Gentica e Teorias da Evoluo

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    07-Jul-2015

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NEODARWINISMOPontos bsicos da teoria moderna: a) As variaes de uma espcie dependem de mutaes. b) As mutaes ocorrem ao acaso. c) A luta pela vida d-se entre os indivduos e o meio ambiente. d) Da luta pela vida, resulta a seleo natural dos mais aptos ou adaptados s condies do meio. e) O isolamento geogrfico ou sexual impede que as caractersticas do tipo novo misturem-se com as caractersticas do tipo primitivo.

SURGIMENTO DE NOVAS ESPCIESESPECIAO: Processo de surgimento de uma nova espcie a partir de um ancestral comum. Isolamento Geogrfico de uma populao Isolamento reprodutivo Surgimento de novas espcies

TIPOS DE ESPECIAOESPECIAO ALOPTRICACRIADA POR BARREIRA GEOGRFICA

ESPECIAO SIMPTRICA

CRIADA POR SELEO DISRUPTIVA

A formao das novas espcies1. Isolamento geogrfico a separao fsica de subpopulaes de uma espcie. As barreiras que isolam as subpopulaes podem ser o rio que corta uma plancie, um vale que divida dois planaltos ou um brao de mar que separe ilhas e continentes. Diversificao gnica a progressiva diferenciao do conjunto gnico de subpopulaes isoladas. A diversificao gnica provocada por dois fatores: pelas mutaes, que introduzem alelos diferentes em cada uma das subpopulaes isoladas e pela seleo natural, que pode preservar conjuntos de genes em uma das subpopulaes e eliminar conjuntos similares em outra que vive em ambiente diverso. Isolamento reprodutivo resulta da incapacidade, total ou parcial, de membros de duas subpopulaes se cruzarem, produzindo descendncia frtil. Em geral, depois de um longo perodo de isolamento geogrfico, as subpopulaes se diferenciam tanto que perdem a capacidade de cruzamento entre si, tornando-se reprodutivamente isoladas.

2.

3.

Populao inicialBarreira geogrfica1. Uma populao A vive em um ambiente homogneo. 2. Uma modificao ambiental provoca a migrao da populao para ambientes diferentes. Assim, a populao A divide-se em A1 e A2, que migram para ambientes diferentes. 3. Isoladas geograficamente e submetidas a presses seletivas diferentes, tais populaes passam a constituir raas geogrficas ou subespcies. 4. Com o passar do tempo, aumenta a diferenciao gentica entre A1 e A2, provocando isolamento reprodutivo. 5. As raas A1 e A2 voltam a se reunir na mesma regio, mas, devido ao isolamento reprodutivo, elas no se misturam. A1 e A2 so reconhecidas como espcies distintas.

Presses ambientais diferenciadas

Espcie A

Espcie B

Existem vrios fatores que impedem que os indivduos de diferentes populaes se cruzem: Habitat (mesma regio com hbitos diferentes); Comportamental (ritual reprodutivo); Sazonal (pocas de reproduo diferentes); Estrutural (fecundao invivel naturalmente).

Introduoy Gentica estuda a estrutura molecular e funo dos genes, seu

comportamento no contexto de uma clula ou organismo, com padres de hereditariedade de pais para filhos, e com a variao do gene, distribuio e alterao nas populaes. y Devido a universalidade dos genes, a gentica pode ser aplicada ao estudo de todos os sistemas vivos, desde vrus e bactrias, atravs de plantas (principalmente as culturas) e animais domsticos, para os seres humanos (como em gentica mdica).

Quem foi Mendel?` `

O monge Gregor Mendel (1822 1884) realizou experimentaes com ervilhas cultivadas em seu jardim, no mosteiro de Brunn, na ustria. O trabalho de Mendel, apresentado em 1865, passou despercebido pelo mundo cientfico, pois na mesma poca Darwin apresentava sua teoria da seleo natural.

y O fato de que os seres vivos herdam caractersticas de

seus pais tem sido utilizada desde tempos prhistricos para melhorar espcies vegetais e animais atravs de cruzamentos seletivos. y A moderna cincia da gentica, que procura compreender o processo de herana, s comeou com os trabalhos de Gregor Mendelem em meados do sculo 19. y a combinao de gentica com o que experimenta um organismo que determina o resultado final.

