ISBN 978-85-8015-053-7 Cadernos PDE VOLUME I I Versão Online 2009 O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE Produção Didático-Pedagógica Escola: Colégio Estadual Antonio Tupy NRE: Guarapuava Pinheiro EF/EM/EJA Nome do Professor: Sônia Mara Harmuch e-mail: [email protected] Nível de Ensino: Médio Série: 1ª Título: Divisão Celular Disciplina: Biologia Conteúdo Estruturante: Mecanismos Biológicos Conteúdo Específico: Divisão Celular Relação Interdisciplinar: 1- Matemática 2 – Língua Portuguesa MITOSE E MEIOSE: UMA FÁBRICA DE CÉLULAS? ELA É MESMO NECESSÁRIA PARA OS SERES VIVOS? Sabemos que todos os seres vivos, exceto os vírus, são formados por células. Mas como elas surgem? Para recordar o estudo das CÉLULAS, consulte o Livro Didático de Biologia no capítulo 3: Célula: que unidade é essa que constitui e mantém todos os seres vivos? Nos organismos pluricelulares existem dois tipos de células: Somáticas: células que formam o corpo, elas são diplóides ou 2n(46 cromossomos). Reprodutoras (gametas): se destinam à continuidade da espécie, são haplóides ou n (23 cromossomos). Todos nós já fomos formados por uma única célula (ovo ou zigoto) que através de divisões celulares sucessivas deu origem aos trilhões de células do nosso corpo. espermatozóide fecundação óvulo célula ovo zigoto Mas, e o que é a divisão celular? É o processo em que uma célula se divide em duas células-filhas, lembrando que aqui dividir significa multiplicar, pois as células crescem e se tornam iguais à célula original, no aspecto cromossômico e genético, passando por um ciclo celular. Ciclo Celular: período que tem início com o surgimento da célula, a partir de uma célula pré-existente e termina quando ela se divide em duas células-filhas. O ciclo celular se divide em dois momentos: a) Divisão celular – mitose: momento em que a célula se divide em duas. b) Interfase: momento em que a célula não está se dividindo. Geralmente, a duração da mitose é de 1 hora (5%) e nos 95% restantes a célula 1 permanece em interfase, período entre duas divisões celulares consecutivas. Nem todas as células encerram o ciclo celular completamente. Há células que nunca se dividem, como as musculares e nervosas e outras que podem acidentalmente morrer antes de se dividir. A duração do ciclo celular varia de uma célula para outra: - nos primeiros estágios de um embrião humano: a interfase é muito curta e praticamente não possui as fases G1 e G2. - as células da camada germinativa da epiderme: dividem-se constantemente, sempre produzindo novas células para substituir as que morrem. Interfase: A célula está com maior atividade metabólica. Ocorre a duplicação dos cromossomos antes de iniciar a divisão. Pode ser subdividida em três fases: 1ª Fase – G1 (gap = intervalo) – Crescimento: antecede a duplicação do DNA. 2ª Fase – S (synthesis= síntese) – Síntese: ocorre a duplicação do DNA. 3ª Fase - G2: é o intervalo entre a duplicação do DNA e o início da divisão celular. ATIVIDADES: Vamos analisar os seguintes gráficos que representam a interfase. E em seguida responder as questões: 1- No gráfico 1, o número de horas representado é igual para todas as células? 2- No gráfico 2, por que na fase G1 a quantidade de DNA é representada por 2C e em S por 4C? 3- A interfase é um período em que as células estão em repouso. Você concorda? Justifique sua resposta. Gráfico 1 Gráfico 2 Gráficos elaborados pela autora Nosso organismo está sempre realizando divisões celulares. Existem dois tipos de divisão celular, a mitose e a meiose, em nosso corpo ocorre tanto uma quanto outra, mas em diferentes situações. E o que é mitose? Ela é importante? Mitose (gr: mitos = tecer com fios) É um tipo de divisão celular que tem início desde o aparecimento da primeira célula (ovo ou zigoto) até a nossa morte. Desde o momento da nossa geração, ainda no 2 útero materno, ocorre a duplicação das células