Biologia do AP

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.1.A: Explicar como as propriedades da água, resultantes de sua polaridade e ligações de hidrogênio, afetam sua função biológica.

• 1.1.A.1 Sistemas vivos dependem das propriedades da água para sustentar a vida.
  • 1.1.A.1.i A água possui polaridade devido à formação de ligações covalentes polares entre hidrogênio e oxigênio dentro das moléculas de água. Essa polaridade contribui para as ligações de hidrogênio entre e dentro de moléculas biológicas.
  • 1.1.A.1.ii A água tem alta capacidade térmica específica, o que permite a manutenção da temperatura corporal homeostática em organismos vivos.
  • 1.1.A.1.iii A água tem alto calor de vaporização, o que permite o resfriamento evaporativo do ambiente circundante. Em organismos vivos, essa propriedade permite a manutenção da temperatura corporal.
• 1.1.A.2 As ligações de hidrogênio entre moléculas de água polares adjacentes resultam em coesão, adesão e tensão superficial.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 1.2.A: Descrever a composição de macromoléculas necessárias aos organismos vivos.

• 1.2.A.1 Átomos e moléculas do ambiente são necessários para construir novas moléculas. Carbono, hidrogênio e oxigênio são os elementos mais prevalentes usados para construir moléculas biológicas como carboidratos, proteínas, lipídios e ácidos nucleicos. Além disso:
  • 1.2.A.1.i Enxofre é usado na construção de proteínas.
  • 1.2.A.1.ii Fósforo é usado na construção de fosfolipídios (um tipo de lipídio) e ácidos nucleicos.
  • 1.2.A.1.iii Nitrogênio é usado na construção de ácidos nucleicos.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.3.A: Descrever as reações químicas que constroem e quebram macromoléculas biológicas.

• 1.3.A.1 Hidrólise é uma reação química que envolve a clivagem de ligações covalentes. Esse tipo de reação decompor moléculas em moléculas menores. Quando água é adicionada à ligação entre monômeros em um polímero, a ligação é rompida. O íon de hidrogênio de uma molécula de água é adicionado a um monômero e o grupo hidroxila da molécula de água é adicionado ao outro monômero, completando a reação.
• 1.3.A.2 Síntese por desidratação ocorre quando duas moléculas menores são unidas através de ligação covalente. Um íon de hidrogênio é removido de um monômero e um grupo hidroxila é removido do outro. Isso causa a perda do equivalente a uma molécula de água dos reagentes e a conexão dos dois monômeros restantes. A conexão de muitos monômeros é conhecida como polimerização.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.4.A: Descrever a estrutura e a função dos carboidratos.

• 1.4.A.1 Monossacarídeos (açúcares simples) são os monômeros para polissacarídeos (carboidratos complexos). Esses monômeros são conectados por ligações covalentes para formar polímeros como carboidratos complexos, que podem ser lineares ou ramificados.
  • Exemplos ilustrativos para 1.4.A.1:
    • Celulose
    • Amido
    • Glicogênio
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de polímeros de carboidratos específicos está fora do escopo do Exame AP.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.5.A: Descrever a estrutura e a função dos lipídios.

• 1.5.A.1 Lipídios são tipicamente moléculas apolares e hidrofóbicas cuja estrutura e função derivam da forma como seus subcomponentes são montados. Ácidos graxos podem ser descritos como saturados ou insaturados.
  • 1.5.A.1.i Ácidos graxos saturados contêm apenas ligações simples entre átomos de carbono.
  • 1.5.A.1.ii Ácidos graxos insaturados contêm pelo menos uma ligação dupla entre átomos de carbono, o que causa uma dobra na cadeia de carbonos.
  • 1.5.A.1.iii Quanto mais ligações duplas na cauda de um ácido graxo, mais insaturado se torna o lipídio.
  • 1.5.A.1.iv Quanto mais insaturado for um lipídio, mais líquido ele é à temperatura ambiente.
• 1.5.A.2 Lipídios fornecem uma variedade de funções para organismos vivos. Alguns exemplos de lipídios são gorduras, esteroides incluindo colesterol e fosfolipídios.
  • 1.5.A.2.i Gorduras fornecem armazenamento de energia e suporte à função celular. Em alguns casos, elas também podem fornecer isolamento para ajudar a manter os mamíferos aquecidos.
  • 1.5.A.2.ii Esteroides são hormônios que suportam funções fisiológicas incluindo crescimento e desenvolvimento, metabolismo energético e homeostase.
  • 1.5.A.2.iii Colesterol fornece estabilidade estrutural essencial às membranas celulares animais.
  • 1.5.A.2.iv Fosfolipídios agrupam-se para formar bicamadas lipídicas encontradas em membranas plasmáticas e celulares.
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de lipídios específicos está fora do escopo do Exame AP.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 1.6.A: Descrever a estrutura e a função do DNA e RNA.