Histria da genticaComeou com o trabalho aplicado e terico de GregorMendel em meados do sculo 19 Teorias populares: Herana ancestral: a idia de que as pessoas herdam uma suave mistura de traos de seus pais. Desmentida por Mendel ao mostrar que os traos so compostas de combinaes de genes distintos, em vez de uma contnua mistura. Herana de caractersticas adquiridas: a crena de que os indivduos herdam traos reforada por seus pais. Teoria comumente associada a Jean-Baptiste Lamarck, errada pois as experincias dos indivduos no afetam os genes que eles passam para seus filhos. Outras teorias incluem a pangnese de Charles Darwin (que tinha adquirida e aspectos herdados do passado) e reformulao Francis Galton de pangnese tanto como partculas e herdada.

Histria da genticay Teoria Mendeliana e Gentica clssicay Comeou com Gregor Johann Mendel, um monge agostiniano alemo, checo e um cientista que estudou a natureza da herana nas plantas. y Em seu artigo ber Versuche Pflanzenhybriden apresentado em 1865 ao Naturforschender Verein em Brnn, Mendel traou o padro de herana de certas caractersticas em plantas de ervilha e descreveu-as matematicamente.

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Histria da genticay O trabalho de Mendel no teve entendimento

at re-descobertas similares a de Mendel y Aps a redescoberta do trabalho de Mendel, os cientistas tentaram determinar quais as molculas da clula foram responsveis por herana. y Em 1910, Thomas Hunt Morgan argumentou que os genes esto em cromossomos , com base em observaes de uma mutao do olho branco ligado ao sexo em moscas de fruta. y Alfred Sturtevant (aluno de Thomas) utilizado o fenmeno da ligao gentica para mostrar que os genes so organizados linearmente no cromossomo.

Histria da genticaGentica Molecular y Embora fosse conhecido que os genes estavam nos cromossomos, no se sabia qual era responsvel por herana. y Em 1928, Frederick Griffith descobriu o fenmeno da transformao: Genes de bactrias mortas poderiam ser transferidos para bactrias vivas fazendo mutao nelas. y A experincia de Hershey-Chase em 1952 mostrou que o DNA (em vez de protena) o material gentico do vrus que infectam bactrias, proporcionando mais uma prova de que o DNA a molcula responsvel pela herana.

Histria da Genticay James D. Watson e Francis Crick determinaram a estrutura do

DNA em 1953, utilizando a cristalografia de raios-X , o que indicou a estrutura helicoidal do DNA; y Esta estrutura mostrou que a informao gentica existe na seqncia de nucleotdeos em cada fita de DNA. y Foi descoberto que a clula usa o DNA como um modelo para criar correspondncia RNA (uma molcula com nucleotdeos, muito semelhante ao DNA). y A seqncia de nucleotdeos de RNA mensageiro usado para criar um aminocido seqncia de protena, o que a traduo entre o nucleotdeo e seqncias de aminocidos conhecida como o cdigo gentico .DNA , a base molecular da herana. Cada fita de DNA uma cadeia de nucleotdeos , combinando entre si no centro para formar o que parecem ser os degraus de uma escada espiral.

Histria da Genticay 1977 - DNA seqenciado pela primeira vez por Fred

Sanger, Walter Gilbert e Allan Maxam. O laboratrio de Sanger completa a seqncia completa do genoma de Bacterifago Phi-X174. y Atravs dos esforos reunidos do Projeto Genoma Humano e o privado esforo paralelo de Celera Genomics , esses e outros mtodos culminou com o seqenciamento do genoma humano em 2003 o que demorou 14 anos. y Em 2010-2011 lanado o Personal Genoma Machina, da Ion Torrent, capaz de ler 10 milhes de letras do cdigo gentico em duas horas e custa por volta de 50.000 dlares, valor igual a um dcimo dos outros aparelhos com a mesma finalidade.

Friedrich Miescher

Mquina faz seqenciamento de DNA em duas horas

Pneumococo na cultura, a forma spera ( esquerda), liso formulrio ( direita)

Observao de Morgan de herana ligada ao sexo de uma mutao que causa olhos brancos em Drosophila levou hiptese de que os genes esto localizados em cromossomos.

Experincia de Griffith descobrir o "princpio transformador em pneumococo.

