Biologia
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
caderno
de
ELABORAÇÃO DE ORIGINAIS
FERNANDO ALMEIDA – Graduado em ciências biológicas pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de
Ribeirão Preto-SP da Universidade de São Paulo (USP)
HELIO TREBBI – Graduado em ciências biológicas pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão
Preto-SP da Universidade de São Paulo (USP) e em medicina pela Faculdade de Medicina de Ribeirão PretoSP da Universidade de São Paulo (USP)
JOSÉ ARNALDO FAVARETTO – Graduado em medicina pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto-SP
da Universidade de São Paulo (USP)
MARCELO NUNES MESTRINER – Graduado em ciências biológicas e especialista em biologia evolutiva pelo
Centro Universitário Barão de Mauá de Ribeirão Preto-SP
Material integrante do Sistema Ético de Ensino
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PREZADO EDUCADOR,
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Biologia
parte 1
BA.01 Fundamentos químicos da vida ............................................ 4
BA.02 Classificação biológica / Vírus e bactérias ............................. 9
BA.03 Fungos e protistas ............................................................... 14
BA.04 Invertebrados ...................................................................... 18
BA.05 Parasitismo ......................................................................... 25
BA.06 Cordados ............................................................................ 31
BA.07 Digestão e respiração .......................................................... 36
BA.08 Tecidos conjuntivos e circulação ........................................... 42
BB.01 Organização geral dos ecossistemas ..................................... 47
BB.02 Comunidades e populações ................................................. 51
BB.03 Ambiente e sociedade .......................................................... 55
BB.04 Plantas ................................................................................ 62
BC.01 Bases da biologia celular ...................................................... 66
BC.02 Bioenergética ...................................................................... 71
BC.03 Núcleo e divisão celular ........................................................ 76
BC.04 Herança de um par de alelos ................................................ 81
Resolução dos exercícios complementares
87
parte 2
BA.09 Excreção, revestimento e locomoção .................................... 92
BA.10 Sistemas de integração ........................................................ 97
BA.11 Reprodução animal ............................................................ 103
BA.12 Desenvolvimento animal ..................................................... 111
BA.13/14 Origem e evolução da vida ............................................. 114
BB.05 Infraestrutura vegetal ..........................................................123
BB.06/07 Fisiologia vegetal ...........................................................128
BC.05 Grupos sanguíneos / Segunda lei de Mendel ........................135
BC.06 Ligação gênica / Sexo e herança ..........................................141
BC.07 Biotecnologia .....................................................................146
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Resolução dos exercícios complementares
155
Anotações
159
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Módulo
ba.01
1
A QuíMicA dA VidA
Mais de 96% da matéria viva é composta por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, que se organizam
para formar dois tipos diferentes de substâncias: substâncias inorgânicas (como a água e os sais minerais), que são pouco
complexas e pobres em energia, e substâncias orgânicas (como os carboidratos, os lipídios, as proteínas e os ácidos nucleicos), que são complexas e ricas em energia.
substâncias inorgânicas
tabela1
Água
Substância mais abundante, suas moléculas polares
comportam-se como pequenos ímãs, atraindo-se umas
às outras por meio de ligações de hidrogênio, que garantem coesão molecular. Na superfície da água, as moléculas coesas formam uma película, mantida pela tensão
superficial. Seu teor varia de acordo com a espécie, com
a idade (diminui com o envelhecimento) e com a taxa
metabólica do tecido (mais ativo, mais água).
