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O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE
2008
Produção Didático-Pedagógica
Versão Online ISBN 978-85-8015-040-7Cadernos PDE
VOLU
ME I
I
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
PDE- PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO
EDUCACIONAL
VILMA APARECIDA PIOVEZANI DE OLIVEIRA
UNIDADE DIDÁTICA
COLORADO-PR2008
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
Professora PDE: Vilma Aparecida Piovezani de Oliveira
Área PDE: Biologia
NRE: Maringá
Professora Orientadora IES: Maria Julia Corazza
IES Vinculada: UEM
Escola de Implementação: Colégio Estadual Monteiro Lobato
Município: Colorado
Público Objeto da intervenção: 3ª série do Ensino Médio
Título da Unidade Didática: A Genética no passado e no presente
O ESPECTRO DA FOME NO MUNDO
Mais de 900 milhões de pessoas passam fome no mundo, diz ONU
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Folha Online
O número de pessoas com fome no mundo subiu de 850 milhões para 925 milhões em 2007, por causa da disparada dos preços dos alimentos, anunciou em Roma o diretor da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO), Jacques Diouf.
Segundo o secretário-geral da ONU, o mundo enfrenta três crises simultâneas e interligadas - dos alimentos, do clima e de desenvolvimento - para as quais são necessárias soluções integradas.
http://www1.folha.uol.com.br/folha/publifolha/ult10037u351816.shtml
03/09/2008 - 10h57
ACESSO NO DIA 17/09/2008
A reportagem alerta para um problema que há muito tempo desafia a
humanidade: A disponibilidade de alimentos para uma população que não pára de crescer.
Historicamente, o crescimento populacional, interligado à falta de alimentos no
mundo, tem sido o jargão para o avanço da ciência e da tecnologia em termos da produção.
Essa relação entre o crescimento demográfico e a produção de alimentos, foi
estabelecida pela primeira vez, em 1798, pelo sacerdote e economista inglês, Thomas Robert
Malthus, ao publicar sua obra “Essay on Population” (Ensaio sobre a população). Preocupado
com o êxodo rural e o crescimento acelerado da população, em decorrência dos benefícios
causados pela Revolução Industrial, Malthus expôs sua teoria, segundo a qual a população
cresceria em progressão geométrica (1,2,4,8,16,32,64,128,256,512...), duplicando seu número a
cada 25 anos, enquanto a produção de alimentos cresceria em progressão aritmética
(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10...). Dessa forma, em dois séculos e um quarto, a relação da população para
os meios de subsistência seria de 512 para 10.
Nessa perspectiva, a população iria aumentar além dos limites de sua
sobrevivência, resultando a miséria e a fome que levariam à extinção da humanidade. Para o
economista, a solução dos problemas que afetavam seu país estava no controle da natalidade.
A reportagem acima suscita a seguinte questão: A hipótese de Malthus está se
concretizando?
Estudos mostram que a população humana tem realmente crescido em
progressão geométrica, como previsto por Malthus, estando hoje acima de 6,5 bilhões de
habitantes, podendo ultrapassar 9 bilhões no ano de 2050.
Nos dias atuais, no entanto, pode-se observar que, embora a população tenha
crescido em escala geométrica, a produção de alimentos também aumentou, estando acima das
estimativas do crescimento demográfico. Embora muitas pessoas vivam em estado de penúria,
está sobrando alimentos no mundo e, portanto, a previsão de Malthus em relação à produção de
alimentos não se concretizou.
Mas como explicar essa grande produção de alimentos nos dias de hoje? O que
favoreceu essa produção? A resposta para essas questões está no avanço do conhecimento
científico e tecnológico, principalmente a partir do início do século XX, com o advento da
Genética.
Genética: é a área da Biologia que estuda a herança biológica ou
hereditariedade, que é a transmissão das características biológicas de pais para filhos ao longo
das gerações.
Um Olhar para a História...
A Pré-história
Nos dois primeiros milhões de anos de sua existência, o homem não cultivava a
terra, não plantava e, tão pouco, aguardava por uma colheita ou criava animais para obter
alimentos. Apresentava uma vida nômade, deslocando-se em grupos de um local para outro à
procura de alimentos, sobrevivendo da coleta de sementes, frutos e de outras partes de vegetais,
além da caça e da pesca.
Nesse percurso, o homem passou a observar, conhecer e atuar sobre a natureza,
compreendendo os ciclos biológicos, as diferenças de clima, vegetação, carregando sementes de
plantas e também animais, propícios à sua alimentação e outras necessidades, como vestuário,
defesa, habitação. Assim, foi modificando a natureza ao mesmo tempo em que era modificado
por ela.
A vida em grupos facilitou a divisão de tarefas, dando origem às primeiras
sociedades. Há aproximadamente 15 mil anos, ao fixar moradia, o homem passou a criar
animais e a desenvolver técnicas de cultivo, plantio e colheita de vegetais, garantindo sua
sobrevivência pela agricultura. Desse modo, a domesticação de plantas e animais pode ser
considerada o primeiro evento biotecnológico.