• 1.6.A.1 Em ácidos nucleicos (DNA e RNA), informações biológicas são codificadas em sequências de monômeros de nucleotídeos. Cada nucleotídeo possui os seguintes componentes estruturais: um açúcar de cinco carbonos (desoxirribose ou ribose), um fosfato e uma base nitrogenada (adenina, timina, guanina, citosina ou uracilo).
• 1.6.A.2 Ácidos nucleicos possuem uma sequência linear de nucleotídeos que têm extremidades, definidas pelos grupos hidroxila 3' (três prime) e fosfatos 5' (cinco prime) do açúcar no nucleotídeo. Durante a síntese de ácidos nucleicos, nucleotídeos são adicionados à extremidade 3' da cadeia em crescimento, resultando na formação de ligações covalentes entre nucleotídeos.
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de nucleotídeos específicos está fora do escopo do Exame AP.
• 1.6.A.3 O DNA é estruturado como uma dupla hélice antiparalela, com duas cadeias de nucleotídeos correndo em orientação oposta de 5' para 3'. No DNA, nucleotídeos de adenina pareiam com nucleotídeos de timina via ligações de hidrogênio (A-T), e nucleotídeos de citosina pareiam com nucleotídeos de guanina via ligações de hidrogênio (C-G). No RNA, a adenina pareia com uracilo (A-U).
• 1.6.A.4 Diferenças estruturais entre DNA e RNA incluem:
  • 1.6.A.4.i O DNA contém o açúcar desoxirribose, e o RNA contém o açúcar ribose.
  • 1.6.A.4.ii O DNA contém a base nitrogenada timina, e o RNA contém a base nitrogenada uracilo.
  • 1.6.A.4.iii O DNA é tipicamente fita dupla, enquanto o RNA é tipicamente fita simples.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 1.7.A: Descrever a estrutura e a função das proteínas.

• 1.7.A.1 Proteínas consistem em cadeias lineares de aminoácidos conectados pela formação de ligações covalentes (peptídicas) que ocorrem entre um grupo carboxila ($-\text{COOH}$) de um aminoácido e um grupo amina ($-\text{NH}_2$) do próximo aminoácido, resultando em uma cadeia peptídica em crescimento.
• 1.7.A.2 Aminoácidos são compostos por um átomo de carbono central com um átomo de hidrogênio, um grupo carboxila, um grupo amina e um grupo R variável ligados covalentemente a ele. O grupo R de um aminoácido pode ser categorizado por três propriedades químicas possíveis: hidrofóbico/apolar, hidrofílico/polar ou iônico. As interações desses grupos R determinam a estrutura e a função daquela região da proteína.
• 1.7.A.3 A sequência específica de aminoácidos nas proteínas determina a estrutura primária de um polipeptídeo, bem como a forma geral da proteína.
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de aminoácidos está fora do escopo do Exame AP.
• 1.7.A.4 Estruturas secundárias de proteínas são formadas por dobramentos locais que surgem de interações entre átomos da cadeia principal polipeptídica da cadeia de aminoácidos. Ligações de hidrogênio formam formas como hélices alfa e folhas beta pregueadas.
• 1.7.A.5 A forma tridimensional da estrutura terciária de uma proteína resulta da formação de ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, interações iônicas ou pontes dissulfeto.
• 1.7.A.6 A estrutura quaternária surge de interações entre múltiplos polipeptídeos. Todos os quatro níveis da estrutura de uma proteína determinam a função de uma proteína.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas (SYI): Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 2.1.A: Explicar como a estrutura e a função de componentes subcelulares e organelas contribuem para a função das células.

