Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Biologia
Ensino Médio, 3° Ano
Os princípios da mutação, recombinação gênica,
seleção natural e adaptação
BIOLOGIA, 3º Ano do ENSINO MÉDIO
Princípios da Mutação, Recombinação Gênica, Seleção Natural e
Adaptação.
MUTAÇÃO, RECOMBINAÇÃO GÊNICA E SELEÇÃO NATURAL
Imagem: Charles Darwin by G. Richmond / autor: George
Richmond (1830) / public domain
São os mecanismos que determinam a Teoria Moderna da Evolução.
Darwin e Wallace (1859) – Teoria evolucionista
(importância do meio e da seleção natural);
Gregor Mendel (1865) – Considerado o pai da
genética, formalizou a herança dos caracteres;
Hugo de Vries (1901) - Formalizou a Teoria da
Mutação (processo de geração de diversidade);
Walter Sutton (1902) – Teoria cromossômica
da hereditariedade;
Thomas Morgan (1910) – Explicação genética
para as mutações.
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Adaptação.
MUTAÇÃO
 Alterações do material genético (DNA) que originam novas versões de um
gene, definitivas e hereditárias;
 Acúmulo de mutações vantajosas ocorrem pela ação da seleção natural,
durante os bilhões de anos de evolução biológica;
 São fontes primárias da variabilidade dos seres vivos;
 As mutações são feitas ao acaso, não têm qualquer relação com as
necessidades do organismo;
 Ocorrem espontaneamente ou podem ser induzidas por agentes externos
como radiações ionizantes e certas substâncias;
 Células germinativas (gametas)
 Células somáticas
câncer.
hereditariedade
evolução;
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 O albinismo é causado por uma mutação na enzima tirozinase que transforma o
aminoácido tirozina em pigmento da pele, a melanina.
Imagem: Albinistic girl papua new guinea / autor:
Muntuwandi / GNU Free Documentation License
 Em algum determinado momento, o gene que codifica a produção da substância
responsável pela cor no organismo sofreu uma mutação. Essa mutação pode
ocorrer em plantas e animais e, em geral, é hereditária.
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TIPOS DE MUTAÇÃO
Afetam a sequência de bases do gene que
codifica uma determinada proteína.
Afetam cromossomos
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MUTAÇÕES GÊNICAS
Mutações Gênicas
Substituição: substituição de uma só base do DNA.
 Mutação silenciosa: é muito comum e responsável pela diversidade genética
que não é expressa fenotipicamente;
 Mutação com perda de sentido: tem como consequência a substituição de um
aminoácido por outro na proteína codificada. Ex.: anemia falciforme;
 Mutação sem sentido (nonsense): origina uma proteína mais curta ou mais
longa do que a proteína normal.
Deleção: remoção de uma ou mais bases do DNA.
Inserção: adição de uma ou mais bases ao DNA.
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DNA em que houve
perda de uma base
Mutação Gênica
A T G G C T T A C A T A C T T A C A A C C
T A C C G A A T G T A T G A A T G T T G G
DNA após perda de um par de bases
Proteína mutante MET
C
G
DNA ORIGINAL
INSERÇÃO DE
UMA BASES
ALA
TIR
ISO
LEU
TRE
TRE
Perda de
um par de bases
A T G G C T T C
A C A T A C T T A C A A C C
T A C C G A A G T G T A T G A A T G T T G G
Proteína normal
MET
ALA
SER
TRE
HIS
TIR
Cadeia-molde
para a transcrição
ASP
DNA em que houve
adição de uma base
T Adição de
A um par de bases
A T G G C T T T C A
C A T
T A C C G A A A G T
G T A T
A C T T
A C A A C C
G A A T G T T
G G
DELEÇÃO DE
UMA BASE
DNA após adição de um par de bases
Proteína mutante +
MET
ALA
PHE
TRE
TIR
LEU
GLU
Representação esquemática
de mutação gênica.