Dissolve substâncias, facilitando a ocorrência de reações químicas
Meio para a ação enzimática
Proteção térmica
Veículo de transporte, compondo o sangue dos animais e a seiva das plantas
Participa de reações de hidrólise (quebra de substâncias) e de desidratação (síntese
de substâncias)
sódio e potássio w condução dos impulsos nervosos
sais minerais
Requeridos em pequenas concentrações, geralmente são
encontrados na forma iônica. Regulam a quantidade de
água nas células, relacionam-se com o equilíbrio elétrico
e com a manutenção do pH celular e agem como cofatores enzimáticos, ativando enzimas.
cálcio w componente esquelético, participa da coagulação do sangue e da contração muscular
Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Fundamentos
químicos
da vida
Ferro w componente da hemoglobina, que transporta oxigênio pelo sangue
Magnésio w componente da clorofila, importante para a fotossíntese
Fosfato w relacionado com o uso de energia (ATP), componente dos ácidos
nucleicos
substâncias orgânicas
tabela2
glicose (monossacarídio): principal fonte de energia das células
carboidratos
Constituídos por carbono, hidrogênio e oxigênio.
Classificam-se em monossacarídios, oligossacarídios
(união de duas a dez unidades de monossacarídios) e
polissacarídios (união de muitas moléculas de monossacarídios).
sacarose (dissacarídio): açúcar da cana e da beterraba
Amido e glicogênio (polissacarídios): reserva de energia em vegetais e animais,
respectivamente
celulose e quitina (polissacarídios): componentes estruturais em vegetais e animais,
respectivamente
Óleos e gorduras (triacilgliceróis): reserva de energia
lipídios
Substâncias diversificadas, insolúveis em água, mas
solúveis em solventes orgânicos, como éter, benzeno e
clorofórmio.
Fosfolipídios: papel estrutural
colesterol: papel estrutural e precursor de hormônios sexuais
ceras: impermeabilizantes
4
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As proteínas diferem quanto ao número, ao tipo e à sequência de seus aminoácidos, que são classificados em naturais (sintetizados pelo organismo) e essenciais (não sintetizados, sendo obtidos na alimentação).
pRoTeínAs
São macromoléculas formadas pela reunião de aminoácidos, cada qual composto por um átomo de carbono central, ao
qual se ligam um grupo amina, um grupo carboxila, um
átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral ou radical (representada por R). Os aminoácidos diferem entre si pelo grupo R, que
pode ser um átomo de hidrogênio, como no aminoácido
glicina, um grupo — CH3, como na alanina, ou grupos mais
complexos. A união entre moléculas de aminoácidos ocorre
por meio de ligação peptídica, com liberação de uma molécula de água, formando-se cadeias polipeptídicas.
R
O
OH
H
H 2O
O
R
Renaturação
O
R
H
H
Desnaturação é a alteração, reversível ou não, da conformação
normal de uma molécula de proteína, em razão de mudanças
do meio (temperatura, pH), o que altera suas propriedades e
atividade.
O
H
As alterações da estrutura primária resultam em mudanças das estruturas secundária, terciária e quaternária. Na
anemia falciforme, a troca de apenas um dos aminoácidos
em um tipo de cadeia da hemoglobina modifica seu funcionamento. Os glóbulos vermelhos que contêm hemoglobina
alterada perdem seu aspecto normal, de disco bicôncavo, e
assumem o formato de foice em baixas concentrações de
oxigênio.
Dipeptídio
OH
Ligação peptídica
As proteínas desempenham múltiplas funções: existem as
estruturais (colágeno, queratina), as enzimas (amilase, tripsina), as protetoras (anticorpos), os hormônios (insulina,
prolactina), as contráteis (actina, miosina), as transportadoras (hemoglobina), as de reserva energética (albumina), as
receptoras (situadas na membrana plasmática).
enZiMAs
São proteínas especiais que atuam como catalisadores biológicos, aumentando a velocidade das reações
metabólicas, que passam a acontecer em ritmo compatível com a vida. As enzimas oferecem aos reagentes —
denominados substratos — um sítio tridimensional
chamado centro ativo, onde eles se encaixam de modo
preciso e específico, passando a reagir de forma mais
eficiente.
