Revista da SBEnBio - Número 7 - Outubro de 2014
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DNA E SUAS APLICAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS: UMA ANÁLISE DA
APRENDIZAGEM DE PROFESSORES DA EDUCAÇÃO BÁSICA
Lucilene Campos da Hora Silva (Aluna do Mestrado Profissional em Formação Científica
para Professores de Biologia- UFRJ- Polo Xerém- bolsista CAPES)
Danielle Pereira Cavalcanti (Pesquisadora do Laboratório de Biotecnologia- Inmetro/ Docente
do Mestrado Profissional em Formação Científica para Professores de Biologia - UFRJ)
Resumo
Uma vasta quantidade de informações vem sendo acumulada na área da Biologia,
tornando praticamente impossível que os professores acompanhem todas as inovações
disponíveis. Dessa maneira, hoje encontramos muitos profissionais despreparados para
ensinar conceitos atuais aos seus alunos, principalmente os relacionados ao tema de
Biotecnologia. Em vista deste cenário, buscamos reunir material didático e atividades práticas
existentes sobre DNA e biotecnologia a fim de promover um curso de atualização de
professores a cerca do tema. Para averiguar o conhecimento prévio desses docentes e a
eficácia da atualização oferecida, aplicamos um questionário antes e após o curso. Os
resultados dessa pesquisa são apresentados neste trabalho.
Palavras – chave: Biotecnologia, DNA, material didático, atualização de professores.
Introdução
As descobertas científicas acerca dos ácidos nucleicos e a biotecnologia
A Biotecnologia é uma área da ciência em acelerada expansão, que vem causando
impactos profundos na sociedade por sua quase ilimitada gama de aplicações tecnológicas.
Biotecnologia é “qualquer aplicação tecnológica que utilize sistemas biológicos, organismos
vivos ou derivados destes, para fazer ou modificar produtos ou processos para usos
específicos” (Convenção sobre diversidade biológica – ONU) 1. No mundo inteiro, projetos de
pesquisa neste campo estão introduzindo avanços importantes para a saúde humana, tais
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Disponível em: http://www.onu-brasil.org.br/doc_cdb1.php
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como: reprodução animal, preservação ambiental, agropecuária, indústria de alimentos entre
outros. Sendo assim, a biotecnologia vem abrindo novas perspectivas para quem detém
conhecimento na área e sabe utilizar seus modernos instrumentos.
O aprimoramento da biotecnologia emerge com a consolidação dos conhecimentos
adquiridos a respeito do ácido desoxirribonucleico (DNA). Dentre os experimentos
representativos na área, destacam-se o experimento de Avery e colaboradores em 1944,
quando descobriram que o princípio transformante das bactérias pneumococos era o DNA
(esta descoberta foi fundamental, pois na época pensava-se que as proteínas eram as
responsáveis pela transmissão das características dos seres vivos) e o trabalho de Watson e
Crick de 1953, que desvendou a estrutura em dupla hélice do DNA. Na década de 70
importantes descobertas permitiram avanços até então impensados e o surgimento de técnicas
para manipulação do material genético. Em 1971, Arber, Smith e Nathans descobriram as
endonucleases de restrição provenientes das bactérias, que cortam o DNA viral em regiões
específicas. Através dessa pesquisa, o bioquímico Paul Berg e seus colaboradores
conseguiram no ano seguinte, produzir à primeira molécula híbrida, inserindo um fragmento
do vírus SV40 no genoma da bactéria Escherichia coli. Em 1973, Cohen e Boyer isolaram um
gene de Xenopus leavis e inseriram na bactéria E. coli, obtendo a expressão da proteína
recombinante com sucesso. A partir daí, diversas proteínas recombinantes para uso comercial
passaram a ser produzidas, dentre elas as proteínas humanas somatostatina e insulina.
A biotecnologia moderna e a educação.