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Exemplo: mutação no gene que codifica a cadeia β da globina, alterando o códon
GAC para GTC no RNAm, o que acarreta a troca do ácido glutâmico (Glu) pela
valina (Val), caracterizando uma substituição de uma base.
DNA hemoglobina normal
C
T
DNA hemoglobina mutante
T
mRNA
C
A
T
G U
A
mRNA
G
A
A
hemoglobina normal
hemoglobina mutante
Val
Glu
Anemia falciforme
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MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS
Mutações Cromossômicas Numéricas
Euploidia: alteração completa do genoma.
 Haploidia: perda de metade do material genético;
 Poliploidia: ganho de material genético.
Aneuploidia: existem cromossomos a mais ou a menos em relação ao número
normal.
 Nulissomia – faltam os dois cromossomos de um par de homólogos (2n-2);
 Monossomia – ausência de um dos homólogos num dado par (2n-1);
 Polissomia – um ou mais cromossomos extras.
Mutações Cromossômicas Estruturais
Deleção: falta uma porção de um cromossomo;
Duplicação: existência de duas cópias de uma dada região cromossômica;
Translocação: transferência de segmentos entre cromossomos não homólogos;
Inversão: remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num
outro local do cromossomo.
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Imagem: Down Syndrome Karyotype / autor: National Human Genome
Research Institute / public domain
Imagem: Boy with Down Syndrome / autor: Vanellus Foto / GNU Free
Documentation License
Síndrome de Down
Trissomia 21 (47, XX + 21 ou 47, XY + 21), um cromossomo a mais.
É a aneuploidia mais viável no Homem.
Síndrome de Down
Trissomia do 21
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RECOMBINAÇÃO GÊNICA
 Mistura de genes provenientes de indivíduos diferentes que ocorre na
reprodução sexuada;
 Ocorre por meio de dois processos que acontecem na meiose
(crossing-over e segregação independente);
 Produz gametas com diferentes combinações de alelos (genes);
 Os genes dos
descendentes;
pais
recombinam-se
e
são
transmitidos
aos
 Ocorrem novos arranjos nos indivíduos nos quais a seleção natural
atua;
 Gera maior variabilidade genética.
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A variabilidade genética
As trocas de pedaços das cromátides homólogas provocam o surgimento de
novas sequências de genes ao longo dos cromossomos.
Quiasma
Imagem: Meiosis crossover / Boumphreyfr / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Cromossomos
Homólogos
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A variabilidade genética
Os alelos de cada gene
localizados em diferentes pares
de cromossomos homólogos se
separam independentemente e
determinam as características
distintas.
Imagem: Independent assortment & segregation / autor: LadyofHats /
public domain
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Alterações no
material genético
Gametas com
as variações
Variações nos
indivíduos de uma
mesma espécie
Descendentes com
características
variadas
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SELEÇÃO NATURAL
 Atua sobre os fenótipos (interação entre o genótipo e o meio);
 Indivíduos mais adaptados ao ambiente são privilegiados e os menos
adaptados são eliminados;
 Indivíduos mais adaptados tendem a deixar descendentes capazes de
atingir a época reprodutiva (herdam combinações gênicas favoráveis à
sobrevivência);
 Atua sobre traços herdáveis e esses são transmitidos apenas pela
linhagem germinativa;
 As mutações e recombinações genéticas causam as variações sobre
as quais age a seleção natural.
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Pré-requisitos para haver a seleção natural
Variabilidade
 Variabilidade genética
(hereditária);
 Alto número de descendentes
na prole;
 Luta pela existência;
 Sobrevivência e reprodução
diferenciada.
Imagem: O'ahu tree snail shells / Wmpearl / public domain
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Tipos de Seleção Natural
 Estabilizadora - favorecimento de um fenótipo intermediário.
Ex.: polimorfismo balanceado – vantagem dos heterozigotos - anemia
falciforme e malária na África;
 Direcional - desvio direcionado da variação.
Ex.: resistência ao DDT em insetos;
 Disruptiva - favorecimento de ambos os extremos da variação.
