PLANO DE AULAS - MÓDULO CÉLULA E GENOMA Unidade Núcleo e Controle Celular

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PLANO DE AULAS - MÓDULO CÉLULA E GENOMA

Unidade Núcleo e Controle Celular

Professores responsáveis: Antonio Dégas, Laura Araújo Tomé e Daniela Alves Silvestre

AULA 5 e 6 - PBL Câncer

OBJETIVOS - Compreender as alterações celulares presentes em uma célula tumoral, as diferenças entre

tumores benignos e malignos, o que são metástases e as alterações celulares subjacentes, as ações celulares de alguns quimioterápicos e as características genéticas e hereditárias do câncer, como subsídios para um estudo aprofundado sobre os temas relacionados, em outras aulas.

CONTEÚDOS: Ciclo celular; Controle genético da divisão celular; Participação do citoesqueleto no processo de

mitose; Bases genética da diferenciação celular; Genética do câncer (básico); Ação celular das principais classes de antitumorais.

ESTRATÉGIAS e COMENTÁRIOS

Aulas utilizando a estratégia de Aprendizagem Baseada em Problemas. Os alunos devem trabalhar em grupos e ao final das atividades entregar uma Síntese Individual sobre o trabalho. Inicialmente solicitar que leiam o texto de forma individual e destaquem as dúvidas; em seguida que tentem esclarecer entre si, solicitando auxílio do professor em último caso; os professores, por sua vez, devem atuar como orientadores e não responder dúvidas, mas dar pistas; aqui o objetivo não é dar as respostas, mas estimular questões e a busca dos conhecimentos de forma autônoma, e com o auxílio dos colegas; ser diretivo na dependência do grau de dificuldade percebido; depois solicitar aos alunos que definam quais são as questões que devem ser

respondidas para chegar à resolução do problema; para isso os alunos devem dividir as tarefas dentro do grupo; devem então realizar suas pesquisas e tentar encontrar as respostas, inicialmente de forma individual; em seguida devem discutir em grupo e tentar buscar uma resposta para o problema; mas uma vez os

professores devem atentar para seu papel de orientadores e não dar respostas; se perceberem que os alunos estão seguindo uma direção equivocada, aguardar para ver se o próprio grupo se “reencaminha”, e só fazer isso em último caso, na dependência do prazo para finalização do trabalho. Estimular a busca das perguntas corretas e sua posterior resposta. Sem dúvida que podem haver resistências por parte dos alunos; firmar a postura tendo em vista estes objetivos. Há um Roteiro de orientações disponível para os professores.

AULA 7- Genoma

OBJETIVOS - Entender o que é um genoma, diferenciar genes, alelos e cromossomos, associando todos esses

conceitos com a estrutura do DNA. Também compreender a relação entre o tamanho do genoma e a complexidade do organismo, e que existe DNA que não codifica para nenhuma proteína (espaçadores e íntrons).

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CONTEÚDOS: Genoma – conceito ; Número haplóide e diplóide ; Compactação do genoma ; Genes,

cromossomos, locos e alelos ; Paradoxo do valor C ; Genoma procarionte: forma, tamanho, genes ; Genoma eucarionte: forma, tamanho, DNA espaçador, introns ; Genomas de organelas: forma, tamanho e origem endossimbionte ;

Aula expositiva com recursos visuais. Iniciar com a visão de um organismo e ir fazendo um “zoom” até mostrar o DNA (organismo, órgão, tecido, célula, núcleo). Explicar que o genoma é o conjunto de genes que contém as “instruções” para criar aquele organismo. Lembrar do número de cromossomos haplóide e diplóide: metade da mãe, metade do pai (usar um cariótipo para demonstrar). Comentar o tamanho do DNA e questionar: como cabe na célula? Explicar a compactação: histonas e graus de compactação (cromatina e cromossomo). Para isso utilizar Vídeo Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=E8NHcQesYl8&feature=PlayList&p=A029E5563E26E493&index=1 até 1:45 (depois é sobre replicação). Explicar a diferença entre cromossomos, genes, locos, alelos. Chamar a atenção para questões como “um cromossomo tem um, poucos ou muitos genes”, “um alelo é um gene”? Usar analogia com rua, endereço, número, casas diferentes... Perguntar se eles imaginam que quanto maior o genoma, mais complexo o organismo. Depois, mostrar valores (ex: samambaia>homem) para explicar o paradoxo. E questionar: tem mais genes? Explicar sobre DNA espaçador, introns. A partir disso, diferenciar genomas procariontes de eucariontes quanto à forma, tamanho e espaçadores. Se houver tempo, comentar sobre genomas de organelas (mitocôndria e cloroplasto) e sua origem endossimbionte.. A aula será dada de forma alternada com a aula de núcleo, que abordará com mais detalhe a compactação do DNA. Portanto, não é necessário aprofundar esse aspecto, apenas citar que será explicado em seguida ou relembrar que foi

