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4.3: Ciclo de Vida do Eucarioto Unicelular - Biologia

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O ciclo de vida de um organismo unicelular começa com singamia: uma célula se une a outra de genótipo diferente. Para se reconhecerem, células que vão se fundir (gametas) freqüentemente usam proteínas de superfície, como células do nosso sistema imunológico. Se essas proteínas forem iguais (mesmo genótipo), os gametas não se fundirão. Dois gametas fundidos formam um zigoto, novo organismo diplóide. Muitos protistas unicelulares usam um zigoto como estágio de inverno. Na primavera, o zigoto se divide com meiose e quatro haplóides esporos iniciar quatro novos organismos que se reproduzem durante todo o verão com mitose (reprodução vegetativa, clonagem):

[X + X rightarrow XX rightarrow I + I + I + I rightarrow X rightarrow I + I rightarrow ... ]

Apesar de sua simplicidade, este ciclo de vida tem todas as três formas possíveis de reprodução: sexual (ploidia duplica: singamia), assexual (a ploidia reduz: meiose do zigoto) e vegetativo (a ploidia não muda: divisões mitóticas). Para marcar essas formas de reprodução, usaremos “R!”Atalho para a meiose, e“Y!”Atalho para singamia (Figura ( PageIndex {1} )). Deve-se notar que antes de cada mitose (e meiose), o DNA celular passa por uma duplicação (estágio S do ciclo celular).

Figura ( PageIndex {1} ) O ciclo de vida dos eucariotos unicelulares.


Células que interagem impulsionam a evolução dos ciclos de vida multicelulares

A evolução da vida multicelular complexa começou com o surgimento de um ciclo de vida envolvendo a formação de aglomerados de células. A oportunidade para as células interagirem dentro dos aglomerados proporcionou-lhes uma vantagem sobre as formas de vida unicelulares. No entanto, que tipo de interação pode levar à evolução dos ciclos de vida multicelulares? Aqui, combinamos a teoria dos jogos evolucionária com um modelo para o surgimento de grupos multicelulares para investigar como as interações celulares podem influenciar os modos de reprodução durante os estágios iniciais da evolução da multicelularidade. Em nosso modelo, a presença de ambos os tipos de células é mantida por troca de fenótipo estocástico durante a divisão celular. Identificamos os ciclos de vida evolutivos ideais como aqueles que maximizam a taxa de crescimento populacional. Entre todas as interações capturadas por jogos de dois jogadores, a grande maioria promove duas classes de ciclos de vida: (i) divisão em propágulos unicelulares ou (ii) fragmentação em dois grupos descendentes de tamanho igual (ou quase igual). Nossos resultados indicam que as três características mais importantes, determinando se os ciclos de vida multicelulares irão evoluir, são o desempenho médio de grupos homogêneos, grupos heterogêneos e células solitárias.


Estrutura do genoma

Em sua forma haplóide, S. paradoxus tem 16 cromossomos lineares, com um comprimento total do genoma de aproximadamente 12 milhões de pares de bases. A análise da sequência do genoma encontrou 8.908 genes codificadores de proteínas. O genoma é altamente conservado quando comparado com sua espécie irmã, S. cerevisiae. Nas regiões de codificação, seu genoma compartilha 90% de sua identidade com o genoma de S. cerevisiae em regiões intergênicas, 80% [1].

Híbridos F1 diplóides artificialmente criados de S. cerevisiae e S. paradoxus são capazes de sobreviver em cultura, entretanto, as células-filhas de gametas haplóides do híbrido não são viáveis ​​[2].


4.3: Ciclo de Vida do Eucarioto Unicelular - Biologia

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Um retrovírus é um vírus de RNA de fita simples que se liga a receptores específicos da superfície celular na membrana externa de uma célula hospedeira-alvo, funde-se e entra por meio de endocitose para replicar seu material genético de uma maneira única.

Após entrar na célula hospedeira, o capsídeo é desprotegido e a enzima transcriptase reversa ou RT liga-se ao RNA viral, sintetizando DNA complementar e, com o tempo, DNA de fita dupla o reverso do padrão usual.

Dentro do núcleo da célula hospedeira, o DNA viral é integrado ao DNA hospedeiro formando um provírus. Assim, o DNA viral é ativamente transcrito sempre que o DNA do hospedeiro é transcrito, formando o RNA mensageiro.

Esse mRNA sai do núcleo, entra no citoplasma e é traduzido para formar novas proteínas virais, que podem então se reunir em novos retrovírus que saem da célula e estão prontos para infectar outras células.

16.5: Ciclos de vida de retrovírus

Os retrovírus têm um genoma de RNA de fita simples que sofre uma forma especial de replicação. Assim que o retrovírus entra na célula hospedeira, uma enzima chamada transcriptase reversa sintetiza DNA de fita dupla a partir do genoma do RNA retroviral. Essa cópia de DNA do genoma é então integrada ao genoma do hospedeiro, dentro do núcleo, por meio de uma enzima chamada integrase. Consequentemente, o genoma retroviral é transcrito em RNA sempre que o genoma do hospedeiro é transcrito, permitindo que o retrovírus se replique. Novo RNA retroviral é transportado para o citoplasma, onde é traduzido em proteínas que montam novos retrovírus.

Os medicamentos anti-retrovirais têm como alvo diferentes estágios do ciclo de vida do HIV

Alguns medicamentos foram desenvolvidos para combater infecções retrovirais. Esses medicamentos visam aspectos específicos do ciclo de vida. Uma classe de drogas anti-retrovirais, os inibidores de fusão, evita a entrada do retrovírus na célula hospedeira ao inibir a fusão do retrovírus com a membrana da célula hospedeira. Outra classe de antirretrovirais, os inibidores da transcriptase reversa, inibe as enzimas da transcriptase reversa que fazem cópias do DNA do genoma do RNA retroviral. Os inibidores da transcriptase reversa são inibidores competitivos durante o processo de transcrição reversa, as moléculas da droga são incorporadas na fita de DNA em crescimento, em vez das bases de DNA usuais. Uma vez incorporadas, as moléculas da droga bloqueiam o progresso da enzima transcriptase reversa. A terceira classe de drogas, os inibidores da integrase, evita que as enzimas da integrase integrem o genoma retroviral no genoma do hospedeiro. Finalmente, os inibidores de protease interferem nas reações enzimáticas que são necessárias para a produção de partículas retrovirais em pleno funcionamento.

Combinações (ou & ldquococktails & rdquo) de anti-retrovirais são usadas para combater o vírus da imunodeficiência humana (HIV). Se não for tratado, esse retrovírus causa AIDS. Coquetéis de anti-retrovirais são necessários para combater as infecções por HIV porque o retrovírus pode desenvolver resistência rapidamente a qualquer um dos medicamentos. Essa capacidade de evolução rápida deriva do genoma de RNA de fita simples do HIV, que acumula mutações mais rapidamente do que o DNA ou os genomas de fita dupla. Algumas dessas mutações conferem resistência aos medicamentos.

No entanto, ao combinar drogas que visam eventos no início, meio e fim do ciclo de vida retroviral, os coquetéis antirretrovirais (chamados de terapia antirretroviral altamente ativa ou HAART) reduzem drasticamente a população de HIV em um paciente. A probabilidade de múltiplas mutações que conferem resistência a vários medicamentos no genoma do HIV é muito menor do que a de uma única mutação resistente, tornando a estratégia HAART muito mais eficaz do que as terapias com um único medicamento. Essa estratégia do coquetel tem sido um enorme sucesso no tratamento do HIV, de modo que agora é incomum que indivíduos tratados desenvolvam AIDS.

Greenwood, Alex D., Yasuko Ishida, Sean P. O & rsquoBrien, Alfred L. Roca e Maribeth V. Eiden. & ldquoTransmissão, evolução e endogenização: lições aprendidas com as recentes invasões retrovirais. & rdquo Microbiol. Mol. Biol. Rev. 82, não. 1 (1º de março de 2018): e00044-17. [Fonte]

Atta, Mohamed G., Sophie De Seigneux e Gregory M. Lucas. & ldquoClinical Pharmacology in HIV Therapy. & rdquo Jornal Clínico da Sociedade Americana de Nefrologia 14, não. 3 (7 de março de 2019): 435 e ndash44. [Fonte]


Organismo unicelular

Um organismo unicelular, também conhecido como organismo unicelular, é um organismo que consiste em uma única célula, ao contrário de um organismo multicelular que consiste em várias células. Os organismos unicelulares se enquadram em duas categorias gerais: organismos procarióticos e organismos eucarióticos. Os procariotos incluem bactérias e arquéias. Muitos eucariotos são multicelulares, mas o grupo inclui os protozoários, algas unicelulares e fungos unicelulares. Acredita-se que os organismos unicelulares sejam a forma de vida mais antiga, com as primeiras protocélulas possivelmente surgindo de 3,8 a 4 bilhões de anos atrás.
Embora alguns procariontes vivam em colônias, eles não são células especializadas com funções diferentes. Esses organismos vivem juntos e cada célula deve realizar todos os processos vitais para sobreviver. Em contraste, mesmo os organismos multicelulares mais simples têm células que dependem umas das outras para sobreviver.
A maioria dos organismos multicelulares tem um estágio de ciclo de vida unicelular. Os gametas, por exemplo, são unicélulas reprodutivas para organismos multicelulares. Além disso, a multicelularidade parece ter evoluído de forma independente muitas vezes na história da vida.
Alguns organismos são parcialmente unicelulares, como Dictyostelium discoideum. Além disso, os organismos unicelulares podem ser multinucleados, como Caulerpa, Plasmodium e Mixogastria.

1. Hipótese evolutiva
As protocélulas primitivas foram os precursores dos organismos unicelulares de hoje. Embora a origem da vida ainda seja um grande mistério, na teoria atual, conhecida como hipótese do mundo do RNA, as primeiras moléculas de RNA teriam sido a base para catalisar reações químicas orgânicas e autorreplicação.
A compartimentação foi necessária para que as reações químicas fossem mais prováveis, bem como para diferenciar as reações com o ambiente externo. Por exemplo, uma ribozima replicadora de RNA precoce pode ter replicado outras ribozimas replicadoras de diferentes sequências de RNA se não forem mantidas separadas. Essas células hipotéticas com um genoma de RNA em vez do genoma de DNA usual são chamadas de ribocélulas ou ribócitos.
Quando anfifílicos como os lipídios são colocados na água, as caudas hidrofóbicas que temem água se agregam para formar micelas e vesículas, com as extremidades hidrofílicas que amam a água voltadas para fora. As células primitivas provavelmente usaram vesículas de ácido graxo que se auto-organizam para separar as reações químicas e o ambiente. Por causa de sua simplicidade e capacidade de se automontar na água, é provável que essas membranas simples sejam anteriores a outras formas de moléculas biológicas primitivas.

2. Procariontes
Os procariotos não possuem organelas ligadas à membrana, como mitocôndrias ou um núcleo. Em vez disso, a maioria dos procariotos tem uma região irregular que contém DNA, conhecida como nucleóide. A maioria dos procariotos tem um único cromossomo circular, o que contrasta com os eucariotos, que normalmente possuem cromossomos lineares. Nutricionalmente, os procariotos têm a capacidade de utilizar uma ampla variedade de materiais orgânicos e inorgânicos para uso no metabolismo, incluindo enxofre, celulose, amônia ou nitrito. Os procariontes como um todo são onipresentes no meio ambiente e também existem em ambientes extremos.

2.1. Procariontes Bactérias
As bactérias são uma das formas de vida mais antigas do mundo e são encontradas virtualmente em toda a natureza. Muitas bactérias comuns têm plasmídeos, que são moléculas de DNA curtas, circulares e autorreplicantes separadas do cromossomo bacteriano. Os plasmídeos podem carregar genes responsáveis ​​por novas habilidades, sendo a resistência aos antibióticos de importância crítica atual. As bactérias se reproduzem predominantemente assexuadamente por meio de um processo denominado fissão binária. No entanto, cerca de 80 espécies diferentes podem passar por um processo sexual conhecido como transformação genética natural. A transformação é um processo bacteriano de transferência de DNA de uma célula para outra e, aparentemente, é uma adaptação para reparar danos ao DNA na célula receptora. Além disso, os plasmídeos podem ser trocados por meio do uso de um pilus em um processo conhecido como conjugação.
As cianobactérias fotossintéticas são indiscutivelmente as bactérias mais bem-sucedidas e mudaram a atmosfera primitiva da Terra ao oxigená-la. Estromatólitos, estruturas constituídas por camadas de carbonato de cálcio e sedimentos retidos que sobraram de cianobactérias e bactérias da comunidade associadas, deixaram para trás extensos registros fósseis. A existência de estromatólitos dá um excelente registro quanto ao desenvolvimento de cianobactérias, que são representadas entre o Arqueano 4 bilhões a 2,5 bilhões de anos atrás, Proterozóico 2,5 bilhões a 540 milhões de anos atrás e Fanerozóico 540 milhões de anos atrás até os dias atuais. Muitos dos estromatólitos fossilizados do mundo podem ser encontrados na Austrália Ocidental. Lá, alguns dos estromatólitos mais antigos foram encontrados, alguns datando de cerca de 3.430 milhões de anos atrás.
O envelhecimento clonal ocorre naturalmente nas bactérias e aparentemente se deve ao acúmulo de danos que podem ocorrer mesmo na ausência de estressores externos.

3. Eucariotos
As células eucarióticas contêm organelas ligadas à membrana, como mitocôndrias, um núcleo e cloroplastos. As células procarióticas provavelmente mudaram para células eucarióticas entre 2,0-1,4 bilhões de anos atrás. Este foi um passo importante na evolução. Em contraste com os procariontes, os eucariotos se reproduzem usando mitose e meiose. O sexo parece ser um atributo onipresente, antigo e inerente à vida eucariótica. A meiose, um verdadeiro processo sexual, permite o reparo recombinacional eficiente de danos ao DNA e uma maior variedade de diversidade genética, combinando o DNA dos pais, seguido de recombinação. As funções metabólicas em eucariotos também são mais especializadas por meio da divisão de processos específicos em organelas.
A teoria endossimbiótica sustenta que as mitocôndrias e os cloroplastos têm origens bacterianas. Ambas as organelas contêm seus próprios conjuntos de DNA e têm ribossomos semelhantes a bactérias. É provável que as mitocôndrias modernas já tenham sido uma espécie semelhante à Rickettsia, com a capacidade parasitária de entrar em uma célula. No entanto, se as bactérias fossem capazes de respirar, teria sido benéfico para a célula maior permitir que o parasita vivesse em troca de energia e desintoxicação de oxigênio. Os cloroplastos provavelmente se tornaram simbiontes por meio de um conjunto semelhante de eventos e são provavelmente descendentes de cianobactérias. Embora nem todos os eucariotos tenham mitocôndrias ou cloroplastos, as mitocôndrias são encontradas na maioria dos eucariotos e os cloroplastos são encontrados em todas as plantas e algas. A fotossíntese e a respiração são essencialmente o reverso uma da outra, e o advento da respiração juntamente com a fotossíntese possibilitou um acesso muito maior à energia do que a fermentação sozinha.

3.2. Eucariotos Algas unicelulares
As algas unicelulares são autotróficas semelhantes às plantas e contêm clorofila. Eles incluem grupos que possuem espécies multicelulares e unicelulares:
Algas verdes Chlorophyta, principalmente algas unicelulares encontradas em água doce. As clorofitas são de particular importância porque acredita-se que estejam mais intimamente relacionadas à evolução das plantas terrestres.
Diatomáceas, algas unicelulares que possuem paredes celulares siliciosas. Eles são a forma mais abundante de algas no oceano, embora também possam ser encontrados em água doce. Eles respondem por cerca de 40% da produção marinha primária mundial e produzem cerca de 25% do oxigênio mundial. As diatomáceas são muito diversas e compreendem cerca de 100.000 espécies.
Euglenophyta, algas flageladas, principalmente unicelulares que ocorrem frequentemente em água doce. Em contraste com a maioria das outras algas, elas não têm paredes celulares e podem ser mixotróficas tanto autotróficas quanto heterotróficas. Um exemplo é Euglena gracilis.
Dinoflagelados, algas unicelulares flageladas, algumas delas blindadas com celulose. Os dinoflagelados podem ser mixotróficos e são as algas responsáveis ​​pela maré vermelha. Alguns dinoflagelados, como Pyrocystis fusiformis, são capazes de bioluminescência.

3.3. Eucariotos Fungos unicelulares
Os fungos unicelulares incluem as leveduras. Os fungos são encontrados na maioria dos habitats, embora a maioria seja encontrada em terra. As leveduras se reproduzem por meio da mitose e muitas usam um processo chamado brotamento, em que a maior parte do citoplasma é mantida pela célula-mãe. Saccharomyces cerevisiae fermenta carboidratos em dióxido de carbono e álcool e é usado na fabricação de cerveja e pão. S. cerevisiae também é um organismo modelo importante, uma vez que é um organismo eucariótico fácil de crescer. Tem sido usado para pesquisar câncer e doenças neurodegenerativas, bem como para compreender o ciclo celular. Além disso, a pesquisa usando S. cerevisiae desempenhou um papel central na compreensão do mecanismo de recombinação meiótica e a função adaptativa da meiose. Candida spp. são responsáveis ​​pela candidíase, causando infecções na boca e / ou garganta conhecidas como aftas e vagina, comumente chamadas de infecção por fungos.

4. Organismos unicelulares macroscópicos
A maioria dos organismos unicelulares são de tamanho microscópico e, portanto, são classificados como microrganismos. No entanto, alguns protistas e bactérias unicelulares são macroscópicos e visíveis a olho nu. Exemplos incluem:
Xenofóforos, protozoários do filo Foraminifera, são os maiores exemplos conhecidos, com Syringammina fragilissima atingindo um diâmetro de até 20 cm 7,9 pol.
Nummulite, foraminíferos
Caulerpa, alga, pode atingir 3 metros de comprimento
Brefeldia maxima, um fungo viscoso, têm sido relatados exemplos de até um centímetro de espessura com uma área de superfície de mais de um metro quadrado e pesava cerca de 20 kg
Thiomargarita namibiensis é a maior bactéria, podendo atingir diâmetro de até 0,75 mm
Gromia sphaerica, ameba, 5 a 38 mm 0,2 a 1 pol.
Acetabularia, algas
Stentor, ciliados apelidados de animálculos da trombeta
Epulopiscium fishelsoni, uma bactéria
Valonia ventricosa, uma alga da classe Chlorophyceae, pode atingir um diâmetro de 1 a 4 cm 0,4 a 2 pol.