para formar o novo ser e nunca mais deixamos de realizar mitoses. A mitose produz duas células semelhantes e com o mesmo número de cromossomos da célula mãe. Ocorre nas células somáticas – diplóides (2n) e em alguns tipos de células germinativas de animais e vegetais. É um processo contínuo e importante que permite a reprodução dos organismos unicelulares, desenvolvimento e crescimento do indivíduo, renovação de tecidos e cicatrização. Células Reprodutoras – Haplóides (n) n n Células Somáticas Diplóides (2n) 23 23 n 46 2n 23 2n 2n 46 46 ndo embrião ocorre a partir da célula ovo ou zigoto que Sabemos que a formação através de divisões celulares forma todo o organismo, a primeira célula se divide em duas, estas em quatro e assim por diante. Mitose 2º=1 Mitose Mitose 2¹=2 2²=4 Mitose 2³=8 4 2=16 Observamos que existe uma sequência (2,4,8,16...) no número de células formadas, o que constitui uma Progressão Geométrica (PG), pois a partir do 2º termo, o quociente entre um elemento e seu antecessor são iguais. O termo constante da Progressão Geométrica é denominado razão (q). Podemos determinar qualquer elemento de uma progressão geométrica através da expressão: 3 n-1 a = a . q n 1 a = 1º termo 1 q= razão n= número de termos ATIVIDADE: Agora é sua vez de entender como ocorre a divisão das células de acordo com o conceito matemático PG, completando a tabela a seguir: Momento de divisão da Número de células célula formadas 1º 1 2º 2 Dada a PG (2,4,8,16,...) determine o 5º termo 5-1 A 5 = 2. 2 4 A5 = 2. 2 A5 = 2. 16 A5 = 32 3º 4º 8 5º 6º 7º 64 8º A divisão celular também pode ser observada em Bipartição ou Cissiparidade: algumas bactérias, seres unicelulares que se Neste processo, a célula que reproduzem assexuadamente, por Bipartição ou constitui o corpo do indivíduo se divide por mitose em outras duas Cissiparidade, quando uma bactéria se divide em idênticas. Ocorre com os seres duas, duas em quatro e assim sucessivamente. Em procariontes e eucariontes. condições ideais de temperatura e alimento, a Exemplos: protozoários e divisão pode acontecer de 20 em 20 min. Em um bactérias. único dia, milhões de bactérias são formadas. ATIVIDADE 2: a) Agora vamos imaginar uma bactéria que se divide em duas, essas dividem em quatro, essas quatro em oito (1,2,4,8...). Temos aqui mais uma vez uma progressão geométrica. Então, quantas bactérias teremos na décima geração? E na décima quinta geração de bactérias? b) Pesquise e responda em seu caderno: Devemos considerar que a velocidade de reprodução das bactérias é extremamente rápida. Num período de seis horas, uma só bactéria pode multiplicar-se em mais de 250.000. Então por que as bactérias não tomam conta do mundo? c) Pesquise quais são os tipos de reprodução assexuada caracterize e exemplifique-as. Fases da Mitose 4 1- PRÓFASE (pro = antes) - Ocorre a fragmentação da membrana nuclear e o desaparecimento do nucléolo; - Ocorre a condensação da cromatina – cromossomos (visíveis individualmente); - Os centríolos duplicados iniciam a migração para os pólos da célula; - Surgem os filamentos do áster que formarão o fuso. 2- METÁFASE (meta = depois) - Ocorre o desaparecimento da membrana nuclear; - O fuso está totalmente formado; - Os cromossomos atingem o estado máximo de espiralização, prendem-se ao fuso pelo centrômero e se deslocam para o meio da célula formando a placa equatorial; - Os centríolos ocupam os pólos da célula. 3- ANÁFASE (ana = para cima) - Ocorre a divisão do centrômero e a separação das cromátides-irmãs de cada cromossomo (cada cromátide vai construir um cromossomo-filho); - Ocorre o deslocamento dos cromossomos-filhos para os pólos da célula, devido ao encurtamento das fibras do fuso que ligam os centríolos aos centrômeros; - A anáfase termina quando os cromossomos filhos chegam aos pólos da célula. 