para os ribossomos. O RNAt tem como função o transporte de aminoáci dos do hialoplasma para os ribossomos, onde são enca deados para formar uma proteína.
7. A localização do RNA nas células O RNAr é o que aparece em maior quantidade na célula, sendo produzido no nucléolo e usado para formar os ribossomos. O RNAm e o RNAt são produzidos no núcleo e migram para o citoplasma, aparecendo no hialoplasma e associados aos ribossomos, onde participam, como ve remos, da síntese de proteínas.
(MODELO ENEM) – Complete a tabela a seguir que diferencia os (MODELO ENEM) – A análise do material genético de três diferentes ácidos nucleicos.
organismos mostrou o seguinte resultado.
DNA
RNA
Pentose Bases púricas
Organismos Adenina Citosina Guanina A 23% 26 % 26% B 27% 14% 35% C 17% 40% 28%
Timina 23% 0% 14%
Uracila 0% 22% 20%
Assinale a alternativa que indica corretamente o tipo de ácido nucleico e o número de cadeias de nucleotídeos em cada um desses organismos.
Bases pirimídicas Origem Resolução DNA
RNA
Desoxirribose
Ribose
Adenina
Adenina
Guanina
Guanina
Citosina
Citosina
Timina
Uracila
Replicação
Transcrição
(UNICAMP) – A análise da composição de nucleotídeos do ácido nucleico, que constitui o material genético de quatro diferentes organismos, mostrou o seguinte resultado: % DE NUCLEOTÍDEOS Organismos __________________________ Adenina Guanina Timina Citosina Uracila A 23,3 26,7 23,5 26,5 0 B 17,3 40,5 28,2 14,0 0 C 27,5 14,3 0 35,5 22,7 D 18,5 31,5 18,3 31,7 0
A B C DNA de RNA de DNA de a) cadeia simples cadeia simples cadeia dupla DNA de RNA de DNA de b) cadeia dupla cadeia dupla cadeia simples RNA de DNA de RNA de c) cadeia simples cadeia simples cadeia simples RNA de DNA de DNA de d) cadeia simples cadeia dupla cadeia simples DNA de DNA de DNA de e) cadeia dupla cadeia simples cadeia dupla Resolução A – Encontram-se moléculas de DNA com cadeia dupla uma vez que as porcentagens de adenina e timina são iguais bem como as de guanina e citosina. B – Cadeia simples de RNA uma vez que nessa substância não existe timina que é substituída pela uracila. C – DNA de cadeia simples que pode ocorre em alguns vírus onde não é obedecida a relação A = T e C = G. Resposta: A
(FUVEST) – Uma cultura de bactérias cresceu em um meio
com N15 até que todo o seu DNA celular estivesse marcado. O meio de cultura foi então trocado para um com N14 e as bactérias foram deixadas neste meio por dois ciclos celulares. Se depois disso o DNA desta cultura fosse sujeito à centri fugação em gradiente de densidade, qual seria a proporção de DNA em relação às fitas com N 14 e com N15? RESOLUÇÃO:
Com base nesses resultados, responda o que se pede abaixo e justifique as respostas: a) Qual é o ácido nucleico de cada um desses organismos? b) Quantas cadeias polinucleotídeas possui o ácido nucleico de cada um desses organismos? RESOLUÇÃO: a e b) A. DNA com cadeia dupla B. DNA com cadeia simples C. RNA com cadeia simples D. DNA com cadeia dupla
BIOLOGIA
347
Sobre a molécula de DNA, abaixo esquematizada, pode-se
afirmar que I. é constituída por duas cadeias polinucleotídicas ligadas por pontes de hidrogênio. II. as pontes de hidrogênio se formam entre quaisquer pares de bases. III. as duas cadeias são idênticas. IV. apresenta duas propriedades típicas, a replicação e a transcrição. V. existe apenas no núcleo das células.
(FMTM) – A partir de um tecido animal, foram retiradas
quatro amostras que continham ácidos nucleicos. Após a análise das amostras, obteve-se o seguinte: • amostra I: desoxirribose; • amostra II: timina; • amostra III: 20% de citosina e 20% de guanina; • amostra IV: 30% de adenina e 10% de uracila. Entre as amostras analisadas pode-se afirmar que se refere ao DNA contido apenas em a) III e IV. b) II e IV. c) II e III. d) II e III. e) I e II. RESOLUÇÃO: Resposta: E
(MODELO ENEM) – Um fabricante afirma que um produto
Estão corretas a) apenas I e IV. c) apenas II, III e IV. e) I, II, III, IV e V.
b) apenas II, III e V. d) apenas I, III e V.
RESOLUÇÃO: Resposta: A
disponível comercialmente possui DNA vegetal, elemento que proporciona melhor hidratação dos cabelos. Sobre as características químicas dessa molécula essencial à vida, é correto afirmar que o DNA a) de qualquer espécie serviria, já que tem a mesma composição. b) de origem vegetal é diferente químicamente dos demais, pois possui clorofila. c) das bactérias poderia causar mutações no couro cabeludo. d) dos animais encontra-se sempre enovelado e é de difícil absorção. e) de características básicas, assegura sua eficiência hidratante. RESOLUÇÃO: Resposta: A
(UEL) – Em um segmento de cadeia ativa de DNA há 20 adeninas e 15 guaninas; no segmento correspondente da cadeia complementar há 10 adeninas e 30 guaninas. Com base nesses dados, conclui-se que nos segmentos de RNA originários desse DNA haverá a) 30 citosinas. b) 20 timinas. c) 15 guaninas. d) 10 uracilas. e) 10 adeninas. RESOLUÇÃO:
DNA Cadeias
RNA 20U 15C 10A 30G Resposta: E
Ativa 20A 15G 10T 30C
Complementar 20T 15C 10A 30G
(UNITAU) – Com relação aos ácidos DNA e RNA, assinale a
alternativa que traz uma afirmativa correta. a) Os dois tipos citados são encontrados no núcleo e no citoplasma (matriz ou organoides). b) O RNA é encontrado apenas no nucléolo. c) O RNA é encontrado somente nos cromossomos, onde constitui os genes. d) O RNA é encontrado somente nas mitocôndrias. e) O RNA é encontrado somente na matriz citoplasmática. RESOLUÇÃO: Resposta: A
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M116
348
BIOLOGIA
4
A ação gênica
1. As características dos organismos Todos os seres vivos existentes na Terra apresentam duas propriedades típicas: autopreservação e autorreprodução. Chamamos de autopreservação a capacidade que os organismos têm de manter sua indivi dualidade, através de uma série de características pró prias, mantidas num ambiente em constante modificação. Autorreprodução é a habilidade de produzir descendentes da mesma espécie. Estas duas propriedades dependem, em nível celular, da existência de duas macromoléculas, presentes em todos os organismos: proteínas e ácidos nucleicos. As numerosas proteínas existentes em qualquer organismo podem ser agrupadas em: estruturais e reguladoras.