Notas

cortar texto devido a encadernação apertada
com destaques
texto ondulado devido ao livro

Item restrito de acesso true Addeddate 2019-12-10 08:50:30 Boxid IA1734520 Câmera Sony Alpha-A6300 (Controle) Collection_set printdisabled Identificador externo urn: oclc: record: 1150012551 Foldoutcount 0 Identifier isbn_9780558074135 Identifier-ark ark: / 13960 / t5r86gc4p Fatura 1652 Isbn 0132254379
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IB Biology HL A / B

Este curso de dois anos destina-se a um estudo dos fatos, princípios e processos da ciência da biologia. A ênfase é colocada em processos experimentais e na redação de relatórios de laboratório como forma de aplicar fatos científicos, conceitos e terminologia. Os alunos também compreenderão as implicações morais, éticas, socioeconômicas e ambientais em uma escala global, uma vez que se aplica a processos e princípios biológicos. Isso faz parte do Programa de Diploma e Certificado IB.Pré-requisito: Biologia. Taxa exigida

O programa de estudos do IB Biologia é uma lista de todos os entendimentos, aplicações e habilidades que a Organização do IB exige que sejam ensinados ao longo dos dois anos do curso de nível superior do IB Biologia. Embora não possamos necessariamente progredir pelas declarações do programa em ordem, elas são apresentadas para você aqui

U “compreensão” - conceitos de conteúdo específicos
Uma “aplicação” - exemplos ilustrativos ou experimentos significativos na história da biologia
S “habilidade” - atividades práticas ou análise de dados (laboratórios)
NOS “natureza da ciência” - os métodos e limitações da biologia como um empreendimento científico

Tópico 1: Biologia Celular 1.1 Introdução às células Ideia essencial: A evolução dos organismos multicelulares permitiu a especialização celular e a substituição celular.

U 1 Organismos vivos são compostos de células. Os organismos unicelulares U 2 realizam todas as funções da vida. A superfície da célula U 3 em relação ao volume é uma limitação importante do tamanho da célula. Organismos U 4 multicelulares possuem propriedades que emergem devido à interação de seus componentes celulares. U 5 Tecidos especializados podem se desenvolver por diferenciação celular em organismos multicelulares. A diferenciação U 6 envolve a expressão de alguns genes e não de outros no genoma de uma célula. U 7 A capacidade das células-tronco de se dividirem e se diferenciarem ao longo de diferentes vias é necessária no desenvolvimento embrionário e também torna as células-tronco adequadas para usos terapêuticos. A 1 Questionando a teoria celular usando exemplos atípicos, incluindo músculo estriado, algas gigantes e hifas fúngicas aseptate. A 2 Investigação das funções da vida em Paramecium e um denominado organismo unicelular fotossintético. A 3 Uso de células-tronco para tratar a doença de Stargardt e uma outra condição nomeada. A 4 Ética do uso terapêutico de células-tronco de embriões especialmente criados, do sangue do cordão umbilical de um bebê recém-nascido e dos próprios tecidos de um adulto. S 1 Uso de um microscópio de luz para investigar a estrutura de células e tecidos, com desenho de células. Cálculo da ampliação de desenhos e do tamanho real de estruturas e ultraestruturas mostradas em desenhos ou micrografias. (Prático 1) NOS 1 Em busca de tendências e discrepâncias - embora a maioria dos organismos esteja de acordo com a teoria celular, há exceções. NOS 2 Implicações éticas da pesquisa - a pesquisa envolvendo células-tronco está crescendo em importância e levanta questões éticas.

1.2 Ultraestrutura das células Ideia essencial: Os eucariotos têm uma estrutura celular muito mais complexa do que os procariontes.

Os procariontes U 1 têm uma estrutura celular simples sem compartimentação. U 2 Eukaryotes têm uma estrutura celular compartimentada. Os microscópios eletrônicos U 3 têm uma resolução muito maior do que os microscópios de luz. A 1 Estrutura e função das organelas nas células da glândula exócrina do pâncreas e nas células mesofílicas da paliçada
U “compreensão” - conceitos de conteúdo específico A “aplicação” - exemplos ilustrativos ou experimentos significativos na história da biologia S “habilidade” - atividades práticas ou análise de dados NOS “natureza da ciência” - os métodos e limitações da biologia como um esforço científico
da folha. A 2 procariontes dividem-se por fissão binária. S 1 Desenhos da ultraestrutura de células procarióticas com base em micrografias eletrônicas. S 2 Desenhos da ultraestrutura de células eucarióticas com base em micrografias eletrônicas. S 3 Interpretações de micrografias eletrônicas para identificar organelas e deduzir a função de células especializadas. NOS 1 O desenvolvimento da pesquisa científica segue as melhorias no aparelho - a invenção dos microscópios eletrônicos levou a uma maior compreensão da estrutura celular.

1.3 Estrutura da membrana Ideia essencial: A estrutura das membranas biológicas as torna fluidas e dinâmicas.

Os fosfolipídios U 1 formam bicamadas na água devido às propriedades anfipáticas das moléculas de fosfolipídios. As proteínas da membrana U 2 são diversas em termos de estrutura, posição nas membranas e função. O colesterol U 3 é um componente das membranas celulares dos animais. O colesterol A1 nas membranas de mamíferos reduz a fluidez da membrana e a permeabilidade a alguns solutos. S 1 Desenho do modelo de mosaico fluido. S 2 Análise de evidências por microscopia eletrônica que levou à proposta do modelo Davidson-Danielli. S 3 Análise da falsificação do modelo Davison-Danielli que deu origem ao modelo Singer-Nicolson. NOS 1 Usando modelos como representações do mundo real, existem modelos alternativos de estruturas de membrana. NOS 2 A falsificação de teorias com uma teoria sendo substituída por outra - evidência falsificou o modelo Davison-Danielli.

1.4 Transporte por membrana Ideia essencial: As membranas controlam a composição das células por transporte ativo e passivo.

As partículas de U 1 movem-se através das membranas por difusão simples, difusão facilitada, osmose e transporte ativo. U 2 A fluidez das membranas permite que os materiais sejam levados para as células por endocitose ou liberados por exocitose. As vesículas movem materiais dentro das células. A 1 Estrutura e função das bombas de sódio-potássio para transporte ativo e canais de potássio para difusão facilitada nos axônios. A 2 Tecidos ou órgãos a serem usados ​​em procedimentos médicos devem ser banhados em uma solução com a mesma osmolaridade do citoplasma para prevenir osmose. S 1 Estimativa da osmolaridade em tecidos banhando amostras em soluções hipotônicas e hipertônicas. (Prático 2) NOS 1 Projeto experimental - medições quantitativas precisas em experimentos de osmose são essenciais.

1.5 Origem das Células Idéia Essencial: Existe uma cadeia ininterrupta de vida desde as primeiras células na Terra até todas as células dos organismos vivos hoje.

As células U 1 só podem ser formadas por divisão de células pré-existentes. U 2 As primeiras células devem ter surgido de material não vivo. U 3 A origem das células eucarióticas pode ser explicada pela teoria endossimbiótica. A 1 Evidência dos experimentos de Pastuer de que a geração espontânea de células e organismos não ocorre agora na Terra. NOS 1 Testar os princípios gerais que sublinham o mundo natural - os princípios de que as células só vêm de células pré-existentes precisam ser verificados.

1.6 Ideia essencial da divisão celular: A divisão celular é essencial, mas deve ser controlada.

A mitose U 1 é a divisão do núcleo em dois núcleos filhos geneticamente idênticos. Os cromossomos U 2 condensam por superenrolamento durante a mitose. A citocinese U 3 ocorre após a mitose e é diferente em plantas e células animais. A interfase U 4 é uma fase muito ativa do ciclo celular, com muitos processos ocorrendo no núcleo e no citoplasma. As ciclinas U 5 estão envolvidas no controle do ciclo celular. Mutágenos U 6, oncogenes e metástases estão envolvidos no desenvolvimento de tumores primários e secundários. A 1 A correlação entre tabagismo e incidência de câncer. S 1 Identificação das fases da mitose nas células vistas ao microscópio ou à micrografia.
S 2 Determinação de um índice mitótico a partir de uma micrografia. NOS 1 Serendipidade e descobertas científicas - a descoberta das ciclinas foi acidental.

Tópico 2: Biologia Molecular 2.1 Moléculas para o Metabolismo Ideia Essencial: Organismos vivos controlam sua composição por uma teia complexa de reações químicas.

U 1 A biologia molecular explica os processos vivos em termos das substâncias químicas envolvidas. U 2 Os átomos de carbono podem formar quatro ligações covalentes, permitindo a existência de uma diversidade de compostos estáveis. U 3 A vida é baseada em compostos de carbono, incluindo carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos. Metabolismo do U 4 é a teia de todas as reações catalisadas por enzimas em uma célula ou organismo. U 5 Anabolismo é a síntese de moléculas complexas a partir de moléculas mais simples, incluindo a formação de macromoléculas a partir de monômeros por reações de condensação. U 6 Catabolismo é a quebra de moléculas complexas em moléculas mais simples, incluindo a hidrólise de macromoléculas em monômeros A 1 Ureia como um exemplo de um composto que é produzido por organismos vivos, mas também pode ser sintetizado artificialmente S 1 Desenho de diagramas moleculares de glicose, ribose, um ácido graxo saturado e um aminoácido generalizado S 2 Identificação de bioquímicos, como açúcares, lipídios ou aminoácidos dos desenhos moleculares NOS 1 Falsificação de teorias - a síntese artificial da ureia ajudou a falsificar o vitalismo.

2.2 Água Ideia Essencial: Água é o meio de vida.

As moléculas de água U 1 são polares e as ligações de hidrogênio se formam entre elas. A ligação do hidrogênio U 2 e a dipolaridade explicam as propriedades coesivas, adesivas, térmicas e solventes da água. As substâncias U 3 podem ser hidrofílicas ou hidrofóbicas. A 1 Comparação das propriedades térmicas da água com as do metano. A 2 Uso de água como refrigerante no suor. A 3 modos de transporte de glicose, aminoácidos, colesterol, gorduras. Oxigênio e sódio no sangue em relação à solubilidade em água. NOS 1 Uso de teorias para explicar fenômenos naturais - a teoria de que ligações de hidrogênio se formam entre as moléculas de água explica as propriedades da água.

2.3 Carboidratos e lipídios Ideia essencial: Compostos de carbono, hidrogênio e oxigênio são usados ​​para fornecer e armazenar energia.

Monômeros de monossacarídeo U 1 são ligados entre si por reações de condensação para formar dissacarídeos e polímeros de polissacarídeos. Os ácidos graxos U 2 podem ser saturados, monoinsaturados e poliinsaturados. Os ácidos graxos insaturados U 3 podem ser isômeros cis ou trans. Os triglicerídeos U 4 são formados pela condensação de três ácidos graxos e um glicerol. A 1 Estrutura e função da celulose e amido em plantas e glicogênio em humanos. A 2 Evidências científicas para os riscos à saúde da gordura trans e dos ácidos graxos saturados. Os lipídios A 3 são mais adequados para o armazenamento de energia de longo prazo em humanos do que os carboidratos. A 4 Avaliação de evidências e os métodos usados ​​para obter evidências para alegações de saúde feitas sobre lipídios. S 1 Uso de software de visualização molecular para comparar celulose, amido e glicogênio. S 2 Determinação do índice de massa corporal por cálculo ou uso de um nomograma. NOS 1 Avaliação de alegações - alegações de saúde feitas sobre lipídios em dietas precisam ser avaliadas.

2.4 Idéia essencial de proteínas: As proteínas têm uma ampla gama de funções nos organismos vivos.

Os aminoácidos U 1 são ligados entre si por condensação para formar polipeptídeos. U 2 Existem 20 aminoácidos diferentes nos polipeptídeos sintetizados nos ribossomos. Os aminoácidos U 3 podem ser ligados entre si em qualquer sequência, dando uma grande variedade de polipeptídeos possíveis. U 4 A sequência de aminoácidos dos polipeptídeos é codificada por genes.
A proteína U5A pode consistir em um único polipeptídeo ou mais de um polipeptídeo ligado entre si. U 6 A sequência de aminoácidos determina a conformação tridimensional de uma proteína. U 7 Os organismos vivos sintetizam muitas proteínas diferentes com uma ampla gama de funções. U 8 Cada indivíduo possui um proteoma único. A 1 Rubisco, imunoglobulinas de insulina, rodopsina, colágeno e seda de aranha como exemplos da gama de funções das proteínas. A 2 Desnaturação de proteínas por calor ou por desvio do pH do ótimo. S 1 Desenho de diagramas moleculares para mostrar a formação de uma ligação peptídica. NOS 1 Em busca de padrões, tendências e discrepâncias - a maioria, mas nem todos os organismos reúnem proteínas a partir dos mesmos aminoácidos.

2.5 Enzimas Ideia essencial: As enzimas controlam o metabolismo da célula.

As enzimas U 1 têm um sítio ativo ao qual se ligam substratos específicos. A catálise da enzima U 2 envolve o movimento molecular e a colisão de substratos com o sítio ativo. U 3 A temperatura, o pH e a concentração do substrato afetam a taxa de atividade das enzimas. As enzimas U 4 são desnaturadas. As enzimas U 5 imobilizadas são amplamente utilizadas na indústria. A 1 Métodos de produção de leite sem lactose e suas vantagens. S 1 Desenho de experimentos para testar o efeito da temperatura, pH e concentração de substrato na atividade das enzimas. S 2 Investigação experimental de um fator que afeta a atividade enzimática. (Prático 3) NOS 1 Projeto experimental - medições quantitativas precisas em experimentos de enzimas requerem réplicas para garantir a confiabilidade.

2.6 Estrutura do DNA e do RNA Ideia essencial: A estrutura do DNA permite o armazenamento eficiente de informações genéticas.

U 1 Os ácidos nucléicos DNA e RNA são polímeros de nucleotídeos. O DNA U 2 difere do RNA no número de fitas presentes, na composição de bases e no tipo de pentose. O DNA U 3 é uma dupla hélice composta por duas fitas antiparalelas de nucleotídeos unidas por ligações de hidrogênio entre pares de bases complementares. A elucidação de 1 Crick e Watson da estrutura do DNA usando a construção de modelos. S 1 Desenho de diagramas simples da estrutura de nucleotídeos únicos de DNA e RNA, usando círculos, pentágonos e retângulos para representar fosfatos, pentoses e bases. NOS 1 Usando modelos como representação do mundo real - Crick e Watson usaram a construção de modelos para descobrir a estrutura do DNA.

2.7 Replicações, transcrição e tradução de DNA Ideia essencial: As informações genéticas no DNA podem ser copiadas com precisão e podem ser traduzidas para produzir as proteínas necessárias à célula.

U 1 A replicação do DNA é semiconservadora e depende do emparelhamento complementar de bases. U 2 Helicase desenrola a dupla hélice e separa as duas fitas quebrando as ligações de hidrogênio. A U 3 DNA polimerase liga os nucleotídeos para formar uma nova fita, usando uma fita pré-existente como molde. A transcrição U 4 é a síntese de mRNA copiado das sequências de bases de DNA pela RNA polimerase. A tradução U 5 é a síntese de polipeptídeos em ribossomos. U 6 A sequência de aminoácidos dos polipeptídeos é determinada por mRNA de acordo com o código genético. Os códons U 7 de três bases no mRNA correspondem a um aminoácido em um polipeptídeo. A tradução de U 8 depende do emparelhamento complementar entre códons no mRNA e anticódons no tRNA. A 1 Uso da Taq DNA polimerase para produzir múltiplas cópias de DNA rapidamente pela reação em cadeia da polimerase (PCR). A 2 Produção de insulina humana em bactérias como exemplo da universalidade do código genético que permite a transferência de genes entre espécies. S 1 Use uma tabela do código genético para deduzir quais códons correspondem a quais aminoácidos. S 2 Análise dos resultados de Messelson e Stahl para obter suporte para a teoria da replicação semiconservativa do DNA. S 3 Use uma tabela de códons de mRNA e seus aminoácidos correspondentes para deduzir a sequência de aminoácidos codificados por uma fita curta de mRNA de sequência de base conhecida. S 4 Deduzindo a sequência de bases de DNA para a fita de mRNA. NOS 1 Obtenção de evidências para teorias científicas - Messelson e Stahl obtiveram evidências para o semiconservador
replicação do DNA.

2.8 Respiração celular Ideia essencial: A respiração celular fornece energia para as funções vitais.

A respiração das células U 1 é a liberação controlada de energia de compostos orgânicos para produzir ATP. O U 2 ATP da respiração celular está imediatamente disponível como fonte de energia na célula. A respiração de células anaeróbicas U 3 fornece uma pequena produção de ATP a partir da glicose. A respiração das células aeróbicas U 4 requer oxigênio e fornece um grande rendimento de ATP a partir da glicose. A 1 Uso da respiração celular anaeróbica em leveduras para produzir etanol e dióxido de carbono na panificação. A 2 produção de lactato em humanos quando a respiração anaeróbica é usada para maximizar a força das contrações musculares. S 1 Análise de resultados de experimentos envolvendo medição de taxas de respiração em sementes em germinação ou invertebrados usando um respirômetro. NOS 1 Avaliando a ética da pesquisa científica - o uso de invertebrados em experimentos com respirômetros.

2.9 Idéia essencial da fotossíntese: A fotossíntese usa a energia da luz solar para produzir a energia química necessária à vida.