4- TELÓFASE (telo = final) - Os cromossomos desespiralizam-se voltando à forma de longos e finos filamentos; - O fuso desintegra-se; - Ao redor dos cromossomos, em cada pólo, formase a membrana nuclear das duas novas células; - Reaparece o nucléolo; - Ocorre a citocinese ou divisão do citoplasma, formando duas células com o mesmo número de cromossomos da célula que se dividiu. Desenhos elaborados pela autora 5 ATIVIDADE 1: Observando a divisão da célula por mitose, responda as seguintes questões: 1- Qual a relação da mitose com o envelhecimento? E com o câncer? 2- Quais são as células que se renovam constantemente? 3- Cite e comente os eventos marcantes que caracterizam cada fase da mitose. ATIVIDADE 2: Agora observe o seguinte quadro de imagens da mitose e, no caderno, caracterize as estruturas de cada fase da divisão celular por mitose preenchendo o seguinte quadro: ESTRURURAS PRÓFASE METÁFASE ANÁFASE TELÓFASE Membrana Nuclear Nucléolo Centríolos Cromossomos Áster/Fuso Nº de Células E em seguida responda: por que a mitose, apesar de ser um processo contínuo, é representada por apenas quatro fases discretas? Quadro elaborado pela autora A utilização da colchicina durante a divisão celular: A colchicina é utilizada para interromper a mitose na metáfase, quando os cromossomos se encontram no máximo de sua condensação, sendo possível estudar a forma, número e tamanho deles – cariótipo das células. Ela atua sobre as fibras do fuso impedindo a organização dos microtúbulos. Com isso a divisão celular progride só até a metáfase, não ocorrendo anáfase. Citocinese A divisão do núcleo corresponde à cariocinese, a citocinese é a Invaginação: divisão do citoplasma. Nas células animais, a citocinese tem início São dobras da 6 com uma invaginação da membrana plasmática que, ao se membrana completar, divide a célula em duas, portanto é uma citocinese celular para o centrípeta (de fora para dentro). Nas células vegetais a citocinese interior da célula. é centrífuga (de dentro para fora). Será que a Mitose em células vegetais é igual à da célula animal? Mitose células animais Mitose células vegetais Presença de centríolos – mitose cêntrica. Ausência de centríolos – mitose acêntrica Presença de fibras do áster – mitose Não há formação de fibras do áster – mitose astral. anastral. Citocinese centrípeta. Citocinese centrífuga. Desenhos elaborados pela autora ATIVIDADE: Compare a divisão celular de células animais e de plantas, quanto às características do fuso mitótico e ao tipo de citocinese e redija um texto explicando essa comparação em seu caderno. O Câncer e a Mitose A todo momento, a mitose produz novas células, Para saber mais sobre o necessárias para se ter um equilíbrio das perdas, assim CÂNCER, consulte o Livro como para manter a integridade de todos os tecidos e Didático de Biologia no capítulo 3: Célula: que unidade é essa órgãos do corpo. A perda no controle da quantidade que constitui e mantém todos exata de novas células produzidas, podendo haver um os seres vivos? E em seguida excesso, resulta em um tumor. Durante a divisão faça a pesquisa sugerida na celular pode haver um erro genético originando o página 57. câncer. VÍDEO: Agora vamos nos organizar para assistir o vídeo: Animação Tridimensional de processo mitótico em célula animal, com duração de 1:30, disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=5gV5OML7jtA. DEBATE: Com base no vídeo assistido, responda as seguintes questões: 1. O tempo de duração da mitose é o mesmo para todas as células? Explique. 2. Qual a fase mais longa da mitose? Por quê? 3. Faça uma argumentação com os pontos mais interessantes e relevantes do vídeo, na sua opinião. 7 ATIVIDADE EM GRUPOS Agora vamos organizar a sequência dos estágios da mitose através do recorte e da colagem de ilustrações de células epidérmicas da larva da salamandra, seguindo o roteiro: 1- Recorte as células desenhadas da mitose e organize-as de modo a representar a sequência de estágios da divisão celular. 