esTRuTuRA dAs pRoTeínAs
Figura 1
a Estrutura primária
Lys Lys Gly
Gly
Leu
Val
Ala
Molécula desnaturada
Conformação normal
OH
H
H2N — C — C — N — C — C
Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Desnaturação
N—C—C
H2N — C — C
H
R
H
Figura 2
BA.01
2
His
Figura 3
b Estrutura
secundária
Centro
ativo
a
Enzima
+
substrato
c Estrutura terciária
b
c
d Estrutura quaternária
Enzima
+
produtos
Complexo
enzima-substrato
Mecanismo de ação enzimática: (a) o substrato e a enzima têm
formas complementares; (b) o substrato se encaixa no centro
ativo da enzima, formando-se um complexo enzima-substrato
(modelo chave-fechadura); (c) o substrato reage e libera os
produtos da reação, ficando a enzima disponível para catalisar
nova reação.
(a) Estrutura primária: sequência linear dos aminoácidos. (b)
Estrutura secundária: forma helicoidal, mantida por ligações de
hidrogênio entre os aminoácidos. (c) Estrutura terciária: conformação tridimensional, mantida por ligações de hidrogênio e
outros tipos de interação. (d) Estrutura quaternária: conjunto de
cadeias polipeptídicas com estrutura terciária, como observado,
por exemplo, na hemoglobina.
A ação de uma enzima pode ser afetada pelo pH, pela
temperatura e pela concentração do substrato.
5
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Velocidade da reação
pH ótimo para a pepsina
(enzima digestiva de
ação estomacal)
Dupla-hélice
pH ótimo para a tripsina
(enzima digestiva de
ação intestinal)
Segundo o modelo de Watson e Crick, a molécula de
DNA é formada por duas cadeias de nucleotídios, unidas por
bases nitrogenadas pareadas. Dentro da célula, a molécula
apresenta-se enrolada, como uma dupla-hélice ou escada
torcida, em que os corrimãos são as sequências de fosfato e
desoxirribose e os degraus são os pares de bases.
Figura 4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
pH
Velocidade da reação
Temperatura ótima
para uma enzima
humana típica
Temperatura ótima
para uma enzima de
bactéria termofílica
(tolerante ao calor)
P
P
G
G
C
P
P
G
40
60
80
Temperatura (°C)
20
A
P
100
T
G
P
Velocidade da reação
P
C
Máx.
P
P
T
A
P
P
Concentração do substrato
Representação esquemática de molécula de DNA, com duas
cadeias complementares de nucleotídios. Em virtude do emparelhamento de bases, se uma cadeia tem a sequência ATTCGTAGC, a cadeia complementar terá a sequência TAAGCATCG.
Ponto ótimo é o valor de pH ou de temperatura em que a
velocidade de uma reação catalisada por enzima é máxima, ou
seja, a enzima tem ação mais eficiente. Concentração saturante é a concentração de substrato em que todas as moléculas de enzima estão com seus centros ativos ocupados. A partir
desse valor, a velocidade da reação é máxima e constante.
3
A existência do pareamento de bases faz com que, em
toda molécula de DNA, as quantidades de bases pareadas
sejam equivalentes, ou seja, A = T e G = C.
Ácidos nucleicos
Duplicação do DNA
Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
0
Também chamada replicação, é catalisada pela enzima
DNA-polimerase.
São macromoléculas formadas pela reunião de nucleotídios, cada qual composto por uma pentose (monossacarídio de cinco carbonos) à qual se prendem um grupo fosfato e uma base nitrogenada. As ligações entre os
nucleotídios ocorrem entre o grupo fosfato de um nucleotídio e a pentose do seguinte, com saída de uma molécula de
água, gerando longas cadeias filamentosas.