Biotecnologia: qualquer técnica que utilize organismos vivos, parte deles ou
substâncias por eles sintetizadas (enzimas, por exemplo), para produzir ou modificar produtos
benéficos para a humanidade. O termo foi inicialmente definido em 1910, por Karl Ereky,
engenheiro húngaro, para referir-se a todas as linhas de trabalho, cujos produtos eram
produzidos a partir de matéria bruta com o auxílio de organismos vivos. Recentemente, esse
termo vem sendo utilizado para designar as técnicas advindas da Bioquímica e da Biologia
molecular, que podem trazer benefícios aos seres humanos.
Na antiguidade, muitas civilizações, destacando-se os babilônios, mesmo sem ter
conhecimentos de genética, já realizavam cruzamentos planejados com o objetivo de melhorar
as características dos animais e plantas, de acordo com as suas necessidades: Cavalos mais
velozes, plantas que produzissem frutos maiores, com menos sementes etc. Os filósofos gregos
faziam conjecturas sobre a hereditariedade, isto é, procuravam explicar como as características
biológicas eram transmitidas de geração a geração.
A hereditariedade segundo Filósofos gregos.
Dentre os escritos da Grécia antiga, as hipóteses de Hipócrates (460 – 370 a.C.) e
Aristóteles (384-322 a. C.) sobre a hereditariedade foram as mais aceitas e propagadas pelas
pessoas e muitos estudiosos da Idade Média ao século XIX.
De acordo com a Pangênese, hipótese de Hipócrates (460-370 a.C.), cada órgão ou
parte do corpo produziria partículas hereditárias, denominadas de gêmulas, que migrariam para
o sêmen do macho e da fêmea por meio do sangue e posteriormente seriam transmitidas para a
descendência.
Aristóteles (384-322 a.C.), ao explicar os mecanismos da hereditariedade, considerou
que o macho era responsável pela forma (eidos) e a mãe, pela matéria ou substância constituinte
da progênie, a qual seria moldada pela forma (eidos) do sêmen masculino.
Com o passar do tempo, o crescimento do número de pessoas foi obrigando os
agricultores a ampliar as áreas de cultivo e a aperfeiçoar as técnicas agrícolas, caso contrário
estaria ameaçada a sobrevivência da espécie.
No entanto, o progressivo aumento na produção de alimentos, verificado
principalmente no século XX, se deve ao conhecimento científico e tecnológico gerado nos
séculos anteriores, destacando-se os estudos sobre a hereditariedade.
Os primeiros estudos sobre a hereditariedade, assim como o desenvolvimento da
Biologia, só foram possíveis após invenção do microscópio pelo holandês Antony van
Leeuwenhoek (1632-1723) que, por meio de apenas uma lente de amplificação, pôde observar
pequeninos seres vivos, os quais foram denominados de microorganismos. Com o mesmo
instrumento, van Leeuwenhoek e Johann Ham, descobriram que o sêmen expelido pelos
machos no ato sexual continha milhares de “pequenos animais”, os quais foram chamados de
espermatozóides, deduzindo que essas estruturas poderiam estar relacionadas com o
desenvolvimento e o nascimento de um novo ser.
Essas observações contribuíram para a difusão da teoria pré-formista, segundo a qual
os gametas continham no seu interior formas humanas em miniatura (homúnculos), bastando
crescer para se desenvolverem em adultos.
Em meados no século XVII, na Inglaterra, Robert Hooke (1635–1703) se empenhou
na construção de microscópios mais elaborados, permitindo-lhe observar em tecidos de cortiça
estruturas denominadas de células, devido à semelhança entre as cavidades em seu interior com
celas de uma prisão. Na verdade, pelo fato de a cortiça, material de análise de Hooke, ser um
tecido de células mortas, o pesquisador observou apenas a parede celular e o espaço
anteriormente ocupado pelo protoplasma.
François-Vicent Raspail (1794-1878) deu continuidade aos trabalhos de Hooke,
afirmando que as células animais e vegetais constituíam os tecidos celulares e, além disto,
observou que a membrana que determinava o limite da célula era responsável por selecionar as
substâncias que entravam e saíam dela.
O contínuo aperfeiçoamento do microscópio proporcionou que, em 1830, o botânico
escocês Robert Brown descobrisse a existência do núcleo da célula. Entretanto, foram os
biólogos Theodor Schwann (1810-1882) e Matthias Jakob Schleiden (1804-1881) que
revolucionaram a Biologia com a Teoria Celular. De acordo com essa teoria, a célula passou a
ser considerada a unidade morfofisiológica de todos os seres vivos.
Na seqüência, muitos outros estudos acerca da célula foram desencadeados, abrindo o
caminho para a elucidação dos mecanismos da hereditariedade em meados do séc. XIX.
O mistério que envolvia os processos da transmissão das características de
herança genética persistiu até 1865, quando o monge austríaco, Gregor Mendel, enunciou os
princípios básicos que regulam tais mecanismos.
