13/03/2009
Ivã de Haro Moreno
Modalidad / Nivel de Enseñanza | Disciplina | Tema |
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Ensino Médio | Biologia | Identidade dos seres vivos |
Ensino Médio | Biologia | Diversidade da vida e hereditariedade |
## Professor, você pode começar essa aula indagando quais são as moléculas orgânicas ou nutrientes necessários para a sobrevivência dos seres vivos. Surgindo o comentário das proteínas, pode-se perguntar por que tais moléculas são importantes. Deve-se tomar o cuidado para que os alunos não pensem que as proteínas ingeridas executam as funções determinadas pelo organismo que as ingeriu. Diga-lhes que as proteínas são digeridas em aminoácidos que são utilizados pelo organismo para formar novas proteína ##
Geralmente, ao se ensinar moléculas orgânicas aos alunos, proteínas, carboidratos e lipídeos são abordados em um mesmo grupo de moléculas: aquele que desempenha as funções programadas pelo código genético ou que é necessário para a execução dessas funções. Por isso, muitas vezes consideramos as proteínas apenas como "tijolinhos da vida", focando na sua função constitutiva. Porém, as proteínas estão mais interligadas ao DNA que às demais moléculas, pois também regulam a produção e expressão desse.
## Para que isso fique claro aos alunos, liste na lousa todas as funções das proteínas que eles falaram e depois acrescente, se necessário, a função de regulação e produção do DNA, dando-lhe um destaque (seja por meio de cores diferentes, tamanho da letra, etc) ##
## Se preferir, antes de acrescentar essa função, pode perguntar como surgem tantas células com funções distintas em um organismo que se iniciou a partir de uma única célula. Se o DNA é o mesmo em todas as células, como elas são diferentes? ##
PROTEÍNAS PRODUZEM DNA
Para compreender essa aula, é necessário primeiro entender o que é "autopoiese". Esse termo foi concebido para designar a capacidade dos seres vivos de produzirem a si próprios. Segundo essa teoria, um ser vivo é um sistema autopoiético, caracterizado como uma rede fechada de produções moleculares (processos), onde as moléculas produzidas geram com suas interações a mesma rede de moléculas que as produziu. E é dessa forma que as proteínas se relacionam com o material genético. Os ácidos nucléicos participam da formação das proteínas que, por sua vez, participam da formação de ácidos nucléicos. Essa é a circularidade dos processos biológicos. É importante notar a importância do citoplasma (que contém as proteínas) no processo de regulação da expressão gênica.
Figura 1: Circularidade da produção de DNA e proteínas
## Para que os alunos compreendam autopoiese, antes de defini-la pergunte-lhes qual ou quais moléculas são importantes para a manutenção e diversidade da vida. É provável que eles respondam DNA e RNA e se esqueçam das proteínas. Então, mostre-lhes que sem as proteínas não há produção de DNA e que sem DNA não há produção de proteínas. Utilize a figura acima para isso ##
Como as proteínas regulam a produção e a expressão do DNA?
A replicação do DNA não está isenta de proteínas. Na molécula de DNA existem sítios de reconhecimento de proteínas envolvidas na iniciação e no término da replicação. O número de cópias do DNA é ajustado pela ação das proteínas.
Em relação à expressão gênica, as proteínas a controlam em nível de transcrição, tradução e pós-tradução. Em nível de transcrição, proteínas reguladoras inibem ou ativam a transcrição do mRNA. Posteriormente, pode ocorrer o controle da tradução. Quando essa é inibida, não há a formação da proteína codificada na seqüência de bases do mRNA. Às vezes, a tradução só se inicia na presença de outras proteínas, que ativam esse processo. E por fim, mesmo após a síntese da proteína, a atividade dessa pode ser regulada por meio do controle do transporte, do processamento e da degradação da mesma. Dessa forma, os genes podem se expressar de formas diferentes ou em tempos distintos, dependendo de quais fatores controladores estão presentes. Portanto, isso possibilita o surgimento de uma maior diversidade de células, tecidos e formas de vida.