explicado na outra metade da aula. Os alunos já deve ter assistido anteriormente a Áudio Aula sobre ácidos Nucléicos para que tenham idéia sobre a estrutura do DNA.

AULA 8 - Núcleo e Ciclo Celular

OBJETIVOS - Compreender a estrutura e as funções dos constituintes do núcleo, tendo em vista a posterior

compreensão das bases moleculares do controle nuclear sobre o metabolismo.

CONTEÚDOS: Estrutura da carioteca ; nucleoplasma e lâmina nuclear ; cromatina – composição ; tipos de

cromatina ; visão geral do paradigma central da biologia molecular ; RNAs e seus destinos ; nucléolo e síntese de ribossomos ; tráfego citoplasma/núcleo.

Aula expositiva com recursos áudio-visuais. Utilizar materiais do Laboratório de Prática de Ensino para ilustrar a aula, assim como apresentação de power point. Iniciar apresentando a estrutura do núcleo. O foco desta aula é morfológico, para que o aluno possa relacionar as questões abordadas na aula sobre Genoma, cujo foco é a Biologia Molecular. Mostrar os tipos de cromatina e correlacionar aos processos de diferenciação. Iniciar a abordagem do paradigma da Biologia Molecular, mostrando que o DNA do núcleo contém uma informação que será “passada” ao RNA, o qual, indo para o citoplasma, participará da tradução. Logo, o código genético serve

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para determinar a estrutura primária das proteínas. Aqui lembrar que os alunos já devem ter estudado isso na aula sobre Biomoléculas.

AULA 9 - Replicação e Mitose

OBJETIVOS - Compreender a replicação do DNA de forma a correlacionar este processo com a compreensão

do modelo que explica a estrutura da molécula de DNA e as etapas da mitose, bem como seus objetivos.

CONTEÚDO: Abertura e duplicação semi-conservativa da dupla-hélice dos DNAs, e as enzimas e moléculas auxiliares na viabilização deste processo ; Etapas da mitose (intérfase, prófase, metáfase, anáfase e telófase) Ressaltar há 2 DNAs semelhantes em todas as células, que se duplicam inteiramente antes da mitose (2n X 4C) ;

Aula expositiva com recursos audiovisuais. Após explicações preliminares, realizar uma atividade em grupo utilizando DNAs de massa ou plástico, realizando os passos da mitose em diferentes tamanhos de

cromossomos, para que os alunos possam visualizar o processo. Ponderar sobre detalhes nas etapas da mitose e os detalhes do processo de replicação. Lembrar que haverá um estudo dirigido sobre Sequenciamento do DNA cujo foco é na Biologia molecular da replicação e no qual podem ser realizadas atividades mais lúdicas para aprofundamento do processo.

AULA 10 - ESTUDO DIRIGIDO 2 - Sequenciamento do DNA

OBJETIVOS - Compreender a partir do estudo da técnica de sequenciamento do DNA através da utilização de

dideoxinucleotídeos, a importância da compreensão das bases moleculares do processo de replicação.