Fotossíntese U 1 é a produção de compostos de carbono nas células usando a energia da luz. A luz visível U 2 tem uma faixa de comprimentos de onda, com violeta o comprimento de onda mais curto e vermelho o mais longo. A clorofila U 3 absorve a luz vermelha e azul de forma mais eficaz e reflete a luz verde mais do que outras cores. O oxigênio U 4 é produzido na fotossíntese a partir da fotólise da água. A energia U 5 é necessária para produzir carboidratos e outros compostos de carbono a partir do dióxido de carbono. U 6 Temperatura, intensidade de luz e concentração de dióxido de carbono são possíveis fatores limitantes na taxa de fotossíntese. A 1 Mudanças na atmosfera da Terra, oceanos e deposição de rochas devido à fotossíntese. S 1 Desenho de um espectro de absorção para a clorofila e um espectro de ação para a fotossíntese. S 2 Projete um espectro de absorção para a clorofila e um espectro de ação para a fotossíntese. S 3 Separação de pigmentos fotossintéticos por cromatógrafo. (Prático 4) NOS 1 Projeto experimental - controlar variáveis ​​relevantes em experimentos de fotossíntese é essencial.

Tópico 3: Genética 3.1 Genes Ideia essencial: Todo organismo vivo herda um projeto de vida de seus pais.

U 1 Um gene é um fator hereditário que consiste em um comprimento de DNA e influencia uma característica específica. O gene U 2 A ocupa uma posição específica em um cromossomo. U 3 As várias formas específicas de um gene são alelos. Os alelos U 4 diferem uns dos outros por uma ou apenas algumas bases. U 5 Novos alelos são formados por mutação. U 6 O genoma é o conjunto de informações genéticas de um organismo. U 7 Toda a sequência de bases dos genes humanos foi sequenciada no Projeto Genoma Humano. A 1 As causas da anemia falciforme, incluindo uma mutação de substituição de base, uma alteração na sequência de base do mRNA transcrito a partir dela e uma alteração na sequência de um polipeptídeo na hemoglobina. A 2 Comparação do número de genes em humanos com outras espécies. S 1 Uso de um banco de dados para determinar diferenças na sequência de bases de um gene em duas espécies. NOS 1 Desenvolvimentos na pesquisa científica seguem melhorias na tecnologia - sequenciadores de genes são usados ​​para o sequenciamento de genes.

3.2 Cromossomos Idéia essencial: Os cromossomos carregam genes em uma sequência linear que é compartilhada por membros de uma espécie.

Os procariontes U 1 têm um cromossomo que consiste em uma molécula de DNA circular. U 2 Alguns procariontes também possuem plasmídeos, mas os eucariotos não.
Os cromossomos U 3 eucariotos são moléculas lineares de DNA associadas a proteínas histonas. U 4 Em uma espécie de eucarioto, existem diferentes cromossomos que carregam genes diferentes. Cromossomos homólogos U 5 carregam a mesma sequência de genes, mas não necessariamente os mesmos alelos desses genes. Os núcleos diplóides U 6 têm pares de cromossomos homólogos. U 7 Os núcleos haplóides têm um cromossomo de cada par. U 8 O número de cromossomos é uma característica de membro de uma espécie. U 9 ​​Um cariograma mostra os cromossomos de um organismo em pares homólogos de comprimento decrescente. U 10 O sexo é determinado pelos cromossomos sexuais e os autossomos são cromossomos que não determinam o sexo. Uma técnica de 1 Cairns para medir o comprimento do DNA por autoradiografia. A 2 Comparação do tamanho do genoma no fago T2, Escherichia coli, Drosophila melanogaster, Homo sapiens, Paris japonica. A 3 Comparação de números de cromossomos diplóides de Homo sapiens, Pan troglodytes, Canis familiaris, Oryza sativa, Parascarsis equorum. A 4 Use cariogramas para deduzir o sexo e diagnosticar a Síndrome de Down em humanos. S 1 Uso de bancos de dados para identificar o foco de um gene humano e seu produto polipeptídico. NOS 1 Desenvolvimentos na pesquisa seguem melhorias nas técnicas - a autoradiografia foi usada para estabelecer o comprimento das moléculas de DNA nos cromossomos.

3.3 Meiose Ideia essencial: Os alelos segregam durante a meiose, permitindo que novas combinações sejam formadas pela fusão de gametas.

U 1 Um dos núcleos diplóides se divide por meiose para produzir quatro núcleos haplóides.U 2 A redução pela metade do número de cromossomos permite um ciclo de vida sexual com fusão de gametas. O DNA U 3 é replicado antes da meiose, de modo que todos os cromossomos consistem em duas cromátides irmãs. U 4 Os estágios iniciais da meiose envolveram o emparelhamento de cromossomos homólogos e o cruzamento da condensação seguida. U 5 A orientação dos pares de cromossomos homólogos antes da separação é aleatória. U 6 A separação de pares de cromossomos homólogos na primeira divisão da meiose divide pela metade o número de cromossomos. O cruzamento de U 7 e a orientação aleatória promovem a variação genética. U 8 A fusão de gametas de diferentes pais promove a variação genética. A não disjunção A 1 pode causar síndrome de Down e outras anormalidades cromossômicas. A 2 Estudos que mostram que a idade dos pais influencia as chances de não disjunção. A 3 Descrição de métodos usados ​​para obter células para análise de cariótipo, e. biópsia de vilo corial e amniocentese e os riscos associados. S 1 Desenho de diagramas para mostrar os estágios da meiose que resultam na formação de quatro células haplóides. NOS 1 Fazendo observações cuidadosas - a meiose foi descoberta por exame microscópico de células germinativas em divisão.

3.4 Ideia essencial de herança: A herança de genes segue padrões. U 1 Mendel descobriu os princípios da herança com experimentos nos quais um grande número de ervilhas foi cruzado. Os gametas U 2 são haplóides, portanto, contêm apenas um alelo de cada gene. U 3 Os alelos de cada gene se separam em diferentes núcleos filhos haplóides durante a meiose. A fusão U 4 de gametas resulta em zigotos diplóides com dois alelos de cada gene que podem ser o mesmo alelo ou alelos diferentes. Os alelos dominantes U 5 mascaram o efeito dos alelos recessivos, mas os alelos co-dominantes têm efeitos conjuntos. U 6 Muitas doenças genéticas em humanos são devidas a alelos excessivos de genes autossômicos, embora algumas doenças genéticas sejam devidas a alelos dominantes ou co-dominantes. U 7 Algumas doenças genéticas estão ligadas ao sexo. O padrão de herança é diferente com os genes ligados ao sexo devido à sua localização nos cromossomos sexuais. U 8 Muitas doenças genéticas foram identificadas em humanos, mas a maioria é muito rara. U 9 ​​A radiação e os produtos químicos mutagênicos aumentam a taxa de mutação e podem causar doenças genéticas e câncer. A 1 Herança de grupos sanguíneos ABO.
Daltonismo com 2 Re-green e hemofilia como exemplos de herança ligada ao sexo. A 3 Herança de fibrose cística e doença de Huntington. A 4 Consequências da radiação após o bombardeio nuclear de Hiroshima e o acidente em Chernobyl. S 1 Construção de grades de Punnett para prever os resultados de cruzamentos genéticos mono-híbridos. S 2 Comparação de resultados previstos e reais de cruzamentos genéticos usando dados reais. S 3 Análise de gráficos de linhagem para deduzir o padrão de herança de doenças genéticas. NOS 1 Fazendo medições quantitativas com repetições para garantir a confiabilidade, os cruzamentos genéticos de Mendel com plantas de ervilha geraram dados numéricos.

3.5 Modificação Genética e Biotecnologia Ideia Essencial: Os biólogos desenvolveram técnicas para a manipulação artificial de DNA, células e organismos.

A eletroforese em gel U 1 é usada para separar proteínas ou fragmentos de DNA de acordo com o tamanho. O U 2 PCR pode ser usado para amplificar pequenas quantidades de DNA. O perfil de DNA U 3 envolve a comparação de DNA. U 4 A modificação genética é realizada por transferência de genes entre espécies. Os clones U 5 são grupos de organismos geneticamente idênticos, derivados de uma única célula-mãe original. U 6 Muitas espécies de plantas e algumas espécies de animais possuem métodos naturais de clonagem. Os animais U 7 podem ser clonados na fase embrionária, dividindo-se o embrião em mais de um grupo de células. Métodos U 8 foram desenvolvidos para clonar animais adultos usando células diferenciadas. A 1 Uso de perfis de DNA em investigações de paternidade e forenses. A transferência de genes A 2 em bactérias usando plasmídeos faz uso de endonucleases de restrição e ligases de DNA. A 3 Avaliação dos riscos e benefícios potenciais associados à modificação genética de safras. A 4 Produção de embriões clones produzidos por transferência nuclear de células somáticas. S 1 Desenho de um experimento para avaliar um fator que afeta o enraizamento de estacas-tronco. S 2 Análise de exemplos de perfis de DNA. S 3 Análise de dados sobre riscos para borboletas monarca de safras Bt. NOS 1 Avaliação dos riscos associados à investigação científica - os cientistas procuram avaliar os riscos associados às culturas ou gado geneticamente modificados.

Tópico 4: Ecologia 4.1 Espécies, Comunidades e Ecossistemas Ideia Essencial: A sobrevivência contínua de organismos vivos, incluindo humanos, depende de comunidades sustentáveis.

Espécies U 1 são grupos de organismos que podem potencialmente cruzar para produzir descendentes férteis. Membros U 2 de uma espécie podem ser isolados reprodutivamente em populações separadas. As espécies U 3 possuem um método de nutrição autotrófico ou heterotrófico (algumas espécies possuem ambos os métodos). Os consumidores de U 4 são heterotróficos que se alimentam de organismos vivos por ingestão. U 5 Detrívoros são heterótrofos que obtêm nutrientes orgânicos de detritos por digestão interna. U 6 Saprotrophs são heterotrophs que obtêm nutrientes orgânicos de organismos mortos por digestão externa. U 7 Uma comunidade é formada por populações de diferentes espécies vivendo juntas e interagindo umas com as outras. U 8 A comunidade forma um ecossistema por meio de suas interações com o ambiente abiótico. Os autotróficos U 9 obtêm nutrientes inorgânicos do ambiente abiótico. U 10 O fornecimento de nutrientes inorgânicos é mantido pela reciclagem de nutrientes. Ecossistemas U 11 têm potencial para serem sustentáveis ​​por longos períodos de tempo. S 1 Classificar as espécies como autótrofas, consumidoras, detrívoros ou saprótrofas a partir do conhecimento de seu modo de nutrição. S 2 Criação de mecocosmos lacrados para tentar estabelecer a sustentabilidade. (Prático 5) S 3 Teste de associação entre duas espécies usando o teste qui-quadrado com dados obtidos de amostragem quadrática. S 4 Reconhecer e interpretar a significância estatística. NOS 1 Procurando por padrões, tendências e discrepâncias - plantas e algas são em sua maioria autotróficas, mas algumas não são.

4.2 Fluxo de energia Idéia essencial: Os ecossistemas requerem um suprimento contínuo de energia para alimentar os processos vitais e para repor a energia perdida na forma de calor.

U 1 A maioria dos ecossistemas depende do suprimento de energia da luz solar. U 2 A energia da luz é convertida em energia química em compostos de carbono pela fotossíntese. U 3 A energia química em compostos de carbono flui através das cadeias alimentares por meio da alimentação. U 4 A energia liberada pelos compostos de carbono pela respiração é usada em organismos vivos e convertida em calor. U 5 Os organismos vivos não podem converter calor em outras formas de energia. U 6 Calor é perdido nos ecossistemas. U 7 As perdas de energia entre os níveis tróficos restringem o comprimento das cadeias alimentares e a biomassa dos níveis tróficos mais elevados. S 1 Representações quantitativas do fluxo de energia usando pirâmides de energia. NOS 1 Use teorias para explicar fenômenos naturais - os conceitos de fluxo de energia explicam o comprimento limitado das cadeias alimentares.

4.3 Ideia essencial do ciclo do carbono: A disponibilidade contínua de carbono nos ecossistemas depende do ciclo do carbono.

U 1 Autotrophs convertem dióxido de carbono em carboidratos e outros compostos de carbono. U 2 Em ecossistemas aquáticos, o carbono está presente como dióxido de carbono dissolvido e íons de carbonato de hidrogênio. O dióxido de carbono U 3 se difunde da atmosfera ou da água para os autótrofos. U 4 O dióxido de carbono é produzido pela respiração e se difunde dos organismos para a água ou a atmosfera. O U 5 metano é produzido a partir de matéria orgânica em condições anaeróbicas por arquéias metanogênicas e alguns se difunde na atmosfera ou se acumula no solo. O U 6 metano é oxidado a dióxido de carbono e água na atmosfera. U 7 A turfa se forma quando a matéria orgânica não está totalmente decomposta devido às condições ácidas e / ou anaeróbicas em solos alagados. U 8 Matéria orgânica parcialmente decomposta de eras geológicas anteriores foi convertida em carvão ou em óleo e gás que se acumulam nas rochas porosas. U 9 ​​O dióxido de carbono é produzido pela combustão de biomassa e matéria orgânica fossilizada. Animais U 10, como corais construtores de recifes e moluscos, têm partes duras compostas por carbonato de cálcio e podem se fossilizar em calcário. A 1 Estimativa de fluxos de carbono devido a processos no ciclo do carbono. A 2 Análise de dados de estações de monitoramento do ar para explicar as flutuações anuais. S 1 Construa um diagrama do ciclo do carbono. NOS 1 Fazer medições quantitativas precisas - é importante obter dados confiáveis ​​sobre as concentrações de dióxido de carbono e metano na atmosfera.

4.4 Idéia essencial para a mudança climática: as concentrações de gases na atmosfera afetam os climas experimentados na superfície da Terra.

U 1 O dióxido de carbono e o vapor de água são os gases de efeito estufa mais significativos. U 2 Outros gases, incluindo metano e óxidos de nitrogênio, têm menos impacto. U 3 O impacto de um gás depende de sua capacidade de absorver radiação de ondas longas, bem como de sua concentração na atmosfera. U 4 A Terra aquecida emite radiação de comprimento de onda mais longo (calor). U 5 A radiação de onda mais longa é absorvida pelos gases de efeito estufa que retêm o calor na atmosfera. U 6 As temperaturas globais e os padrões climáticos são influenciados pelas concentrações de gases de efeito estufa. U 7 Há uma correlação entre o aumento das concentrações atmosféricas de dióxido de carbono desde o início da revolução industrial, há 200 anos, e as temperaturas globais médias. U 8 Aumentos recentes no dióxido de carbono atmosférico são em grande parte devido ao aumento na combustão de matéria orgânica fossilizada. A 1 Ameaças aos recifes de coral devido ao aumento das concentrações de dióxido de carbono dissolvido. A 2 Correlações entre as temperaturas globais e as concentrações de dióxido de carbono na Terra. A 3 A avaliação afirma que as atividades humanas não estão causando as mudanças climáticas. NOS 1 Avaliação de afirmações - avaliação das afirmações de que as atividades humanas estão a produzir alterações climáticas.

Tópico 5: Evolução e Biodiversidade
5.1 Evidências para a Evolução Idéia Essencial: Existem evidências esmagadoras para a evolução da vida na Terra.

A evolução U 1 ocorre quando as características hereditárias das espécies mudam. U 2 O registro fóssil fornece evidências da evolução. U 3 A criação seletiva de animais domesticados mostra que a seleção artificial pode causar evolução. U 4 A evolução de estruturas homólogas por radiação adaptativa explica semelhanças na estrutura quando há diferenças na função. U 5 As populações de uma espécie podem divergir gradualmente em espécies separadas pela evolução. U 6 A variação contínua em toda a gama geográfica de populações relacionadas corresponde ao conceito de divergência gradual. A 1 Desenvolvimento de insetos melanísticos em áreas poluídas. A 2 Comparação do membro pentadáctilo de mamíferos, pássaros, anfíbios e répteis com diferentes métodos de locomoção. NOS 1 Em busca de padrões, tendências e discrepâncias - existem características comuns na estrutura óssea dos membros dos vertebrados, apesar de seu uso variado.

5.2 Idéia essencial da seleção natural: A diversidade da vida evoluiu e continua a evoluir pela seleção natural.

U 1 A seleção natural só pode ocorrer se houver variação entre membros da mesma espécie. A mutação U 2, a meiose e a reprodução sexuada causam variação entre os indivíduos de uma espécie. U 3 Adaptações são características que tornam o indivíduo adequado ao seu ambiente e modo de vida. As espécies U 4 tendem a produzir mais descendentes do que o ambiente pode suportar. U 5 Indivíduos mais bem adaptados tendem a sobreviver e produzir mais descendentes, enquanto os menos adaptados tendem a morrer ou produzir menos descendentes. U 6 Indivíduos que reproduzem passam características para seus filhos. U 7 A seleção natural aumenta a frequência de características que tornam os indivíduos mais bem adaptados e diminui a frequência de outras características que levam a mudanças dentro da espécie. A 1 Mudanças nos bicos dos tentilhões em Daphne Major. A 2 Evolução da resistência aos antibióticos em bactérias. NOS 1 Use teorias para explicar fenômenos naturais - a teoria da evolução por seleção natural pode explicar o desenvolvimento de resistência a antibióticos em bactérias.

5.3 Ideia essencial para classificação e biodiversidade: As espécies são nomeadas e classificadas usando um sistema acordado internacionalmente.

U 1 O sistema binomial de nomes para espécies é universal entre os biólogos e foi acordado e desenvolvido em uma série de congressos. U 2 Quando as espécies são descobertas, elas recebem nomes científicos usando o sistema binomial. Os taxonomistas U 3 classificam as espécies usando uma hierarquia de táxons. U 4 Todos os organismos são classificados em três domínios. U 5 Os principais taxa para classificar eucariotos são reino, filo, classe, ordem, família e gênero e espécie. U 6 Em uma classificação natural, o gênero e taxa superior acompanhante consistem em todas as espécies que evoluíram de uma espécie ancestral comum. Os taxonomistas U 7 às vezes reclassificam grupos de espécies quando novas evidências mostram que um táxon anterior contém espécies que evoluíram de diferentes espécies ancestrais. A classificação natural U 8 ajuda na identificação de espécies e permite a previsão de características compartilhadas por espécies dentro de um grupo. A 1 Classificação de uma planta e uma espécie animal do domínio ao nível de espécie. A 2 Características de reconhecimento de briófitas, filicinófitas, coniferófitas e angiospermófitas. A 3 Características de reconhecimento de porifera, cnidário pletyhelmintha, annelida, Mollusca, arthropda e chordata. A 4 Reconhecimento de características de pássaros, mamíferos, anfíbios, répteis e peixes. S 1 Construção de chaves dicotômicas para uso na identificação de espécimes NOS 1 Cooperação e colaboração entre grupos de cientistas-cientistas usam o sistema binomial para identificar uma espécie em vez de muitos nomes locais diferentes.