Proteínas estruturais Associadas com outras substâncias, principalmente os lípides, são responsáveis pela morfologia dos organismos, já que fazem parte das estruturas celulares e, consequentemente, dos tecidos, órgãos e sistemas. Proteínas reguladoras São as enzimas e os hormônios. As primeiras são especializadas na catálise de reações biológicas que determinam as atividades celulares, responsáveis por toda a fisiologia do organismo. Os hormônios são proteínas produzidas em órgãos especializados, servindo para regular o funcionamento de um organismo. Portanto, funcionalmente, podemos afir mar que as características de um organismo depen dem das proteínas. Os ácidos nucleicos constituem o ma terial genético, responsável pela síntese das proteínas estruturais e reguladoras.
• Tradução • Proteínas estruturais • Proteínas reguladoras
3. Replicação É o processo de replicação do DNA, na interfase, que determina a divisão celular responsável pelo crescimento, regeneração e reprodução dos organismos como se verifica no esquema a seguir.
4. Transcrição O DNA situa-se nos cromossomos, estruturas localizadas no interior do núcleo; já a síntese de proteínas ocorre nos organoides citoplasmáticos, conhecidos como ribossomos, sob o comando genético do DNA. Por meio da transcrição, o DNA forma o RNA mensageiro (RNAm), para o qual transcreve a mensagem genética, na verdade, uma receita para síntese de uma proteína.
5. Tradução Saindo do núcleo, o RNAm atinge o ribossomo, que recebe a mensagem contida e codificada no DNA. Na tradução, o ribossomo, de acordo com as ins truções codificadas no RNAm, seleciona e encadeia os aminoácidos sintetizando a proteína. A seguir apresentamos um esquema que resume a atividade gênica.
2. O dogma central da genética molecular A relação DNA – RNA – proteínas esquematizada na figura 1 é conhecida como o dogma central da genética molecular, que estuda as atividades gênicas celulares por meio da ação dessas macromoléculas.
Fig. 1 – O dogma central da genética molecular.
A ação gênica. BIOLOGIA
349
(MODELO ENEM) – As hemácias do ho- mem e dos mamíferos não têm núcleo. São produzidas pela divisão de células precursoras existentes na medula óssea, que acumulam granulações no seu citoplasma, perdem o núcleo e começam a produzir e acumular hemoglobina. Depois de 120 dias são destruídas no baço e o ferro é reaproveitado. A síntese de hemoglobina ocorre principalmente depois de a célula eliminar o núcleo. Isso demonstra que o núcleo e o seu DNA, embora contenha a informação original, já não são essenciais para manter a síntese proteica. É possível isolar dessas células anucleadas um outro ácido nucleico, que injetado num óvulo de sapo induz a síntese de uma hemoglobina cuja estrutura pri mária é a da espécie da qual o ácido nucleico foi extraído. Esse ácido é um ácido ribonucleico e denomina-se RNA mensageiro (mRNA) porque é ele que transfere a informação do DNA para a proteína. (Extraído do livro A Biologia e o Homem – Isaias RAW – EDUSP).
Em função do texto assinale a alternativa correta a) células anucleadas não sintetizam proteínas. b) hemácias velhas são destruídas na medula óssea. c) células anucleadas não apresentam ácidos nucleicos. d) o DNA contém e transfere a codificação da proteína. e) o DNA é transcrito em RNA mensageiro que por sua vez é traduzido numa proteína. RESOLUÇÃO Resposta: E
(MODELO ENEM) – O DNA leva a informação genética de célula a célula e de geração a geração. A informação genética é usada para sintetizar proteínas, as moléculas responsáveis pelas características dos organismos. A separação espacial entre a informação genética e o local da síntese de proteínas em células eucarióticas torna necessária a presença de uma classe intermediária de moléculas que leve a informação dos genes no núcleo para o citoplasma,
As características dos organismos dependem das proteínas. Por quê?
RESOLUÇÃO: As proteínas são responsáveis pela estrutura e pelo funcionamento das células que determinam as características dos organismos.
onde tal informação é usada para dirigir a sín tese de proteínas. Esse fluxo de informação é assim ilustrado:
Os números 1, 2 e 3 indicam, respectivamente, os seguintes processos: a) replicação, tradução e transcrição. b) replicação, transcrição e tradução. c) transcrição, replicação e tradução. d) tradução, transcrição e replicação. e) tradução, replicação e transcrição. RESOLUÇÃO O processo 1 indica a replicação ou autoduplicação do DNA. Em 2 ocorre a transcrição, produção do RNAm por meio do DNA. Em 3 a informação genética é traduzida através da síntese de proteínas. Resposta: B
(FGV) – A Rifampicina é um dos antibióticos utilizados para
o tratamento da tuberculose. Seu mecanismo de ação consiste na inibição da transcrição nas células de Mycobacterium tuberculosis . Sob ação do antibiótico, nas células bacterianas haverá comprometimento a) exclusivamente da produção de proteínas. b) exclusivamente da produção de DNA. c) exclusivamente da produção de RNA. d) da produção de RNA e de proteínas. e) da produção de DNA e RNA. RESOLUÇÃO: Resposta: D
Analise o esquema abaixo: I II III DNA ← DNA → RNAm → Enzima
Assinale a alternativa correta em relação aos processos I, II e III. a) b) c) d) e)
Tradução I II III II III
RESOLUÇÃO: Resposta: C
350
BIOLOGIA
Replicação II I I III II
Transcrição III III II I I
O esquema abaixo resume, parcialmente, as interelações funcionais dos ácidos nucleicos ocorrentes em grande parte das células vivas.
Considerando-se apenas células eucarióticas, as 3 etapas I, II e III, assinaladas no esquema anterior, ocorrem a) todas no núcleo. b) todas no citoplasma. c) respectivamente no núcleo, núcleo e citoplasma. d) respectivamente no núcleo, citoplasma e citoplasma. e) respectivamente no citoplasma, núcleo e núcleo.
Os processos de transcrição e tradução gênicas resultam na
RESOLUÇÃO: Resposta: C
RESOLUÇÃO: Resposta: B
(UNIFEI)
síntese, respectivamente, de a) proteínas e de RNA. b) RNA e de proteínas. c) DNA e de proteínas. d) RNA e de DNA. e) DNA e de RNA.
Genes são constituídos por ___________ e aparecem nos
mRNA → tradução → DNA → transcrição → proteínas A sequência acima, sobre síntese de proteínas, está errada. Assinale a alternativa que a torna correta. a) transcrição → DNA → mRNA → tradução → proteínas. b) tradução → DNA → mRNA → transcrição → proteínas. c) proteínas → tradução → mRNA → DNA → tradução. d) DNA → transcrição → mRNA → tradução → proteínas. e) DNA → tradução → mRNA → transcrição → proteínas. RESOLUÇÃO: Resposta: D
__________________. Assinale a alternativa que completa as lacunas 1 e 2. 1
2
a)
RNA
cromossomos
b)
DNA
ribossomos
c)
DNA
cromossomos
d)
proteínas
ribossomos
e)
proteínas
cromossomos
RESOLUÇÃO: Resposta: C
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M117
5
O código genético
• Colinearidade • Gene • Códon • Degeneração • Universalidade
1. A colinearidade DNA e proteína O DNA e a proteína são polímeros, isto é, moléculas formadas por uma sequência linear de monômeros. No DNA e na proteína os monômeros são, respectivamente, nucleotídeos e aminoácidos. O DNA é colinear com a proteína que ele codifica, ou seja, a sequência de nucleotídeos do DNA espe cifica a sequência de aminoácidos de uma proteína (Fig. 1).