Gregor Johann Mendel nasceu em 1822, no vilarejo de Heinzendorf, que, na
época, pertencia à Áustria e, atualmente faz parte da República Tcheca. Filho de agricultores
pobres, para continuar seus estudos, entrou como noviço no mosteiro agostiniano de São
Tomás, na cidade de Brünn, onde após quatro anos ordenou-se padre. Ao longo desses anos no
mosteiro, aprendeu ciências agrárias e técnicas de polinização artificial. Atuou como professor
substituto em uma escola da região, onde lecionou Latim, Grego e Matemática. Estudou em
Viena entre 1851 e 1853, com a permissão de seus superiores. Optou por estudar Física e
assistiu a cursos adicionais de Matemática, Química, Zoologia, Botânica, Fisiologia vegetal e
Paleontologia. Em Viena, dedicou-se a estudar hibridização em plantas, adquirindo diversos
livros e artigos relacionados a esse tema, entre os quais, alguns sobre hibridização em ervilhas.
Durante seus estudos em Viena, conheceu as grandes questões a serem respondidas pela
Biologia, entre as quais se destacava a hereditariedade.
Mendel organizou canteiros no jardim do convento onde morava, e lá realizou as
famosas experiências com ervilhas de cheiro, cujos conhecimentos adquiridos nos oito anos de
estudo deram origem a um novo ramo da ciência, a Genética.
Os trabalhos de Mendel.
No período antecedente e na época em que Mendel realizou seus estudos
científicos, muitos estudiosos empenhavam-se em descobrir os segredos dos mecanismos da
herança genética das variações biológicas, mas falharam principalmente devido ao método e
material empregado.
O sucesso de Mendel se deve ao planejamento dos procedimentos experimentais
e a escolha do material para a realização dos experimentos. As ervilhas de cheiro foram
utilizadas em seus experimentos por apresentarem características favoráveis a sua realização,
destacando-se:
• A facilidade de cultivo
• Ciclo de vida curto
• Muitos descendentes por planta
• Inúmeras variedades disponíveis (altura da planta, cor da vagem, cor do
fruto, textura da semente, cor da flor, posição das flores e textura das
vagens maduras)
• Flores fechadas, isto é, com estames e pistilo encerrados pelas pétalas.
Essa característica favorece a auto-fecundação e dificulta a polinização
cruzada, isto é, faz com que a polinização ocorra somente dentro da
flor.
Plantas autógamas: (Autogamia, do grego autós, “si mesmo”; gamos, “casamento”). São as
que se reproduzem pela união direta de seus gametas masculinos e femininos, isto é, realizam
autofecundação.
Plantas alógamas: (Alogamia, do grego allos, “outro”; gamos, “casamento”). São as que se
reproduzem por fecundação cruzada, isto é, o gameta de um indivíduo, fecunda o gameta de
outro indivíduo.
Para refletir: É mais interessante para a natureza selecionar plantas autógamas ou alógamas?
Por quê?
A autofecundação é uma grande vantagem para os experimentos controlados de
hibridização, uma vez que permite a fácil obtenção de linhagens puras e possibilitam que os
cruzamentos sejam planejados com a certeza de que não haverá a participação de pólen vindo
de outra flor.
Antes de realizar os experimentos de hibridização, Mendel deixou que as plantas
das diferentes variedades de ervilha se autofecundassem, de modo a obter linhagens puras, isto
é: Plantas altas originando apenas plantas altas, plantas de semente com textura lisa produzindo
apenas semente com textura lisa, e assim por diante. Seu objetivo era polinizar uma flor de uma
variedade de ervilha com o pólen de outra, por meio da fecundação cruzada que, nesse caso,
ocorria pela sua interferência no processo natural, obtendo híbridos resultantes do cruzamento
entre as variedades diferentes.
Em um de seus experimentos, Mendel polinizou plantas de uma linhagem cujas
sementes eram de textura lisa, com pólen de outra linhagem, cujas sementes apresentavam
textura rugosa. Todos os descendentes desses cruzamentos produziram apenas sementes lisas,
independente do pólen ter sido retirado de plantas com sementes lisas ou rugosas. Mendel notou
que uma característica parecia “dominar” a outra e chamou de dominante a característica que
aparecia nos híbridos.
Mendel chamou o cruzamento entre linhagens puras de cruzamento parental
(P) e os descendentes desse cruzamento de primeira geração ou F1.
Após anotar os resultados, Mendel iniciou a segunda fase de suas experiências:
Deixou que as plantas F1 se autofecundassem normalmente e, na geração seguinte (F2),
verificou que o caráter dominante aparecia em ¾ dos descendentes, enquanto que em ¼
aparecia o caráter contrastante. Uma vez que essa característica ficava em “recesso”, ou seja,
não aparecia em F1, chamou-a de caráter recessivo.