5.4 Cladística Ideia essencial: A ancestralidade de grupos de espécies pode ser deduzida comparando suas sequências de bases ou de aminoácidos.

U 1 Um clado é um grupo de organismos que evoluíram de um ancestral comum. U 2 As evidências de quais espécies fazem parte de um clado podem ser obtidas a partir das sequências de bases de um gene ou da sequência de aminoácidos correspondente de uma proteína. As diferenças de sequência U 3 se acumulam gradualmente, então há uma correlação positiva entre o número de diferenças entre duas espécies e o tempo desde que elas divergiram de um ancestral comum. As características U 4 podem ser análogas ou homólogas. Os cladogramas U 5 são diagramas em árvore que mostram a seqüência mais provável de divergência nos clados. U 6 Evidências da cladística mostraram que as classificações de alguns grupos com base na estrutura não correspondem às origens evolutivas de um grupo ou espécie. Cladogramas A 1 incluindo humanos e outros primatas. A 2 Reclassificação da família figwort usando evidências de cladística. S 1 Análise de cladogramas para deduzir relações evolutivas. NOS 1 A falsificação de teorias com uma teoria sendo substituída por outra - famílias de plantas foram reclassificadas como resultado de evidências de cladística.

Tópico 6: Fisiologia Humana 6.1. Digestão e Absorção Idéia Essencial: A estrutura da parede do intestino delgado permite que ele se mova, digira e absorva os alimentos.

U 1 A contração dos músculos circulares e longitudinais do intestino delgado mistura o alimento com as enzimas e o move ao longo do intestino. U 2 O pâncreas secreta enzimas no lúmen do intestino delgado. As enzimas U 3 digerem a maioria das macromoléculas dos alimentos em monômeros no intestino delgado. U 4 Villi aumenta a área de superfície do epitélio sobre a qual a absorção é realizada. U 5 Villi absorve monômeros formados pela digestão, bem como íons minerais e vitaminas. U 6 Diferentes métodos de transporte por membrana são necessários para absorver diferentes nutrientes. A 1 Processo que ocorre no intestino delgado que resulta na digestão do amido e no transporte dos produtos da digestão para o fígado. A 2 Uso de tubos de diálise para modelar a absorção de alimentos digeridos no intestino. S 1 Produção de um diagrama anotado do sistema digestivo. S 2 Identificação de camadas de tecido em seções transversais do intestino delgado vistas com um microscópio ou em uma micrografia. Os modelos de uso do NOS 1 como representações do tubo de diálise do mundo real podem ser usados ​​para modelar a absorção no intestino.

6.2 A ideia essencial do sistema sanguíneo: O sistema sanguíneo transporta continuamente substâncias para as células e, simultaneamente, coleta resíduos.

As artérias U 1 transportam sangue em alta pressão dos ventrículos para os tecidos do corpo. As artérias U 2 possuem células musculares e fibras elásticas em suas paredes. U 3 As fibras musculares e elásticas auxiliam na manutenção da pressão arterial entre os ciclos da bomba. U 4 O sangue flui através dos tecidos nos capilares. Os capilares têm paredes permeáveis ​​que permitem a troca de materiais entre as células do tecido e o sangue do capilar. As veias U 5 coletam sangue a baixa pressão dos tecidos do corpo e o devolvem aos átrios do coração. As válvulas U 6 nas veias e no coração garantem a circulação do sangue, evitando o refluxo. U 7 Existe uma circulação separada para os pulmões. U 8 O batimento cardíaco é iniciado por um grupo de células musculares especializadas no átrio direito, denominado nodo sinoatrial. U 9 ​​O nó sinoatrial atua como um marca-passo. U 10 O nó sinoatrial envia um sinal elétrico que estimula a contração à medida que é propagado pelas paredes dos átrios e, em seguida, pelas paredes dos ventrículos. U 11 A freqüência cardíaca pode ser aumentada ou diminuída por impulsos trazidos ao coração por meio de dois nervos da medula do cérebro. A epinefrina U 12 aumenta a freqüência cardíaca para se preparar para uma atividade física vigorosa. A 1 descoberta de William Harvey da circulação do sangue com o coração atuando como a bomba. A 2 Alterações de pressão no átrio esquerdo, ventrículo esquerdo e aorta durante o ciclo cardíaco.
A 3 Causas e consequências da oclusão das artérias coronárias. S 1 Identificação dos vasos sanguíneos como artérias, capilares ou veias a partir da estrutura de suas paredes. S 2 Reconhecimento das câmaras e válvulas do coração e dos vasos sanguíneos conectados a ele em corações dissecados ou em diagramas da estrutura do coração. As teorias do NOS 1 são consideradas incertas - William Harvey derrubou as teorias desenvolvidas pela antiga filosofia grega Galeno sobre o movimento do sangue no corpo.

6.3 Defesa contra doenças infecciosas Ideia essencial: O corpo humano possui estruturas e processos que resistem à ameaça contínua de invasão por patógenos.

U 1 A pele e as membranas mucosas formam uma defesa primária contra patógenos que causam doenças infecciosas. U 2 Os cortes na pele são selados pela coagulação do sangue. Fatores de coagulação U 3 são liberados das plaquetas. U 4 A cascata resulta na rápida conversão de fibrinogênio em fibrina pela trombrina. U 5 A ingestão de patógenos por leucócitos fagocíticos confere imunidade não específica a doenças. U 6 A produção de anticorpos por linfócitos em resposta a patógenos particulares dá imunidade específica. O antibiótico U 7 bloqueia os processos que ocorrem em células procarióticas, mas não em células eucarióticas. Os vírus U 8 não têm metabolismo e, portanto, não podem ser tratados com antibióticos. U 9 ​​Algumas cepas de bactérias evoluíram com genes que conferem resistência a antibióticos e algumas cepas de bactérias têm resistência múltipla.A 1 Causas e consequências da formação de coágulos sanguíneos nas artérias coronárias A 2 Florey e os experimentos de Chain para testar a penicilina em infecções bacterianas em camundongos A 3 Efeitos do HIV no sistema imunológico e métodos de transmissão NOS 1 Riscos associados a pesquisas científicas - Florey e Chain's os testes de segurança da penicilina não seriam compatíveis com o protocolo atual de testes.

6.4 Idéia essencial para troca de gás: Os pulmões são ventilados ativamente para garantir que a troca de gás possa ocorrer passivamente.

A ventilação U 1 mantém os gradientes de concentração de oxigênio e dióxido de carbono entre o ar e os alvéolos e o sangue fluindo nos capilares adjacentes. Os pneumócitos U 2 Tipo I são células alveolares extremamente finas adaptadas para realizar trocas gasosas. Os pneumócitos U 3 Tipo II secretam uma solução contendo surfactante que cria uma superfície úmida dentro dos alvéolos para evitar que as laterais do alvéolo adiram umas às outras, reduzindo a tensão superficial. O U 4 Air é transportado para os pulmões na traquéia e brônquios e, em seguida, para os alvéolos nos bronquíolos. A contração muscular U 5 causa as mudanças de pressão dentro do tórax que forçam o ar para dentro e para fora dos pulmões para ventilá-los. U 6 Diferentes músculos são necessários para inspiração e expiração porque os músculos só trabalham quando se contraem. A 1 Causas e consequências do câncer de pulmão. A 2 Causas e consequências do enfisema. A 3 Músculos intercostais externos e internos, e diafragma e músculos abdominais como exemplos de ação muscular antagônica. S 1 Monitoramento da ventilação em humanos em repouso e após exercícios leves e vigorosos. (Prático 6) NOS 1 Obter evidências para teorias - os estudos epidemiológicos têm contribuído para o nosso entendimento das causas do câncer de pulmão.

6.5 Neurônios e sinapses Ideia essencial: Os neurônios transmitem a mensagem, as sinapses modulam a mensagem.

Os neurônios U 1 transmitem impulsos elétricos. U 2 A mielinização das fibras nervosas permite uma condução saudável. Os neurônios U 3 bombeiam íons de sódio e potássio através de suas membranas para gerar um potencial de repouso. U 4 Um potencial de ação consiste na despolarização e repolarização do neurônio. Os impulsos nervosos U 5 são potenciais de ação propagados ao longo dos axônios f neurônios. A propagação de impulsos nervosos U 6 é o resultado de correntes locais que fazem com que cada parte sucessiva do axônio alcance o potencial limite.
U 7 sinapses são junções entre neurônios e entre neurônios e receptores ou células efetoras. U 8 Quando os neurônios pré-sinápticos são despolarizados, eles liberam um neurotransmissor na sinapse. U 9 ​​Um impulso nervoso só é iniciado se o potencial limite for atingido. A 1 Secreção e reabsorção de acetilcolina pelos neurônios nas sinapses. A 2 Bloqueio da transmissão sináptica em sinapses colinérgicas em insetos pela ligação de pesticidas neonicotinóides aos receptores de acetilcolina. S 1 Análise dos traçados do osciloscópio mostrando potenciais de repouso e potenciais de ação. NOS 1 A cooperação e colaboração entre grupos de cientistas-biólogos contribuem para a investigação em memória e aprendizagem.

6.6 Hormônios, homeostase e reprodução Idéia essencial: Os hormônios são usados ​​quando os sinais precisam ser amplamente distribuídos.

A insulina U 1 e o glucagon são secretados pelas células beta e alfa do pâncreas, respectivamente, para controlar as concentrações de glicose no sangue. A tiroxina U 2 é secretada pela glândula tireóide para regular a taxa metabólica e ajudar a controlar a temperatura corporal. A Leptina U 3 é secretada pelas células do tecido adiposo e atua no hipotálamo do cérebro para inibir o apetite. U 4 A melatonina é secretada pela glândula pineal para controlar os ritmos circadianos. O gene U 5 A nos cromossomos Y faz com que as gônadas embrionárias se desenvolvam como testículos e secrete testosterona. A testosterona U 6 causa o desenvolvimento pré-natal da genitália masculina e tanto a produção de esperma quanto o desenvolvimento das características sexuais secundárias masculinas durante a puberdade. U 7 O estrogênio e a progesterona causam o desenvolvimento pré-natal dos órgãos reprodutivos femininos e as características sexuais secundárias femininas durante a puberdade. U 8 O ciclo menstrual é controlado por mecanismos de feedback negativo e positivo envolvendo os hormônios ovarianos e hipofisários. A 1 Causas e tratamento da diabetes Tipo I e Tipo II. A 2 Teste de leptina em pacientes com obesidade clínica e razões para a falha no controle da doença. A 3 causas de jet lag e uso de melatonina para aliviá-lo. A 4 O uso de FIV de drogas para suspender a secreção normal de hormônios, seguido pelo uso de doses artificiais de hormônios para induzir a superovulação e estabelecer uma gravidez. Uma investigação de 5 William Harvey sobre a reprodução sexual em cervos. S 1 Anote diagramas do sistema reprodutor masculino e feminino para mostrar nomes de estruturas e suas funções. NOS 1 Desenvolvimentos na pesquisa científica seguem melhorias no aparelho - William Harvey foi prejudicado em sua pesquisa observacional sobre reprodução por falta de equipamento. O microscópio foi inventado 17 anos após sua morte.

Tópico 7: Ácidos Nucleicos 7.1 Estrutura e Replicação do DNA Ideia essencial: A estrutura do DNA é idealmente adequada para sua função.

Os nucleossomos U 1 ajudam a superenrolar o DNA. A estrutura do U 2 DNA sugeriu um mecanismo para a replicação do DNA. As polimerases de DNA U 3 só podem adicionar nucleotídeos à extremidade 3 'de um primer. A replicação do U 4 DNA é contínua na fita principal e descontínua na fita posterior. A replicação do U 5 DNA é realizada por um complexo sistema de enzimas. U 6 Algumas regiões do DNA não codificam proteínas, mas têm outras funções importantes. Uma investigação de 1 Rosalind Franklin e Maurice Wilkins de estruturas de DNA por difração de raios-X. A 2 Uso de nucleotídeos contendo ácido didesoxirrubonucleico para interromper a replicação do DNA na preparação de amostras para sequenciamento de bases. Repetições de 3 Tandem são usadas no perfil de DNA. S 1 Análise dos resultados do experimento Hershey e Chase fornecendo evidências de que o DNA é o material genético. S 2 Utilização de software de visualização molecular para analisar a associação entre proteínas e perfis de DNA. NOS 1 Fazer observações cuidadosas - a difração de raios-X de Rosalind Franklin forneceu evidências cruciais de que o DNA é uma dupla hélice.

7.2 Transcrição e expressão gênica
Ideia essencial: as informações armazenadas como um código no DNA são copiadas para o mRNA.

A transcrição U 1 ocorre em uma direção de 5 'para 3'. Os nucleossomos U 2 ajudam a regular a transcrição em eucariotos. As células eucarióticas U 3 modificam o mRNA após a transcrição. O splicing U 4 do mRNA aumenta o número de proteínas diferentes que um organismo pode produzir. A expressão do gene U 5 é regulada por proteínas que se ligam a sequências de bases específicas no DNA. U 6 O ambiente de uma célula e de um organismo tem impacto na expressão gênica. A 1 O promotor como um exemplo de DNA não codificador com uma função. S 1 Análise das mudanças nos padrões de metilação do DNA. NOS 1 Em busca de padrões, tendências e discrepâncias - há evidências crescentes de que o ambiente pode desencadear mudanças hereditárias em fatores epigenéticos.

7.3 Idéia essencial para tradução: A informação transferida do DNA para o mRNA é traduzida em uma sequência de aminoácidos.

U 1 A iniciação da tradução envolve a montagem dos componentes que realizam o processo. A síntese U 2 do polipeptídeo envolve um ciclo repetido de eventos. U 3 A desmontagem dos componentes ocorre após o término da translação. Os ribossomos U 4 Free sintetizam proteínas principalmente para secreção ou uso em lisossomas. Os ribossomos U 5 ligados sintetizam proteínas para uso principalmente dentro da célula. A tradução U 6 pode ocorrer imediatamente após a transcrição em procariotos devido à ausência de uma membrana nuclear. U 7 A sequência e o número de aminoácidos no polipeptídeo é a estrutura primária. U 8 A estrutura secundária é a formação de alfa hélices e folhas beta pregueadas estabilizadas por ligações de hidrogênio. U 9 ​​A estrutura terciária é o enovelamento adicional do polipeptídeo estabilizado por interações entre grupos R. U 10 A estrutura quaternária existe em proteínas com mais de uma cadeia polipeptídica. As enzimas ativadoras de ARNt A 1 ilustram a especificidade enzima-substrato e o papel da fosforilação. S 1 Identificação de polissomos em micrografias eletrônicas de procariotos e eucariotos. S 2 O uso de software de visualização molecular para analisar a estrutura de ribossomos eucarióticos e moléculas de tRNA. NOS 1 Desenvolvimentos em pesquisa científica seguem melhorias em computação - o uso de passageiros permitiu que cientistas fizessem avanços em aplicações de bioinformática, como localização de genes dentro de genomas e identificação de sequências conservadas.

Tópico 8: Metabolismo, Respiração Celular e Fotossíntese 8.1 Metabolismo Ideia Essencial: As reações metabólicas são reguladas em resposta às necessidades da célula.

As vias metabólicas U 1 consistem em cadeias e ciclos de reações catalisadas por enzimas. As enzimas U 2 diminuem a energia de ativação das reações químicas que catalisam. Os inibidores da enzima U 3 podem ser competitivos ou não competitivos. As vias metabólicas do U 4 podem ser controladas pela inibição do produto final. A 1 inibição do produto final da via que converte a treonina é a isoleucina. A 2 Uso de bancos de dados para identificar novos medicamentos antimaláricos em potencial. S 1 Cálculo e plotagem de taxas de reação a partir de resultados experimentais brutos. S 2 Distinguir diferentes tipos de inibição de gráficos na concentração de substrato especificada. Os desenvolvimentos do NOS 1 na investigação científica seguem-se às melhorias na informática - os desenvolvimentos na bioinformática, como o interrogatório de bases de dados, facilitaram a investigação das vias metabólicas.

8.2 Respiração celular Ideia essencial: A energia é convertida em uma forma utilizável na respiração celular.

A respiração das células U 1 envolve a oxidação e a redução dos portadores de elétrons. U 2 A fosforilação de moléculas torna-as menos estáveis. U 3 Na glicólise, a glicose é convertida em piruvato no citoplasma. A glicólise U 4 fornece um pequeno ganho líquido de ATP sem o uso de oxigênio. U 5 Na respiração celular aeróbia, o piruvato é descarboxilado e oxidado, e convertido em composto de acetila e
ligado à coenzima A para formar acetil coenzima A na reação de ligação. U 6 No ciclo de Krebs, a oxidação dos grupos acetila está acoplada à redução dos carreadores de hidrogênio, liberando dióxido de carbono. U 7 A energia liberada por reações de oxidação é transportada para as cristas das mitocôndrias por NAD e FAD reduzidos. U 8 A transferência dos elétrons entre os portadores da cadeia de transporte de elétrons na membrana das cristas é acoplada ao bombeamento de prótons. U 9 ​​Na quimiosmose, os prótons se difundem através da ATP sintase para gerar ATP. O oxigênio U 10 é necessário para se ligar aos prótons livres para manter o gradiente de hidrogênio, resultando na formação de água. U 11 A estrutura da mitocôndria é adaptada à função que desempenha. Uma tomografia de 1 elétron usada para produzir imagens de mitocôndrias ativas. S 1 Análise de diagramas das vias da respiração aeróbia para decidir onde ocorrem as reações de descarboxilação e oxidação. S 2 Anotações de um diagrama da mitocôndria para indicar as adaptações à sua função. NOS 1 A teoria quimiosmótica de mudança de paradigma levou a uma mudança de paradigma no campo da bioenergética.