Fig. 1 – A colinearidade DNA e proteína. BIOLOGIA
351
2. O Conceito de gene O gene é um segmento de DNA que codifica a sequência de aminoácidos de uma proteína.
3. Códigos e símbolos Um código é um sistema de símbolos usado para traduzir uma informação. Assim, a linguagem escrita é um código que usa como símbolos as 25 letras do alfa beto, por exemplo. Da mesma forma, na embalagem de qualquer produto aparece um código de barras que especifica o preço.
4. O código genético
5. A representação completa do código genético Nas tabelas de código genético, os códons são representados em termos de RNA mensageiro.
SEGUNDA BASE Primeira Base
A
adenina – nucleotídeo
C
citosina – nucleotídeo
G
guanina – nucleotídeo
T
timina – nucleotídeo
UAU tir UAC tir
UGU cis UGC cis
U C
UUA leu UCA ser UAA fim UUG leu UCG ser UAG fim
UGA fim UGG tri
A G
CUU leu CCU pro CAU his CUC leu CCC pro CAC his
CGU arg CGC arg
U C
CUA leu CCA pro CAA gln CUG leu CCG pro CAG gln
CGA arg CGG arg
A G
ACU tre AAU asn ACC tre AAC asn
AGU ser AGC ser
U C
AGA arg AGG arg
A G
C
CA
GA
TA
AC
CC
GC
TC
AG
CG
GG
TG
AT
CT
GT
TT
Dois nucleotídeos também seriam insuficientes, pois, reunidos dois a dois, só permitem 16 arranjos com repetição, ou seja: Desse modo, apenas 16 aminoácidos seriam codificados. Se a mensagem genética fosse constituída por arranjos de 3 letras, com repe tição, teríamos 64 possibilidades, mais do que suficientes para codificar 20 tipos de aminoácidos.
3 nucleotídeos
1 códon
Vários códons
1 gene
AUU ile AUC ile
A
AA
BIOLOGIA
Terceira Base
U
As proteínas são constituídas por 20 tipos de aminoácidos. Se cada nucleotídeo codificasse um único aminoácido, apenas 4 poderiam ser codificados.
352
G
C
UUU fen UCU ser UUC fen UCC ser
No caso do código genético existem 4 símbolos, representados pelos 4 tipos de nucleotídeos, abreviados pela letra inicial. Assim temos:
Vários genes
A
U
1 molécula de DNA
AUA ile ACA tre AUG met ACG tre
AAA lis AAG lis
GUU val GUC val
GCU ala GAU asp GCC ala GAC asp
GGU gli GGC gli
U C
GUA val GUG val
GCA ala GAA glu GCG ala GAG glu
GGA gli GGG gli
A G
G
ABREVIAÇÕES PARA OS AMINOÁCIDOS ala arg asn asp cis gln glu gli his ile
alanina arginina asparagina ácido aspártico cisteína glutamina ácido glutâmico glicina histidina isoleucina
leu lis met fen pro ser tre tri tir val
leucina lisina metionina fenilalanina prolina serina treonina triptofano tirosina valina
Outra abreviação: fim, término de um gene
6. Códons de iniciação e terminalização A síntese de uma proteína é iniciada quando um ribossomo se organiza, no RNAm, sobre o códon de iniciação AUG. Este códon codifica o aminoácido metionina (Met), de forma que todas proteínas começam com a metionina.
A cadeia termina quando o ribossomo atinge um dos três códons de terminalização ou finalização representados por: UAA, UAG e UGA.
7. As propriedades do código genético O código genético apresenta duas propriedades: degeneração e universalidade. Dizemos que o código
(MODELO ENEM) – Um trecho de um peptídio tem a seguinte estrutura primária: Met – Ser – Phe – Cys – Ile Dado: Código genético parcial
CÓDONS
Um gene que codificasse essa sequência de aminoácidos poderia ser “escrito” de quantas maneiras? a) 72 b) 14 c) 64 d) 5 e) 1 Resolução: Resposta: A
b) proteínas, síntese de DNA e mitose em uma célula somática.
(MODELO ENEM) – No interior de um blas-
e) lipídios, síntese de RNA e meiose em uma célula germinativa.
AMINOÁCIDOS
UUU, UUC
Phe
UGU, UGC
Cys
UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Ser
AUU, AUC, AUA
Ile
AUG
é degenerado porque a maioria dos aminoácidos é codificada por dois ou mais códons. O fato é notório, quando verificamos que existem 64 códons para codificar ape nas 20 aminoácidos. O código é universal porque cada códon codifica sempre o mesmo aminoácido em qual quer organismo, inclusive os vírus. Algumas exceções ao conceito de universalidade foram descobertas no DNA mitocondrial, onde, por exemplo, AUA codifica isoleucina no código do DNA nuclear universal e metionina no código do DNA mitocondrial humano.
Met
tômero, célula embrionária, moléculas de DNA polimerase produzidas no retículo endoplas mático rugoso migraram para o núcleo, onde tiveram papel importante na duplicação dos cromossomos, o que levou a célula a se dividir. O trecho acima faz referência aos processos de síntese de a) proteínas, síntese de DNA e mitose em uma célula embrionária.
c) proteínas, síntese de DNA e meiose em uma célula germinativa. d) lipídios, síntese de RNA e mitose em uma célula embrionária.
Resolução A polimerase é uma enzima, consequentemente, uma proteína produzida no retículo rugoso. A enzima vai atuar na replicação da molécula de DNA, acarretando a duplicação cromossômica. Após esse processo a célula se divide por mitose, permitindo o crescimento do embrião. Resposta: A
O estudo estrutural de um vírus determinou que o seu ma-
(UFRJ) – O ADN é um polímero constituído por vários nu-
RESOLUÇÃO: N.° de nucleotídeos do DNA = 120.000 N.° de nucleotídeos da cadeia principal = 60.000 N.° de códons = 60.000 ÷ 3 = 20.000 N.° de aminoácidos = 20.000 Peso molecular total dos aminoácidos = 20.000 x 100 = 2.000.000 Total de proteínas 2.000.000 ÷ 40.000 = 50
RESOLUÇÃO: Porque cada aminoácido da proteína é codificado por três nucleotídeos do DNA.
terial genético é constituído por um DNA formado por 1,2 x 10 5 nucleotídeos. Quantas proteínas de peso molecular 40.000 poderiam ser codificadas por esse gene? Calcule um peso molecular de 100 para a média dos aminoácidos.