2- Organize em sequência os dezoito desenhos e cole em uma folha sulfite. 3- Agora escolha apenas quatro estágios representativos da sequência inteira. Cada desenho escolhido deve representar uma das quatro fases da mitose: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Justifique a escolha. Para finalizar, os alunos deverão fazer em seu caderno um texto argumentativo a partir da seguinte questão: É possível observar as transformações sofridas pelas células durante a divisão? Em caso afirmativo, aponte quais são elas. Disponível em: http://www.moderna.com.br/moderna/didaticos/em/biologia/temasbio/atividades/TB09.pdf. Acesso em 22 mar. 2010. ATIVIDADE NO MICROSCÓPIO Com seu professor, observe as fases da mitose em células da raiz de cebola (Allium cepa). Para a realização deste experimento as lâminas deverão ser preparadas pelo professor com antecedência. A preparação encontra-se disponível em: http://genoma.ib.usp.br/educacao/Observacao_Mitose_Cebola_web.pdf. Acesso em 20 fev 2010. Levar ao microscópio a lâmina para observação. Observar todas as células encontradas na lâmina e identificar quais estão em processo de divisão, em seguida, no caderno, fazer o desenho com as diferentes fases da mitose, observadas na sequência dos acontecimentos. A observação das lâminas ainda desencadeará os seguintes questionamentos, que devem ser discutidos e anotados no caderno. 1. Quais são as características que determinam cada fase da mitose? 3. Quais etapas da mitose foram evidenciadas na observação microscópica? 4. Todas as células observadas estavam na mesma fase da mitose? Para finalizar a aula, será solicitada a elaboração de um texto argumentativo no caderno com as conclusões sobre as observações realizadas. 8 Texto Argumentativo é aquele em que defendemos uma opinião, idéia ou ponto de vista, procurando fazer com que o leitor creia nela e aceite-a. ATIVIDADE EM GRUPO 1: Divididos em grupos, utilizando folhas de EVA coloridas, cola e tesoura, os grupos deverão confeccionar moldes com as fases da Mitose. ATIVIDADE DE FIXAÇÃO EM GRUPO 2: Fazer uma história em quadrinhos baseando-se nos moldes produzidos e seguindo o roteiro: 1- Faça uma Diagramação, ou seja, decida a forma e o tamanho dos quadrinhos. 2- Antes de desenhar, comece pelo texto (balões). Use apenas letras MAÚSCULAS. 3- Escreva as letras antes de fazer o balão em torno delas, você pode utilizar Onomatopéias – palavras que imitam sons. 4- O final é muito importante, todo leitor gosta de ser surpreendido, coloque a palavra “fim” no último quadrinho. 5- Agora que você já sabe como é sua história, crie um título para ela Lembretes: - Não faça cenas complicadas demais para desenhar; - Não faça frases muito longas; - Sempre coloque vírgula entre o VOCATIVO e o resto da frase. Vocativo é a pessoa ou pessoas com quem o personagem fala. (Invoca). As Histórias em Quadrinhos podem estimular a imaginação e a criatividade, assim como despertar o interesse pela leitura e pela escrita, contribuindo para a produção de textos, as histórias em quadrinhos utilizam duas formas de comunicação: a visual e a com palavras. O desenho e o colorido conseguem traduzir, juntamente com a escrita, o que o autor da história em quadrinho quer transmitir. ATIVIDADE EM GRUPO 3: Agora vamos juntar todas as historinhas e produzir um Gibi E agora você já consegue saber: A mitose é uma fábrica de células? Ela é mesmo necessária para os seres vivos? E o que é meiose? Ela é importante? Meiose: É um tipo especial de divisão celular que tem por finalidade transformar célula diplóide (2n) em célula haplóide (n). Ocorre no gameta masculino (espermatozóide) e no gameta feminino (óvulo). Na meiose ocorre apenas uma duplicação cromossômica para cada duas divisões nucleares. Assim temos a produção de quatro células-filhas com a metade do número de cromossomos da célula-mãe, por isso a meiose é considerada um processo reducional, enquanto a mitose é eqüitativa. 