8.3 Ideia essencial da fotossíntese: A energia da luz é convertida em energia química.

U 1 As reações dependentes da luz ocorrem no espaço intermembranar dos tilacóides. U 2 Light - reações independentes ocorrem no estroma. U 3 NADP e ATP reduzidos são produzidos nas reações dependentes de luz. U 4 A absorção de luz pelos fotossistemas gera elétrons excitados. U 5 A fotólise da água gera elétrons para uso nas reações independentes de luz. U 6 A transferência de elétrons excitados ocorre entre portadores nas membranas tilacóides. U 7 elétrons excitados do Photosytem II são usados ​​para contribuir para gerar um gradiente de prótons. A U 8 ATP sintase em tilacóides gera ATP usando o gradiente de prótons. U 9 ​​Elétrons excitados do Photosytem I são usados ​​para reduzir o NADP. U 10 Na reação independente de luz, uma carboxilase catalisa a carboxilação de ribulose-bifosfato. O glicerato 3-fosfato U 11 é reduzido a fosfato de triose usando um NADP e ATP reduzidos. Fosfato de U 12 Triose é usado para regenerar RuBP e produzir carboidratos. O bifosfato de ribulose U 13 é reformado usando ATP. U 14 A estrutura do cloroplasto está adaptada à sua função na fotossíntese. Um experimento de 1 Calvin para elucidar a carboxilação de RuBP. S 1 Anotação de um diagrama para indicar as adaptações de um cloroplasto à sua função. NOS 1 Desenvolvimentos em pesquisas científicas seguem melhorias em fontes de aparelhos de 14C e a autoradiografia permitiu a Calvin elucidar as vias de fixação de carbono.

Tópico 9: Biologia Vegetal 9.1 Transporte no Xilema das Plantas Ideia Essencial: Estrutura e função estão correlacionadas no xilema das plantas.

A transpiração U 1 é a consequência inevitável das trocas gasosas na folha. As plantas U 2 transportam água das raízes às folhas para repor as perdas pela transpiração. U 3 A propriedade coesiva da água e a estrutura dos vasos do xilema permitem o transporte sob tensão. U 4 A propriedade adesiva da água e a evaporação geram forças de tensão nas paredes das células foliares. U 5 A absorção ativa de íons minerais nas raízes causa a absorção de água por osmose. A 1 Adaptações de plantas em desertos e em solos salinos para conservação de água. A 2 Modelos de transporte de água no xilema usando aparelhos simples, incluindo papel absorvente ou de filtro, vasos porosos e tubos capilares. S 1 Desenho da estrutura dos vasos primários do xilema em seções de caules com base em imagens de microscópio. S 2 Medição das taxas de transpiração usando fotômetros. (Prático 7) S 3 Desenho de um experimento para testar hipóteses sobre os efeitos das temperaturas ou umidade nas taxas de transpiração. Modelos de uso da NOS 1 como representações dos mecanismos do mundo real envolvidos no transporte de água no xilema podem ser investigados usando aparatos e materiais que apresentam semelhanças estruturais com os tecidos vegetais.

9.2 Transporte no floema das plantas Ideia essencial: Estrutura e função estão correlacionadas no floema das plantas.

U 1 As plantas transportam compostos orgânicos das fontes para os sumidouros. U 2 A incompressibilidade da água permite o transporte ao longo de gradientes de pressão hidrostática. O transporte ativo de U 3 é usado para carregar compostos orgânicos em tubos de peneira de floema na origem. U 4 Altas concentrações de solutos no floema na fonte levam à absorção de água por osmose. U 5 Elevado pela pressão hidrostática faz com que o conteúdo do floema flua em direção a sumidouros. A 1 Relações estrutura-função de tubos de peneira de floema. S 1 Identificação de xilema e floema em imagens microscópicas de caule e raiz. S 2 Análise de dados de experimentos que medem as taxas de transporte do floema usando estiletes de pulgões e dióxido de carbono marcado radioativamente. NOS 1 Desenvolvimentos na pesquisa científica seguem melhorias em métodos experimentais de aparato para medir taxas de transporte de floema usando estiletes de pulgões e dióxido de carbono marcado radioativamente somente foram possíveis quando os radioisótopos se tornaram disponíveis.

9.3 Crescimento em plantas Ideia essencial: As plantas adaptam seu crescimento às condições ambientais.

U 1 Células indiferenciadas nos meristemas das plantas permitem um crescimento indeterminado. A mitose U 2 e a divisão celular no ápice caulinar fornecem células necessárias para a extensão do caule e o desenvolvimento das folhas. Os hormônios vegetais U 3 controlam o crescimento no ápice do tiro. U 4 A planta atira em resposta ao ambiente por tropismos. As bombas de efluxo U 5 Auxin podem configurar gradientes de concentração de auxina no tecido das plantas. U 6 Auxin influencia as taxas de crescimento celular, alterando o padrão de expressão gênica. A 1 Micropropagação de plantas usando tecido do ápice caulinar, géis de ágar nutriente e hormônios de crescimento. A 2 Uso da micropropagação para o rápido aumento de novas variedades, produção de cepas livres de vírus de variedades existentes e propagação de orquídeas e outras espécies raras. NOS 1 A evolução da investigação científica segue-se a melhorias na análise e na educação - as melhorias nas técnicas analíticas que permitem a detecção de vestígios de substâncias têm conduzido a avanços na compreensão das hormonas vegetais e o seu efeito na expressão génica.

9.4 Reprodução em plantas Ideia essencial: A reprodução em plantas com flores é influenciada pelos ambientes bióticos e abióticos.

O florescimento U 1 envolve uma mudança na expressão gênica no ápice do caule. U 2 A mudança para a floração é uma resposta à duração dos períodos de luz e escuridão em muitas plantas. U 3 O sucesso na reprodução das plantas depende da polinização, fertilização e dispersão das sementes. U 4 A maioria das plantas com flores usa relações mutualísticas com polinizadores na reprodução sexuada. A 1 Métodos usados ​​para induzir plantas de dias curtos a florescer fora da estação. S 1 Desenho da estrutura interna das sementes. S 2 Desenho de meias vistas de flores polinizadas por animais. S 3 Desenho de experimentos para testar hipóteses sobre fatores que afetam a germinação. Mudança de paradigma do NOS 1 - mais de 85% das 250.000 espécies de plantas com flores do mundo dependem de polinizadores para a reprodução. Esse conhecimento levou à proteção de ecossistemas inteiros, em vez de espécies individuais.

Tópico 10: Genética e evolução 10.1 Meiose Ideia essencial: A meiose leva a uma variedade independente de cromossomos e a uma composição única de alelos nas células-filhas.

Os cromossomos U 1 replicam-se na interfase antes da meiose. O cruzamento U 2 é a troca de material de DNA entre cromátides homólogas não irmãs. O cruzamento de U 3 produz novas combinações de alelos nos cromossomos das células haplóides. A formação de U 4 Chiasmata entre cromátides não-irmãs pode resultar em uma troca de alelos. U 5 Cromossomos homólogos se espalham na meiose I. U 6 Cromátides irmãs se separam na meiose II.
U 7 Sortimento independente de genes devido à orientação aleatória de pares de cromossomos homólogos na meiose I. S 1 Desenho de diagramas para mostrar quiasmas formados por cruzamento. NOS 1 Fazer observações cuidadosas - observações cuidadosas e manutenção de registros revelaram dados anômalos que a lei de Mendel de classificação independente não poderia explicar. Thomas Hunt Morgan desenvolveu a noção de genes ligados para explicar as anomalias.

10.2 Ideia essencial de herança: Os genes podem ser vinculados ou desvinculados e são herdados de acordo.

Diz-se que os loci do gene U 1 estão ligados se estiverem no mesmo cromossomo. Os genes U 2 Unlinked segregam independentemente como resultado da meiose. As variações U 3 podem ser discretas ou contínuas. U 4 Os fenótipos de características poligênicas tendem a apresentar variação contínua. Os testes de qui-quadrado U 5 são usados ​​para determinar se a diferença entre uma distribuição de frequência observada e esperada é estatisticamente significativa. A descoberta de A 1 Morgans de proporções não-Mendellianas em Drosofilia. A 2 Completação e análise de quadrados de Punnett para características dihíbridas. A 3 Traços poligênicos, como altura humana, podem ser influenciados por fatores ambientais. S 1 Cálculo da proporção genotípica e fenotípica prevista de descendência de cruzamentos di-híbridos envolvendo genes autossômicos não ligados. S 2 Identificação de recombinantes em cruzamentos envolvendo dois genes ligados. S 3 Uso do teste qui-quadrado em dados de cruzamentos di-híbridos.NOS 1 Procurando padrões, tendências e discrepâncias - Mendel usou observações do mundo natural para encontrar e explicar padrões e tendências. Desde então, os cientistas têm procurado discrepâncias e feito perguntas com base em observações posteriores para mostrar exceções às regras. Por exemplo, Morgan descobriu proporções não mendelianas em seus experimentos com drosofilia.

10.3 Conjuntos de genes e especiação Ideia essencial: Conjuntos de genes mudam com o tempo.

U 1 Um pool de genes consiste em todos os genes, e seus diferentes alelos, presentes em uma população de cruzamento. O U 2 Evolution requer que as frequências dos alelos mudem com o tempo nas populações. U 3 O isolamento reprodutivo de populações pode ser temporal, comportamental ou geográfico. U 4 A especiação devido à divergência de populações isoladas pode ser gradual. U 5 A especiação pode ocorrer abruptamente. A 1 Identificando exemplos de seleção direcional, estabilizadora e disruptiva. A 2 Especiação no gênero Allium por poliploidia. S 1 Comparação de frequências de alelos de populações geograficamente isoladas. NOS 1 Procurando por padrões, tendências e discrepâncias - padrões de número de cromossomos em alguns gêneros podem ser explicados por especiação devido à poliploidia.

Tópico 11: Fisiologia Animal 11.1 Produção de Anticorpos e Vacinação Ideia Essencial: A imunidade é baseada no reconhecimento de si mesmo e na destruição de material estranho.

U 1 Cada organismo possui moléculas exclusivas na superfície de suas células. Patógenos U 2 podem ser específicos da espécie, embora outros possam cruzar as barreiras de espécies. Os linfócitos U 3 B são ativados por linfócitos T em mamíferos. As células B ativadas por U 4 se multiplicam para formar clones de células plasmáticas e células de memória. As células plasmáticas U 5 secretam anticorpos. Anticorpos U 6 auxiliam na destruição de patógenos. As células brancas U 7 liberam histamina em resposta aos alérgenos. As histaminas U 8 causam sintomas alérgicos. A imunidade U 9 depende da persistência das células de memória. As vacinas U 10 contêm antígenos que ativam a imunidade, mas não causam a doença. U 11 A fusão de uma célula tumoral com uma célula plasmática produtora de anticorpos cria uma célula de hibridoma.
Os anticorpos monoclonais U 12 são produzidos por células de hibridoma. A 1 varíola foi a primeira doença infecciosa de humanos a ser erradicada por vacinação. Anticorpos monoclonais A2 para HCG são usados ​​em kits de teste de gravidez. A 3 Os antígenos na superfície dos glóbulos vermelhos estimulam a produção de anticorpos em uma pessoa com um grupo sanguíneo diferente. S 1 Análise de dados epidemiológicos relacionados aos programas de vacinação. NOS 1 Considere as implicações éticas da pesquisa - Jenner testou sua vacina contra a varíola em uma criança.

11.2 Ideia Essencial de Movimento: As funções do sistema musculoesquelético são movimento, suporte e proteção.

Os ossos e exoesqueletos U 1 fornecem ancoragem para os músculos e atuam como alavancas. As articulações sinoviais U 2 permitem certos movimentos, mas não outros. U 3 O movimento do corpo requer que os músculos trabalhem em pares antagônicos. U 4 As fibras dos músculos esqueléticos são multinucleadas e contêm retículo endoplasmático especializado. U 5 As fibras musculares contêm muitas miofibrilas. U 6 Cada miofibrila é composta de sarcômeros contráteis. U 7 A contração do músculo esquelético é obtida pelo deslizamento dos filamentos de actina e miosina. A hidrólise do U 8 ATP e a formação de pontes cruzadas são necessárias para o deslizamento dos filamentos. Os íons de cálcio U 9 e as proteínas tropomiosina e troponina controlam as contrações musculares. A 1 Pares de músculos antagônicos em uma perna de inseto. S 1 Anotações de um diagrama do cotovelo humano. S 2 Desenho de diagramas rotulados da estrutura de um sarcômero. S 3 Análise de micrografias eletrônicas para encontrar o estado de concentração das fibras musculares. NOS 1 Desenvolvimentos em pesquisas científicas seguem melhorias em aparelhos - íons de cálcio fluorescentes têm sido usados ​​para estudar as interações cíclicas na contração muscular.

11.3 Rim e osmorregulação Ideia essencial: Todos os animais excretam resíduos de nitrogênio e alguns animais também equilibram as concentrações de água e soluto.

Animais U 1 são osmorreguladores ou osmoconformadores. U 2 O sistema de túbulo de Malphigian em insetos e o rim realizam osmorregulação e remoção de resíduos nitrogenados. U 3 A composição do sangue na artéria renal é diferente da veia renal. U 4 A ultraestrutura do glomérulo e da cápsula de Bowman facilita a ultrafiltração. U 5 O túbulo contorcido proximal reabsorve seletivamente substâncias úteis por transporte ativo. U 6 A alça de Henle mantém condições hipertônicas na medula oblonga. O U 7 ADH controla a reabsorção de água no duto coletor. U 8 O comprimento da alça de Henle está positivamente correlacionado com a necessidade de conservação de água nos animais. U 9 ​​O tipo de resíduo nitrogenado em animais está correlacionado com a história evolutiva e o habitat. A 1 Consequências da desidratação e hidratação excessiva. A 2 Tratamento da insuficiência renal por hemodiálise ou transplante renal. A 3 Células do sangue, glicose, proteínas e medicamentos são detectados em testes urinários. S 1 Desenhar e rotular um diagrama do rim humano. S 2 Anotações de um diagrama do néfron. NOS 1 Curiosidade sobre fenômenos particulares - investigações foram realizadas para determinar como os animais do deserto evitam a perda de água em seus resíduos.

11.4 Idéia essencial de reprodução sexual: A reprodução sexual envolve o desenvolvimento e a fusão de gametas haplóides.

U 1 A espermatogênese e a oogênese envolvem mitose, crescimento celular, duas divisões de meiose e diferenciação. Os processos U 2 na espermatogênese e oogênese resultam em diferentes números de gametas com diferentes quantidades de citoplasma. U 3 A fertilização em animais pode ser interna ou externa. A fertilização U 4 envolve mecanismos que evitam a polispermia. U 5 A implantação de blastocistos no endométrio é essencial para a continuação da gravidez.
U 6 HCG estimula o ovário a secretar progesterona durante o início da gravidez. U 7 A placenta facilita a troca de materiais entre a mãe e o feto. U 8 O estrogênio e a progesterona são secretados pela placenta assim que ela se forma. O nascimento U 9 é mediado por feedback positivo envolvendo estrogênio e oxitocina. A 1 A gravidez média de 38 semanas em humanos pode ser posicionada em um gráfico que mostra a correlação entre o tamanho dos animais e o desenvolvimento dos filhotes no nascimento para outros mamíferos. S 1 Anotação de um diagrama de túbulo seminífero e ovário para mostrar os estágios da gametogênese. S 2 Anotações de diagramas de espermatozoides maduros e óvulos para indicar funções. NOS 1 Avaliação dos riscos e benefícios associados à pesquisa científica - os riscos para a fertilidade masculina humana não foram avaliados adequadamente antes de esteróides relacionados à progesterona e estrogênio serem liberados no meio ambiente como resultado do uso de pílula anticoncepcional feminina.

Opção D: Fisiologia Humana D.1 Ideia Essencial da Nutrição Humana: Uma dieta balanceada é essencial para a saúde humana.

Os nutrientes essenciais U 1 não podem ser sintetizados pelo corpo, portanto, devem ser incluídos na dieta. U 2 Os minerais dietéticos são elementos químicos essenciais. As vitaminas U 3 são compostos de carbono quimicamente diversos que não podem ser sintetizados pelo corpo. U 4 Alguns ácidos graxos e alguns aminoácidos são essenciais. U 5 A falta de aminoácidos essenciais afeta a produção de proteínas. A desnutrição U 6 pode ser causada por deficiência, desequilíbrio ou excesso de nutrientes na dieta. O apetite U 7 é controlado por um centro no hipotálamo. U 8 Indivíduos com sobrepeso são mais propensos a sofrer de hipertensão e diabetes tipo II. U 9 ​​A fome pode levar à degradação do tecido corporal. A 1 Produção de ácido ascórbico por alguns mamíferos, mas não por outros que precisam de um suprimento dietético. A 2 Causa e tratamento da fenilcetonúria (PKU). A 3 A falta de vitamina D ou cálcio pode afetar a mineralização óssea e causar raquitismo ou osteomalácia. A 4 Ruptura do músculo cardíaco devido à anorexia. A 5 Colesterol no sangue como indicador do risco de doença cardíaca coronária. S 1 Determinação do conteúdo energético dos alimentos por combustão. S 2 Uso de bancos de dados de conteúdo nutricional de alimentos e software para calcular a ingestão de nutrientes essenciais de uma dieta diária. NOS 1 Falsificação de teorias com uma teoria sendo substituída por outra - o escorbuto era considerado específico dos humanos, porque as tentativas de induzir os sintomas em ratos e camundongos de laboratório foram totalmente malsucedidas.

D.2 Ideia essencial da digestão: A digestão é controlada por mecanismos nervosos e hormonais.

U 1 Mecanismos nervosos e hormonais controlam a secreção dos sucos digestivos. U 2 As glândulas exócrinas secretam para a superfície do corpo ou para o lúmen do intestino. U 3 O volume e o conteúdo das secreções gástricas são controlados por mecanismos nervosos e hormonais. U 4 As condições de ácido no estômago favorecem algumas reações de hidrólise e ajudam a controlar os patógenos nos alimentos ingeridos. U 5 A estrutura das células do epitélio das vilosidades está adaptada à absorção dos alimentos. U 6 A taxa de trânsito de materiais através do intestino grosso está positivamente correlacionada com seu conteúdo de fibra. U 7 Os materiais não absorvidos são eliminados. A 1 A redução da secreção de ácido do estômago por drogas inibidoras da bomba de prótons. A 2 Desidratação devido à toxina da cólera. Infecção por 3 Helicobacter pylori como causa de úlceras estomacais. S 1 Identificação das células das glândulas exócrinas que secretam sucos digestivos e células do epitélio das vilosidades que absorvem os alimentos digeridos de micrografias eletrônicas. NOS 1 Serendipidade e descobertas científicas - o papel do ácido gástrico na digestão foi estabelecido por William Beaumont enquanto observava o processo de digestão em uma ferida aberta causada por um tiro.