• 2.1.A.1 Ribossomos são compostos por RNA ribossômico (rRNA) e proteínas. Essas estruturas subcelulares sem membrana estão presentes em células em todas as formas de vida e refletem a ancestralidade comum em toda a vida conhecida. Ribossomos sintetizam proteínas de acordo com sequências de RNA mensageiro (mRNA).
• 2.1.A.2 O sistema endomembranoso consiste em um grupo de organelas e componentes subcelulares envolvidos em membrana (retículo endoplasmático (RE), complexo de Golgi, lisossomos, vacúolos e vesículas de transporte, envelope nuclear e membrana plasmática) que trabalham juntos para modificar, empacotar e transportar polysaccharides, lipídios e proteínas intracelularmente.
• 2.1.A.3 O retículo endoplasmático fornece suporte mecânico ajudando as células a manterem a forma e desempenha um papel no transporte intracelular.
  • i. RE rugoso está associado a ribossomos ligados a membrana, permite a compartimentalização de células e ajuda a realizar a síntese proteica.
  • ii. As funções do RE liso incluem a detoxificação de células e a síntese de lipídios.
  • Declaração de exclusão: Conhecimento das funções específicas do RE liso em células especializadas está fora do escopo do Exame AP.
• 2.1.A.4 O complexo de Golgi é uma estrutura envolvida em membrana que consiste em uma série de sacos de membrana achatados. Funções do complexo de Golgi incluem:
  • i. Dobrar corretamente e modificar quimicamente produtos celulares recém-sintetizados
  • ii. Empacotar proteínas para tráfego
  • Declaração de exclusão: Conhecimento do papel do complexo de Golgi na síntese de fosfolipídios específicos e no empacotamento de enzimas específicas para lisossomos, peroxissomas e vesículas secretoras está fora do escopo do Exame AP.
  • Exemplos ilustrativos para 2.1.A.4:
    • Glicosilação e outras modificações químicas de proteínas que ocorrem no complexo de Golgi e determinam a função ou o direcionamento proteico
• 2.1.A.5 As mitocôndrias possuem uma membrana dupla que fornece compartimentos para diferentes reações metabólicas envolvidas na respiração celular aeróbica. A membrana externa é lisa, enquanto a membrana interna é altamente convoluta, formando pregas que permitem a síntese de ATP de forma mais eficiente.
• 2.1.A.6 Os lisossomos são sacos envoltos por membrana que contêm enzimas hidrolíticas capazes de digerir materiais. Os lisossomos também desempenham um papel na morte celular programada (apoptose).
• 2.1.A.7 As vacúolos são sacos limitados por membrana que desempenham diversos papéis.
  • i. Em células vegetais, um grande vacúolo especializado mantém a pressão de turgor através do armazenamento de nutrientes e água.
  • ii. Em células animais, os vacúolos são menores em tamanho, mais abundantes do que nas células vegetais e armazenam materiais celulares.
• 2.1.A.8 Os cloroplastos são organelas especializadas encontradas em plantas e algas fotossintetizantes. Os cloroplastos contêm uma membrana dupla e servem como local para a fotossíntese.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.2.A: Explicar o efeito das relações área superficial/volume sobre a troca de materiais entre células ou organismos e o ambiente.