9 Nos animais a meiose ocorre em células que dão origem aos gametas, sendo chamada de meiose gamética. Nos vegetais, 46 a meiose é comum na formação dos esporos e é chamada de Meiose I 23 meiose espórica. Em algumas algas a meiose ocorre no 23 Reducional Meiose II 23 23 Equacional 23 23 início do ciclo reprodutor e é chamada então de meiose zigótica. 2n Meiose I n n n Reducional Meiose II Equacional n n n A célula-ovo surge a partir da união do 2n = 46 Meiose gameta masculino e feminino – fecundação n = 23 – que permite que os cromossomos do pai e Mitoses da mãe se juntem na célula-ovo, formando Fecundação Célula-ovo 2n = 46 2n = 46 Meiose n = 23 2n = 46 assim o patrimônio genético do filho. Os gametas surgem a partir da meiose que produz células com metade do número de cromossomos. Nesse processo, uma célula diplóide (2n) sofre duas divisões originando quatro células haplóides. Na meiose as células produzidas não são geneticamente iguais, o que aumenta a variedade genética dos indivíduos formados por reprodução sexuada. A meiose tem a finalidade de produzir os gametas (espermatozóides e óvulos). No homem, os espermatozóides são produzidos na medida em que são utilizados. Durante a ejaculação são eliminados cerca de 300 milhões de espermatozóides. Na mulher os óvulos já estão formados nos ovários desde o seu nascimento, são aproximadamente 400 mil, mas normalmente eles amadurecem um a cada mês após a puberdade. A meiose I é Reducional, os núcleos resultantes apresentam a metade do número de cromossomos do núcleo original. A meiose II é Equitativa, o número de cromossomos dos núcleos resultantes é o mesmo dos núcleos que iniciaram o processo. INTÉRFASE: As células não se encontram em divisão. 10 - Bastante curta; - Núcleo individualizado com a presença da membrana nuclear; - Os cromossomos começam a ficar visíveis; Fases da Meiose PRÓFASE I Leptóteno (lepto= fino; tenio= fita) - Condensação dos cromossomos, fios longos e finos visíveis ao MO, eles apresentam regiões mais densas os cromômeros. Zigóteno (zigo = par; tenio = fita) - Ocorre emparelhamento ou sinapse (união) dos cromossomos homólogos, um de origem paterna e outro de origem materna; - O mecanismo de espiralização dos cromossomos progride. Paquíteno (paqui = espesso; tenio = fita) - Final do emparelhamento; Cada par forma uma tétrade ou bivalente, com 4 cromátides; Os cromossomos se encontram bem visíveis; Ocorre o crossing-over (recombinação gênica mistura de genes). Diplóteno (diplo= duplo; tenio = fita) - Os cromossomos homólogos começam a se afastar, mas permanecem ligados pelas regiões onde ocorreu o crossing-over; - Estas regiões constituem os quiasmas. Diacinese (dia= através de; cinese = movimento) - Continua a ocorrer condensação dos cromossomos e a separação dos homólogos; Os quiasmas vão escorregando para as pontas das cromátides (terminalização dos quiasmas); - Desaparece o nucléolo, rompe-se a membrana nuclear e o fuso está formado. 1ª Divisão – Reducional PRÓFASE I - É a fase mais longa e mais importante; - Ocorre a fragmentação da membrana nuclear e o desaparecimento do nucléolo; - Ocorre a espiralização dos fios de cromatina. 11 METÁFASE I - Os cromossomos atingem o máximo de espiralização; - Os cromossomos homólogos pareados dispõem-se na região equatorial da célula, organizando a placa equatorial. ANÁFASE I - Os cromossomos homólogos separam-se totalmente e migram para os pólos da célula; - Cada cromossomo permanece com suas duas cromátides unidas pelo centrômero. TELÓFASE I - Os cromossomos chegam aos pólos ainda duplicados, formados por duas cromátides presas pelo centrômero; - Formam-se duas novas membranas nucleares; - A célula divide-se em duas células-filhas com a metade do número de cromossomos da célula-mãe. 2ª Divisão Equacional PRÓFASE II - Os cromossomos com 2 cromátides se condensam; Os nucléolos desaparecem e a membrana nuclear fragmenta-se. METÁFASE II Cromossomos presos ao fuso acromático – alinhamse no plano equatorial; Os microtúbulos do fuso puxam as cromátides-irmãs para os pólos opostos. ANÁFASE II - Os cromossomos chegam aos pólos da célula. TELÓFASE II - Os cromossomos se descondensam, os nucléolos reaparecem e as membranas nucleares se reorganizam; - O citoplasma se divide. 