P Semente lisa X Semente rugosa
RR rr
Gametas: R r
F1 Rr Semente lisa
Autofecundação de F1
F1 F1
Semente lisa X Semente lisa
Rr Rr
Gametas: R, r R, r
F2 RR- Sementes lisa
Rr- Sementes lisa 3/4
Rr- Sementes lisa
rr- Semente rugosa 1/4
Conclusões dos trabalhos de Mendel.
- Havia alguma estrutura na planta que determinava as características
hereditárias, como altura, cor da flor, da semente, entre outras. Mendel chamou essas estruturas
de fatores, representando o fator dominante por uma letra maiúscula e o fator recessivo por uma
letra minúscula.
- Os fatores não se misturam, ou seja, permanecem intactos e passam inalterados
de uma geração à outra. O caráter recessivo, como, por exemplo, a semente rugosa, reaparece
na geração F2 exatamente como era na geração P.
- Para cada característica, os pais possuem um par de fatores. Se para a
característica textura da semente representamos o caráter recessivo pela letra r e o dominante
pela letra R, as plantas da geração P são RR (puras lisas) e rr (puras rugosas).
- Na formação dos gametas, os dois fatores, RR ou rr se separam, dando origem
à células haplóides (N). Portanto, cada um dos grãos de pólen e cada óvulo carregam um único
fator de cada par: R ou r.
- Quando acontece o cruzamento, o fator responsável, por exemplo, pela textura
da semente, trazido pelo grão de pólen, se encontra com o fator que está no óvulo, produzindo
uma célula diplóide (2N), isto é, com os dois fatores para essa característica. É a partir dessa
célula que todas as outras células da planta serão produzidas.
- Ao se cruzar plantas de semente de textura lisa – RR – com as de textura
rugosa – rr – da geração P, obtém-se um único resultado: Todas as plantas são híbridas, devido
à combinação dos fatores Rr. Essas plantas têm todas as sementes de textura lisa, são iguais aos
pais de semente lisa devido à dominância do caráter, porém, elas têm uma combinação de
fatores diferentes: são Rr e não RR como seus pais de semente lisa.
- Quando a planta híbrida Rr forma gametas, ocorre o mesmo que na geração P:
os fatores R e r são distribuídos ao acaso entre os grãos de pólen e os óvulos, de modo que,
para cada grão de pólen com o fator R, há outro com o fator r; para cada óvulo com o fator R,
há outro com o fator r.
- Sabendo-se que óvulos R ou r e grãos de pólen R ou r existem na mesma
quantidade, as quatro combinações entre os fatores são igualmente possíveis.
.pólen R pode associar-se a óvulo R: RR;
.pólen R pode associar-se a óvulo r: Rr;
.pólen r pode associar-se a óvulo R: Rr;
.pólen r pode associar-se a óvulo r: rr.
Como é possível constatar, as plantas F2 geradas pela autofecundação dos
híbridos de F1- Rr x Rr se distribuem sempre na mesma proporção:
25% RR 50%Rr 25%rr
¼ RR 2/4 Rr ¼ rr
1 RR 2 Rr 1 rr
Baseado em experimentos do tipo acima citados, verifica-se que cada
característica é determinada por um par de fatores que se separam na formação dos gametas.
Essas conclusões foram denominadas posteriormente como Primeira Lei de
Mendel ou lei da pureza dos gametas.
- Há dois tipos de plantas de sementes de textura lisa: RR e Rr. Na aparência elas
são iguais, porém, são diferentes na constituição genética, uma vez que uma tem dois genes
iguais, RR e a outra tem genes diferentes, Rr. A planta RR é chamada homozigota- do
gr.homoios, “igual”; zigos, “par”. A planta Rr é chamada heterozigota - do gr. hetéro,
“diferente”; zigos, “par”. As plantas de sementes rugosas são sempre, como se pode observar,
homozigotas ( rr), porque se tivessem um fator R não teriam textura rugosa.
Os dados obtidos nas experiências bem planejadas que desenvolveu, levaram
Mendel a estabelecer os princípios básicos da hereditariedade: “Cada caráter resulta da ação de
um par de fatores que se separam ou se segregam durante a formação dos gametas”. O acaso
decidirá qual dos gametas irá receber um ou outro fator.
Para refletir: A capacidade de enrolar a língua, formando um tubo, é uma
característica hereditária humana que obedece à Primeira Lei de Mendel. As pessoas que
enrolam a língua possuem o gene dominante, e as que não o fazem, são portadoras de genes
recessivos. Se, em uma família, os pais não possuem a capacidade de enrolar a língua, os filhos
apresentarão essa capacidade? Por quê?
Dominância Incompleta.
Em seus estudos Mendel também constatou que, em relação a algumas
características, a dominância não era observada: o híbrido apresentava um aspecto diferente dos
indivíduos puros. Na planta Mirabilis jalapa, também conhecida por maravilha, por exemplo,
ao se cruzarem plantas de flores vermelhas com plantas de flores brancas, as plantas de F1
apresentam flores róseas. Esse tipo de herança é denominado dominância incompleta.