D.3 Funções do Fígado Ideia Essencial: A composição química do sangue é regulada pelo fígado.

U 1 O fígado remove as toxinas do sangue e as desintoxica. U 2 Os componentes dos glóbulos vermelhos são reciclados pelo fígado. U 3 A degradação dos eritrócitos começa com a fagocitose dos glóbulos vermelhos pelas células de Kupffer. O ferro U 4 é transportado para a medula óssea para produzir hemoglobina em novos glóbulos vermelhos. O excesso de colesterol U 5 é convertido em sais biliares. O retículo endoplasmático U 6 e o ​​aparelho de Golgi nos hepatócitos produzem proteínas plasmáticas. U 7 O fígado intercepta o sangue do intestino para regular os níveis de nutrientes. U 8 Alguns nutrientes em excesso podem ser armazenados no fígado. A 1 Causas e consequências da icterícia. A 2 Suprimento de sangue duplo para o fígado e diferenças entre os sinusóides e os capilares. NOS 1 Educar o público sobre as afirmações científicas - estudos científicos mostraram que a lipoproteína de alta densidade pode ser considerada colesterol “bom”.

D.4 A ideia essencial do coração: Fatores internos e externos influenciam a função cardíaca.

U 1 A estrutura das células do músculo cardíaco permite a propagação de estímulos através da parede do coração. Os sinais U 2 do nó sinoatrial que causam a contração não podem passar diretamente dos átrios para os ventrículos. U 3 Há um atraso entre a chegada e a transmissão de um estímulo no nó atrioventricular. U 4 Este retardo dá tempo para a sístole atrial antes que as válvulas atrioventriculares fechem. U 5 Fibras condutoras garantem a contração coordenada de toda a parede do ventrículo. U 6 Os sons cardíacos normais são causados ​​pelo fechamento das válvulas atrioventriculares e das válvulas semilunares, causando alterações no fluxo sanguíneo. A 1 Uso de marcapassos artificiais para regular a freqüência cardíaca. A 2 Uso de desfibrilação para tratar doenças cardíacas com risco de vida. A 3 Causas e consequências da hipertensão e trombose. S 1 Medição e interpretação da freqüência cardíaca em diferentes condições. S 2 Interpretação das medidas de pressão arterial sistólica e diastólica. S 3 Mapeamento do ciclo cardíaco para um traçado normal de ECG. S 4 Análise de dados epidemiológicos relativos à incidência de doença coronariana. NOS 1 Os desenvolvimentos na investigação científica seguiram-se a melhorias nos aparelhos ou instrumentos - a invenção do estetoscópio conduziu a um melhor conhecimento do funcionamento do coração.

D.5 Hormônios e metabolismo Ideia essencial: Os hormônios não são secretados em uma taxa uniforme e exercem seu efeito em baixas concentrações.

U 1 As glândulas endócrinas secretam hormônios diretamente na corrente sanguínea. Os hormônios esteróides U 2 ligam-se às proteínas receptoras no citoplasma da célula-alvo para formar um complexo receptor-hormônio. U 3 O complexo receptor-hormônio promove a transcrição de genes específicos. Os hormônios do peptídeo U 4 ligam-se aos receptores na membrana plasmática da célula-alvo. A ligação U 5 de hormônios aos receptores de membrana ativa uma cascata mediada por um segundo mensageiro dentro da célula. U 6 O hipotálamo controla a secreção de hormônios pelos lobos anterior e posterior da hipófise. Os hormônios U 7 secretados pela hipófise controlam o crescimento, as mudanças no desenvolvimento, a reprodução e a homeostase. A 1 Alguns atletas tomam hormônios de crescimento para construir músculos. A 2 Controle da secreção de leite pela ocitocina e prolactina. NOS 1 Cooperação e colaboração entre grupos de cientistas - o Conselho Internacional para o Controle de Distúrbios por Deficiência de Iodo inclui vários cientistas que trabalham para eliminar os danos causados ​​pela deficiência de iodo.

D.6 Transporte de gases respiratórios Ideia essencial: Os glóbulos vermelhos são vitais no transporte de gases respiratórios.

As curvas de dissociação de oxigênio U 1 mostram a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. O dióxido de carbono U 2 é transportado em solução e ligado à hemoglobina no sangue. O dióxido de carbono U 3 é transformado nas células vermelhas do sangue em íons de carbonato de hidrogênio.
U 4 A mudança de Bohr explica o aumento da liberação de oxigênio pela hemoglobina nos tecidos respiratórios. Os quimiorreceptores U 5 são sensíveis às mudanças no pH do sangue. U 6 A taxa de ventilação é controlada pelo centro de controle respiratório na medula oblonga. U 7 Durante o exercício, a taxa de ventilação muda em resposta à quantidade de CO2 no sangue. A hemoglobina fetal U 8 é diferente da hemoglobina adulta, permitindo a transferência de oxigênio da placenta para a hemoglobina fetal. A 1 Consequências da grande altitude para as trocas gasosas. O pH de 2 do sangue é regulado para ficar dentro da faixa estreita de 7,35 a 7,45. A 3 Causas e tratamentos do enfisema. S 1 Análise das curvas de dissociação para hemoglobina e mioglobina. S 2 Identificação de pneumócitos, células do endotélio capilar e células do sangue em fotomicrografias e eletromicrografias do tecido pulmonar. Os cientistas do NOS 1 têm o papel de informar o público - a pesquisa científica levou a uma mudança na percepção do público sobre o tabagismo.


4.3: Ciclo de Vida do Eucarioto Unicelular - Biologia


7th Grade Life Science é um curso divertido e envolvente desenvolvido em torno dos Padrões de Ciência do Estado do Colorado. Enquanto segue de perto esses padrões, você explorará o incrível mundo da Biologia por meio de muitos projetos práticos, laboratórios, demonstrações, simulações de computador, atividades de livros didáticos e estudos de campo. Como sua educação é importante para mim (e espero que para você também!), Esta página cobrirá algumas diretrizes básicas que o ajudarão a ter sucesso neste ano. Por último, veja abaixo uma visão geral do nosso ano que se inicia!

1) Por favor, dê o seu melhor ao trabalhar / estudar, estamos aqui para aprender.
2) Por favor, esteja na aula (em sua cadeira e pronto para aprender) na hora certa.
3) Por favor, venha preparado com os materiais de sua aula (abaixo) e qualquer lição de casa, sempre.
4) Por favor, não perturbe o aprendizado dos outros.
5) Por favor, todas as orientações de segurança devem ser seguidas quando em nossa sala de aula.
6) Por favor, seja responsável por todas as suas ações e comportamentos.

O seguinte deve ser levado para CADA aula de ciências:

  1. Planejador
  2. Uma pasta ou uma seção divisória em um acordeão / pasta (para ser usado apenas para ciências)
  3. Um amplo "livro de redação" (não um caderno em espiral) (para ser usado apenas para ciências)
  4. Lápis e lápis de reserva / sobressalentes
  5. Uma caixa de lápis de cor (opcional)
  6. Régua métrica (opcional)

Trabalho com ausências atrasadas / incompletas e justificadas:

Lembre-se de que todas as atribuições (completas e com esforço satisfatório) são devidas no começo do período de aula.
Lembre-se, se ausente, algum anterior atribuições / projetos de longo prazo vencidos imediatamente após seu retorno à escola.
Por favor, lembre-se, se você souber de uma ausência iminente, envie um e-mail ou traga uma nota (com data a ser perdida) com bastante antecedência.

Atrasos / trabalhos incompletos ou perdidos: Tarefas atrasadas / perdidas sem justificativa afetarão sua nota em Ciências. Provavelmente enviaremos mensagens de texto ou e-mail (ou ligaremos para casa) para informar os pais / responsáveis ​​que você tem uma tarefa que precisa ser concluída.

Ausências justificadas: Se você esteve ausente, é suaresponsabilidade de verificar comigo o dia em que você voltar para a escola(durante o almoço, RAM / Access, ou antes / depois da escola -não durante o tempo de aula, pois estaremos envolvidos com a aula daquele dia). Confirmaremos a nova data de vencimento para o seu trabalho ausente naquele momento. Por favor, lembre-se, é suaresponsabilidade de verificar comigo o dia em que você voltar para a escola!

Com o sistema de notas atual, uma nota "C" de Conhecimento Acadêmico / Conteúdo indica que o aluno está progredindo em direção às expectativas de nível de série, mas ainda não atingiu. Meu objetivo é que todos os alunos atendam ou excedam nosso currículo / padrões de ciências. Ocasionalmente, uma avaliação pode resultar em uma nota baixa ("C" ou abaixo) e você pode tentar uma nova tentativa (observe que alguns questionários e alguns testes cumulativos poderia nãotem a opção de repetir). Eu ofereço retoma depois de poder demonstrar que fez um Forte esforço para aprender / reaprender / dominar o material coberto pela avaliação. Observação: a nota mais alta possível em uma repetição é um "B".

Estou disponível com hora marcada antes da escola, depois da escola, durante o Access ou durante o almoço para quem precisar de ajuda extra - é só pedir!

Trabalho de aula e dever de casa:

As atribuições devem ser feitas ordenadamente e com o melhor da habilidade do aluno. Diariamente, os alunos copiarão suas tarefas em seus planejadores. Pais, por favor, verifiquem os planejadores com seu filho. Além disso, publicarei as tarefas de casa neste site e em nosso site da Equipe 7RED. Geralmente, os alunos que trabalham diligentemente e usam seu tempo com sabedoria descobrirão que têm uma quantidade razoável de dever de casa de ciências. As tarefas vencem no prazo. Se possível, evite agendar férias em família durante o período de aulas. As faltas pré-programadas devem ser feitas com a sede e com a nossa equipe. Lembre-se, se ausente, algum anterior atribuições / projetos de longo prazo são devidos imediatamente após o retorno do aluno à escola. Quando um aluno está ausente, elas são responsáveis ​​por receber tarefas perdidas no dia em que eles voltam para a escola (antes ou depois da escola, durante o RAM / Access ou durante o período de almoço).

Os alunos do DCSD Middle School serão avaliados em duas categorias: Conhecimento Acadêmico / Conteúdo e Hábitos de Trabalho. De acordo com a Política do Distrito, as notas serão ponderadas para enfatizar o trabalho mais recente, mais importante e mais abrangente. Os principais objetivos de classificação e relatórios são comunicar:
1) O que cada aluno sabe e é capaz de fazer em relação ao conteúdo do currículo (que está alinhado aos Padrões Estaduais do Colorado).
2) A influência de hábitos e comportamentos de trabalho positivos e consistentes na aprendizagem dos alunos.

Grau de conhecimento acadêmico / de conteúdo
A (4) = Excedendo padrões para este período de avaliação
B (3) = Reunião padrões para este período de avaliação
C (2) = Progredindo em direção a padrões para este período de avaliação
D (1) = Não atende padrões para este período de avaliação
I (0) = Provas insuficientes

Grau de Hábitos de Trabalho (conclui o trabalho, está preparado para aprender, participa, segue as regras da aula, etc.)
A (4) = Excedendo expectativas para este período de avaliação
B (3) = Reunião expectativas para este período de avaliação
C (2) = Encontrando-se inconsistentemente expectativas para este período de avaliação
U (1) = Não atende expectativas para este período de avaliação

As notas de conhecimento acadêmico / de conteúdo baseiam-se no cumprimento dos Padrões de Ciências do Estado do Colorado da 7ª série - visite o site do CDE para obter detalhes, basta clicar neste link:

7º GRADE SCIENCE - VISÃO GERAL DO CURSO:

A natureza da ciência e da investigação científica

Ciência ambiental: interconexões e ecologia de Shortgrass Prairie

Energia de interconexões em um ecossistema.

Ciências da Vida: Vida, Células, DNA, Hereditariedade e Genética

Vida: características da vida Necessidades da vida e química da vida (incluindo misturas e separando misturas).

Hereditariedade e genética: genes de DNA, cromossomos e características, mutações, meiose e reprodução.

Ciências da Terra: Placas Tectônicas e Tempo Geológico

Placas tectônicas: os materiais dinâmicos da Terra (incluindo o ciclo das rochas) e as placas tectônicas dinâmicas da Terra.

Principais eventos geológicos da Terra: a Terra apresenta riscos naturais de extinção em massa e como a vida afeta a Terra.

História da Terra: tempo geológico e o registro fóssil.

Ciências da Vida: Evolução por Seleção Natural

Evolução por Seleção Natural: Variação genética e adaptação de características às mudanças ambientais e especiação.

Qual é o futuro da vida na Terra?

Ciências da Vida: Classificação e Biodiversidade

Cladística da biodiversidade dos Domínios e Reinos da Vida e as mudanças na biodiversidade podem impactar os humanos.


Métodos

Neste estudo, inferimos e analisamos dois conjuntos diferentes de árvores filogenéticas. O primeiro conjunto (& # x02018Pfam-ScrollSaw & # x02019) foi usado para a análise principal, enquanto o segundo conjunto (& # x02018KOG-to-COG clusters & # x02019) foi usado para verificar nosso método para inferir duplicações durante a eucariogênese. Também usamos um terceiro conjunto já existente de árvores gênicas (& # x02018 filoma humano & # x02019) para validar o uso de comprimentos de ramos em caso de duplicações. Abaixo, descrevemos como criamos e analisamos o conjunto principal de árvores filogenéticas. O segundo e o terceiro conjuntos de árvores gênicas são descritos nos Métodos Suplementares.

Usamos 209 proteomas eucarióticos (previstos) de um conjunto de dados interno que foi usado e descrito antes 34. Proteomas procarióticos (3.457 no total) foram extraídos de eggNOG 4.5 35. O conjunto de dados procarióticos foi suplementado com nove proteomas previstos do superfilo de Asgard 6 recentemente descrito.

Atribuição Pfam

Usamos hmmsearch (HMMER v3.1b2 36) com os modelos de Markov ocultos de perfil Pfam 31.0 (HMMs) 16 e os limiares de coleta correspondentes para avaliar a qual Pfam qual parte de cada sequência procariótica e eucariótica deve ser atribuída. Optamos por HMMs de perfil Pfam para coletar sequências homólogas devido à sua sensibilidade para detectar homologia. Os domínios atingidos foram extraídos das sequências com base nas coordenadas do envelope. Se uma sequência tivesse acertos em vários Pfams e esses acertos estivessem se sobrepondo por pelo menos 15 aminoácidos, apenas o melhor acerto era usado. Se o mesmo Pfam tivesse vários resultados na sequência devido a uma inserção relativa ao modelo, os diferentes resultados foram fundidos artificialmente. Uma vez que o último é mais sujeito a erros para modelos curtos e sequências curtas contêm menos sinal filogenético, os HMMs de perfil mais curtos do que cinquenta aminoácidos não foram considerados para análise posterior.

Redução de sequências

Para cada Pfam, o número de sequências procarióticas foi reduzido com kClust v1.0 37 usando um limite de agrupamento de 2,93, o que corresponde a uma identidade de sequência de 60%. Escolhemos esse limite porque esperamos que ele retenha diversidade procariótica suficiente ao remover sequências de espécies relacionadas para manter a análise computacionalmente viável. No entanto, por causa da transferência horizontal de genes (HGT), ele também removerá sequências de espécies relacionadas mais distantemente em alguns casos.

O número de sequências eucarióticas foi reduzido com um novo método 38 baseado na abordagem ScrollSaw 14. A ideia por trás do ScrollSaw é que em vez de selecionar um subconjunto de espécies a priori, as sequências de evolução mais lentas são selecionadas. Dessa forma, a resolução de nós profundos em árvores de famílias expandidas é drasticamente melhorada. Embora no artigo original 14 as distâncias entre as sequências fossem calculadas com um método de máxima verossimilhança, usamos o bit score no BLAST 39 como um proxy para obter distâncias genéticas. Para cada Pfam foi realizado um BLAST de todas as espécies versus todas as espécies. Como estávamos interessados ​​apenas no melhor acerto, a opção max_target_seqs foi definida como 1. Embora essa opção tenha despertado alguma atenção recentemente 40,41, nós a usamos apenas como um proxy para distância evolutiva e nossa análise não seria seriamente afetada por esta opção dados os pequenos tamanhos gerais de nossos bancos de dados. Posteriormente, os melhores resultados bidirecionais (BBHs) entre sequências de diferentes grupos eucarióticos foram identificados. As espécies eucarióticas podem ser agrupadas em diferentes & # x02018supergrupos & # x02019, cujos nomes e definições mudaram após novas descobertas 19,42. As espécies em nosso conjunto de dados pertencem aos seguintes seis grupos: Archaeplastida + Cryptista, SAR + Haptista, Discoba, Metamonada, Obazoa e Amoebozoa. Para a nossa análise principal, usamos BBHs entre sequências de dois grupos, porque essa forneceu a melhor resolução 38. Embora a posição exata da raiz da árvore da vida eucariótica seja incerta 19, uma posição provável é entre Opimoda (Obazoa e Amoebozoa em nosso conjunto) e Diphoda (outros supergrupos) 18. Portanto, BBHs entre as sequências de Opimoda e Diphoda foram identificadas e as sequências correspondentes foram utilizadas para análise filogenética.

Para avaliar o impacto de uma posição diferente da raiz eucariótica, também identificamos BBHs entre cinco grupos, fundindo Metamonada e Discoba em Excavata, e quatro grupos, nos quais Archaeplastida + Cryptista e SAR + Haptista foram combinados como Diaphoretickes e Obazoa e Amoebozoa foram juntos como Amorphea (consulte & # x02018Efeito da posição da raiz eucariótica & # x02019).