• 2.2.A.1 As relações área superficial/volume afetam a capacidade de um sistema biológico de obter nutrientes necessários, eliminar produtos de resíduos, adquirir ou dissipar energia térmica e realizar trocas químicas e energéticas com o ambiente.
  • Equações relevantes:
    • Volume de uma Esfera: $V = \dfrac{4}{3}\pi r^3$
    • Volume de um Cubo: $V = s^3$
    • Volume de um Sólido Retangular: $V = lwh$
    • Volume de um Cilindro: $V = \pi r^2 h$
    • Área Superficial de uma Esfera: $SA = 4\pi r^2$
    • Área Superficial de um Cubo: $SA = 6s^2$
    • Área Superficial de um Sólido Retangular: $SA = 2lh + 2lw + 2wh$
    • Área Superficial de um Cilindro: $SA = 2\pi rh + 2\pi r^2$
    • $r$ = raio
    • $l$ = comprimento
    • $h$ = altura
    • $w$ = largura
    • $s$ = comprimento de um lado de um cubo
  • Exemplos ilustrativos para 2.2.A.1:
    • Relações SA/V e Trocas
      • Pelos radiculares
      • Células-guarda
      • Células epiteliais intestinais
    • Cílios
    • Estômatos
• 2.2.A.2 A área superficial da membrana plasmática deve ser suficientemente grande para trocar adequadamente materiais.
  • i. A relação área superficial/volume pode restringir o tamanho e a forma da célula. Células menores geralmente possuem uma maior relação área superficial/volume, bem como uma troca de materiais mais eficiente com o ambiente do que células maiores.
  • ii. À medida que as células aumentam de volume, a relação área superficial/volume diminui e a demanda por recursos internos aumenta.
  • iii. Estruturas celulares mais complexas (ex.: pregas de membrana) são necessárias para trocar adequadamente materiais com o ambiente.
  • iv. À medida que os organismos aumentam de tamanho, sua relação área superficial/volume diminui, afetando propriedades como a taxa de troca de calor com o ambiente. Menores quantidades de massa trocam proporcionalmente mais calor com o ambiente externo do que massas maiores. À medida que a massa aumenta, tanto a relação área superficial/volume quanto a taxa de troca de calor diminuem.
  • v. Existe uma relação entre a taxa metabólica por unidade de massa corporal e o tamanho de organismos multicelulares; tipicamente, quanto menor o organismo, maior a taxa metabólica por unidade de massa corporal.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.3.A: Descrever os papéis de cada componente da membrana celular na manutenção do ambiente interno da célula.

• 2.3.A.1 Fosfolipídios possuem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. As regiões polares hidrofílicas fosfato dos fosfolipídios estão orientadas para o ambiente aquoso externo ou interno, enquanto as regiões apolares hidrofóbicas de ácidos graxos voltam umas para as outras no interior da membrana.
• 2.3.A.2 Proteínas embutidas podem ser hidrofílicas (com grupos laterais carregados e polares), hidrofóbicas (com grupos laterais apolares) ou ambas.
  • i. Regiões hidrofílicas das proteínas ficam ou no interior da própria proteína ou expostas ao citosol (citoplasma).
  • ii. Regiões hidrofóbicas das proteínas compõem a superfície proteica que interage com os ácidos graxos no interior da membrana.

Objetivo de Aprendizagem 2.3.B: Descrever o modelo do mosaico fluido das membranas celulares.

• 2.3.B.1 As membranas plasmáticas consistem em uma estrutura de moldura composta por moléculas de fosfolipídios embutidas com proteínas, esteroides (como colesterol em animais vertebrados), glicoproteínas e glicolipídios. Todos esses componentes podem se mover ao redor da superfície da célula dentro da membrana, conforme ilustrado pelo modelo do mosaico fluido.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.4.A: Explicar como a estrutura das membranas biológicas influencia a permeabilidade seletiva.

• 2.4.A.1 As membranas plasmáticas separam o ambiente interno da célula do ambiente externo. A permeabilidade seletiva é resultado da membrana plasmática possuir um interior hidrofóbico.
• 2.4.A.2 Moléculas pequenas e apolares, incluindo $\mathrm{N_2}$, $\mathrm{O_2}$ e $\mathrm{CO_2}$, atravessam livremente a membrana. Substâncias hidrofílicas, como grandes moléculas polares e íons, atravessam a membrana através de canais embutidos e proteínas transportadoras.
• 2.4.A.3 As caudas hidrocarbonetos apolares dos fosfolipídios impedem o movimento de íons e moléculas polares através da membrana. Pequenas moléculas polares não carregadas, como $\mathrm{H_2O}$ ou $\mathrm{NH_3}$ (amoníaco), atravessam a membrana em pequenas quantidades.