Na determinação genética dessas flores, a presença de dois alelos funcionais nas
células de suas pétalas, gera pigmento suficiente para que a flor seja vermelha (VV). Nas
plantas heterozigóticas, como há somente um alelo funcional para a produção de pigmento, a
cor das pétalas é rósea (VB). Nas plantas homozigóticas, que não possuem alelos para a
produção de pigmento, suas pétalas são brancas (BB).
P Flor vermelha X Flor branca
VV BB
Gametas: V B
F1 VB Rósea
F1 F1
Flor rósea X Flor rósea
VB VB
Gametas: V, B V, B
F2 VV- Flor vermelha
VB- Flor rósea
VB- Flor rósea
BB- Flor branca
Outro exemplo de dominância incompleta é a cor da plumagem em galinhas da
raça andaluza. Aves de uma linhagem pura com plumagem preta, quando são cruzadas com aves
puras de plumagem branca, produzem descendentes de plumagem cinza-azulada. E, ao serem
cruzados indivíduos cinza-azulados entre si, os descendentes são obtidos na seguinte proporção:
1 com plumagem preta: 2 com plumagem cinza-azulada: 1 com plumagem branca. O indivíduo
heterozigótico exibe fenótipo plumagem cinza azulada, que é intermediário entre os fenótipos
das aves homozigóticas de plumagem preta e das aves homozigóticas de plumagem branca.
Para refletir: Se um avicultor desejasse obter apenas galinhas de plumagem
branca e de plumagem cinza-azulada, quais aves ele deveria cruzar?
Segunda Lei de Mendel ou Lei da Segregação Independente
Depois de estudar isoladamente diversas características fenotípicas da ervilha,
Mendel analisou a transmissão conjunta de duas ou mais características. Esses estudos
posteriores ficaram conhecidos como segunda lei de Mendel ou lei da segregação independente.
Nesses experimentos, plantas parentais de ervilha, originadas, por exemplo, de
sementes puras amarelas e lisas (características dominantes), foram cruzadas com plantas
originadas de sementes verdes e rugosas (características recessivas). Todas as sementes
produzidas em F1 eram amarelas e lisas.
P Amarelas lisas X Verdes rugosas
VVRR vvrr
Gametas: VR vr
F1 VvRr Amarelas lisas
Na geração F2, obtida pela autofecundação das plantas originadas das sementes
de F1, foram originados quatro tipos de sementes: amarelas lisas, amarelas rugosas, verdes lisas
e verdes rugosas. Mendel organizou o resultado do experimento e verificou que as sementes se
distribuíam aproximadamente nas seguintes frações: 9/16 amarelas lisas, 3/16 amarelas rugosas,
3/16 verdes lisas e 1/16 verde rugosa. Essas frações representam em proporção: 9 amarelas
lisas: 3 amarelas rugosas: 3 verdes lisas: 1 verde rugosa.
Autofecundação de F1
Amarelas lisas X Amarelas lisas VvRr VvRr
Gametas: VR, Vr, vR, vr VR, Vr, vR, vr F2 9 amarelas lisas V-R- 3 amarelas rugosas V-rr 3 verdes lisas vvR- 1 verde rugosa vvrr
Baseado nesse e em outros experimentos, Mendel elaborou a hipótese de que, na
formação dos gametas de plantas híbridas VvRr, os alelos responsáveis pela cor da semente
(Vv), segregam-se independentemente dos alelos que condicionam a forma da semente (Rr).
Assim, um gameta portador do alelo V pode conter tanto o alelo R como o alelo r, assim como
um gameta portador do alelo v, pode conter tanto um alelo R como um alelo r. Essa planta
duplo-heterozigótica VvRr, formaria quatro tipos de gametas, em igual proporção: 1VR: 1Vr:
1vR: 1vr. O acaso faria a combinação desses gametas para formar a geração F2, na proporção
de 9:3:3:1 observada nos experimentos.
Para refletir: Com os conhecimentos que você possui sobre divisão celular,
como você explica a segregação independente dos alelos de dois genes (A e B), situados em
diferentes pares de cromossomos homológos, durante a meiose? Tente esquematizar,
considerando os indivíduos heterozigotos para esses genes.
E se os genes estão situados no mesmo par de cromossomos homólogos, será
possível encontrar a proporção 9:3:3:1 encontrada por Mendel? Verifique.
Até os meados do século XIX, quando Mendel estabeleceu os princípios da
hereditariedade, não havia conhecimento sobre genes, cromossomos ou processos de divisão
celular. Suas explicações foram baseadas apenas nos resultados experimentais dos cruzamentos,
ou seja, nos fenótipos, e em deduções estatísticas. Os fenótipos eram conhecidos, mas os
“fatores”, os genes, eram unidades ainda desconhecidas.
Apesar de ter publicado os resultados de sua laboriosa pesquisa em 1866 e ter
enviado cópias de seu trabalho para diversos cientistas eminentes, as conclusões de Mendel,
hoje conhecidas como Leis de Mendel, permaneceram totalmente ignoradas pela comunidade
científica da época. O monge, desiludido com suas pesquisas, foi eleito abade do mosteiro,
dedicando-se mais intensamente ao trabalho administrativo. Faleceu em 1884, sem saber que se
tornaria o “pai da Genética”.