Gentica Clssica Consiste nas tcnicas e mtodos da gentica, anteriores

ao advento da biologia molecular. Depois da descoberta do cdigo gentico e de ferramentas de clonagem utilizando enzimas de restrio, os temas abertos investigao cientfica em gentica sofreram um aumento considervel. Algumas idias da gentica clssica foram abandonadas ou modificadas devido ao aumento do conhecimento trazido por descobertas de ndole molecular, embora algumas ideias ainda permaneam intactas, como a hereditariedade mendeliana. O estudo dos padres de hereditariedade continuam ainda a ser uma ferramenta til no estudo de doenas genticas,como a Neurofibromatose.

Um quadrado Punnett representando um cruzamento entre duas plantas de ervilha heterozigoto para o roxo (B) e branco (b) as flores

Gentica Molecular Estudo dos genes a nvel molecular; Estuda como os genes so transferidos de gerao

para gerao uso de informao molecular para determinar os padres de descendncia e, portanto, a correta classificao cientfica dos organismos chamada sistemtica molecular . y Ajuda a compreender as mutaes genticas que podem causar certos tipos de doenas. y Atravs do uso de mtodos de gentica e biologia molecular, gentica molecular descobre as razes pelas quais caractersticas so exercidas e como e porque alguns podem sofrer mutaes.

Gentica Molecular Terapia Gentica Insero, alterao ou remoo de genes dentro de um indivduo de clulas e tecidos biolgicos para tratar a doena . Tcnica para corrigir os genes defeituosos que so responsveis pelo desenvolvimento da doena. Insero de genes funcionais em um local no especificado genmica, a fim de substituir uma mutao gentica, mas outras formas envolvem diretamente a corrigir a mutao do gene normal ou modificao que permite que uma infeco viral.

Mdicos e bilogos moleculares perceberam que vrus como esses podiam ser usados como veculos para levar genes 'bons' ao interior de clulas humanas. Primeiro, um cientista remove os genes causadores de doena do vrus. Ento, substitui-se esses genes com genes que produzem o efeito desejado (por exemplo, produo de insulina). Esse procedimento precisa ser feito de maneira a no se retirar os genes que do ao vrus a capacidade de inserir seus genes no genoma do hospedeiro. necessrio profundo conhecimento sobre os genes do vrus e suas funes.

Gentica Molecular Terapia Gentica da Linha Germinal y As clulas germinativas, ou seja, esperma ou vulos, so modificadas pela introduo de genes funcionais, que so integrados em seus genomas. Portanto, a mudana devido terapia seriam hereditrias e seria transmitido s geraes posteriores. y Esta nova abordagem, teoricamente, deveria ser altamente eficaz na luta contra doenas genticas e doenas hereditrias. No entanto, muitos pases probem este para aplicao em seres humanos, pelo menos para o presente, para uma variedade de razes tcnicas e ticas. Terapia Gentica Somtica y Os genes teraputicos so transferidas para as clulas somticas de um paciente. Todas as modificaes e os efeitos sero limitados para o paciente individual apenas, e no sero herdadas pelos descendentes do paciente ou de geraes posteriores.

Gentica Molecular Vetores da terapia gentica y Vrus:

Vrus atacam seus hospedeiros e introduzem seus materiais genticos nas clulas hospedeiras como parte de seus ciclos de replicao. Esse material gentico contm 'instrues' bsicas sobre como produzir mais cpias desses vrus, "seqestrando" o mecanismo de produo normal do corpo para servir s necessidades do vrus. A clula hospedeira recebe essas instrues e produz cpias adicionais do vrus, infectando mais e mais clulas. Alguns tipos de vrus fisicamente inserem seus genes no genoma do hospedeiro (uma caracterstica que define os retrovrus, como o HIV).

Gentica Moleculary Retrovrus: O gene inserido na clula a partir de um RNA viral o qual por uma enzima viral chamada transcriptase reversa forma um DNA usando de algumas enzimas que so inseridas pelo vrus junto ao RNA. Aps cpia de DNA ser produzida e estar livre no ncleo da clula hospedeira, ela deve ser incorporada no genoma da clula hospedeira. Isto , ela deve ser inserida nas grandes molculas de DNA na clula (os cromossomos). Este processo feito por uma outra enzima viral chamada integrase. Quando o material gentico do vrus est incorporado ao material gentico da clula hospedeira, pode-se dizer que a clula hospedeira est modificada por conter um novo gene. Se essa clula hospedeira se dividir posteriormente, todas as suas descendentes contero os novos genes.