Objetivo de Aprendizagem 2.4.B: Descrever o papel da parede celular na manutenção da estrutura e função celular.

• 2.4.B.1 Paredes celulares de Bactérias, Arqueias, Fungos e plantas fornecem uma fronteira estrutural, além de uma barreira de permeabilidade para algumas substâncias nos ambientes celulares internos ou externos e proteção contra lise osmótica.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.5.A: Descrever os mecanismos que os organismos utilizam para manter o equilíbrio de solutos e água.

• 2.5.A.1 A permeabilidade seletiva das membranas permite a formação de gradientes de concentração de solutos através da membrana.
• 2.5.A.2 Transporte passivo é o movimento líquido de moléculas de regiões de alta concentração para regiões de baixa concentração sem o input direto de energia metabólica.
• 2.5.A.3 Transporte ativo requer o input direto de energia para mover moléculas. Em alguns casos, o transporte ativo é utilizado para mover moléculas de regiões de baixa concentração para regiões de alta concentração.

Objetivo de Aprendizagem 2.5.B: Descrever os mecanismos que os organismos utilizam para transportar grandes moléculas através da membrana plasmática.

• 2.5.B.1 Os processos de endocitose e exocitose exigem energia para mover grandes substâncias ou grandes quantidades de substâncias para dentro e para fora das células.
  • i. Na endocitose, a célula absorve grandes moléculas e matéria particulada dobrando a membrana plasmática sobre si mesma e formando novas vesículas (pequenas) que englobam material do ambiente externo.
  • ii. Na exocitose, vesículas internas liberam material das células fundindo-se com a membrana plasmática e secretando grandes moléculas da célula.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.6.A: Explicar como a estrutura de uma molécula afeta sua capacidade de atravessar a membrana plasmática.

• 2.6.A.1 A difusão facilitada requer proteínas transportadoras ou de canal para permitir o movimento de íons carregados através da membrana.
  • i. As membranas podem se polarizar pelo movimento de íons através da membrana.
  • ii. Íons carregados, incluindo $\mathrm{Na^+}$ (sódio) e $\mathrm{K^+}$ (potássio), requerem proteínas de canal para atravessar a membrana.
• 2.6.A.2 A difusão facilitada permite o movimento de grandes moléculas polares através de membranas sem entrada de energia. Neste tipo de difusão, as substâncias se movem a favor do gradiente de concentração.
• 2.6.A.3 Aquaporinas transportam grandes quantidades de água através de membranas.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.7.A: Explicar como gradientes de concentração afetam o movimento de moléculas através de membranas.

• 2.7.A.1 Ambientes externos podem ser hipotônicos, hipertônicos ou isotônicos em relação aos ambientes internos das células. O movimento da água também pode ser descrito como movendo-se de regiões hipotônicas para regiões hipertônicas. A água move-se por osmose de regiões de alto potencial hídrico para regiões de baixo potencial hídrico.
  • Equação (Potencial Hídrico): $\psi = \psi_p + \psi_s$
    • onde:
    • $\psi_p$ = potencial de pressão
    • $\psi_s$ = potencial de soluto
  • Exemplos ilustrativos para 2.7.A.1:
    • Vacúolo contrátil em protistas
    • Vacúolo central em células vegetais

Objetivo de Aprendizagem 2.7.B: Explicar como mecanismos osmorregulatórios contribuem para a saúde e sobrevivência dos organismos.

• 2.7.B.1 O crescimento e a homeostase são mantidos pelo movimento constante de moléculas através das membranas.
• 2.7.B.2 A osmorregulação mantém o equilíbrio hídrico e permite aos organismos controlar sua composição interna de solutos e potencial hídrico. A água move-se de regiões de baixa osmolaridade ou concentração de solutos para regiões de alta osmolaridade ou concentração de solutos.
  • Equação (Potencial de Soluto de uma Solução): $\psi_s = -iCRT$
    • onde:
    • $i$ = constante de ionização
    • $C$ = concentração molar
    • $R$ = constante de pressão $\left(R = 0.0831 \dfrac{L \cdot bars}{mol \cdot K}\right)$
    • $T$ = temperatura em Kelvin (°C + 273)

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.8.A: Descrever os processos que permitem que íons e outras moléculas se movam através das membranas.