Século XX - Nasce uma nova Ciência: A Genética
Mendel estava muito à frente de sua época com seus cruzamentos de variedades
de ervilhas e análises estatísticas. Portanto, não é de se admirar que somente em 1900, após a
sua morte, a comunidade científica tenha entendido seu trabalho. A redescoberta do trabalho de
Mendel pelos biólogos Hugo de Vries, Carl Erich Correns e Erich von Tschermark-Seydenegg
revolucionou a Biologia. Pode-se dizer que a partir desta data a genética passou a consolidar-se
como Ciência.
Em 1884, por volta da morte de Mendel, os cientistas, usando corantes e
microscópios, cada vez mais desenvolvidos para observar as células, já haviam descoberto
estruturas finas e compridas no núcleo, as quais deram o nome de cromossomos. Mas somente
em 1902 os cientistas, Walter Sutton e Theodor Boveri, associaram os fatores de Mendel aos
cromossomos. Sutton descobriu que os cromossomos, assim como os fatores de Mendel, eram
duplos nas células do corpo de gafanhotos, porém apareciam com o número reduzido à metade
nos gametas. Tornou-se claro que os fatores, agora chamados de genes, estavam nos
cromossomos.
Alguns anos mais tarde, em 1907, a herança cromossômica foi estudada nos
Estados Unidos por Thomas Hunt Morgan, usando mutantes de mosca-das-frutas, Drosophila
melanogaster. Ao usar mutantes de moscas para cor dos olhos, Morgan estudou a herança
ligada ao sexo, na qual uma das características somáticas está representada de modo
desproporcional em um dos sexos. As moscas normais têm olhos vermelhos, chamados de
selvagem e representados pelo alelo W, enquanto alguns mutantes, a grande maioria do sexo
masculino, tem olhos brancos. Já se sabia na época que o sexo era determinado em moscas
pelos cromossomos X e Y. As fêmeas possuem dois cromossomos X e os machos um X e um Y
de tamanho menor. Morgan concluiu que a informação para a cor dos olhos em drosophila está
localizada no cromossomo X e que a cor branca (representado pelo alelo w) é recessiva, razão
pela qual aparece, essencialmente, nos machos.
Geração P ♀ Olho selvagem ♂ Olho branco
XW XW X XwY
Gametas XW Xw Y
Geração F1 ♀ XW Xw ♂ XWY
50% Fêmea Olho selvagem 50% Macho Olho selvagem
F1 F1
♀ XW Xw X ♂ XWY
XW Xw XW Y
F2: XW XW, XWY, XW Xw, Xw Y,
♀ normal ♂ normal ♀ portadora ♂ Olho branco
Na espécie humana, o daltonismo ou cegueira às cores, e a hemofilia, doença
hereditária que provoca a falha no sistema de coagulação sanguínea, também são exemplos de
herança ligada ao sexo.
Atividades:
1) Pesquise com sua professora sobre essas anomalias
hereditárias e como se processa a transmissão dos alelos
mutantes para o daltonismo e hemofilia na geração F1 e F2.
2) Alexandra Feodorovna, czarina da Rússia, filha do Grão-
Duque Luis IV e da Princesa Alice do Reino Unido e neta da
rainha Vitória e do príncipe Alberto, casou-se com Nicolau II,
czar da Rússia, e teve 5 filhos: 4 meninas, normais para a
hemofilia e um filho hemofílico. A czarina era normal para
essa anomalia, porém teve um irmão e um tio que morreram
com essa doença, além de uma irmã, normal, mas que teve
dois filhos hemofílicos. De posse desses conhecimentos,
explique a herança para a hemofilia na família da czarina e do
czar da Rússia.
3) Um homem daltônico, casado com uma mulher normal para o
daltonismo, tem probabilidade de ter uma criança do sexo
masculino daltônica? Por quê?
Além da cor do olho, Morgan estudou a herança de muitas características em
Drosophila melanogaster como, por exemplo, o tamanho das asas (longas e vestigiais) e a cor
do corpo (preto e cinza-amarelado), entre outras. Ao observar a herança de duas ou mais
características simultaneamente, encontrou em alguns casos, como cor de olhos e formato das
asas, a mesma proporção verificada por Mendel em F2. Porém, para algumas características,
como tamanho das asas e cor do corpo, as proporções de descendentes observadas no
cruzamento-teste de F1 com um dos parentais e em F2, diferiram daquelas encontradas por
Mendel. Depois de muitas reflexões, Morgan concluiu que, nesses casos, os genes
encontravam-se ligados no mesmo cromossomo, e as combinações das características parentais
encontradas nos descendentes deviam-se ao rompimento seguido de novas junções dos
cromossomos homólogos durante a meiose, processo chamado de recombinação.