Suponha a existência de um código triplo (códons com três
bases), no qual a sequência de bases não é importante. Somente interessa quais são as bases presentes. Quantos aminoácidos este código poderia determinar? RESOLUÇÃO: Um código triplo no qual a posição das bases não é importante pode determinar 20 aminoácidos diferentes: 4 possibilidades de 3 bases iguais + 12 possibilidades de 2 bases iguais e uma diferente + 4 possibilidades de 3 bases diferentes.
cleotídeos, e as proteínas são polímeros constituídos por vários aminoácidos. Um gene é constituído por um número N de nucleotídeos que codifica uma proteína constituída por P ami noácidos. Por que sempre encontramos N > P?
(UFRJ) – Com o auxílio da tabela do código genéti co, é
sempre possível deduzir-se a sequência de aminoácidos de uma proteína a partir da sequência de nucleotídeos do seu gene, ou do RNAm correspondente. Entretanto, o oposto não é verdadeiro, isto é, a partir da sequência de aminoácidos de uma proteína, não se pode deduzir a sequência de nucleotídeos do gene. Explique por quê. RESOLUÇÃO: Porque o código genético é degenerado, ou seja, cada a minoácido é codificado por 2 ou mais códons.
BIOLOGIA
353
Considere um determinado trecho de uma molécula de DNA
com a seguinte sequência de bases nitrogenadas: TGT – TGA – GGG – CAA – AAA Admita que a base nitrogenada pirimídica do segundo códon do trecho da molécula de DNA em questão foi substituída por uma guanina durante a duplicação do DNA. Utilizando a tabela a seguir, determine qual aminoácido passará a ser codificado a partir da informação contida no novo códon criado.
CÓDON DO RNA
AMINOÁCIDO
CCU ACC, ACU AAU, AAC UUG, UUA GCC a) Prolina b) Treonina d) Leucina e) Alanina RESOLUÇÃO: TGA GGA CCU Resposta: A
Prolina Treonina Asparagina Leucina Alanina c) Asparagina
Prolina.
(MACKENZIE) – A respeito do código genético, é correto
afirmar que a) é considerado degenerado, porque há códons diferentes para um mesmo aminoácido. b) apresenta códons diferentes em cada espécie de ser vivo, o que explica a diversidade biológica. c) é dado pela sequência de aminoácidos em uma proteína. d) resulta em duas cópias idênticas, sem a possibilidade de erro no processo, sempre que é copiado. e) todos os seus tipos de bases nitrogenadas podem ser encontrados tanto no DNA quanto no RNA. RESOLUÇÃO: Resposta: A
6
(FUVEST) – O código genético é o conjunto de todas as
trincas possíveis de bases nitrogenadas (códons). A sequência de códons do RNA mensageiro determina a sequência de aminoácidos da proteína. É correto afirmar que o código genético a) varia entre os tecidos do corpo de um indivíduo. b) é o mesmo em todas as células de um indivíduo, mas varia de indivíduo para indivíduo. c) é o mesmo nos indivíduos de uma mesma espécie, mas varia de espécie para espécie. d) permite distinguir procariotos de eucariotos. e) é praticamente o mesmo em todas as formas de vida. RESOLUÇÃO: Resposta: E
(UNESP) – Em um determinado cromossomo, foi descoberta
a existência de 150 genes diferentes. Pode-se afirmar que ele a) terá a capacidade de formar no máximo 150 aminoácidos diferentes. b) terá a capacidade de formar pelo menos 150 proteínas diferentes. c) será formado pelas bases nitrogenadas A, U, C e G. d) será formado por 150 fitas de dupla-hélice diferentes. e) será transcrito e traduzido por apenas um RNA mensageiro. RESOLUÇÃO: Resposta: B
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M118
A síntese de proteínas
aminoácidos • Tradução • Polissomo
1. As etapas da síntese proteica A síntese proteica é um processo complexo que compreende três etapas: transcrição, ativação de aminoácidos e tradução . A primeira ocorre nos cromossomos, a segunda no hialoplasma e a terceira nos ribossomos.
2. A transcrição A primeira etapa da síntese proteica e, portanto, da ação gênica é a transcrição, que corresponde à formação do RNA mensageiro. O gene que codifica uma proteína sintetiza o RNAm para o qual transcreve a sua mensagem. Destacando-se do DNA, o RNAm atravessa um poro do Fig. 1 – A transcrição. envoltório nuclear e atinge o citoplasma, onde se prende a um ribossomo, formando um molde para a síntese de uma proteína (Fig. 1).
354
• Transcrição • Ativação de
BIOLOGIA
3. A ativação de aminoácidos Nesta etapa atuam os RNA transportadores (RNAt), pequenas moléculas formadas por uma cadeia com cerca de 80 nucleotídeos, que se dobra lembrando uma folha de trevo (Fig. 2).
manho diferente. A subunidade menor liga-se ao RNAm; na subunidade maior existem dois sítios usados para a fixação de aminoácidos. Acompanhe a tradução observando a figura 4.
Fig. 2 – O RNA transportador, com o anticódon GAA.
Distinguem-se no RNAt duas regiões de união: o anticódon e o extremo da molécula. O anticódon é uma sequência de três bases complementares a um códon do RNAm. Assim, por exemplo, o anticódon GAA é complementar ao códon CUU do RNAm. A ativação do aminoácido implica na fixação deste ao RNAt. O processo é catalisado pela enzima aminoacil RNAt sintetase e envolve gasto de ATP (Fig. 3).
Fig. 4 – A tradução.
Ao sítio 1 se acopla um RNAt que apresenta um anticódon complementar ao primeiro códon do RNAm. No sítio 2, encaixa-se o segundo RNAt específico que transporta o segundo aminoácido. Entre os dois pri meiros aminoácidos, forma-se a ligação peptídica produzindo um dipeptídeo, enquanto o primeiro RNAt é liberado. O ribossomo desloca-se e aparece agora no segundo e terceiro códons do RNAm. O dipeptídeo aparece no sítio 1, ficando o sítio 2 livre para o acoplamento do terceiro RNAt. Com o deslocamento do ribossomo, o processo vai-se repetindo até a formação completa do polipep tídeo, ou seja, da proteína. Finalmente o RNAm e a proteína desligam-se do ribossomo.
5. O polissomo Fig. 3 – A ativação de aminoácidos.
O extremo da molécula é a região de fixação do aminoácido. Nesta etapa da síntese proteica cada aminoácido é apanhado por um tipo específico de RNAt e levado para o ribossomo.
A cadeia do RNAm é muito longa, permitindo que vários ribossomos realizem simultaneamente a tradução. Chamamos de polissomos ou polirribossomos um conjunto de ribossomos ligados a uma molécula de RNAm, executando o processo de tradução (Fig. 5).