Uma gama de informações vem sendo acumulada na área da Biologia. No entanto, os
cursos de licenciatura dessa disciplina acabaram não acompanhando tais avanços e hoje
encontramos professores despreparados para ensinar conceitos atuais aos seus alunos. O
trabalho de Goedert e colaboradores (2003) aponta a fragilidade nos cursos de formação de
professores, evidenciando a dicotomia entre a formação e a prática escolar, ou seja, o que vem
sendo abordado nos cursos de formação não está subsidiando, de forma efetiva e adequada, o
trabalho dos docentes em sua atuação no Ensino Médio e Fundamental.
Devido à falta de oportunidade de cursos de atualização, os docentes acabam
recorrendo aos livros didáticos para tirar suas dúvidas, que por sua vez demonstram conceitos
fragmentados e descontextualizados, dificultando o entendimento. Pesquisas realizadas com
livros de Biologia e Química sobre a molécula de DNA identificaram problemas, como: (i) “a
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falta de coerência dos modelos apresentados para a estrutura do DNA com os modelos
cientificamente aceitos” e (ii) “um ensino fragmentado do DNA com as descobertas que são
pertinentes a esta molécula” (FERREIRA e SILVA, 2008, p.09).
Uma entrevista feita com professores que lecionam no Ensino Médio e Fundamental
apontaram algumas dificuldades que encontram na condução das suas aulas, como, “o excesso
de trabalho” e “falta de material alternativo ao livro didático e de boa qualidade” (GOEDERT,
CASTILHO E LEYSER, 2003, p.10). Por outro lado, pesquisas com alunos com intuito de
avaliar seus conhecimentos referentes à Biotecnologia, evidenciaram respostas baseadas em
notícias que saem na mídia e apresentam, muitas vezes, conceitos errados (PEDRANCINI et
al, 2007). Os discentes apresentam dificuldade, porque os próprios educadores talvez estejam
despreparados para abordar temas da atualidade em sala de aula.
Apesar da dificuldade dos professores em trabalhar os temas atuais da Biologia com
suas turmas, o ensino de Biotecnologia faz parte de diretrizes encontradas em documentos
oficiais do governo, tais como os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs), a Matriz de
Referência para o Exame Nacional de Ensino Médio (ENEM) e o Currículo Mínimo de
Ciências e Biologia, da Secretaria de Estado de Educação do Rio de Janeiro (SEEDUC-RJ).
Os PCNs do Ensino Médio, elaborados pelo Governo Federal para estabelecer uma referência
curricular a ser seguida pelas escolas do país, destacam a importância do ensino de
Biotecnologia:
Ter uma noção de como operam esses níveis submicroscópicos da Biologia não é um
luxo acadêmico, mas sim um pressuposto para uma compreensão mínima dos
mecanismos de hereditariedade e mesmo da biotecnologia contemporânea, sem os
quais não se pode entender e emitir julgamento sobre testes de paternidade pela
análise do DNA, a clonagem de animais ou a forma como certos vírus produzem
imunodeficiências. (SECRETARIA DE EDUCAÇÃO MÉDIA E TECNOLÓGICA,
2000, p. 9-10).
Mesmo com a obrigatoriedade do ensino de biotecnologia estabelecida nos
documentos oficiais, o que se observa hoje nas escolas é que tais conteúdos têm sido
abordados superficialmente pelos professores com isso os alunos apresentam dificuldades por
serem conteúdos abstratos (CARBONI e SOARES, 2006 ). Em vista de todo este contexto,
torna-se premente a atualização dos professores de Ciências e Biologia. A própria Lei
Diretrizes e Bases da Educação (LDB) de 1996, relata capacitação dos docentes em seu artigo
62, o qual descreve que:
“§ 1º A União, o Distrito Federal, os Estados e os Municípios, em regime de
colaboração, deverão promover a formação inicial, a continuada e a capacitação dos
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profissionais de magistério”. Em seu artigo 67 comunica ainda o “aperfeiçoamento
profissional continuado, inclusive com licenciamento periódico remunerado para esse
fim”.