P Macho Fêmea
(corpo preto e asa vestigial) (corpo cinza e asa longa)
ppvv PPVV
Gametas pv X PV
F1 PpVv
Corpo cinza e asa normal
Macho (parental) X Fêmea F1
ppvv PpVv
Gametas pv PV
Pv
pV
pv
41,5% corpo cinza e asa normal P-V-
41,5% corpo preto e asa vestigial ppvv
8,5% corpo cinza e asa vestigial P-vv
8,5% corpo preto e asa normal ppV-
O resultado mostra que as fêmeas de F1 produzem 4 tipos de gametas, porém,
não na mesma proporção: 41,5% PV, 41,5% pv, 8,5%, pV e 8,5% Pv. Como se pode observar,
o fenótipo dos descendentes é determinado pela constituição genética do óvulo, uma vez que o
macho, sendo recessivo duplamente, fornece apenas alelos recessivos para os descendentes.
O fato de a produção dos 4 tipos de gametas da fêmea não serem produzidos na
proporção de 25% cada um como acontece na segunda lei de Mendel, mostra que os genes não
se segregam de forma independente. Os gametas portadores dos alelos P/V e p/v aparecem em
maior porcentagem em relação aos gametas portadores dos alelos P/v e p/V. O que indicam
esses resultados?
Morgan atribuiu esses resultados à localização dos genes para a cor do corpo e
tamanho da asa, que estariam no mesmo par de cromossomos homólogos. Assim, por fazerem
parte da estrutura do mesmo cromossomo, eles não se segregam independentemente.
Morgan e seus colaboradores, em 1915, já haviam descoberto 85 mutações em
drosófila. Após cruzamentos eles verificaram que alguns desses mutantes apresentavam
segregação independente e outros apresentavam ligação gênica. A partir desses dados, Morgan e
sua equipe separaram as 85 mutações em 4 grupos denominados de grupos de ligação. Os
genes de um grupo embora apresentassem ligação, segregavam-se independentemente de genes
dos outros grupos.
A partir de estudos citológicos que mostraram que a Drosophila melanogaster
possui 4 pares de cromossomos ( 2n=8), havendo, portanto, um exato paralelismo entre o
número de cromossomos e o número de grupos de ligação determinado pela análise genética,
Morgan viu nesse fato um forte indício de que os genes estão nos cromossomos e, genes que
fazem parte do mesmo cromossomo tendem a ser herdados juntos.
A recombinação.
No caso das drosófilas, a cor do corpo e a forma das asas eram características
determinadas por genes em ligação, e as fêmeas duplo-heterozigotas não formavam apenas dois
tipos de gametas, como era esperado, mas quatro. Ocorre que a ligação entre genes ligados em
um mesmo cromosssomo não é completa porque durante a meiose, ocorrem quebras e trocas de
pedaços entre as cromátides internas de cromossomos homólogos. Esse fenômeno conhecido
por Permutação ou Crossing-over (troca), leva à formação de gametas com novas combinações
entre os alelos, e eles são denominados gametas recombinantes, diferentes das formas
existentes nos cromossomos herdados dos pais, que são denominados de gametas parentais.
Fêmeas duplo-heterozigotas PpVv ou Pp/Vv
Gametas parentais PV - 41,5%
pv – 41,5%
Gametas recombinantes pV - 8,5%
Pv - 8,5%
Mas o que é e do que é feito o gene?
Um passo importante para a compreensão da atuação dos genes foi a
identificação de sua natureza química, no final dos anos 1940, quando os cientistas Avery,
MacLeod e McCarty descobriram que eles são formados por DNA ou ácido
desoxirribonucléico.
Em 1953, James Watson e Francis Crick propuseram o modelo que explica a
estrutura da molécula de DNA e também sugeriram o modo como ela seria capaz de
autoduplicação e de transferir a informação genética nela contida. Os trabalhos desses
pesquisadores revolucionaram a biologia e outras áreas da ciência, acelerando o surgimento de
muitos outros avanços científicos e biotecnológicos como os transgênicos, o sequenciamento do
genoma humano e células-tronco.
Malthus estava certo?
Como já descrito, desde o início da humanidade as tribos nômades aprenderam a
selecionar características desejáveis, domesticando animais e plantas. Mas o melhoramento
científico das espécies vegetais e animais, úteis à alimentação humana, tornou-se possível no
início do século XX com a elucidação das leis de Mendel.
A resposta científica à hipótese de Malthus sobre a extinção da humanidade por
conta do problema da fome no mundo, levou ao desenvolvimento de um amplo programa de
melhoramento genético de sementes chamado de “Revolução Verde”. Esse programa teve início
em meados do século XX, quando o governo mexicano convidou a Fundação Rockefeller, dos
EUA, a fazer estudos sobre a fragilidade de sua agricultura. A partir daí, baseados nos novos
conhecimentos sobre os genes, os cientistas, liderados pelo americano Norman Ernest Borlaug,
criaram novas variedades de milho e trigo de alta produtividade, que fizeram o México
aumentar de forma vertiginosa sua produção. Essas sementes foram, em seguida, introduzidas e
cultivadas em outros países, também com ótimos resultados. O movimento da revolução verde
teve um grande impacto social ao ajudar a erradicar a fome no mundo, conferindo a Norman
Ernest Borlaug o Prêmio Nobel da Paz em 1970. No entanto, muitos criticam a Revolução
verde por tratar-se de um projeto baseado em monoculturas, extensas áreas para cultivo e por
fazer uso, em grande escala, de fertilizantes, agrotóxicos e insumos de alto custo.