Ex.: borboletas de rabo de andorinha africanas.
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Seleção
natural
Mutação
Variabilidade
genética
Recombinação
genética
Adaptação
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Adaptação.
Adaptação
 Adequação do organismo ou suas características ao meio;
 Apenas a seleção natural pode melhorar o valor adaptativo de uma
característica;
 Adaptação geralmente produz um ótimo fenótipo;
 Todos os traços (fenótipos) possuem evolução independente.
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Rã-dardo-venenosa-azul (Dendrobates azureus)
 Sua pele azul serve como um aviso
aos predadores;
 As glândulas de veneno de alcaloides,
localizadas na pele, servem como um
mecanismo de defesa para os
predadores em potencial;
 Esses venenos paralisam e, às vezes,
matam o predador.
Imagem: Dendrobates azureus (Dendrobates tinctorius) / autor:
Michael Gäbler / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
Insetos parasitas de plantas adquiriram
resistência ao inseticida Dicloro-DifenilTricloroetano (DDT), sobrevivendo a
doses cada vez mais elevadas.
Imagem: Lasius Niger / autor: Jens Buurgaard Nielsen / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
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 Bactérias resistentes a antibióticos que, no passado, tinham sobre elas efeito
fulminante;
 Os mecanismos de mutação e seleção de bactérias naturais as tornam
resistentes aos antibióticos.
Depois da seleção
População final
Nível de resistência
Baixo
Alto
Imagem: Antibiotic resistance / autor: Wykis / public domain
Antes da seleção
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Camaleão
Camuflagem
Alguns animais podem ter a capacidade de se
camuflarem ao meio em que vivem para tirar
alguma vantagem.
Bicho-folha
Imagem: Calumma Parsonii Ste Marie Madagascar / autor:
JialiangGao / GNU Free Documentation License
Mimetismo
Semelhante à camuflagem, só que ao invés de
se parecerem com o meio, os animais que
praticam o mimetismo tentam se parecer com
outros animais, com o intuito de parecer quem
não são.
Imagem: Kallima paralekta (Collodi’s ‘Butterfly House’) /
autor: Flavio (back for a while...) / Creative
Commons Attribution 2.0 Generic
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Seleção sexual
Imagem: Peacocks dating / autor:
Paulo Juntas / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.5
Generic
 Favorece os fenótipos que dão vantagens individuais na atração e
manutenção da(o) parceira(o), assegurando maior sucesso reprodutivo;
 Padrões de plumagens, canto, estruturas usadas para luta, ferormônios,
sinais coloridos ou luminosos etc.;
 Frequentemente resulta em dimorfismo sexual, agindo, principalmente, em
machos;
 Fêmeas, geralmente, investem mais na prole do que fazem os machos.
Pavão ((Pavo Cristatus)
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“Esperar que o mundo receba uma
nova verdade ou mesmo uma velha
verdade, sem desafiá-la, é como procurar
milagres que não ocorreram”
Alfred Russel Wallace
Imagem: ARWallace / autor: Linnean Society / public domain
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Adaptação.
EXERCÍCIO 1
(UFRS) Em uma comparação sob o ponto de vista de favorecimento
evolutivo e adaptação, a reprodução sexuada é mais importante que a
assexuada. Qual das alternativas abaixo, com relação à reprodução
sexuada, melhor justifica esta afirmativa?
a) Sempre se processa após a meiose, que produz gametas.
b) É exclusiva de formas de vida mais evoluídas.
c) Dá origem a um maior número de descendentes.
d) Permite uma maior constância no genoma dos descendentes.
e)
X Promove uma maior variabilidade genética na população.