• 2.8.A.1 Energia metabólica (como a derivada do ATP) é necessária para o transporte ativo de moléculas através da membrana e para estabelecer e manter gradientes eletroquímicos.
  • i. Proteínas de membrana são necessárias para o transporte ativo.
  • ii. A bomba $\mathrm{Na^+}/\mathrm{K^+}$ e as ATPases contribuem para a manutenção do potencial de membrana.

Grande Ideia 2 — Energetica (ENE): Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter a homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 2.9.A: Descrever as estruturas ligadas a membranas da célula eucariota.

• 2.9.A.1 Membranas e organelas ligadas a membranas em células eucariotas compartmentalizam processos metabólicos intracelulares e reações enzimáticas específicas.

Objetivo de Aprendizagem 2.9.B: Explicar como as membranas internas e organelas ligadas a membranas contribuem para a compartimentalização das funções da célula eucariota.

• 2.9.B.1 As membranas internas facilitam os processos celulares minimizando interações concorrentes e aumentando a área de superfície onde as reações podem ocorrer.

Grande Ideia 1 — Evolução (EVO): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 2.10.A: Descrever semelhanças e/ou diferenças na compartimentalização entre células procarióticas e eucarióticas.

• 2.10.A.1 Organelas delimitadas por membrana, como as mitocôndrias e os cloroplastos, evoluíram a partir de células procarióticas anteriormente livres, por meio da endossimbiose.
• 2.10.A.2 Procariotos geralmente carecem de organelas internas delimitadas por membrana, mas possuem regiões internas com estruturas e funções especializadas.
• 2.10.A.3 Células eucarióticas mantêm membranas internas que particionam a célula em regiões especializadas.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 3.1.A: Explicar como as enzimas afetam a taxa de reações biológicas.

• 3.1.A.1 A estrutura e a função das enzimas contribuem para a regulação de processos biológicos. As enzimas são proteínas que atuam como catalisadores biológicos, facilitando reações químicas nas células ao reduzir a energia de ativação.
• 3.1.A.2 Para que ocorra uma reação química mediada por enzima, a forma e a carga do substrato devem ser compatíveis com o sítio ativo da enzima. Isso é ilustrado pelo modelo do complexo enzima-substrato.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 3.2.A: Explicar como mudanças na estrutura de uma enzima podem afetar sua função.

• 3.2.A.1 Mudanças na estrutura molecular de um componente de um sistema enzimático podem resultar em alterações em sua função ou eficiência.
  • i. A desnaturação de proteínas, como enzimas, ocorre quando a estrutura proteica é perturbada por uma mudança na temperatura, pH ou ambiente químico, eliminando a capacidade de catalisar reações.
  • ii. Temperaturas ambientais e pH fora da faixa ideal para uma dada enzima causarão alterações em sua estrutura (por disruption de ligações de hidrogênio), alterando a eficiência com que ela catalisa reações.
• 3.2.A.2 Em alguns casos, a desnaturação enzimática é reversível, permitindo que a enzima recupere sua atividade.

Objetivo de Aprendizagem 3.2.B: Explicar como o ambiente celular afeta a atividade enzimática.

• 3.2.B.1 As concentrações relativas de substratos e produtos determinam quão eficientemente uma reação enzimática prossegue.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 3.3.A: Descrever o papel da energia nos seres vivos.

• 3.3.A.1 Todos os sistemas vivos requerem um aporte de energia.
• 3.3.A.2 A vida requer um sistema altamente ordenado e não viola a primeira e a segunda leis da termodinâmica.
  • i. O aporte de energia deve exceder a perda de energia para manter a ordem e impulsionar processos celulares.
  • ii. Processos celulares que liberam energia podem ser acoplados a processos celulares que requerem energia.
  • iii. Perda significativa de ordem ou fluxo de energia resulta em morte.
  • Declaração de exclusão: Os alunos precisarão compreender o conceito de energia, mas a equação para a energia livre de Gibbs está além do escopo do Exame AP.
• 3.3.A.3 Vias relacionadas à energia em sistemas biológicos são sequenciais para permitir uma transferência mais controlada de energia. Um produto de uma reação em uma via metabólica é tipicamente o reagente para a etapa subsequente na via.