Como podemos observar na reportagem do início dessa unidade, atualmente a
fome, segue sendo um problema tão grave como antes. No entanto, são produzidos alimentos
suficientes para nutrir os 6,5 bilhões de seres humanos que habitam o planeta. Portanto, o
problema não é devido à carência de alimentos, mas sim à má distribuição de renda, à
desigualdade social, que dificulta o acesso aos alimentos. Dessa forma, enquanto uma parcela
da população, principalmente a do primeiro mundo, tem muito, a maioria vive na miséria e
passam fome porque não podem pagar por alimentos, ou porque não têm terras para cultivá-los.
Nos dias atuais, ao lado da fome, um ou outro problema atinge as populações do
mundo: a degradação ambiental, causando sérias alterações do clima. Esse problema está
vinculado ao sistema ocidental de produção, que ao dar prioridade ao lucro gerado pela
comercialização e exportação, têm feito uso inadequado dos recursos naturais, podendo
comprometer seriamente a sustentabilidade do ambiente.
Para uma parcela da comunidade científica e empresas multinacionais, a solução
para o aumento da produtividade e a qualidades dos alimentos, está na produção de organismos
transgênicos.
O que são transgênicos?
Como se faz um organismo transgênico?
Que tipos de transgênicos já foram produzidos?
Os transgênicos fazem mal à saúde e ao meio ambiente?
Essas são algumas das questões que discutiremos nas nossas próximas unidades
didáticas.
CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE GENÉTICA.
Genética: ciência que estuda a hereditariedade, ou seja, a transmissão das
características de uma espécie, de geração a geração. As características ou caracteres estão
“inseridas” em forma de código nos genes. A palavra característica ou caráter é utilizada em
Genética para designar qualquer particularidade de um ser vivo. Assim, a cor de uma flor é um
caráter de uma planta.
Genes: segmentos de DNA contidos nos cromossomos, responsáveis pela
determinação dos caracteres ou características hereditárias. Cada uma das características é
determinada por, pelo menos, um par de genes, um de origem paterna e outro de origem
materna.
DNA ou ADN ou ácido desoxirribonucléico: molécula que forma os
cromossomos. No DNA estão contidas informações do ser vivo. Ela é responsável pelas
características presentes nessas informações e pela transmissão delas de uma geração à outra.
Cromossomo: estrutura presente no núcleo da célula que contêm os genes. Cada
espécie possui um número específico de cromossomos. Nós, seres humanos, temos 46
cromossomos ou 23 pares, sendo 23 de origem paterna e 23 de origem materna.
Cromossomos homólogos: são dois cromossomos que fazem parte do mesmo
par. Por exemplo, o par de cromossomos homólogos nº 4, possui um cromossomo que veio da
mãe e o outro que veio do pai.
Genes alelos: par de genes que ocupam o mesmo lugar ou lócus nos
cromossomos homólogos (lócus: lugar; loci: lugares).
Gene dominante: gene que determina uma característica estando em dose
dupla, dois genes, ou dose simples, ou seja, um só. Ele é representado por uma letra maiúscula.
Gene recessivo: É o gene que manifesta uma característica somente quando está
em dose dupla. É representado por letra minúscula.
Genótipo: composição genética de um indivíduo com base dos genes que
recebeu de seus pais. Em relação a uma característica específica, um indivíduo pode ter
genótipo homozigoto (genes iguais), como, por exemplo, RR ou rr ou genótipo heterozigoto
(genes diferentes), como, por exemplo, Rr.
Fenótipo: aparência geral do indivíduo em face de sua constituição genética
(genótipo) e das influências do meio. Ou seja, fenótipo= genótipo + ambiente. Algumas
características ou fenótipos dependem exclusivamente dos genes. É o caso, por exemplo, da
textura da semente da ervilha, que pode ser lisa ou rugosa. Outras características ou fenótipos,
no entanto, sofrem também a influência de fatores ambientais. É o caso da cor das flores de
hortências que depende da acidez do solo. Hortências cultivadas em solo ácido têm flores róseas
e as cultivadas em solo básico flores azuladas.
Híbrido: esse termo, na época de Mendel, foi utilizado com o sentido que hoje
damos ao organismo heterozigoto ou heterozigótico.
Transgênicos: organismos que recebem ou incorporam genes de outra espécie.
Os transgênicos são produtos da Biotecnologia, termo que atualmente vem sendo utilizado para
nomear as técnicas de manipulação do material genético dos seres vivos, os genes.
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