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EXERCÍCIO 2
(Coperve-PE) Leia a notícia extraída da Folha de S.Paulo, em 4 de outubro de
1998:
“A evolução das espécies pode estar ajudando os elefantes africanos a
contornar um dos grandes obstáculos à sua sobrevivência: a pressão da
caça. Caçadores costumam matar os elefantes por suas presas de marfim e,
segundo Eve Abe, autoridade da vida selvagem de Uganda, não possuir
presas passou a ser uma característica que aumenta suas chances de
sobrevivência. Levantamentos da década de 1930 constataram que elefantes
adultos sem presas constituíam cerca de 1% da população. Hoje, são cerca
de 30%. Considerando essas informações, explique como a evolução das
espécies estaria evitando a extinção dos elefantes africanos”.
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Adaptação.
VÍDEOS
SELEÇÃO NATURAL
http://www.youtube.com/watch?v=bBDkCop4uzo&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=5dp1dNqZ5H0&feature=related
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Adaptação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BIZZO, N. Novas bases da Biologia: O ser humano e o futuro. 1ª ed. São Paulo:
Editora Ática, 2011. Vol. 3.
SONIA, L.; SERGIO, R. Bio. 1ª ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2010. Vol. 2.
AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia: Biologia das populações. 3ª ed. São Paulo:
Editora Moderna, 2010. Vol. 3.
MAYR, E.; Biologia, Ciência única: Reflexões sobre a autonomia de uma disciplina
científica. São Paulo: Companhia Das Letras, 2009.
Tabela de Imagens
n° do direito da imagem como está ao lado da foto
slide
2
Charles Darwin by G. Richmond / autor:
George Richmond (1830) / public domain
4 Albinistic girl papua new guinea / autor:
Muntuwandi / GNU Free Documentation
License
10a Boy with Down Syndrome / autor: Vanellus
Foto / GNU Free Documentation License
10b Down Syndrome Karyotype / autor: National
Human Genome Research Institute / public
domain
12 Meiosis crossover / Boumphreyfr / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0
Unported
13 Independent assortment & segregation /
autor: LadyofHats / public domain
16 O'ahu tree snail shells / Wmpearl / public
domain
link do site onde se consegiu a informação
Data do
Acesso
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Charles_D 14/08/2012
arwin_by_G._Richmond.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albinistic_ 14/08/2012
girl_papua_new_guinea.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boy_with_ 14/08/2012
Down_Syndrome.JPG
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Down_Syn 14/08/2012
drome_Karyotype.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Meiosis_cr 14/08/2012
ossover.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Independe 14/08/2012
nt_assortment_%26_segregation.svg#
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:O%27ahu_ 14/08/2012
tree_snail_shells_collected_ca._1933_at_an_elevati
on_of_1500_feet_on_Waialae_Ridge_in_Honolulu,
_Hawaii,_Waialae_Country_Club.JPG
Tabela de Imagens
n° do direito da imagem como está ao lado da foto
slide
20a Dendrobates azureus (Dendrobates
tinctorius) / autor: Michael Gäbler
/ Creative Commons Attribution 3.0
Unported
20b Lasius Niger / autor: Jens Buurgaard Nielsen
/ Creative Commons Attribution-Share Alike
2.5 Generic
21 Antibiotic resistance / autor: Wykis / public
domain
22a Calumma Parsonii Ste Marie Madagascar /
autor: JialiangGao / GNU Free
Documentation License
22b Kallima paralekta (Collodi’s ‘Butterfly
House’) / autor: Flavio (back for a while...) /
Creative Commons Attribution 2.0 Generic
23 Peacocks dating / autor: Paulo Juntas /
Creative Commons Attribution-Share Alike
2.5 Generic
24 ARWallace / autor: Linnean Society / public
domain
link do site onde se consegiu a informação
Data do
Acesso
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dendrobat 14/08/2012
es_azureus_(Dendrobates_tinctorius)_Edit.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lasius_Nig 14/08/2012
er.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Antibiotic_ 14/08/2012
resistance.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Calumma_ 14/08/2012
Parsonii_Ste_Marie_Madagascar.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kallima_pa 14/08/2012
ralekta_(Collodi%E2%80%99s_%E2%80%98Butterfly
_House%E2%80%99).jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peacocks_ 14/08/2012
dating.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ARWallace 14/08/2012
.jpg