Objetivo de Aprendizagem 3.3.B: Explicar como processos e características compartilhados, conservados e fundamentais apoiam o conceito de ancestralidade comum para todos os organismos.

• 3.3.B.1 Vias metabólicas centrais (ex.: glicólise, fosforilação oxidativa) são conservadas em todos os domínios atualmente reconhecidos (Arqueia, Bactéria e Eukarya).

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 3.4.A: Descrever os processos fotossintéticos e as características estruturais do cloroplasto que permitem aos organismos capturar e armazenar energia.

• 3.4.A.1 A fotossíntese é a série de reações que usa dióxido de carbono $(\mathrm{CO_2})$, água $(\mathrm{H_2O})$ e energia luminosa para produzir carboidratos e oxigênio $(\mathrm{O_2})$.
  • i. Organismos fotossintéticos capturam energia do sol e produzem açúcares que podem ser usados em processos biológicos ou armazenados.
  • ii. A fotossíntese evoluiu primeiramente em organismos procariotos.
  • iii. Evidências científicas apoiam a afirmação de que a fotossíntese procariótica (cianobacteriana) foi responsável pela produção de uma atmosfera oxigenada.
  • iv. Vias fotossintéticas procarióticas foram a base da fotossíntese eucariótica.
  • Declaração de exclusão: A memorização das etapas do ciclo de Calvin, a estrutura das moléculas e os nomes das enzimas envolvidas, com exceção da ATP sintase, está além do escopo do Exame AP.
• 3.4.A.2 Estroma e tilacoides são encontrados dentro do cloroplasto.
  • i. O estroma é o fluido dentro da membrana interna do cloroplasto e fora dos tilacoides. As reações de fixação de carbono (ciclo de Calvin) da fotossíntese ocorrem no estroma.
  • ii. As membranas dos tilacoides contêm pigmentos clorofilais organizados em dois fotossistemas, bem como proteínas de transporte de elétrons.
  • iii. Os tilacoides estão organizados em pilhas chamadas grana. As reações luminosas da fotossíntese ocorrem nas grana.
• 3.4.A.3 As reações luminosas da fotossíntese em eucariotos envolvem uma série de vias de reações coordenadas que capturam a energia presente na luz para gerar ATP e NADPH, que impulsionam a produção de moléculas orgânicas no ciclo de Calvin. Isso fornece energia para processos metabólicos.

Objetivo de Aprendizagem 3.4.B: Explicar como as células capturam energia da luz e a transferem para moléculas biológicas para armazenamento e uso.

• 3.4.B.1 Reações da cadeia de transporte de elétrons (CTE) ocorrem em cloroplastos, em mitocôndrias e através de membranas plasmáticas procarióticas. Na fotossíntese, elétrons que passam pela membrana do tilacoide são capturados e finalmente transferidos para $\mathrm{NADP^+}$, reduzindo-o a NADPH no fotossistema I.
  • Declaração de exclusão: Os nomes completos dos transportadores de elétrons específicos na cadeia de transporte de elétrons estão além do escopo do Exame AP.
  • Declaração de exclusão: Etapas específicas, nomes de enzimas e intermediários das vias para esses processos estão além do escopo deste curso e do Exame AP.
• 3.4.B.2 Durante a fotossíntese, as clorofilas absorvem energia da luz, elevando elétrons a um nível de energia mais alto nos fotossistemas I e II. A água então se divide, fornecendo elétrons para substituir aqueles perdidos no fotossistema II.
• 3.4.B.3 Os fotossistemas I e II estão embutidos nas membranas dos tilacoides dos cloroplastos e estão conectados pela transferência de elétrons através de uma CTE.
• 3.4.B.4 Quando elétrons são transferidos entre moléculas em uma série de reações de oxirredução enquanto passam pela CTE, um gradiente eletroquímico de prótons (íons de hidrogênio) é estabelecido através da membrana do tilacoide. A membrana separa uma região de baixa concentração de prótons fora da membrana do tilacoide de uma região de alta concentração de prótons dentro da membrana do tilacoide.
• 3.4.B.5 A formação do gradiente de prótons está ligada à síntese de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico via ATP sintase. O fluxo de prótons de volta através da ATP sintase ligada à membrana por quimiosmose impulsiona a formação de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico; isso é conhecido como fotofosforilação.
• 3.4.B.6 A energia capturada nas reações luminosas e transferida para ATP e NADPH impulsiona a produção de carboidratos a partir de dióxido de carbono no ciclo de Calvin. Isso ocorre no estroma do cloroplasto.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 3.5.A: Descrever os processos e as características estruturais das mitocôndrias que permitem aos organismos usar a energia armazenada em macromoléculas biológicas.