É importante notar que a regulação da expressão gênica ocorre tanto em procariotos quanto em eucariotos. Porém, existe uma diferença fundamental entre esses dois grupos. Em eucariotos, a membrana nuclear proporciona a separação física de dois ambientes, sendo que os ribossomos, responsáveis pela tradução, estão de um lado do envoltório nuclear e o DNA e as RNA polimerases, necessárias para a transcrição, estão no outro lado. Entre a transcrição e a tradução, o RNA transcrito precisa ser processado de modo que possa passar através do envoltório nuclear. Regulando quais mRNAs podem passar para o citoplasma, a célula é capaz de selecionar as mensagens recém sintetizadas que serão traduzidas. Isso permitiu que houvesse uma maior diferenciação celular, já que os tempos de transcrição e tradução também podem ser controlados. Já nos procariotos, a transcrição e a tradução ocorrem simultaneamente (Para mais informações, veja a aula "A origem da célula eucariótica").
## Exemplifique a importância do citoplasma e das proteínas na regulação da expressão do DNA com a diferenciação celular durante do desenvolvimento embrionário. Aproveite o momento para falar que fatores externos, como poluição, uso de cigarros e outras drogas, exposição a condições ambientais distintas influenciam no citoplasma, que por consequência interfere nas proteínas, interferindo na regulação da expressão gênica ##
O papel das proteínas na regulação da expressão gênica pode ser evidenciado na diferenciação de células totipotentes durante o desenvolvimento embrionário. Embora as células apresentem o mesmo material genético, diferentes genes se expressam de acordo com os sinais de indução que recebem.
TAMANHO DAS PROTEÍNAS
As proteínas são moléculas grandes, porém quando comparadas a outras moléculas, como a água ou uma molécula de glicose. No entanto, quando comparadas às células, são estruturas bem pequenas. Para se ter noção, a bactéria Escherchia coli , tem comprimento igual a 2 μm, uma célula muscular (miócito) tem diâmetro igual a 50 μm e uma proteína, como a actina, tem diâmetro de 3,6 nm, que é equivalente a 0,0036 μm.
A bactéria E.coli apresenta um volume de aproximadamente 1μm3, e nesse volume cabem, aproximadamente, 5 bilhões de moléculas de actina. Já uma célula muscular apresenta um volume aproximado de 65416 μm3, sendo capaz de comportar cerca de 335 trilhões de moléculas de actina. Ou seja, as proteínas são pequenas quando comparadas a células tanto procarióticas como eucarióticas.
## É importante conferir a dimensão desses tamanhos aos alunos para que esses não pensem que as proteínas (diante do tamanho da sua cadeia, da sua forma e complexidade de funções) são maiores que uma célula, mesmo sendo essa uma célula procariótica. Além disso, ao se ter uma noção da dimensão das estruturas, é possível entender que dentro de uma célula (mesmo que seja a menor) ocorrem várias reações bioquímicas mediadas por moléculas orgânicas, como proteínas, lipídeos e carboidratos. Para isso, pode-se mostrar a figura de um mapa metabólico e dizer que todas aquelas moléculas e reações estão presentes dentro de uma célula (por menor que seja) ##
DO QUE AS PROTEÍNAS SÃO FORMADAS?
Todas as proteínas, sejam das mais antigas linhagens de bactérias ou das formas de vida mais complexas, são construídas com o mesmo conjunto de 20 aminoácidos, unidos covalentemente em sequências características.
Os aminoácidos são moléculas orgânicas formadas por um carbono ligado a um grupo amino, a um grupo carboxila, a um átomo de hidrogênio e a uma cadeia lateral, ou radical R. Um aminoácido se diferencia um do outro devido à esse radical, que é variável.
Como os aminoácidos se ligam?