12 ATIVIDADE: Após observar as fases da meiose, responda as A síndrome de Down é seguintes questões: provocada a) Qual a importância da divisão celular por meiose para os durante seres vivos? a celular, c) Por que na meiose são necessárias duas fases para que a célula possa se dividir? erros divisão podendo ocorrer b) Em que tipo de células ocorre a meiose? por durante a formação dos gametas como na divisão do zigoto. VÍDEO: Agora vamos nos organizar para assistir o vídeo: Etapas da meiose animal em animação com tridimensional duração de 1:49, disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=nvwQadEoTl0&feature=fvw DEBATE: Com base no vídeo assistido, responda as seguintes questões: 1. Qual o tempo de duração da meiose? Ele é igual para todas as células? Justifique sua resposta. 2. Qual a fase mais longa da meiose? Por quê? 3. Faça uma argumentação com os pontos mais interessantes e relevantes do vídeo, na sua opinião. Comparação entre a Mitose e a Meiose MITOSE MEIOSE Tipo de células Somáticas - Diplóides – 2n = 46 Germinativas - Haplóides – n = 23 Nº de células 2 células geneticamente iguais 4 células geneticamente diferentes Nº de cromossomos Não há redução Há redução Duplicação DNA Antecede 1 divisão celular Antecede 2 divisões celulares Nº de divisões 1 2 ATIVIDADE: 1- Agora compare a variação da quantidade de DNA durante a mitose e durante a meiose e indique as principais diferenças entre elas. 13 ATIVIDADE: Analisar o quadro de imagens sobre a meiose e no caderno caracterizar as estruturas em cada fase da meiose e das subfases da prófase I, montando um quadro comparativo. E agora você já consegue responder? Mitose e Meiose são uma fábrica de células? Ela é mesmo necessária para os seres vivos? REFERÊNCIAS AMABIS, J.M. e MARTHO, G.R. Fundamentos da Biologia Moderna. 3ª ed. São Paulo: Editora Moderna, 2006. AMABIS, J.M. e MARTHO, G.R.Trabalhando temas fundamentais Mitose e Meiose I. Disponível em: http://www.moderna.com.br/moderna/didaticos/em/biologia/temasbio/atividades/TB0 9.pdf. Acesso em 22 mar. 2010. BORJES, J. Animação Tridimensional de processo mitótico em célula animal. Youtube. Duração: 1:30. Disponível em: http://video.google.com.br/videosearch?q=mitose&hl=ptBR&emb=0&aq=f#q=mitose&hl=pt-BR&emb=0&aq=f&qvid=mitose&vid=1871956785406177584. Acesso em: 20 nov. 2009. BORJES, J. Etapas da meiose animal em animação tridimensional. Youtube. Duração: 1:49. Disponível em: 14 http://video.google.com.br/videosearch?q=meiose&hl=ptBR&emb=#q=meiose&hl=pt-BR&emb=&qvid=meiose&vid=-2036788277187917377. Acesso em: 24 nov. 2009. DESSEN, E. M. B. e OYAKAWA, J. Observação de Mitose em Raiz de Cebola. Disponível em: http://genoma.ib.usp.br/educacao/Observacao_Mitose_Cebola_web.pdf. Acesso em 15 abr. 2010 HEINE, E. Como fazer uma História em Quadrinhos. Disponível em: http://www.divertudo.com.br/quadrinhos/quadrinhos-txt.html. Acesso em 12 abr. 2010. LINHARES S & GEWANDSZNAJDER, F. Biologia: volume único. 1ª ed. São Paulo. Editora Ática, 2005. LOPES, S. e ROSSO, S. Biologia: volume único. 1ª ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2005. NOÉ, M. Progressão Geométrica. Disponível em: http://www.brasilescola.com/matematica/progressao-geometrica.htm. Acesso em 12 mar.2010. PARANÁ. Secretaria de Estado da Educação. Diretrizes Curriculares Educacionais de Biologia. Curitiba. 2008. PAULINO, W.R. Biologia: volume único. 1ª ed. São Paulo: Editora Ática, 2004. 15