Gentica Molecular Problemas da Terapia Gentica Curta vida natural da terapia gentica - Problemas com a integrao do DNA teraputico dentro do genoma e a rpida diviso natural da muitas clulas previne a terapia gentica de completar seus termos benficos. Pacientes tero de ser submetidos a terapia gentica inmeras vezes. Desordem de vrios genes Condies ou distrbios que surgem a partir de mutaes em um nico gene so os melhores candidatos para a terapia gentica. Possibilidade de induzir um tumor - Possibilidade de induzir um tumor Se o DNA integrado no lugar errado, no genoma, por exemplo, em um gene supressor tumoral, poderia induzir um tumor.

Gentica Populacionaly Estudo da distribuio e mudana na freqncia de

alelos sob influncia das quatro foras evolutivas: seleo natural, deriva gnica, mutao e migrao. y A gentica populacional tambm busca explicar fenmenos como adaptao e especiao. y Ela parte vital da sntese evolutiva moderna, seus principais fundadores foram Sewall Wright, Sir Ronald Fisher e J. B. S. Haldane. y Baseia no fato de que, respeitadas certas premissas bsicas em uma populao (ausncia de seleo natural e ausncia de mutao no lcus em questo, ausncia de migrao e tamanhos populacionais infinitamente grandes, entre outras), as freqncias dos alelos e dos pares de alelos (gentipos) podem ser calculadas segundo frmulas derivadas do chamado Princpio do Equilbrio de HardyWeinberg.

Gentica Ecolgicay Estudo da gentica no contexto das interaes entre organismos e destes

com o meio ambiente. y Estuda a evoluo fenotpica em populaes naturais. A pesquisa nesse campo focada em caractersticas de significncia ecolgica - ou seja, caracteres relacionados aptido, que afetam a sobrevivncia e reproduo (por exemplo, tempo de florao, tolerncia a seca, padro de colorao e razo sexual). y Estudos so realizados freqentemente com insetos e outros organismos com tempo de gerao curto, em que a evoluo se d a altas taxas. y Estuda a ineficcia que antibiticos adquirem gradativamente ao decorrer do tempo e do uso.

Mudana Genticay Mutaes y Durante o processo de replicao do DNA , os erros ocorrem

ocasionalmente na polimerizao da segunda vertente. y Esses erros, podem ter um impacto sobre o fentipo de um organismo, especialmente se elas ocorrem dentro da protena seqncia de codificao de um gene. y As taxas de erro so normalmente muito baixos de erro-1 em todas as bases-1-10, devido "reviso" da capacidade de DNA polimerases

CausasAs mutaes podem ocorrer espontaneamente na Natureza ou serem induzidas por exposio a agentes fsicos e qumicos (agentes mutagnicos)Fsicos - raios X, radiao alfa, beta e gama e raios ultravioleta Qumicos colquicina, gs mostarda, nitrosaminas, constituintes do fumo do tabaco, etc.

Agentes mutagnicos

As clulas possuem a capacidade de reparar muitos dos erros do DNA causados pelos agentes mutagnicos. Qdo o equilbrio entre a mutagnese e a reparao se rompe surge a mutao.

Mudana Genticay Processos que favorecem mutao:

Produtos qumicos mutagnicos promover a erros na replicao do DNA, muitas vezes interferindo com a estrutura do emparelhamento de bases; Radiao UV -> induz a mutaes, causando danos estrutura do DNA. Em organismos que usam recombinao cromossmica trocar DNA e recombinar genes, os erros de alinhamento durante a meiose tambm causam mutaes.

Investigaoy DNA pode ser manipulado em laboratrio: y Enzimas de restrio so comumente usadas enzimas que

cortam o DNA em seqncia especficas, produzindo fragmentos previsvel de DNA. y Fragmentos de DNA podem ser visualizados atravs do uso de eletroforese em gel , que separa os fragmentos de acordo com seu comprimento. y O uso de enzimas ligadura permite que fragmentos de DNA a ser ligado, e pela ligao de fragmentos de DNA junto de diferentes fontes, os pesquisadores podem criar DNA recombinante . y Atravs da insero de plasmdeos em bactrias e em crescimento dessas bactrias em placas de gar (para isolar clones de clulas das bactrias ), os pesquisadores podem clonal amplificar o fragmento de DNA inserido (um processo conhecido como clonagem molecular ).