CONTEÚDOS: Técnica de sequenciamento do DNA através da utilização de dideoxinucleotídeos ; Visão geral

da replicação - papel das principais enzimas com foco na DNA polimerase 3 ; Ligação fosfodiéster

Estudo dirigido em grupos. Bolar alguma dinâmica a partir da leitura de um texto sobre o processo, de

preferência extraído de uma revista informativa com infográficos interessantes. Aí ou propor a reescrita do texto complementando com informações a partir de uma referência mais explicativa sobre a replicação, ou quem sabe transformar a proposta em um problema, explicando inicialmente como ocorre a replicação, com foco no papel da DNA polimerase, e aí questionar se eles imaginam o que aconteceria se fosse utilizados

dideoxinucleotídeos. Para suporte a estas propostas poderia ser utilizado algum modelo manipulável; remeter os alunos aos conhecimentos de aulas anteriores.

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OBJETIVOS - Compreender o processo que une o material genético à expressão das características físicas

(fenotípicas). Aprender sobre o processo em que o DNA dá origem a diversas formas de RNA e estes são utilizados na tradução para dar origem às proteínas, que são as verdadeiras efetoras da célula. Aprender o funcionamento do ribossomo.

CONTEÚDOS: Código genético (tabela de conversão entre trincas de RNA para aminoácidos – lembrar que há

um estudo dirigido a respeito) ; Transcrição (sem muitos detalhes do processo, apenas a ação da RNA polimerase e possibilidade de regulação; seria interessante mostrar diferenças entre eu e procariontes neste processo) ; Conceito de fitas sense e antisense ; Tipos de RNA ; Splicing e processamento do RNA mensageiro ; Tradução (aqui o foco é mostrar de que forma os códons e anti-códons originam a estrutura primária das proteínas) – detalhes sobre formação do complexo de iniciação e demais podem ser omitidos ou abordados na aula sobre Sistema de Endomembranas, quando falar do acoplamento do ribossomo ao retículo (pensar)

ESTRATÉGIAS e COMENTÁRIO

Aula expositiva com recursos visuais. Começar abordando o dogma central da Biologia Molecular (DNA-RNA-proteína). Explicar que as proteínas são as verdadeiras causadoras do fenótipo, ou seja, das características físicas. Mas não são elas as transmitidas de pais para filhos, e sim o DNA. Portanto, precisa haver um processo que usa o material genético (DNA) para fazer proteínas. O RNA é o intermediário natural. Explicar a transcrição. Uma das fitas é transcrita, a outra não (sense): demonstrar como seria cada uma das fitas: timina para uracila, complementaridade

(http://www.youtube.com/watch_fullscreen?video_id=mQClpqDBlSs&l=170&t=OEgsToPDskKV7lOqNbgYYyTJu7p-pzq4&sk=dqdaQu34FXxA3NDP-BRs8gU&fs=1&title=Transcription%20(Animation) e exercício online: http://learn.genetics.utah.edu/units/basics/transcribe/ .

Explicar que há 3 tipos principais de RNA e que os 3 são responsáveis pela tradução: RNAm leva a receita, RNAt leva os aminoácidos e RNAr tem ação catalítica para montar a proteína, pois faz parte do ribossomo. Comentar sobre o processamento do RNAm dentro do núcleo: splicing, 5’cap e cauda poli-A (sinalização). Animação: http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/mrnasplicing/movie.htm. Explicar a tradução. Animação:

http://www.youtube.com/watch?v=YURu6lv7I6c. Verificar com qual profundidade abordar cada tema na dependência do que já

foi dito, ou será abordado em outras aulas.

AULA 12 - ESTUDO DIRIGIDO 3 - Características do Código Genético

OBJETIVOS - Compreender o código genético e sua utilização pela célula no momento da tradução, bem como

a participação dos diferentes tipos de RNA neste processo.

CONTEÚDOS: Código genético (universal e degenerado) ; Start e stop codons ; Carregamento dos RNAt. ESTRATÉGIAS e COMENTÁRIO

Pensar em dinâmica na qual os alunos possam manusear algum tipo de material que simule o processo de tradução. Verificar, segundo o foco e a profundidade da aula sobre Tradução, qual será o foco e profundidade desta abordagem. Não esquecer que aqui o objetivo é frisar de que forma o código genético determina a estrutura primária de uma proteína, destacando as funções dos diferentes tipos de RNA no processo.

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Dependendo da atividade pode ser abordada também a questão do efeitos das mutações (como por exemplo a que leva a anemia falciforme) sobre a estrutura primária das proteínas. Seria muito legal se o Módulo

Metabolismo pudesse aproveitar esta atividade para aprofundar a discussão sobre estrutura das proteínas.