4. A tradução Tradução é a produção de uma proteína de acordo com a especificação do RNAm. Nesse processo o ribossomo movimenta-se ao longo do RNAm, encadeando aminoácidos e formando a proteína. O ribossomo é um diminuto organoide granular com 100 a 150 Å de diâmetro, formado pela união de duas subunidades de ta-
Fig. 5 – O polirribossomo, cadeia de ribossomos unidos pelo RNA-m. BIOLOGIA
355
6. A importância das proteínas Proteínas são substâncias essenciais para a vida das células. Assim, a própria estrutura celular depende das proteínas nela contidas, dado que elas entram na cons tituição da membrana e dos constituintes nucleares e citoplasmáticos. A fisiologia celular é comandada por en zimas que são proteínas. A síntese de todas as proteínas é controlada pelo DNA através do RNA. Controlando essa síntese, o DNA dirige todas as atividades celulares, res ponsáveis pelas características dos diferentes organismos.
(MODELO ENEM) – Transcrição é o processo no qual a informação genética, determinada pelos códons, é transcrita para o RNAm. Cada aminoácido é codificado por um códon formado por 3 nucleotídeos. A transcrição ocorre em uma velocidade de aproximadamente 30 nucleotídeos por segundo. Qual é o tempo necessário para transcrever o RNAm que codifica o colágeno, proteína encontrada no tecido conjuntivo, constituída por 1550 aminoácidos? a) 2 minutos. b) 2 minutos e 35 segundos. c) 2 minutos e 50 segundos. d) 3 minutos. e) 3 minutos e 15 segundos. Resolução 1 aminoácido – 1 códon – 3 nucleotídeos 1550 aminoácidos – 1550 códons – 4650 nucleotídeos 30 nucleotídeos – 1 segundo
4650 nucleotídeos – 155 segundos = 2 minutos e 35 segundos. Resposta: B
(MODELO ENEM) – O desenho abaixo repre-
senta um processo bioquímico em procariontes.
Após análise do desenho, pode-se afirmar corretamente a) processo representa a replicação do DNA com a consequente síntese de proteínas a
(FUVEST) – O código genético está decifrado, isto é, sabe-
se quais trincas no DNA correspondem a quais aminoácidos nas proteínas que se formarão. Sequência do DNA Aminoácidos AGA serina (= Ser) CAA valina (= Val) AAA fenilalanina (= Fen) AAT leucina (= Leu) CCG glicina (= Gli) GAA leucina (= Leu) De acordo com a tabela: a) Se um RNA mensageiro tem sequência de trincas UUA UUU CUU GUU UCU GGC, qual será a sequên cia dos aminoácidos no polipeptídeo correspondente? b) Quais são os anticódons dos RNAs transportadores usados na tradução? RESOLUÇÃO: RNAm DNA a) Proteína b) RNAt
356
UUA AAT LEU AAU
UUU AAA FEN AAA
BIOLOGIA
CUU GAA LEU GAA
GUU CAA VAL CAA
UCU AGA SER AGA
GGC CCG GLI CCG
partir do RNA mensageiro. b) No desenho, I representa o RNA mensageiro e III os RNA transportadores. c) O fenômeno é a síntese de uma proteína que ocorre no retículo endoplasmático rugoso da célula procariótica. d) A figura mostra a síntese de lipídios do retículo liso responsável pela produção da membrana plasmática da célula. e) No desenho, I é o DNA contido no núcleo, DNA é o RNA mensageiro aderido aos ribossomos associados ao retículo endoplasmático. Resolução A figura representa a síntese de proteínas que ocorre numa célula procariota de bactérias onde I é o DNA, II, o RNAm e III, a proteína. A célula procariota não possui núcleo e estruturas membranosas no citoplasma. Resposta: A
Um DNA foi o responsável pela síntese de um trecho de
proteína com a seguinte sequência de aminoácidos: serina – glicina – valina – fenilalanina. O código genético para estes aminoácidos está na tabela a seguir: Código genético
Aminoácido
AGA CAA CCG AAA
serina valina glicina fenilalanina
a) Qual a sequência de bases do filamento de DNA complementar ao que formou a sequência acima? b) Qual a sequência do RNA mensageiro responsável por este fragmento proteico? c) Qual o anticódon da serina? RESOLUÇÃO: a) TCT – GGC – GTT – TTT b) UCU – GGC – GUU – UUU c) AGA
(UNIFESP) – Os códons AGA, CUG e ACU do RNA mensa-
geiro codificam, respectivamente, os aminoácidos arginina, leucina e treonina. A sequência desses aminoácidos na proteína correspondente ao segmento do DNA que apresenta a sequência de nucleotídeos GAC TGA TCT será, respectivamente, a) treonina, arginina, leucina. b) arginina, leucina, treonina. c) leucina, arginina, treonina. d) treonina, leucina, arginina. e) leucina, treonina, arginina.
b) Qual o papel de cada um desses componentes na síntese proteica que ocorre no citoplasma? RESOLUÇÃO: a) Os componentes resultantes da transcrição são: RNAm, RNAr e RNAt. b) O RNAm contém os códons que determinam a sequência de aminoácidos da proteína. O RNAr faz parte da estrutura do ribossomo, organoide onde ocorre a síntese proteica. O RNAt se associa com o aminoácido e o transporta ao ribossomo.
RESOLUÇÃO: Resposta: E
Assinale a alternativa que, corretamente, indica o número
de elementos utilizados na síntese de uma molécula de hemoglobina, proteína constituída por 450 aminoácidos.
a) b) c) d) e)
N.o de pares de N.o de códons N.o de RNA N.o de nucleotídeos no RNA transportadores ribossomos no DNA mensageiro usados utilizados 450 450 450 450 900 1.350 900 1 1.350 450 450 1 900 900 1.350 450 1.350 1.350 450 1
RESOLUÇÃO: Resposta: C
(PUC-SP) – “A mesma molécula – o RNA – que faturou o
Nobel de Medicina ou Fisiologia na segunda-feira foi a prota gonista do prêmio de Química entregue ontem. O americano Roger Kornberg, da Universidade Stanford, foi laureado por registrar em imagens o momento em que a informação genética contida no DNA no núcleo da célula é traduzida para ser enviada para fora pelo RNA – o astro da semana. Esse mecanismo de transcrição, através do qual o RNA carrega consigo as instruções para a produção de proteínas (e por isso ele ganha o nome de RNA mensageiro), já era conhecido pelos cientistas desde a década de 50.” (Girardi, G. Estudo de RNA rende o segundo Nobel – O Estado de S. Paulo , 5 out. 2006).
A partir da leitura do trecho acima e de seu conhecimento de biologia molecular, assinale a alternativa incorreta. a) A produção de RNA mensageiro se dá por controle do material genético. b) No núcleo da célula ocorre transcrição do código da molécula de DNA para a de RNA. c) O RNA mensageiro leva do núcleo para o citoplasma instruções transcritas a ele pelo DNA. d) No citoplasma, o RNA mensageiro determina a sequência de aminoácidos apresentada por uma proteína. e) Cada molécula de RNA mensageiro é uma longa sequência de nucleotídeos idêntica ao DNA.