Mesmo com todas as Leis e diretrizes curriculares hoje existentes, não são
evidenciadas muitas ações de atualizações dos docentes. Em vista deste cenário, buscamos
reunir material didático e atividades práticas existentes sobre DNA e Biotecnologia a fim de
promover um curso de atualização de professores acerca do tema e de como utilizar os
recursos didáticos selecionados.
Metodologia
A ideia deste trabalho surgiu após constatação da dificuldade dos alunos do Ensino
Médio em responder questões simples, que englobam assuntos pertinentes ao DNA, como
salientado por Pedrancini et al. (2007). Surgindo a hipótese que os discentes apresentam esse
obstáculo devido ao despreparo de muitos professores em trabalhar esse conteúdo em sala de
aula. Oferecemos um curso de atualização para docentes da Educação Básica, que utilizou
diferentes atividades experimentais para abordar o assunto.
Para averiguar o conhecimento prévio desses professores a respeito do DNA e da
Biotecnologia moderna, foi aplicado um questionário com 16 questões sobre o tema (anexo).
O mesmo questionário foi aplicado após o curso, com a finalidade de investigar a eficácia da
atualização oferecida.
O curso com carga horária de 20h, dividida em 2 dias e meio, abordou os temas:
histórico da descoberta do DNA, estrutura dos ácidos nucleicos, compactação do DNA nos
procariotos e eucariotos, metabolismo do DNA (replicação, transcrição de tradução),
tecnologia do DNA recombinante (enzimas de restrição, eletroforese, hibridização de ácidos
nucleicos, reação em cadeia da polimerase “PCR”), clonagem, transgênico,projeto genoma e
uma visita a um Laboratório de Biotecnologia. Além da parte teórica, oferecemos 6 atividades
práticas, que podem ser facilmente reproduzidas pelos professores em sala de aula e análise
crítica de livros didáticos. As atividades práticas desenvolvidas encontram-se abaixo, com
uma breve descrição de cada uma delas.
1ª Atividade – “brincando com o núcleo”.
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Figura 1: Para a obtenção dessa ferramenta didática,
utilizamos: isopor, lã, cola, fita adesiva colorida,
tinta, canetinha e papel ofício. O produto representa o
núcleo celular das células somáticas dos seres
humanos, onde as lãs são as moléculas de DNA, o
isopor o núcleo e os palitos que ficaram verdes, as
histonas.
Essa ideia foi originada após visita à exposição “De Mendel a Venter”, oferecida pela
Universidade do Estado do Rio de Janeiro no ano de 2013. Com este material didático o
professor pode demonstrar aos alunos que o DNA das células somáticas humanas está contido
em 46 cromossomos (ou 23 no caso dos gametas), trabalhar o conceito de ploidia (organismo
haploide, diploide, etc), mostrar como o DNA está compactado dentro do núcleo, diferenciar
cromatina e cromossomo, entre outros conceitos.
2ª Atividade – “Extração de DNA de fruta”
Figura 2: Extração de DNA de
kiwi, polpa de morango, banana e
tomate.
A extração de DNA de frutas não é uma novidade, mas ainda é desconhecida por
alguns profissionais. Usamos diferentes frutas para que os professores pudessem avaliar qual
apresenta melhor rendimento na extração, logo demonstramos que a execução é bem mais
simples do que o encontrado em alguns protocolos disponíveis na internet e livros. Além
disso, o docente pode facilmente reproduzir este experimento mesmo sem ter um laboratório
na escola.
3ª Atividade – “Montando DNA com jujubas”
Figura 3: Utilizamos jujubas (4 cores
diferentes), que representavam as bases
nitrogenadas; palitos de dentes representando as
pontes de hidrogênio entre as bases e o arame,
esquematizando o esqueleto açúcar-fosfato do
DNA.
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Esta atividade foi retirada da revista Ciência Hoje (2002), todavia foram
incrementadas algumas alterações para que pudessem ser mais fidedignas as ligações
químicas das bases nitrogenadas. A molécula de DNA pode ser feita com massinha, isopor ou
outros materiais e, além da estrutura em dupla hélice do DNA, o professor pode usar o
modelo para simular o processo de replicação e transcrição ou até mesmo trabalhar o conceito
de mutação.