Figura 5
DNA
DNA
DNA
DNA
Diferenças entre DNA e RNA
tabela 3
DNA
RNA
Pentose
Desoxirribose
Ribose
Bases pirimídicas
Citosina e timina
Citosina e uracila
Cadeias
Duas
Uma
Localização
Principalmente no núcleo
Núcleo e citoplasma
Funções
Hereditariedade e controle da
estrutura e da atividade celular
Síntese de proteínas
a
b
c
Replicação do DNA: (a) separação das duas cadeias da molécula; (b) emparelhamento de cada nucleotídio com um recém-chegado; (c) encadeamento dos novos nucleotídios e formação
de duas moléculas.
6
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A duplicação do DNA é semiconservativa, porque cada
nova molécula conserva metade (uma cadeia de nucleotídios)
da molécula original.
(situado no núcleo) até os ribossomos (no citoplasma); o
RNA transportador (RNAt) carrega até os ribossomos os
aminoácidos que estavam dispersos pelo citoplasma, posicionando-os de acordo com as instruções do RNAm; o RNA
ribossômico (RNAr) está associado a proteínas, compondo
os ribossomos, sede da síntese proteica.
Transcrição
É o processo de produção de RNA a partir de DNA, catalisado pela enzima RNA-polimerase.
Transcrição
É a primeira etapa da síntese proteica; ocorre no núcleo
e consiste na síntese de RNAm a partir de um segmento de
DNA, em que estão as instruções para a síntese de certa
proteína. No momento em que a transcrição acontece, as
informações genéticas contidas nas trincas de nucleotídios
do DNA são “copiadas” para uma cadeia de RNAm, que
pode se movimentar até os ribossomos, onde a proteína
será montada.
Figura 6
DNA
DNA
DNA
RNA
Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
a
b
É a segunda etapa da síntese proteica; ocorre nos ribossomos. Os ribossomos deslocam-se sobre o RNAm, percorrendo
suas trincas (códons). Cada códon percorrido é ocupado por
um RNAt, que carrega um aminoácido específico. O correto
posicionamento do aminoácido é determinado pela correspondência entre o códon do RNAm e uma trinca de nucleotídios do RNAt, conhecida como anticódon. Ocorrem ligações
peptídicas entre os aminoácidos adjacentes, até que a proteína
esteja completamente formada.
c
Transcrição: (a) por ruptura das ligações de hidrogênio, as duas
cadeias da molécula do DNA separam-se entre dois determinados pontos. (b) As bases dos nucleotídios do RNA (A, G, C, U)
se emparelham a suas complementares em uma das cadeias do
DNA (T, C, G, A), e os nucleotídios se unem por ação da enzima
RNA-polimerase, formando-se o RNA. (c) No final do processo,
a molécula do RNA se desprende, e as ligações de hidrogênio
entre as duas cadeias do DNA são restabelecidas.
4
BA.01
Tradução
ATIVIDADES
Ação gênica
1 (UFRN) Elementos que fazem parte da constituição das moléGene é um segmento de DNA que contém as informações necessárias para a síntese de uma proteína (ou polipeptídio), que, ao agir no organismo, leva à manifestação de
uma ou mais características. Cada informação (ou mensagem genética) é uma trinca de nucleotídios do DNA que
determina a ligação de um aminoácido específico na proteína em produção. Os quatro diferentes tipos de nucleotídios
do DNA (A, G, C e T), combinando-se em grupos de três,
compõem um total de 64 trincas, o que se conhece como
código genético.
As trincas UAA, UAG e UGA não codificam nenhum
aminoácido, mas agem como “pontuações” que determinam o encerramento da síntese das proteínas.
O código genético é universal, pois suas mensagens
têm o mesmo significado em quase todos os seres vivos.
Também é degenerado: como há mais trincas (64) que
aminoácidos diferentes (20), trincas distintas podem estar
relacionadas com o mesmo aminoácido. Isso é uma importante proteção dos seres vivos contra mutações (alterações
do DNA).
a)
b)
c)
d)
e)
culas de ATP, clorofila e hemoglobina são, respectivamente:
magnésio, ferro e fósforo.
ferro, magnésio e fósforo.
fósforo, magnésio e ferro.
magnésio, fósforo e ferro.
fósforo, ferro e magnésio.