Considere a seguinte hipótese: um aluno precisa decifrar
uma sequência de seis aminoácidos da enzima K7. Para que esses aminoácidos fossem determinados, o aluno recebeu as seguintes informações: Sequência de bases nitrogenadas do DNA que codifica a enzima K7: AAT AAA GAA CAA AGA CCG Tabela de anticódons dos RNAt: AMINOÁCIDOS Anticódons AAA AAU AGA CAA CCG GAA
Tipos Fenilalanina Leucina Serina Valina Glicina Leucina
Símbolos (FEN) (LEU) (SER) (VAL) (GLI) (LEU)
A sequência de aminoácidos que corresponde à enzima citada é: a) leu – fen – leu – val – ser – gli. b) leu – val – fen – leu – gli – ser. c) ser – val – fen – gli – leu – leu. d) ser – val – fen – leu – gli – leu. e) ser – leu – fen – gli – gli – val. RESOLUÇÃO: Resposta: A
Os ribossomos são constituídos por RNA e proteínas. Certos
antibióticos atuam inibindo a atividade dos ribossomos dos procariontes. Em relação a esses organoides citoplasmáticos, assinale a alternativa correta. a) Realizam intensa atividade enzimática. b) Têm a capacidade de autoduplicação. c) São responsáveis pelos processos de transcrição e tradução. d) Dependem da transcrição de sequências do DNA. e) Possuem um genoma próprio, diferente daquele encontrado no núcleo. RESOLUÇÃO: Resposta: D
RESOLUÇÃO: Resposta: E
(UNICAMP) – Para que as proteínas sejam sintetizadas ocorre uma série de eventos no citoplasma, mas que dependem também do processo de transcrição que ocorre no núcleo. a) Quais são os componentes resultantes do processo de transcrição?
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M119 BIOLOGIA
357
A mutação gênica
7
• Muton • Substituição • Deleção • Inserção
1. Conceito A mutação gênica é uma mudança na estrutura do gene. Consiste numa alteração na sequência de bases do DNA ocorrida por um erro no processo de replicação. A mutação pode alterar o código genético e, consequentemente, uma característica do organismo.
Deleção É a perda de bases, como se verifica na figura 2, em que, na cadeia inferior, adenina foi suprimida.
2. Importância As mutações gênicas são importantes para o processo de evolução biológica, porque produzindo novas características, aumentam as variações dos orga nismos. O meio ambiente atuando sobre essas variações realiza a chamada seleção natural, conservando as favoráveis e eliminando as desfavoráveis. A moderna teoria sintética da evolução reconhece, na mutação gênica, um dos mais importantes fatores evolutivos.
Fig. 2 – A deficiência.
Inserção É a colocação de um ou mais nucleotídeos numa cadeia de DNA, na figura 3 notamos a inserção de G – C.
3. Muton Muton é a unidade de mutação representada pela menor porção do gene que, ao ser alterado, provoca uma mutação. O muton envolve apenas a mudança de base de um único nucleotídeo.
4. Tipos de mutação As mutações gênicas podem ser classificadas em: substituição, deficiência e inserção.
Substituição Consiste na substituição de uma base por outra, como observamos na figura 1, onde na cadeia inferior, adenina foi substituída por guanina. As substituições são classificadas em dois tipos: transições e transversões. Transição é substituição de purina por purina (A por G ou G por A) ou pirimidina por pirimidina (C por T ou T por C). Transversão é troca de purina por pirimidina ou vice-versa (A ou G por T e vice-versa).
Fig. 3 – A inserção.
5. Mutações somáticas e germinativas As mutações somáticas ocorrem nas células somáticas, podem alterar uma característica do organismo, mas não são transmitidas para os descendentes. As mu tações germinativas podem ser transmitidas aos des cendentes e são importantes para a variabilidade genética e a evolução dos organismos.
6. A degeneração e a mutação A degeneração do código genético constitui, para o organismo, uma proteção contra a mutação, uma vez que o novo códon pode codificar o mesmo aminoácido, não alterando a proteína e, consequentemente, o caráter.
7. Agentes mutagênicos Fig. 1 – A substituição.
358
BIOLOGIA
As mutações podem ser espontâneas, quando determinadas por alterações químicas nas bases, e induzidas, quando decorrentes da ação de agentes físicos
e químicos. Entre os agentes físicos citamos os raios X, alfa, beta e gama, capazes de alterar as bases e produzir quebras nas cadeias do DNA. Como agentes químicos aparecem os análogos de bases, substâncias que têm estruturas moleculares semelhantes às bases do DNA e, se presentes, podem ser incorporadas durante a replicação. Assim, bromouracil é quase igual à timina e pode substituí-la na replicação do DNA. Contudo, diferentemente da timina, o bromouracil pareia com a guanina, produzindo uma mutação do tipo transição (Fig. 4) com substituição de A – T por G – C.
Fig. 4 – A transição provocada por bromouracil (Bu).
No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite BIO2M120
(MODELO ENEM) – Não escapou à nossa atenção que o pareamento específico que estamos postulando sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia para o material genético. (Em “Molecular Structure of Nucleic Acids”, de J. Watson e F. Crick, revista Nature , nº 4356, pág. 737, de 25 de abril de 1953)
A partir da afirmação destacada no texto de Watson e Crick, em seu trabalho original, e de seus conhecimentos sobre a importância do trabalho desses dois cientistas, escolha a alternativa correta. a) O pareamento citado ocorria entre os grupamentos fosfato e as desoxirriboses do DNA. b) A existência de duas cadeias pareadas no DNA possibilitava um processo simples de autoduplicação. c) O mecanismo de cópia citado serviria apenas para a síntese de moléculas de RNA
mensageiro. d) O pareamento ocorreria sempre entre duas bases púricas ou entre duas bases pirimídicas. e) Não haveria relação entre o pareamento do DNA e a cópia do material genético. Resolução A molécula de DNA é constituída por duas cadeias de polinucleotídeos dispostos em espiral com propriedade de autoduplicação, isto é, produzir cópias idênticas à molécula original. Resposta: B
(MODELO ENEM) – Os ribossomos são organoides citoplasmáticos responsáveis pela síntese de proteínas a partir de um código emi tido pelo DNA. Quanto à síntese de proteí nas pode-se afirmar corretamente: a) Para sintetizar moléculas de diferentes proteínas, é necessário que diferentes ribossomos percorram a mesma fita de
RNAm. b) Se todo o processo de transcrição for impedido em uma célula, a tradução não será afetada. c) É a sequência de bases no RNAt que determina a sequência de aminoácidos em uma proteína. d) Se houver a substituição de uma base nitrogenada no DNA, nem sempre a proteína resultante será diferente. e) A sequência de aminoácidos determina a função de uma proteína, mas não tem relação com sua forma. Resolução A mutação do DNA pela substituição de uma base nitrogenada nem sempre produz uma proteína diferente em consequência da degene ração do código genético, isto é, um mesmo aminoácido pode ser determinado por dois ou mais códons. Resposta: D
(UNICAMP) – O metabolismo celular é controlado por uma série de reações em que estão envolvidas inúmeras proteínas. Uma mutação gênica pode determinar a alteração ou a ausência de algumas dessas proteínas, levando a mudanças no ciclo de vida da célula. a) Explique a relação que existe entre gene e proteína. b) Por que podem ocorrer alterações nas proteínas quando o gene sofre mutação? c) Em que situação uma mutação não altera a molécula proteica? RESOLUÇÃO: a) O gene codifica a sequência de aminoácidos de todas as proteínas produzidas nas células. b) Por causa das alterações que ocorrem nos aminoácidos. c) Quando, devido à degeneração do código, o novo códon codifica o mesmo aminoácido.