4ª Atividade - “Brincando de fazer proteínas”.
Figura 4: Prática da síntese proteica, utilizando papel cartão,
fio de náilon, isopor, canudinhos plásticos, cola, fita adesiva,
tinta plástica e canetinha.
Essa prática, adaptada do livro de Amabis e Martho, busca demonstrar de forma lúdica
o papel do RNA mensageiro, RNA transportador e dos ribossomos na síntese de proteínas.
Contudo facilita bastante a visualização do processo de tradução, reconhecimento códonanticódon e como os aminoácidos são unidos para formar a cadeia peptídica.
5ª Atividade - “Eletroforese em sala de aula”
Figura
5:
Prática
de
eletroforese,
utilizando kit desenvolvido pelo nosso
grupo.
Com esta prática, os professores puderam aprender sobre uma técnica rotineiramente
utilizada em laboratórios de pesquisa para separação de moléculas de DNA de diferentes
tamanhos, bem como separação de RNA ou proteínas. Os docentes puderam observar todo
aparato envolvido na confecção do material, bem como puderam aprender sobre as aplicações
práticas da técnica de eletroforese.
6ª Atividade - “Brincando com plasmídio”
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Figura 6: Modelo de uma bactéria contendo um plasmídio
recombinante, empregando papel cartão para montar a célula
bacteriana e a enzima de restrição, lã para simular o DNA
bacteriano, emborrachado para montar o plasmídio e a fita adesiva
para a enzima ligase.
Este produto, também desenvolvido pelo grupo, explica como uma molécula de DNA
recombinante é produzida, apontando a atuação das enzimas de restrição e DNA ligase para
gerar este produto. Os materiais usados foram simples e práticos de serem reproduzidos em
sala de aula.
Depois da exposição do conteúdo e dos materiais didáticos, o curso foi finalizado com
análise crítica dos livros adotados pelo Programa Nacional do Livro Didático para o Ensino
Médio (PNLEM), amplamente utilizado pelos professores de Biologia.
Tabela 1: Lista dos livros selecionados e analisados.
Obra
Bio
Biologia Hoje
Editora
Saraiva
Ática
Livro Biologia
Saraiva
Ser Protagonista
SM
Coleção Biologia
FTD
Livro Biologia
Moderna
Autor (a)
Sônia Lopes e Sérgio Rosso
Sérgio Linhares e Fernando
Gewandsznajder
César da Silva, Sezar Sasson e
Nelson Caldini
Fernando Santiago, João Batista
e Maria Argel
Antônio Pezzi, Demétrio
Gowdak e Neide Mattos
José Amabis e Gilberto Martho
Ano de Edição
2010
2011
2010
2010
2010
2010
Todos os livros selecionados para a análise possuíam informações sobre o DNA ou
Biotecnologia, observando cada volume das coleções citadas. O propósito da análise era
verificar se os livros continham erros conceituais, bem como analisar a coerência e conexões
entre os assuntos abordados em diferentes capítulos.
Resultado e Discussão
A análise dos questionários respondidos antes e após o curso de atualização pelos
professores está representada no gráfico 1. O gráfico exibe uma comparação dos percentuais
de acertos nas referidas questões.
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Gráfico 1: Percentual de acertos em cada questão, antes e após o curso de atualização (n= 11).
As perguntas não apresentavam nenhum grau de dificuldade (anexo), pois a intenção
era formular questões simples e diretas, que envolvessem o dia a dia dos profissionais. No
entanto, observamos muitas respostas incoerentes, erradas ou mesmo em branco. Logo no
primeiro ponto, que englobava a diferença entre cromatina e cromossomo, averiguamos
argumentação do tipo: “cromossomo é uma proteína...” e “...cromossomo é conjunto de
moléculas de DNA que expressam uma característica”. Prosseguindo a avaliação, percebemos
um bloqueio dos docentes ao se depararem com a indagação sobre a quantidade de moléculas
de DNA encontradas no nosso organismo, bem como sua existência fora do núcleo, em
organelas como a mitocôndria e cloroplastos (nos vegetais). Apenas 1 participante respondeu
corretamente a pergunta 3 e encontramos erros, tais como: “temos apenas uma molécula de
DNA” e “temos 4”.