AULA13- Células-Tronco e Diferenciação Celular

OBJETIVOS - Compreender de que forma células com o mesmo genoma podem se diferenciar em células de

morfologias e funções distintas a partir do zigoto, e a partir destes conhecimentos compreender as perspectivas práticas de utilização terapêutica das células tronco.

CONTEÚDOS: Mostrar que todas as células de um organismo têm a mesma composição de DNA recebida do

zigoto, apresentar o conceito de gene funcional e como este padrão estabelece a modificação na maquinaria celular básica para efetuar um trabalho celular específico , utilizar as células-tronco adultas para demonstrar o comportamento de diferenciação embrionária , aplicações terapêuticas das células tronco – o que tem sido feito e quais as possibilidades.

Aula expositiva com preleção dialogada. Aqui o interessante seria motivar uma maior participação dos alunos a partir das exposições do professor e do que já foi estudado até então. Talvez iniciar com algum vídeo do You Tube falando sobre a polêmica de utilização destas células, ou mesmo alguns cientistas argumentando em favor da utilização das células tronco. Abordar os conteúdos de forma a mostrar que apesar de apresentar o mesmo genoma proveniente das mitoses a partir do zigoto as células se diferenciam, e que este processo depende da ativação e inativação de certos genes em determinados tipos de tecidos. Aqui o foco é na Biologia Molecular, e não na morfologia dos diferentes tipos de tecidos, o que será tema da aula sobre Tipos de Tecidos.

AULAS14 - Tipos de Tecidos

OBJETIVOS - Compreender a estrutura e a composição básica dos 4 tipos de tecidos presentes no organismo

animal, de forma a ser capaz de posteriormente reconhecê-los e compreender suas funções nos diferentes órgãos; como contexto para compreensão do processo de diferenciação celular.

CONTEÚDOS: Tecidos Epitelial (revestimento e glandular) ; Tecido Conjuntivo - comuns e especiais (adiposo, ;

artilaginoso, ósseo e sangue) ; Tecido Muscular ; Tecido Nervoso.

Aula expositiva sobre o tema, que dará base para a aula prática posterior. Foco na morfologia. Devem se questionar: como é possível as células serem tão diferentes se todas têm o mesmo material genético?

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AULA 15 - PRÁTICA: Tipos de Tecidos

OBJETIVOS - Conhecer os diferentes tipos de tecidos através da microscopia óptica, de forma a correlacionar

observações aos conhecimentos teóricos já abordados sobre o assunto.

CONTEÚDOS: Observação de lâminas:

o de pele (epitélio de revestimento e glândulas sudoríparas, Conjuntivos comum e adiposo),

o ossificação (tecidos cartilaginoso, ósseo, medula ósseo, sangue, muscular)

o língua (epitélio de revestimento e glandular, conjuntivos comuns, nervo e músculo estriado esquelético).

Aula prática baseada em observações, e manobras realizadas a partir de Roteiro de Aula com o auxílio do professor, técnicos e / ou monitores. Disponibilizar um roteiro com questões que possam guiar o raciocínio dos alunos passo a passo em seu trabalho. As questões devem favorecer aos alunos identificar estruturas e tecidos, a partir do que foi estudado na aula anterior. Os professores devem orientar, evitar dar as respostas, e aproveitar para esclarecer eventuais dúvidas e sugerir aprofundamento de estudos, contextualizando o tema e relacionando-o a outros módulos estudados durante o curso.

AULA 16 - ESTUDO de CASO 1 - Genoma e Núcleo celular

Compreender de forma prática o conceito de genoma e núcleo já abordado em aulas teóricas. Resolver um problema sobre clonagem utilizando esses conceitos de forma a integrar todos os conhecimentos adquiridos até aqui de forma aplicada. Levar os alunos para laboratório multimídia. Pedir para que façam em grupos o

exercício proposto no link abaixo (em inglês, mas simples): http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/cloning/clickandclone/

Após a resolução do problema (para que eles não façam o exercício apenas buscando as respostas do formulário), entregar as questões. Eles podem refazer a animação ou pesquisar na internet, como desejarem.