BIOLOGIA
359
(UNESP) – O esquema abaixo representa a replicação do DNA, durante a qual ocorreu uma mutação gênica.
Que tipo de mutação gênica aconteceu? Por quê? RESOLUÇÃO: Ocorreu uma substituição por transição, porque houve troca de purina por purina (G por A) e pirimidina por pirimidina (C por T).
A partir dele, foram feitas as seguintes afirmações: I. Em uma das fitas da molécula, ocorreu mutação por perda de base. II. Após a duplicação, uma das moléculas apresenta alteração em um par de bases. III. Na tradução, poderá ser produzida uma proteína cuja sequência de aminoácido ficará totalmente alterada a partir do ponto da mutação. Dessas afirmações, apenas a) I é verdadeira. b) II é verdadeira. c) III é verdadeira. d) I e II são verdadeiras. e) II e III são verdadeiras. RESOLUÇÃO: Resposta: B
(UNESP) – São estudadas duas situações ocorridas num
certo gene. A mutação A resultou da supressão de um nucleotídeo no segundo trio e a mutação B da substituicão de um nucleotídeo por outro diferente, também no segundo trio. A alteração na proteína codificada por este gene deverá ser a) maior na mutação B, porque será substituído um aminoácido, enquanto em A este apenas desaparecerá. b) maior na mutação B, porque basta a substituição de um único aminoácido para que a proteína seja toda modificada. c) maior na mutação A, porque a supressão de um nucleotídeo mudará toda a leitura do código, a partir do trio afetado. d) maior na mutação A, porque a supressão de um nucleotídeo impede a leitura do código, a partir do trio afetado. e) igual em ambos os casos, porque o trio afetado foi o mesmo. RESOLUÇÃO: A substituição de um nucleotídeo pode não ter efeito, por causa da degeneração, ou então troca apenas um aminoácido. A supressão de um nucleotídeo mudará toda a codificação. Resposta: D
(MODELO ENEM) – Considere que a taxa de mutação de
um certo gene da mosca Drosophila é diretamente proporcional à dose de radiação, aumentando de 3% em 1.000 roentgens para 6% em 2.000 roentgens. Quando uma mosca é submetida a 3.500 roentgens, a porcentagem de mutação é de a) 3% b) 5% c) 10,5% d) 12% e) 15% RESOLUÇÃO: Resposta: C
(UEL) – O esquema abaixo representa uma mutação gênica. (PUCC) – É sabido que a alteração de uma única base do DNA pode provocar a formação de uma proteína alterada, ou mesmo, a não formação de uma determinada proteína. Dentre os casos abaixo, espera-se que a maior alteração ocorra, se houver: a) perda da primeira base. b) substituição da primeira base da sequência por outra diferente. c) substituição da última base da sequência. d) perda da última base. e) inserção de uma base nova no meio da cadeia. RESOLUÇÃO: Resposta: A
360
BIOLOGIA
O gene que condiciona a siclemia ou anemia falciforme, uma
Um profissional que trabalhe com aparelhos de raios X deve
forma hereditária de anemia comum na África, ocorre devido à substituição de um único par A–T por um T–A, no segmento DNA que constitui o gene da hemoglobina. Com isso, a trinca de bases CTC, que na hemoglobina normal determina o aminoácido ácido glutâmico, é trocado pela trinca CAC, que codifica o aminoácido valina. Tal processo que induz a anemia falciforme é chamado de: a) Seleção natural. b) Recombinação gênica. c) Crossing-over . d) Poliploidia. e) Mutação.
sempre se proteger com um colete apropriado porque a radiação pode a) danificar somente as moléculas de RNA e provocar alterações bioquímicas nas células. b) causar mutações em qualquer tipo de célula e desencandear algum tipo de câncer. c) causar mutações somente nas células somáticas e desencadear algum tipo de câncer. d) danificar as proteínas citoplasmáticas e com isso provocar algum tipo de câncer. e) estimular a formação de proteínas citoplasmáticas e inibir as divisões celulares.
RESOLUÇÃO: Resposta: E
RESOLUÇÃO: Resposta: B
8
A lei da segregação
1. A transmissão dos genes Nas aulas anteriores estudamos a natureza e a função do material hereditário, representado pelo gene. Abordaremos agora quais são os métodos de transmissão desse material de uma geração para a outra. Foi em 1865 que Gregório Mendel, um monge agostiniano, pouco conhecido no meio científico, enunciou os princípios básicos que regulam a transmissão do material genético. Devemos considerar que, nessa época, nada se conhecia acerca de genes, cromossomos e proces sos de divisão celular. Mendel estabeleceu os processos básicos da herança, baseado unicamente nos resultados experi mentais de cruzamentos, como estudaremos a seguir.
• Linhagem • Pura • Híbrida • Autofecundação
Chamaremos de linhagem o conjunto de descendentes de um ancestral comum. Uma linhagem era con siderada pura quando seus indivíduos originavam, por autofecundação, descendentes sempre iguais, não havendo variação ao longo das gerações. Se na descen dência surgissem também indivíduos portadores de outra modalidade, a linhagem era considerada híbrida. Explicaremos isso utilizando o caráter cor de sementes, em que as modalidades são amarela e verde. Mendel verificou que as ervilhas que possuem sementes amarelas podem ser puras ou híbridas, enquanto as que possuem sementes verdes são sem pre puras.
2. Os trabalhos de Mendel Durante anos, Mendel trabalhou selecionando, plantando, cruzando ervilhas e analisando os resultados. O seu trabalho foi notável pela precisão do método experi mental empregado. Com os resultados obtidos, mostrou que a distribuição dos caracteres na geração dos indiví duos cruzados obedecia a certas leis que ele descobriu e expressou claramente. Tais regras passaram a ser conhe cidas como “Leis de Mendel” e constituem a base da Genética. Antes de iniciar os cruzamentos, Mendel preocupouse em selecionar variedades ou linhagens puras em relação ao caráter considerado.
Os tipos de linhagens.
BIOLOGIA
361
Linhagem pura é aquela que, autofecundada, produz uma geração homogênea e igual à parental.