Quando especulamos o conceito de gene, apenas 1 expressou como “...trecho na fita
de DNA, responsável por sintetizar determinada proteína”, que não é uma resposta completa,
uma vez que
um gene também pode sintetizar RNAs não codificantes, como RNA
transportador e RNA ribossomal, entretanto é uma afirmação coerente para os professores,
apenas uma controvérsia da atualidade. No entanto, muitos docentes exibiram informações
muito simples e inconsistentes, alegando que o gene: “é o responsável pelo conteúdo
genético”, “unidade que contém as informações genéticas”, “é uma estrutura que tem a
informação para cada característica de ser vivo”.
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As questões 8 e 16 foram as que corroboraram o maior número de acertos, pois
pediam apenas para citar alguns exemplos de transgênicos e clonagem, respectivamente. Os
exemplos eram escassos e antigos, porém corretos. Alguns aludiram os alimentos como
produtos transgênicos, mas disseram que nunca tinham ingerido um organismo geneticamente
modificado (OGM) nos dando a entender que a rotulagem dos produtos no mercado ainda era
uma incógnita para esses profissionais.
Os conceitos sobre plasmídios, enzimas de restrição e clonagem reprodutiva /
terapêutica, não faziam parte da bagagem dos participantes. Encontramos muitas respostas
em branco e identificamos alguns lapsos, como o plasmídio: “...é uma enzima de restrição”,
“estruturas celulares como cloroplastos”. Já quanto à clonagem nos deparamos com:
“clonagem reprodutiva serve para facilitar casais que tenham dificuldades em gerar filhos de
forma natural” e “clonagem reprodutiva está ligada à herança ligada ao sexo”.
O gráfico evidencia um aumento de acertos em cada questão após o curso de
atualização, com exceção da questão 8 que permanece com a mesma proporção de acertos.
Todavia o padrão de resposta estava diferente, as citações dos exemplos se tornaram mais
numerosos e modernos. Já a questão envolvendo engenharia genética ainda ficou
incompreendida, pois muitas respostas ficaram confusas, prevalecendo menos de 50% dos
acertos. Acreditamos que o embaraço dos docentes seja devido o emprego dos termos, pois no
curso utilizamos o vocábulo DNA recombinante, assim pensaram que fossem conceitos
divergentes.
Os materiais didáticos e atividades práticas desenvolvidas no curso foram muito
apreciados pelos professores. Dois docentes ressaltaram que levaram estes produtos para sala
de aula, como registrado pelo próprio na figura 7.
Figura 7: Alunos do ensino fundamental de turma de um dos
professores do curso, utilizando o modelo “brincando com o
núcleo”.
Os professores, de maneira geral, comentaram da importância de todas as atividades
lúdicas desenvolvidas no curso, e se mostraram dispostos a trabalhar com esses modelos em
sala de aula.
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A atividade “brincando com núcleo” foi muito discutida no curso, surgindo sugestões
como: representar as 23 moléculas de DNA provenientes do pai de uma cor e as outras 23,
que resulta da mãe com cor diferenciada. Além disso, foi recomendado que a lã fosse
matizada para representar os genes.
Em relação à análise de livros didáticos, selecionamos trechos para discussão com os
docentes, tais como: “O núcleo celular é uma estrutura geralmente esférica ou ovoide,
presente em todas as células eucarióticas...” (Amabis e Martho, vol 1, p. 153). Essa definição
aparece no início da página e os autores só comentam que as hemácias adultas são células
anucleadas (no caso de mamíferos) no final da página. Além disso, na lauda seguinte define
um termo incoerente sobre os poros da carioteca, salientando que “... complexo do poro, que
funciona como uma válvula, abrindo-se para dar passagem a determinados materiais e
fechando-se em seguida”(p. 154), no entanto esses poros ficam abertos em todos os
momentos e existe um controle extremamente elaborado para reconhecimento das moléculas
que devem entrar e sair do núcleo .