Alternativa c
2 (UFCE) Sobre as substâncias que compõem os seres vivos,
são feitas algumas afirmações:
(01) Carboidratos, lipídios e vitaminas são fontes de energia
para os seres vivos.
(02) A água é a substância encontrada em maior quantidade
nos seres vivos.
(04) Além de sua função energética, os carboidratos estão presentes na formação de alguns componentes estruturais dos seres
vivos.
(08) Os lipídios constituem o principal componente estrutural
dos seres vivos.
(16) Os seres vivos apresentam composição química mais
complexa que a matéria inanimada, sendo formados por
substâncias orgânicas, como proteínas, lipídios, carboidratos, vitaminas e ácidos nucleicos.
Dê a soma dos números dos itens corretos.
Síntese protEica
(01) As vitaminas não são fornecedoras de energia; desempenham papel regulador, ativando enzimas e participando de certos processos metabólicos.
(08) Embora os fosfolipídios, o colesterol e as ceras possam desempenhar
papéis estruturais nos seres vivos, a função principal dos lipídios é o
fornecimento de energia.
Soma= 22 (02 + 04 + 16)
Os genes agem produzindo proteínas específicas, em
um processo em que estruturas e moléculas celulares desempenham papéis específicos e fundamentais. O DNA
contém a “receita” com as instruções que determinam o
tipo de proteína que será produzida. Os aminoácidos são os
“ingredientes” das proteínas. Os ribossomos são os organoides onde ocorre a montagem das proteínas. No processo, têm participação destacada os três tipos de RNA: o RNA
mensageiro (RNAm) leva as mensagens genéticas do DNA
3 (U.
F. Viçosa-MG) Além de serem as macromoléculas mais
abundantes nas células vivas, as proteínas desempenham diversas funções estruturais e fisiológicas no metabolismo celular. Com relação a essas substâncias, é correto afirmar que:
7
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e) geralmente, as folhas dos vegetais são ricas em óleos, os
quais são usados na nossa alimentação.
a) são todas constituídas por sequências monoméricas de
aminoácidos e monossacarídios.
b) além de função estrutural, são também as mais importantes
moléculas de reserva energética e de defesa.
c) cada indivíduo produz as suas proteínas, que são codificadas de acordo com o material genético.
d) a sua estrutura terciária é determinada pela forma, mas não
interfere na sua função ou especificidade.
e) são formadas pela união de nucleotídios por meio dos grupamentos amina e hidroxila.
3
(Unifesp) Uma dieta com consumo adequado de carboidratos, além de prover energia para o corpo, ainda proporciona
um efeito de “preservação das proteínas”. A afirmação está
correta porque:
a) os carboidratos, armazenados sob a forma de gordura corpórea, constituem uma barreira protetora das proteínas
armazenadas nos músculos.
b) se as reservas de carboidratos estiverem reduzidas, vias
metabólicas alternativas irão obter energia por meio do
consumo de proteínas.
c) as enzimas que fracionam carboidratos interrompem a ação
de outras enzimas, que desnaturam proteínas.
d) o nitrogênio presente nos aminoácidos das proteínas não
pode ser inativado em presença de carboidratos.
e) a energia liberada pela quebra de carboidratos desnatura
enzimas que degradam proteínas.
Proteínas são constituídas por aminoácidos, unidos por ligações peptídicas
entre seus grupos amina e carboxila. Seu formato (estrutura terciária) relaciona-se diretamente com sua função. Não têm no fornecimento de energia sua
atuação principal no organismo.
Alternativa c
4 (PUC/Campinas-SP)
O esquema a seguir representa a sequência de aminoácidos de um trecho de uma proteína e
os respectivos anticódons dos RNA transportadores.