Colnias de E. coli em uma placa de gar , um exemplo de clonagem de celulares e, muitas vezes utilizadas em clonagem molecular

SELEO ARTIFICIAL

SURGIMENTO DE NOVAS ESPCIES

Caractersticas que permitiram a evoluo do homem: Bipedatismo Dedo polegar opositor Crebro volumoso Neotonia (desenvolvimento lento) Evoluo cultural

Argumentos do Evolucionismo

Paleontolgicos A descoberta de formas fsseis, actualmente extintas, contraria a ideia da imutabilidade das espcies; espcies; Fsseis de transio - Ichthyostega (considerado o primeiro anfbio, representa apassagem entre dois grupos actuais (peixes e anfbios). anfbios).

Argumentos do Evolucionismo

Anatomia comparada Ao analisar as diferentes espcies, podemos observar que estas apresentam estruturas semelhantes ou membros com a mesma funo. funo.

Argumentos do Evolucionismo Estruturas vestigias- Estas estruturas so um forte argumento do evolucionismo, pois mostram que os antepassados das espcies que apresentam estas estruturas necessitaram delas, e que depois se tornaram desnecessrias. desnecessrias. Exemplo (o ceco muito desenvolvido em animais que ingerem muita celulose pois a funo do ceco a degradao desta). desta).

Argumentos do Evolucionismo Embriologia Comparada Ao comparar os embries das diferentes espcies, Haeckel pde observar que, num estado muito prematuro, os embries so extremamente semelhantes. semelhantes. Quanto maior o grau de semelhana entre os embries dos animais, maior o grau de parentesco ou filogenia

Argumentos do Evolucionismo Citolgicos O facto de todos os seres vivos serem constitudos por clulas, as quais possuem funes muito semelhantes veio apoiar uma origem comum. Assim, comum. apesar das diferenas que podem ser observadas a nvel macroscpico, se analisarmos o mundo vivo a nvel microscpico, podemos concluir que no h grandes diferenas entre os seres vivos. vivos.

Argumentos do Evolucionismo Bioqumicos Ao analisar os componentes qumicas das vrias espcies podemos notar que quanto mais semelhante for a sua constituio qumica, maior o grau de parentesco ou filogenia que pode ser estabelecido. estabelecido. Pode considerar-se como argumento bioqumico: considerarbioqumico: O facto de todos os seres vivos serem constitudos principalmente pelas biomolculas: biomolculas: lpidos, prtidos e glcidos, cidos nucleicos... nucleicos... A existncia de DNA e RNA e sua interveno na sntese proteica A universalidade do cdigo gentico O facto de existirem 20 aminocidos nos seres vivos

Argumentos do Evolucionismo Anlise de ProtenasQuanto maior for a semelhana entre as protenas de indivduos de diferentes espcies, maior tambm o grau de parentesco. parentesco.

Argumentos do Evolucionismo Testes SerolgicosAs clulas dos animais possuem antigenes e anticorpos. Estes no se ligam anticorpos. aos antigenes das clulas do organismo a que pertencem, embora se liguem aos antigenes das clulas estranhas ao organismo, atacando-as e tornandoatacandotornandoas inofensivas. Quanto maior for a diferena entre os antigenes de duas inofensivas. espcies, menos o grau de parentesco. parentesco.

Comparao da molcula de DNA Hibridao possvel avaliar o grau de divergncia das espcies com ancestral comum atravs da tcnica de hibridao do DNA. DNA.

Argumentos do Evolucionismo Biogeogrficos As diferenas biogeogrficas ocorreram devido deriva dos continentes, a qual separou indivduos da mesma espcie, que evoluiram dando origem a diferentes espcies, cada uma adaptada ao ambiente onde viveram. viveram.

Tentilhes de Darwin

ConclusoApesar das lacunas deixadas pelas explicaes de Lamarck e de Darwin, a idia de evoluo estabeleceu-se na comunidade cientfica, podendo-se usar vrios argumentos a seu favor. Com esse trabalho, pudemos aprender e relacionar contedos trabalhados em sala de aula de forma dinmica e evidenciar o quanto a cincia representa muito a viso de mundo ao longo do tempo e do prprio pensamento da humanidade. At onde ela poder chegar? Ser que respeitar a tica ou far de tudo o que for preciso para alcanar o to grandioso segredo da vida? Resta esperar o futuro e ver o que acontecer. Importncia do Evolucionismo: Taxonomia (Classificao dos seres vivos) Citologia (Diferenciao Celular) Ecologia (Relaes entre os seres vivos) Gentica (Como ocorrem as mudanas)

Bibliografia

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