O livro do César, Sezar e Caldini, (vol 3, p. 50) mostra uma imagem com informação
inadequada, dando a entender que durante a replicação as fitas do DNA estão sendo
sintetizados na mesma direção, não evidenciando a fita descontínua. Entendemos que o autor
teve intuito de simplificar, mas as pessoas que não detêm esses conceitos acabarão
aprendendo uma definição errada.
Os autores Pezzi, Gowdak e Mattos (vol 1) comentem uma falha ao não mencionar
que a carioteca apresenta duas membranas, ao explicar que “a carioteca, também denominada
membrana ou envoltório nuclear...” (p.79). Mais adiante expressam que a “Biotecnologia é
um conjunto de técnicas que envolvem a manipulação do material genético dos seres vivos,
com fins industriais ou medicinais” (p.114); porém, a Biotecnologia abrange uma definição
mais ampla, como mencionado na introdução deste trabalho.
Esta atividade de análise crítica mostrou aos professores que embora o livro didático
seja uma boa fonte de consulta, ainda assim apresenta conceitos errôneos ou
descontextualizados. E cabe ao professor estar sempre buscando atualização para aprimorar
seu conhecimento, de modo que possa identificar falhas quer seja no livro didático como
qualquer outra fonte de consulta que venha utilizar.
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Se ponderarmos os dados coletados neta pesquisa, realizada com professores que
trabalham na rede pública de ensino, conseguimos perceber que realmente é difícil passar para
os alunos conceitos tão relevantes na sociedade atual, como clonagem, transgênicos, testes de
DNA, projetos genoma, entre outros, se os próprios docentes mostraram-se confusos e
inseguros quanto ao domínio desta temática. Assim, fica evidente a necessidade de
atualização destes profissionais, bem como o desenvolvimento de materiais didáticos nesta
área.
Considerações Finais
A Biologia encontra-se em uma era em que os conhecimentos crescem de uma
maneira exponencial, tornando-se praticamente impossível para um professor apropriar-se de
toda a informação disponível. Por isso acreditamos que os cursos de atualização deverão ser
implementados nas escolas públicas, pois uma parte do fracasso escolar pode ser proveniente
dos conflitos gerados pelos mediadores de ensino. Torna-se ainda importante destacar que
muitos conceitos na área biológica são abstratos e de difícil entendimento até mesmo para os
docentes, sendo extremamente necessário o desenvolvimento de recursos didáticos variados
para auxiliar o processo de ensino-aprendizagem.
Anexo
QUESTIONÁRIO DESTINADO À PESQUISA DO CURSO “DNA E SUAS APLICAÇÕES
BIOTECNOLÓGICAS”
1) Qual a diferença entre cromatina e cromossomo?
2) Nas células procarióticas, o DNA apresenta algum tipo de organização?
3) Quantas molécula de DNA temos dentro do núcleo? Existe DNA em outros locais da célula? Quais?
4) Qual a diferença da replicação nas fitas complementares do DNA?
5) O que é gene?
6) Você se alimenta de DNA?
7) O que é transgênico? Existe alguma diferença entre eles e organismos geneticamente modificados?
8) Quais os exemplos de transgênicos usados em sua aula?
9) Você já comeu algum transgênico? Caso positivo,cite-os.
10) Caso o sangue seja utilizado para o exame de paternidade, qual tipo de célula sanguínea não poderá ser
utilizada? Explique.
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11) Existe alguma diferença entre biotecnologia e engenharia genética ou tecnologia do DNA recombinante?
Caso haja, explique.
12) O que é plasmídio?
13) Sobre as enzimas de restrição, responda: a) Qual a origem, função e como funcionam estas enzimas? b) Por
que o DNA da bactéria não é destruído por elas?
14) Qual a importância do Projeto Genoma?
15) Diferencie clonagem reprodutiva de clonagem terapêutica.
16) Quais os exemplos de clonagem usados em sua aula?
Referências
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