3. Análise de um cruzamento mendeliano Descreveremos o estudo do caráter cor das sementes. Partindo de variedades puras, Mendel cruzou plantas de sementes amarelas com plantas de sementes verdes. Essas variedades constituíam a geração parental, que é habitualmente representada por P. Os descendentes constituem a primeira geração filial, representada por F 1; nessa geração, todas as plantas possuíam se mentes amarelas. Deixando que as plantas de F1 autofecundassem, obteve a segunda geração filial, representada por F 2. Na geração F2, encontrou plantas com sementes amarelas e plantas com sementes verdes, sendo 75% amarelas e 25% verdes. A proporção foi, portanto, 3 : 1. Concluiu, assim, que as amarelas de F1 eram híbridas. As verdes, como sabemos, são sempre puras. O esquema abaixo mostra a sequência descrita.
Cruzamento mendeliano.
de cada par. Tal fato constitui a Primeira Lei de Mendel, que também é conhecida como Lei da Segre gação dos Fatores ou Lei da Pureza dos Gametas. Podemos enunciá-la da seguinte forma: “Cada caráter é determinado por um par de genes que se separam na formação dos gametas.”
5. Representação do cruzamento Mendel representou cada gene por letras do alfabeto. O gene dominante é representado por letra maiúscula e o recessivo, por minúscula. Assim, a geração P será representada por VV (amarela) e vv (verde). De acordo com a lei da segregação, sabemos que os dois genes separam-se nos gametas e estes passam a conter apenas um deles. Assim, o gameta da planta amarela pura (VV) só poderá transportar o gene V, enquanto o gameta da planta verde, também pura (vv), só poderá transportar o gene v. A união dos gametas V e v produzirá a primeira geração (F 1), constituída por plantas de sementes amarelas híbridas (Vv). A planta híbrida, por sua vez, produzirá dois tipos de gametas, uns com V e outros com v, esperando-se que haja porcentagem igual dos dois tipos. Quando se unem dois indivíduos Vv, há, portanto, quatro possibilidades: 1.a) Um grão de pólen V une-se a um óvulo V, produzindo um indivíduo VV. 2.a) Um grão de pólen V une-se a um óvulo v, produzindo um indivíduo Vv. 3.a) Um grão de pólen v une-se a um óvulo V, produzindo um indivíduo Vv. 4.a) Um grão de pólen v une-se a um óvulo v, produzindo um indivíduo vv. O cruzamento aparece esquematizado abaixo.
4. Interpretação dos resultados Cruzando indivíduos de características diferentes, Mendel observou que na primeira geração filial (F1) aparecia sempre um só caráter, que ele chamou de dominante. Assim, quando dois caracteres contrastantes são cruzados, aquele que aparece na primeira gera ção é chamado dominante, enquanto o que aparece na segunda geração é chamado recessivo. No cruzamento em questão, amarelo é dominante e verde, recessivo. Segundo Mendel, cada caráter seria determinado por um par de fatores ou unidades hereditárias. Atual mente, tais fatores são denominados genes. Para tal afirmação, Mendel baseou-se no fato de que as plantas da primeira geração, possuidoras de caráter amarelo, produziam al guns descendentes com o caráter verde. Portanto, pode mos afirmar que cada caráter é determinado por dois genes. Os genes determinantes de um caráter aparecem em todas as células do organismo e são transmitidos aos descendentes por meio dos gametas, que são as células envolvidas nos processos de reprodução sexual. Os dois genes determinantes de um caráter separam-se na formação dos gametas, que recebem somente um gene
362
BIOLOGIA
Representação do cruzamento.
(MODELO ENEM) – Na cultura do milho,
ocorre um gene responsável pela altura das plantas. Indivíduos de genótipo BB são altos e indivíduos de genótipos bb são baixos. Do cruzamento de duas plantas de genótipo BB x bb, a descendência, na geração F1, apresentou 100% de plantas altas. A partir dessas infor mações não se pode afirmar que a) o alelo que determina planta alta, por se expressar em todos os descendentes da F 1, é dominante. b) se as plantas de F1 forem intercruzadas, seus descendentes nunca apresentaram plantas baixas. c) o cruzamento de uma planta alta de F1 com outra baixa produzirá plantas altas e baixas na proporção de 1 : 1.
d) o meio ambiente poderá influir na altura das plantas. e) se houvesse codominância entre os alelos, as plantas teriam também estatura média. Resolução O cruzamento de plantas F 1 entre si (Bb x Bb) produzirá a seguinte geração: 3 plantas altas : 1 planta baixa. Resposta: B
(MODELO ENEM) – Em uma população de
mariposas, 96% dos indivíduos têm cor clara e 4%, cor escura. Indivíduos escuros cruzados entre si produzem, na maioria das vezes, descendentes claros e escuros. Já os cruzamentos entre indivíduos claros produzem, sempre, ape nas descendentes de cor clara. Esses resultados sugerem que a cor dessas mariposas é
Cruzando-se ervilha de flor vermelha com ervilha de flor branca obtém-se uma F1 constituída de 1064 plantas, todas de flor vermelha. Pergunta-se: a) Qual é o caráter dominante? b) Qual é a constituição genética das plantas cruzadas? RESOLUÇÃO: a) Flor vermelha
b) B = vermelha e b = branca Plantas cruzadas: BB x bb
condicionada por a) um par de alelos, sendo o alelo para cor clara dominante sobre o que condiciona cor escura. b) um par de alelos, sendo o alelo para cor escura dominante sobre o que condiciona cor clara. c) um par de alelos, que não apresentam dominância um sobre o outro. d) dois genes ligados com alta taxa de recombinação entre si. e) fatores ambientais, como a coloração dos troncos onde elas pousam. Resolução O cruzamento de escuros entre si, produzindo escuros e claros indica que escuro é dominante e que os indivíduos cruzados são heterozigotos. Resposta: B
Cruzando-se ervilha de semente lisa com ervilha de semente rugosa, obtêm-se em F 1 apenas ervilhas de semente lisa. Cruzando-se essas ervilhas F 1 entre si obtêm-se 1.800 descendentes. Quais os resultados obtidos em F 2? RESOLUÇÃO: Genes: Cruzamentos:
R (lisa) e r (rugosa) (P) RR x rr (F1) Rr x Rr (F2) RR Rr Rr rr 75% ou 3/4 lisas ; 25% ou 1/4 rugosas Lisas = 75% de 1800 = 1.350 Rugosas = 25% de 1800 = 450
Os indivíduos de uma espécie de mamífero possuem nor-
malmente pelos de cor marrom. Um pesquisador encontrou na natureza alguns indivíduos albinos, com os pelos completamente brancos, e realizou cruzamentos entre diversos indivíduos para estudar a herança da cor do pelo. I. albino X albino = 100% pelo marrom II. pelo marrom X pelo marrom = 75% pelo marrom e 25% albinos. III. albino X pelo marrom = 100% albinos IV. albino X pelo marrom = 50% pelo marrom e 50% albinos V. albino X pelo marrom = 100% pelo marrom Considerando que pelo marrom é a característica dominante, são possíveis apenas os resultados mostrados em a) I e III. b) I e IV. c) II e IV. d) II e V. e) II, IV e V. RESOLUÇÃO: Resposta: E
BIOLOGIA
363