Análise filogenética

Múltiplos alinhamentos de sequência foram feitos com MAFFT v7.310 43 (opção automática) e ajustados com trimAl v1.4.rev15 44 (limite de intervalo de 10%). Árvores filogenéticas foram inferidas com IQ-TREE v1.6.4 45 (LG4X modelo 46, 1000 bootstraps ultra-rápidos 47). Se a árvore de consenso tivesse uma probabilidade maior do que a melhor árvore da pesquisa, a primeira era usada para análise posterior. Porque inferindo árvores para PF00005 (transportador ABC), PF00072 (domínio do receptor do regulador de resposta), PF00528 (componente da membrana interna do sistema de transporte dependente da proteína de ligação), PF02518 (histidina quinase-, DNA girase B- e ATPase semelhante a HSP90) e PF07690 (superfamília de facilitadores principais) dessa forma era muito exigente em termos computacionais, usamos FastTree v2.1.10 48 com o modelo LG para construir árvores para esses Pfams. Esses Pfams não foram considerados para a análise do comprimento do ramo.

Análise de árvore

Remoção de procariontes intercalados

As árvores foram analisadas com um script ETE3 49 interno. Examinamos se a árvore continha sequências procarióticas que provavelmente refletem eventos HGT recentes e que podem interferir em nossa análise. Seqüências procarióticas de um único gênero que estavam entre as seqüências eucarióticas foram podadas da árvore. Se houvesse apenas uma sequência procariótica na árvore, ela seria mantida apenas se fosse uma sequência de archaeal de Asgard, porque foi relatado que às vezes apenas um único archaeon de Asgard sequenciado contém um homólogo a sequências de outra forma apenas presentes em eucariotos 6. Este foi o caso de 16 árvores contendo famílias LECA (ver abaixo), incluindo RPL28 / MAK16, Sec23 / 24, UFM1 e o domínio C-terminal das tubulinas, para as quais a origem da arquea de Asgard foi mostrada antes. Devido à falta de outro grupo externo procariótico para enraizar essas árvores, eles não foram usados ​​para calcular o comprimento do caule (ver & # x02018Análise do comprimento do ramo & # x02019).

Anotação de nós eucarióticos

Para cada clado eucariótico, os nós foram anotados como duplicações antes de LECA, nós LECA, nós pós-LECA ou não classificados. Apenas os clados que continham pelo menos um nó LECA foram de interesse. O nó que combina o clado eucariótico com o resto da árvore (se presente) foi anotado como nó de aquisição.

Para a anotação de nós nas árvores foram incluídas as informações das sequências eucarióticas que não estavam nas BBHs, uma vez que o número de sequências eucarióticas nas árvores foi reduzido. Para atribuir corretamente os in-paralogos, realizamos adicionalmente uma espécie própria versus a própria espécie BLAST para cada Pfam (max_target_seqs 2). As sequências pertencentes a um Pfam que não estavam na árvore foram mapeadas em seus melhores acertos na árvore de acordo com a pontuação do BLAST.

A fim de inferir nós de duplicação confiáveis ​​na árvore, os escores de consistência de duplicação foram calculados para todos os nós internos a partir da raiz de um clado eucariótico. Essa pontuação é a sobreposição de espécies em ambos os lados de um nó dividido pelo número total de espécies em ambos os lados, levando em consideração as sequências na árvore e as sequências atribuídas (conforme descrito acima). Se a pontuação de consistência de duplicação foi de pelo menos 0,2 e ambos os nós filhos atenderam aos critérios LECA, este nó foi anotado como um nó de duplicação. O primeiro critério LECA era que um nó tinha que ter sequências de árvores Opimoda e Diphoda no clado. Em segundo lugar, para cuidar dos eventos HGT pós-LECA entre eucariotos e das incertezas das árvores, a presença média de uma família LECA potencial nos cinco supergrupos diferentes (Obazoa, Amoebozoa, SAR + Haptista, Arqueplastida + Cryptista, Excavata) teve que ser em pelo menos 15%. Se um nó não atendeu aos critérios LECA, ele foi anotado como um nó pós-LECA.

Os limites acima mencionados foram escolhidos com base na inspeção manual de uma seleção de árvores. O uso de limites diferentes para consistência de duplicação (0, 0,1, 0,2, 0,3) e pontuações de cobertura LECA (0, 5, 10, 15, 20 e 25%) teve um impacto gradual nos números absolutos e nas medidas de qualidade, como a fração de LECA e nós de duplicação bem suportados (Tabela suplementar 3). Isso sublinha que os resultados relatados não dependiam do conjunto específico de limiares escolhidos e que, para a maioria dos nós, a consistência da duplicação e a cobertura LECA eram altas.

Após esta primeira rodada de anotação, todos os nós LECA nas árvores foram reavaliados. Se houver nós de duplicação em ambas as filhas, o nó que conecta essas duplicações também deve ser um nó de duplicação, embora sua pontuação de consistência de duplicação esteja abaixo do limite. Esse foi o caso apenas para dois nós no total. Se houvesse nós de duplicação em apenas uma linhagem filha, o nó LECA era anotado como não classificado. Pode refletir um evento de duplicação ou um artefato de árvore devido a táxons desonestos. Se não houvesse nós de duplicação em nenhuma das linhagens filhas, todos os nós LECA nas linhagens filhas deste nó LECA foram reannotados como nós pós-LECA.

Enraizando árvores apenas de eucariotos

Para árvores com apenas sequências eucarióticas e árvores para as quais todas as sequências procarióticas foram removidas, inferir a raiz representa um desafio. Para essas árvores, a duplicação e os nós LECA foram chamados no modo sem raiz. As distâncias entre os nós LECA foram calculadas e a árvore foi enraizada no meio dos nós LECA que estavam mais distantes, resultando em um nó de duplicação adicional nesta raiz. Se não houvesse duplicações encontradas desta forma, porque havia menos de duas duplicações na árvore, o enraizamento foi tentado em cada nó interno. O nó que atendeu aos critérios de duplicação e que maximizou a sobreposição de espécies foi escolhido. Se nenhum atendesse aos critérios, era verificado se toda a árvore atendia aos critérios da LECA. Para Pfams para os quais não pudemos inferir uma árvore porque havia apenas duas ou três sequências selecionadas, também verificamos se este Pfam em si atendia aos critérios da LECA. Esses Pfams correspondem a famílias específicas de eucariotos que não se duplicaram.

Identificação de grupo de irmã

Para cada clado eucariótico em árvores também contendo sequências procarióticas, o grupo irmão foi identificado de forma não enraizada. Ao fazer isso, o clado eucariótico inicialmente tinha dois grupos irmãos candidatos. Seqüências eucarióticas em um grupo irmão, se presentes, foram ignoradas, pois poderiam refletir eventos de HGT, contaminações, artefatos de árvore ou verdadeiras aquisições adicionais. Para inferir o grupo irmão real, foi primeiro verificado se um dos dois grupos irmãos candidatos era mais provável, verificando se um deles consistia apenas em archaea de Asgard, archaea TACK, Asgard mais archaea TACK, alfaproteobactéria, beta / gamaproteobactéria ou alfa / beta / gammaproteobacteria. Nesse caso, esse clado foi escolhido como o grupo irmão real. Se ambos os grupos irmãos tivessem a mesma identidade ou se ambos os grupos tivessem uma identidade diferente das descritas acima, a árvore estava enraizada na folha mais distante do clado eucariótico. Em muitos casos, o último ancestral comum dos táxons no grupo irmão foi Bacteria, Archaea ou organismos celulares (& # x0201cLUCA & # x0201d) de acordo com a taxonomia NCBI. Tais atribuições taxonômicas amplas provavelmente refletem HGT extenso entre procariontes distantemente relacionados. Nestes casos, foi verificado se um dos grupos mencionados anteriormente ou de outra forma um filo ou classe proteobacteriana em particular compreendia a maioria dos táxons procarióticos para obter uma classificação de grupo irmão mais precisa.

Observamos que em um número substancial de casos havia outro clado eucariótico com nódulos LECA no grupo irmão de um clado eucariótico. Esses casos podem refletir uma duplicação e subsequente perda em procariotos, mas provavelmente refletem artefatos de árvores. Portanto, esses clados foram ignorados para a análise do comprimento do ramo. As aquisições que foram aninhadas, ou seja, eles compartilhavam exatamente o mesmo grupo irmão procariótico porque uma aquisição tinha em seu clado irmão apenas um clado procariótico e uma ou várias outras aquisições, foram mescladas para análise posterior.

Análise de comprimento de ramo

Vários comprimentos de ramificação foram calculados em clados contendo nós LECA. Para o comprimento da haste (sl), a distância até o nó de aquisição & # x02013 o nó que une o clado eucariótico e sua irmã procariótica & # x02013 foi calculada para cada nó LECA. Essa distância foi dividida pela mediana das distâncias do nó LECA às folhas eucarióticas (comprimentos de ramos eucarióticos (ebl)) para corrigir as diferenças de taxa entre os grupos ortólogos, como feito antes de 10. No caso de múltiplos caminhos possíveis devido a duplicações, o mínimo dessas distâncias foi usado como o sl, uma vez que era o mais próximo dos valores de sl dos clados de duplicação zero. Para calcular o comprimento de duplicação (dl), uma abordagem semelhante foi seguida, usando o nó de duplicação em vez do nó de aquisição.

Para investigar o impacto das taxas após a duplicação em ambas as linhagens paralogas dentro de uma família, também calculamos para todos os nós de duplicação em famílias derivadas de archaea de Asgard o sl mínimo passando por essas duplicações (dados estendidos Fig. 5c, d). Dessa forma, obteve-se um valor de sl para cada duplicação, além do valor de sl já mencionado para cada aquisição. Esses valores também foram divididos em duplicações em famílias que sofreram uma transição de homômeros para heterômeros (proteassoma, Snf7, TRAPP, Vps36 e OST3 / OST6) e o resto (dados estendidos Fig. 5e).

Combinando famílias Pfam apenas de eucariotos com doações procarióticas em seu clã

A classificação das famílias de proteínas em Pfams não é baseada em níveis taxonômicos. Um Pfam presente apenas em eucariotos pode, portanto, ser o resultado de um evento de duplicação em vez de uma invenção genuína. Para distinguir esses cenários possíveis, usamos os clãs Pfam, nos quais famílias Pfam relacionadas são combinadas. Se houvesse apenas Pfams de eucariotos em um clã com base em nossa análise, esses Pfams seriam fundidos em um evento de invenção. Se houvesse apenas um Pfam com uma aquisição de procariotos e para este Pfam houvesse apenas uma aquisição, os Pfams somente de eucariotos foram combinados com esta aquisição. Se houvesse várias aquisições em um clã, uma pesquisa de perfil-perfil com HH-suite3 v3.0.3 50 foi realizada para atribuir Pfams apenas de eucariotos a uma aquisição. Por aquisição em um clã, um alinhamento foi feito a partir das sequências da árvore no clado eucariótico correspondente com MAFFT L-INS-i v7.310 43. Os HMMs de perfil foram feitos desses alinhamentos (hhmake & # x02013M 50) e foram combinados em um banco de dados (ffindex_build). Os HHMs Pfam somente de eucariotos foram pesquisados ​​no banco de dados de HHM de aquisição por clã com hhsearch. Cada Pfam foi atribuído à aquisição que obteve a melhor pontuação.

Anotação funcional

A anotação funcional das sequências foi realizada usando o emapper-1.0.3 51 com base nos dados de ortologia eggNOG 35. As pesquisas de sequência foram realizadas usando DIAMOND v0.8.22.84 52.

A categoria funcional KOG mais comum entre as sequências de árvore de um nó LECA foi escolhida como a função do nó LECA. Se não houvesse uma função mais comum, o nó era anotado como S (função desconhecida). Para a anotação funcional dos nós de duplicação, foi utilizada uma abordagem de parcimônia de Dollo. Para isso verificamos se havia uma única anotação compartilhada entre os nós LECA de ambos os lados, ignorando funções desconhecidas. Se este não fosse o caso, mas o nó de duplicação pai (se presente) tivesse uma função, essa função também era usada para o nó de duplicação focal. A anotação funcional do grupo irmão procariótico foi realizada da mesma forma que para um nó LECA. Nas figuras, os nomes da maioria das categorias foram encurtados para maior legibilidade: Tradução (Tradução, estrutura ribossômica e biogênese), processamento de RNA (processamento e modificação de RNA), Replicação (Replicação, recombinação e reparo), Cromatina (Estrutura e dinâmica da cromatina), Ciclo celular (controle do ciclo celular, divisão celular, partição cromossômica), transdução de sinal (mecanismos de transdução de sinal), parede celular / membrana (biogênese de parede celular / membrana / envelope), tráfego intracelular (tráfego intracelular, secreção e transporte vesicular), proteína modificação (modificação pós-tradução, turnover de proteínas, chaperonas), Energia (produção e conversão de energia), Carboidratos (Transporte e metabolismo de carboidratos), Aminoácidos (Transporte e metabolismo de aminoácidos), Nucleotídeos (Transporte e metabolismo de nucleotídeos), Coenzimas (Transporte de coenzimas e metabolismo), lipídios (transporte e metabolismo de lipídios), íons inorgânicos (transporte de íons inorgânicos e metabo lismo), Metabolitos secundários (biossíntese, transporte e catabolismo dos metabolitos secundários).

A mesma abordagem foi usada para atribuir componentes celulares a LECA e nós de duplicação, usando um conjunto personalizado de termos de ontologia genética: região extracelular (GO: 0005576), parede celular (GO: 0005618), citosol (GO: 0005829), citoesqueleto (GO : 0005856), mitocôndria (GO: 0005739), cílio (GO: 0005929), membrana plasmática (GO: 0005886), endossomo (GO: 0005768), vacúolo (GO: 0005773), peroxissomo (GO: 0005777), vesícula citoplasmática ( GO: 0031410), aparelho de Golgi (GO: 0005794), retículo endoplasmático (GO: 0005783), envelope nuclear (GO: 0005635), nucleoplasma (GO: 0005654), cromossomo nuclear (GO: 0000228) e nucléolo (GO: 0005730) .

Predizendo o número de genes em LECA

Usamos um modelo de regressão linear para prever o número de genes em LECA com base no número inferido de domínios Pfam em LECA. Para isso, usamos o número de domínios Pfam suficientemente longos (ver & # x02018 atribuição de Pfam & # x02019 acima) e o número de genes codificadores de proteínas nos eucariotos em nosso conjunto de dados. As suposições de uma distribuição normal de valores de genes e variância igual em cada valor de domínio Pfam foram razoavelmente satisfeitas após a transformação logarítmica. Com base na relação entre o número de domínios Pfam e genes nos eucariotos atuais, o número de genes codificadores de proteínas em LECA foi estimado.

Efeito da posição da raiz eucariótica

A filogenia eucariótica e a posição de sua raiz são incorporadas em nossa análise em dois pontos: na etapa ScrollSaw durante a identificação de BBHs entre táxons eucarióticos e nos critérios LECA nas análises de árvore. Por razões computacionais, limitamos a análise do impacto da filogenia eucariótica em nossos resultados aos Pfams que estavam presentes apenas em eucariotos. Além dos BBHs Opimoda-Diphoda, selecionamos as sequências de BBHs entre cinco ou quatro supergrupos, conforme descrito antes, e árvores filogenéticas inferidas. Os três diferentes conjuntos de árvores foram analisados ​​usando todas as sete possibilidades de raízes, dada a monofilia de Amorphea, Diaphoretickes, Discoba e Metamonada. Para cumprir os critérios LECA, um nó deve conter sequências de árvores de ambos os lados da raiz e a presença média de uma família LECA potencial nos quatro grupos diferentes deve ser de pelo menos 15%.

Análise estatística

Superrepresentações de funções e localizações em duplicações, invenções e inovações, e superrepresentações de grupos irmãos em duplicações e tendências de duplicação foram testadas comparando-se as razões de probabilidade com os testes exatos de Fisher & # x02019s (apenas comparações par a par de funções para invenções e localizações para inovações devido à pequena amostra tamanhos) ou & # x003c7 2 testes de tabela de contingência (resto). As diferenças nos comprimentos dos ramos foram avaliadas com um teste de Kruskal-Wallis, seguido por Mann-Whitney você testes sobre um resultado significativo do teste de Kruskal-Wallis. Apenas um teste de Kruskal-Wallis não deu um resultado significativo (dados estendidos Fig. 2b). As diferenças entre dois grupos foram avaliadas com Mann-Whitney você testes. Todos os testes realizados foram bilaterais. Em todos os casos de comparações múltiplas, os valores P foram ajustados para controlar a taxa de descoberta falsa.

Os gráficos do ridgeline foram desenhados com o pacote ggridges v0.5.1 R (https://github.com/wilkelab/ggridges).


2 Análise de clonagem, sequenciamento e expressão de Rhm51

2.1. Clonagem e sequenciamento de Rhm51

Magnaporthe oryzae Ina168 (Ina de Inabu) foi relatado como tendo uma taxa de mutação de 12,5% (Sone et al., 1997) e o homólogo RAD51 para esta cepa, Rhm51, não foi sequenciado. Informações relacionadas à conservação desse gene são desconhecidas. Diante do crescente interesse na variabilidade patogênica e do papel desconhecido da recombinação homóloga na geração dessa variabilidade, foi necessário clonar e sequenciar Rhm51 para ver se esse gene foi conservado diante dessa alta taxa de mutação em M. oryzae.

2.1.1. Extração de DNA de micélios de Tom M. oryzae

Ina168 armazenado em ágar de ameixa inclinado foi inoculado em 2 YEG (0,2% de extrato de levedura e 1% de glicose) e incubado a 27o C por uma semana enquanto agitado a 100 rpm. Cinqüenta miligramas (50 mg) de micélios liofilizados foram pulverizados usando uma centrífuga de ruptura celular (Multi-Beads Shocker, Yusui Kikai, Japão). Após a ruptura das células, 500 pL de tampão de extração de DNA foram adicionados e agitados em vórtex por cerca de 20 segundos para garantir que o tampão se misture bem com o micélio em pó. O DNA foi então extraído usando o método fenol / clorofórmio e precipitado usando isopropanol. As amostras foram secas a vácuo e 50 pL de tampão TE adicionados e armazenados a 4o C. No dia seguinte, as concentrações de DNA foram verificadas.