Os aminoácidos se ligam por meio da ligação peptídica. A ligação peptídica é uma ligação química que ocorre entre duas moléculas quando o grupo carboxilo de uma molécula reage com o grupo amina de outra molécula, liberando uma molécula de água.
Figura 2: Reação química para a formação da ligação peptídica
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
## ATIVIDADE: Utilize bolinhas de isopor (aminoácidos) e palitos de dentes (ligações entre os aminoácidos) para que se possa representar a estrutura primária. Para isso, encaixe as bolinhas e os palitos de forma linear. Depois, para representar a estrutura secundária, mostre que os aminoácidos podem se dispor em planos distintos, inclinando os palitos (cada um para um lado), ou seja, dando uma nova conformação às ligações. Dessa forma, a proteína formada por aminoácidos com ligações entre si (bolinhas e palitos) não mais apresentará uma forma linear. Utilize também a animação abaixo para mostrar todas as estruturas, incluindo a terciária e a quaternária. Ao finalizar a apresentação dessa complexidade, lembre-se de falar de novo da escala de proteínas (quantas podem estar dentro de uma bactéria?) ##
Conhecer a estrutura das proteínas é importante não apenas para entender como elas são formadas quimicamente, mas sim porque sua estrutura confere sua função. A sua atividade biológica depende de sua forma. Muitas vezes, quando as proteínas são aquecidas a elevadas temperaturas, algumas interações químicas são rompidas e essas moléculas perdem sua forma. Dessa forma, também deixam de desempenhar sua função. Esse processo é chamado de desnaturação.
OUTRAS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
## Retome, nesse momento, as respostas dos alunos à pergunta inicial (Para que as proteínas são importantes?) e aproveite para detalhar melhor cada função e novamente reforçar a relação com o DNA, antes dos lipídeos e carboidratos, costumeiramente associados a elas ##
As proteínas podem desempenhar diversas funções, sendo uma delas a já mencionada regulação da expressão gênica. Outras de suas funções importantes estão listadas abaixo.
DIVERSIDADE DAS PROTEÍNAS
Assim como existem milhares de genes no núcleo celular, cada um especificando uma característica distintiva do organismo, existem, correspondentemente, milhares de proteínas diferentes na célula, cada uma executando uma função específica. Com isso, podemos perceber que existe uma diversidade muito grande de proteínas (veja figuras a seguir para exemplificar). No entanto, existem proteínas, que mesmo em espécies diferentes, apresentam uma mesma função, apresentando pequenas diferenças estruturais entre si. Essas proteínas são chamadas de homólogas e evidenciam o parentesco evolutivo entre as distintas espécies, indicando a presença de um ancestral comum.
Figura 3: Estrutura de uma imunoglobulina Figura 4: Estrutura de uma hemoglobina, com suas quatro cadeias
Figura 5: Estrutura fibrosa do colágeno, com sua tripla hélice
Nome | Tipo |
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Estrutura das proteínas | Animação/simulação |
Aminoácidos 1: propriedades | Animação/simulação |
Divisão e diferenciação celular | Animação/simulação |
Quatro estrelas 6 calificaciones
Denuncia opiniones o materiales indebidos!
10/04/2014
Cinco estrelasPerfeito! Essa aula me salvou.
26/02/2014
Cinco estrelasMuiito interessante a aula,dinâmica, com linguagem acessível, e bem esclarecida, aplicada em sala de aula com certeza mostra resultados positivos.
03/06/2013
Cinco estrelasNossa adorei o site, mais gostaria de saber com urgência se tem como eu baixar o aplicativo mostrando a tabela sobre as estruturas das proteínas.
15/05/2013
Quatro estrelasGostei muito, e me ajudou também a tirara algumas duvidas.
20/03/2013
Cinco estrelasAchei o materia bastante completo e instrutivo, me ajudou muito.
27/05/2012
Cinco estrelasSou uma futura professora e adorei esta aula, bem dinamica, com estes exemplos da de entender melhor.