A A G C U
FEN
ARG
U U C
LIS
A C G C
CIS
A G
VAL
Trecho
da proteína
(UFAL) Para desempenhar sua função como mate­rial hereditário, o DNA possui algumas propriedades. Identifique pelo
menos duas propriedades do DNA como material genético
e descreva resumidamente cada uma delas.
5
(UFMS, adaptada) Em relação ao processo de síntese de
proteínas, avalie as proposições a seguir.
(01) No processo são usados o RNA mensageiro (RNAm), o
RNA de transferência ou transportador (RNAt) e o RNA
ribossômico (RNAr).
(02) A sequência de aminoácidos de uma proteína é determinada pela sequência de bases da molécula de DNA.
(04) O processo de transcrição corresponde à transferência de
mensagens genéticas contidas no código do DNA para
uma molécula de RNAm.
(08) Esse processo compreende as etapas de transcrição e tradução.
Dê a soma dos números dos itens corretos.
Assinale a alternativa que contém a sequência de códons
do RNA mensageiro que participou dessa tradução.
a) UUU CGT TTG UGC GUC
b) UUU CGA AAG UGC GUC
c) TTT CGT TTC TGC GTC
d) TTT CGA AAG TGC GTC
e) CCC TAC CCA CAT ACT
Cada anticódon do RNAt corresponde a um códon do RNAm que lhe é complementar em relação ao pareamento das bases nitrogenadas. Dessa forma,
o anticódon AAA do RNAt que carrega a fenilalanina (FEN) corresponde ao
códon UUU do RNAm; o anticódon GCU do RNAt que carrega a arginina
(ARG) corresponde ao códon CGA do RNAm; e assim por diante.
Alternativa b
6
EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES
(UFMT) Observe a figura e julgue (V ou F) os itens.
1
(U. F. Pelotas-RS) São funções da água na célula:
I.atuar como solvente da maioria das substâncias;
II.não atuar na manutenção do equilíbrio osmótico dos organismos em relação ao ambiente;
III.constituir o meio dispersante das substâncias celulares;
IV.participar das reações de hidrólise;
V.agir como ativador enzimático.
A alternativa que contém as funções verdadeiras é:
a) I, II, III
d) II, III, V
b) III, IV, V
e) I, III, V
c) I, III, IV
1
DNA
RNAm
RNAm
(PUC-RJ) Enquanto os vegetais podem ter suas superfícies
foliar e radicular bastante ramificadas, os animais, em geral,
são mais compactos. Essa afirmativa está relacionada ao
tipo de nutrição e de reserva de energia desses seres vivos.
Quanto a isso, podemos afirmar corretamente que:
a) as vantagens de haver uma maior superfície corporal nos vegetais estão relacionadas à área de absorção de água e luz.
b) a gordura, reserva de energia dos animais, é uma substância hidrofóbica, que acumula água, provocando aumento de
peso nos animais.
c) o amido, reserva de energia dos vegetais, é hidrofóbico, o
que possibilita a redução do acúmulo de água com consequente redução de peso corporal dos vegetais.
d) a principal reserva de energia dos animais ocorre sob a forma de amido, mais compacto do que a reserva lipídica dos
vegetais.
Proteína
3
4
DNA
2
2
Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
A
4
Anticódons
dos RNAt
Ribossomo
I.O fenômeno indicado pela seta 1 corresponde ao processo de duplicação em que são construídas cadeias de
nucleotídios.
II.A seta 2 indica a formação de uma molécula de RNAm,
responsável pela captação e pelo transporte dos aminoácidos.
III.O fenômeno indicado pela seta 3 corresponde ao processo de transcrição, no qual os ribossomos têm uma
participação fundamental.
IV.A seta 4 indica a formação de uma cadeia polipeptídica a
partir de reações nas quais o grupo amina de um aminoácido perde um de seus hidrogênios, enquanto o grupo
carboxila do outro aminoácido perde seu grupo hidroxila,
ocorrendo a formação de uma molécula de água.
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