2.1.2. Amplificação e clonagem de Rhm51

A proteína hipotética de M. grisea semelhante à sequência do gene N. crassa mei-3 foi baixada online do Broad Institute (MG11350.6, no banco de dados do genoma http://www.broad.mit.edu/annotation/genome/magnaporthe_grisea/GeneDetails .htm). Esta sequência está localizada no cromossomo I, supercontig196 e se estende por 37950003800000, ou seja, 5 kb. Os primers forward e reverse para a amplificação de Rhm51 (Tabela 1) foram desenhados, respectivamente, 50 nucleotídeos do início e antes do final desta sequência. Os primers foram sintetizados (Invitrogen, Carlsbad, CA) e o DNA genômico de M. oryzae Ina 168 foi usado para amplificar Rhm51 por reação em cadeia da polimerase (PCR) usando o kit Platinum® PCR SuperMix High Fidelity (Invitrogen). A mistura de reação e as condições de PCR foram feitas de acordo com as diretrizes dos fabricantes (Invitrogen) com pequenas modificações usando o GeneAmp® PCR System 9700 (Applied Biosystems, Foster City, CA). A amplificação foi confirmada pela execução de produtos de PCR em gel de agarose a 1% (125V por 35 min), coloração com brometo de etídio e visualização em um transiluminador UV antes de tirar uma fotografia. Os produtos de PCR foram então limpos usando uma coluna MicroSpin (GE Healthcare, Buckinghamshire, UK) e ligados ao vetor pGEM®-T Easy (clonagem TA) pelo protocolo de reação padrão (Promega, Madison, WI) com ligeiras modificações. O produto da ligação foi concentrado a 5 pL por precipitação com etanol usando Ethachinmate (Wako, Osaka, Japão) e usado para transformar 40 pL de células E.coli TOP10 (Invitrogen) por eletroporação usando um gerador de pulsos de gene (BIO-RAD, Hercules, CA) .

Após a eletroporação, as células foram recuperadas em 1 mL de meio SOC (ver apêndice-I para composição) e incubadas a 37oC em um agitador de incubação (140 / min) por 30 min. Duzentos microlitros de células recuperadas foram semeados em cinco placas de LB Agar / Ampicilina / Isopropil-ß-D-tiogalactopiranosídeo / 5-bromo-4-cloro-3-indolil-ß-d-galactosídeo (LB-AgarAmp / IPTG / Xgal) . As concentrações de ampicilina, isopropil-ß-D-tiogalactopiranosídeo (IPTG) e 5-bromo-4-cloro-3-indolil-ß-D-galactosídeo (Xgal) neste meio foram 100 pg / mL, 100 nM e 40 pg / mL respectivamente. As placas foram incubadas a 37oC durante a noite e os transformantes foram selecionados por triagem Blue / White.

As colônias brancas que provavelmente carregavam o plasmídeo com o inserto de interesse foram transferidas para uma placa mestre LB-AgarAmp e incubadas durante a noite a 37oC. Cada colônia foi colhida com um palito de dente e transferida para 5 mL de LBAmp em um tubo de ensaio e incubada em um agitador incubador a 37oC durante a noite. Um plasmídeo foi extraído de cada cultura usando o protocolo de centrifugação do Quantum Prep® Plasmid Miniprep Kit (BIO-RAD). A fim de determinar qual plasmídeo tinha a inserção correta, o plasmídeo foi digerido com EcoRl em uma mistura de reação final de 10 pL e resolvido em gel de agarose a 1%. O plasmídeo com a soma do tamanho total do produto digerido equivalente ao tamanho do plasmídeo (3 kb) mais o inserto (5 kb) foram selecionados para sequenciamento usando o kit de sequenciação de ciclo BigDye Terminator V1.1 e iniciadores universais M13. A mistura de reação e as condições de ciclagem de PCR foram feitas de acordo com as diretrizes do fabricante (Applied Biosystems). Após a reação de sequenciamento, os produtos foram purificados por filtração usando o cartucho de filtração em gel Performa® DTR (Edge BioSystems, Gaithersburg, MD), liofilizados em um secador por congelamento a vácuo (Freeze Trap, VA-500F, TAITEC, Saitama,

Japão). Amostras secas foram misturadas com 25 pL de Hi-Di-Formamida, aquecidas a 95 ° C por 2 min e então rapidamente resfriadas em gelo, transferidas para tubos de análise de sequência e analisadas com um ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems). Uma colônia com a inserção correta foi selecionada, cultivada em grande quantidade (100 mL de LBAmp) em um frasco de fundo redondo usando as mesmas condições de incubação acima, e o plasmídeo extraído usando o kit Quantum Prep® Plasmid Maxi Prep (BIO-RAD) . Dez primers de sequenciamento Rhm51 direto e reverso (Tabela 1) foram projetados com 500 bp de distância usando a sequência online. Esses primers foram usados ​​para sequenciar todo o inserto. Um total de 20 reações de sequenciação foram realizadas conforme descrito acima. Após a análise das reações de sequência, foi construída uma sequência de consenso utilizando o Factura e Auto assembler versão 2.0 (Applied Biosystems). O plasmídeo foi nomeado como pGEMRhm51

O DNA genômico de M. oryzae Ina 168 foi usado com sucesso como molde para a amplificação de Rhm51 (Fig. 3a). Após transformar o produto ligado em células E. coli TOP10, 8 colônias brancas foram selecionadas por triagem azul / branca. A análise dessas colônias por separação dos produtos digeridos com EcoR1 em gel de agarose a 1% e sequenciamento com iniciadores universais M13 revelou uma colônia (colônia 6) (Fig. 3b) que foi selecionada para extração de plasmídeo. Após o sequenciamento de comprimento total, uma sequência de consenso que tinha 4950 bp foi construída. Esta sequência de consenso tinha 100% de identidade com a proteína hipotética de M. grisea semelhante à sequência do gene mei-3 no banco de dados do National Center for Biotechnology Information (NCBI).

ilustração não visível neste excerto

Figura 3: Clonagem de Rhm51. (a) Amplicon de Rhm51 usando DNA genômico Ina168 como molde (b) DNA de plasmídeo extraído de 8 colônias diferentes de E. coli com a colônia 6 tendo a inserção desejada (c) colônia 6 digerida com EcoR1 mostrando o vetor e a inserção.

2.2. Determinação da estrutura de leitura aberta (ORF), a posição e o número de íntrons em Rhm51

O tamanho do transcrito Rhm51 putativo e a sequência relatados no banco de dados do Broad Institute são estimados por simulação de computador. Foi então necessário obtermos o RNA de Magnaporthe oryzae Ina 168, realizar a clonagem e o sequenciamento do cDNA para identificar a ORF, os íntrons e os exons.

2.2.1 Extração de RNA de micélios de M. oryzae

M. oryzae Ina168 foi cultivado em ágar aveia por 2 semanas no escuro a 27oC e então transferido e cultivado por 3 dias sob luz a 25oC para produção de conídios.

As colônias foram lavadas com 2YEG raspados levemente conídios filtrados com gaze e contados usando um hemocitômetro. Em 2YEG, 105 conídios foram tratados com 1,5% de metanossulfonato de metila (MMS, Sigma-Aldrich, St Louis, MO) por uma hora, lavados para remover MMS e cultivados a 27oC por 3 dias em 2YEG fresco enquanto agitados a 100 rpm em um Agitador Recipro (NR-10, TAITEC). O micélio foi coletado após 3 dias de crescimento e imediatamente armazenado a -80oC até a extração do RNA. O RNA total foi extraído de micélios que foram coletados na fase log de crescimento usando RNAiso Plus de acordo com as instruções do fabricante (Takara, Shiga, Japão).

2.2.2. Transcriptase reversa-PCR para amplificação de cDNA Rhm51

A proteína hipotética de M. grísea semelhante à sequência do gene N. crassa mei-3 foi usada para consultar o banco de dados do Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia (NCBI) para sequências de mRNA que estavam estreitamente alinhadas à sequência hipotética de mRNA da proteína usando a pesquisa de alinhamento local básico de blast. ferramenta (Altschul et al., 1997). Esta informação foi usada para determinar o possível local de início e parada da transcrição Rhm51. Os primers foram desenhados para transcriptase reversa-PCR (RT-PCR) (Tabela 1) usando o kit Superscript High Fidelity RT-PCR (Invitrogen). O molde era RNA total extraído de micélios de M. oryzae Ina 168 tratados com MMS a 1,5% tratados com DNase. O procedimento de clonagem e sequenciamento do produto RT-PCR foi semelhante ao de clonagem e sequenciamento de Rhm51 descrito na seção 2.1. Três primers Rhm51cDNA direto e reverso (Tabela 1) foram desenhados com 500 nucleotídeos separados e usados ​​para sequenciar o Rhm51cDNA inteiro. A sequência de consenso Rhm51 cDNA foi alinhada com a sequência de consenso Rhm51 usando opções de correspondência máxima do software GENETYX versão 10 para determinar a ORF, íntrons e exons.

ilustração não visível neste excerto

A proteína hipotética de M. grisea semelhante ao relatório de sequência de transcrição de N. crassa mei-3 no banco de dados do NCBI tem 3132 pb com 5 exons e 4 íntrons. Os primers desenhados nos locais estimados de início e parada não produziram o produto de amplificação esperado após RT-PCR. Portanto, novos primers direto e reverso foram projetados em locais de início e parada putativos (posição 3220 e 4440, respectivamente) da sequência hipotética estimada a partir do alinhamento entre mei-3 de N. crassa. Estes primers produziram uma banda de 1,2 kb clara e altamente induzida usando RNA extraído de micélios tratados com MMS (Fig. 4a) como molde. A sequência de nucleotídeos completa Rhm51 está publicada nos bancos de dados EMBL / GenBank / DDBJ, número de acesso AB562330. O Rhm51 proposto tem um ORF de 1054 bp com um local de início na posição 3232 e o local de parada na posição 4425 da sequência Rhm51 (Fig. 4b). A ORF tem três exons (96, 148 e 810 pb) e dois íntrons (64 e 73 pb). O gene RAD 51 de S. cerevisiae tem um tamanho de transcrição de 1,6 kb, mas seu homólogo mostrou algum grau de variação de um organismo para o outro 1,6 kb para N. crassa 1,2 kb para Pneumocystis 1,4 kb para Aspergillus nidulans e 1,9 kb, 1,6 kb e 1,3 kb para S. pombe com a possível razão sendo diferenças nos locais de início e término da transcrição. A sequência de consenso Mlu-I 5'-ACGCGT-3 'está presente a 172 bp para o ORF. A região flanqueadora 5 'desta sequência Mlu-I é absolutamente essencial para a expressão de genes regulada pelo ciclo celular (Gordon & amp Campbell, 1991). Dois elementos responsivos a danos (DREs), que são importantes para a expressão de danos no DNA, também estão presentes na posição 2593 e 2723 bp para a ORF, embora apenas a extremidade 3 '(TGAAA) seja altamente conservada em M. oryzae Ina168 e sua posição é mais distal do que em outros organismos (Fig.4b). Essas DREs com extremidade 3 'conservada também foram relatadas na região a montante de RAD51 de S. cerevisiae (Silva et al., 2005), enquanto a sequência de consenso Mlu-I foi relatada nas regiões promotoras de RAD51 de S. cerevisiae, uvsC de A. nidulans e mei-3 de N. crassa (Verma et al., 1992 Hatakeyama et al., 1995). A proteína Rhm51 prevista contém 351 aminoácidos e mostra 97% e 66% de similaridade com as proteínas N. crassa mei-3 e S. cerevisiae Rad51, respectivamente.

ilustração não visível neste excerto

Figura 4. (a) Amplicons de Rhm51 resolvidos em gel de agarose a 1%. (b) Uma apresentação esquemática do locus Rhm51. Dois elementos responsivos a danos (DRE1 e DRE2, caixa listrada) e uma sequência de consenso Mlu-l (caixa preta) na região promotora putativa são mostrados. As caixas abertas acima desses elementos mostram os alinhamentos desses elementos e as sequências de consenso. Uma seta preta indica o ORF Rhm51, que contém dois íntrons (caixas brancas).

2.3. Hibridização Northern após induzir a expressão sob vários estresses

A fim de entender se Rhm51 será induzido por substâncias genotóxicas e vários estresses como outro membro do grupo da epistasia RAD52, pretendemos estudar o efeito de substâncias genotóxicas e outros estresses na indução de Rhm51.

M. oryzae Ina168 foi cultivado em ágar aveia por 2 semanas no escuro a 27oC e então transferido e cultivado por 3 dias sob luz a 25oC para produção de conídios.

As colônias foram lavadas com 2YEG raspados levemente conídios filtrados com gaze e contados usando um hemocitômetro. Conídios (105) foram tratados com 0,1 e 0,15% de metanossulfonato de metila (MMS, Sigma-Aldrich, St Louis, MO) por 1 h 0,1, 1 e 10mM de dicloreto de 1,1'-dimetil-4,4'-bipiridínio [metil viologen dicloreto hidratado (MV), Sigma-Aldrich] por 18 h e sob estresse térmico (HS) a 42 ° C por 45 min. Os conídios foram cultivados a 27oC por 3 dias em 2YEG fresco enquanto agitados a 100 rpm em um Agitador Recipro (NR-10, TAITEC). Os micélios foram coletados após 3 dias de crescimento e imediatamente armazenados a -80oC até a extração do RNA. O RNA total foi extraído de micélios que foram coletados na fase log de crescimento usando RNAiso Plus de acordo com as instruções do fabricante (Takara, Shiga, Japão). O RNA total tratado com DNase extraído de micélios Ina 168 que tinha sido submetido às seguintes tensões de calor (HS), dicloreto de metil viologen hidratado (MV), metanossulfonato de metila (MMS) foram dissolvidos em 5 pL de água destilada duplamente destilada de destil pirocarbonato (DEPC, consulte o Apêndice -1 para preparação) e armazenado a -80oC até ser necessário. Dez microlitros de tampão de carregamento (65,79% (V / V) formamida, 13,16% (V / V) 10X MOPS [41,2 g 3- (V-morfolino) ácidos propanossulfônicos (MOPS) 10,9 g

CH3COONa'3H2Ü 3,7 g de sal de sódio de EDTA por litro de água DEPC, pH 7,0] e 21,05% (V / V) de formaldeído) foram adicionados a 5 pL (10 pg) de amostras de RNA, aquecidas a 65oC por 15 min. Após aquecimento, 2 pL de 1 mg / mL de brometo de etídio e 3 pL de corante de carga 6x (0,25% (P / V) azul de bromofenol 0,25% (P / V) xileno cianol FF 30% (P / V) Glicerol) foram adicionados às amostras e correu sobre um gel desnaturante. Para a preparação do gel, 0,30 g de agarose (Seakam-GTG) foi primeiro dissolvido em 25 mL de água DEPC, fervido e mantido a 55oC em banho-maria. Em seguida, um desnaturante foi preparado misturando 1,75 mL de formaldeído com 3 mL de MOPS 1x e mantido a 55oC. O gel e o desnaturante foram misturados e fundidos em uma capa de chama. A eletroforese foi realizada a 50 V por 60 min com 1x MOPS como tampão de corrida.

Após a eletroforese, o gel foi corado com brometo de etídio e observado em transiluminador UV. O gel foi então embebido duas vezes em água DEPC durante 15 min e depois uma vez em SSC 10x (Citrato de sódio 0,3 M cloreto de sódio 3 M). O blotting foi feito de acordo com Sambrook e Russell (2001) durante a noite em uma membrana de náilon Hybond-N + (GE Healthcare) usando 20x SSC como o solvente de transferência. Após o blotting, a membrana foi cuidadosamente removida e embebida em 2x SSC por 5 min e o RNA foi reticulado usando um espectrolinker UV (Spectronics Corp., Japão), aplicando condições máximas de reticulação (1200 x 100 pJ / cm2 ) O cDNA Rhm51 que foi usado para produzir a sonda foi derivado por digestão do cDNA pGEMRhm51 com EcoR1, executando os produtos digeridos em gel de Agaraose a 1% (Seakam GTG) e purificando o cDNA Rhm51 do gel usando o Gel Wizard® SV e PCR Clean-Up Sistema (Promega) pelo procedimento de centrifugação. Os procedimentos do Amersham Gene Images Alkphos Direct Labeling and Detection System (GE Healthcare) foram utilizados para a preparação da sonda marcada, hibridação, lavagens de rigor pós-hibridação, geração e detecção de sinal. O filme de raios X (Fuji Photo Film) foi exposto por 1 h, após o qual foram processados ​​com soluções Rendol e Renfix (Fuji Photo Film).

Rhm51 foi induzido por MMS e MV e o nível de indução aumentou com o aumento da dose de tratamento. Embora Rhm51 não tenha sido induzido em amostras tratadas termicamente, o nível de indução foi mensurável ao de amostras não tratadas (Fig. 5).Isso vai ao encontro da proposta de Hatakeyama et al., (1995) de que esse gene é expresso constitutivamente em níveis baixos durante o ciclo celular e em um nível mais alto após o tratamento com mutagênicos. O dicloreto de metil viologen (MV) gera espécies reativas de oxigênio (ROS) e isso imita as ROS produzidas pela planta do arroz como um componente de uma reação de hipersensibilidade contra o ataque de um patógeno incompatível (Elegado et al., 2006). Além disso, o patógeno também pode entrar em contato com uma ampla gama de produtos químicos usados ​​contra a doença da explosão, necessitando da indução de Rhm51. Dois membros do grupo de epistasia RAD52 de M. oryzae, Rhm52 e Rhm54, homólogos RAD52 e RAD54 já haviam sido caracterizados. Esses genes foram induzidos pelo metanossulfonato de metila e tratamento com luz ultravioleta. A expressão foi induzida mesmo em níveis mais elevados por metil viologen e estresse por calor (Elegado et al., 2006). Assim, RAD52, RAD51 e RAD54 estão envolvidos na recombinação homóloga e seu aumento na indução após certos estresses indica que esta via é muito ativa em M. oryzae Ina 168 e pode funcionar tanto no reparo de DSBs quanto na geração de diversidade genética.

ilustração não visível neste excerto

Figura 5. Efeito de diferentes tratamentos de estresse na expressão de Rhm51 na cepa Ina168 de Magnaporthe oryzae. O RNA extraído de micélios em cultura líquida (controle) e de cultura líquida com diferentes tratamentos de estresse: choque térmico (HS), metil viologen (MV), metanossulfonato de meti (MMS) foram submetidos à eletroforese, padronizados por coloração com brometo de etídio de rRNA (rRNA) e em seguida, transferido para membrana de náilon e sondado por cDNA Rhm51 (Rhm51).


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