• 3.5.A.1 A respiração celular usa energia de macromoléculas biológicas para sintetizar ATP. A respiração e a fermentação são características de todas as formas de vida.
• 3.5.A.2 A respiração celular aeróbica em eucariotos envolve uma série de reações catalisadas por enzimas coordenadas que capturam energia de macromoléculas biológicas.
• 3.5.A.3 A CTE transfere elétrons em uma série de reações de oxirredução que estabelecem um gradiente eletroquímico através das membranas.
  • i. Na respiração celular, elétrons entregues por NADH e $\mathrm{FADH_2}$ são passados para uma série de aceptores de elétrons à medida que se movem em direção ao aceptor terminal de elétrons, o oxigênio. Procariotos aeróbios usam oxigênio como aceptor terminal de elétrons, enquanto procariotos anaeróbios usam outras moléculas.
  • ii. A transferência de elétrons, através da CTE, é acompanhada pela formação de um gradiente de prótons através da membrana mitocondrial interna, com a(s) membrana(s) separando uma região de alta concentração de prótons fora da membrana de uma região de baixa concentração de prótons dentro da membrana. O dobramento da membrana interna aumenta a área de superfície, o que permite que mais ATP seja sintetizado. Em procariotos, a passagem de elétrons é acompanhada pelo movimento de prótons através da membrana plasmática.
  • iii. O fluxo de prótons de volta através da ATP sintase ligada à membrana por quimiosmose impulsiona a formação de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico. Isso é conhecido como fosforilação oxidativa na respiração celular aeróbica.
  • iv. Na respiração celular aeróbica, o desacoplamento da fosforilação oxidativa do transporte de elétrons gera calor. Esse calor pode ser utilizado por organismos endotérmicos para regular a temperatura corporal.
  • Declaração de exclusão: Os nomes completos dos transportadores de elétrons específicos na cadeia de transporte de elétrons estão além do escopo do Exame AP.
  • Declaração de exclusão: Etapas específicas, nomes de enzimas e intermediários das vias para esses processos estão além do escopo deste curso e do Exame AP.

Objetivo de Aprendizagem 3.5.B: Explicar como as células obtêm energia de macromoléculas biológicas para impulsionar funções celulares.

• 3.5.B.1 A glicólise é uma via bioquímica que libera a energia nas moléculas de glicose para formar ATP (de ADP e fosfato inorgânico), NADH (de $\mathrm{NAD^+}$) e piruvato.
• 3.5.B.2 O piruvato é transportado do citosol para a mitocôndria, onde ocorre a oxidação. Esse processo libera elétrons durante o ciclo de Krebs (cíclico dos ácidos), reduzindo $\mathrm{NAD^+}$ a NADH e FAD a $\mathrm{FADH_2}$, e liberando $\mathrm{CO_2}$.
• 3.5.B.3 O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial. Durante o ciclo de Krebs, dióxido de carbono é liberado de intermediários orgânicos, ATP é sintetizado a partir de ADP e fosfato inorgânico, e elétrons são transferidos pelas coenzimas $\mathrm{NAD^+}$ e FAD.
• 3.5.B.4 Elétrons extraídos nas reações da glicólise e do ciclo de Krebs são transferidos pelo NADH e $\mathrm{FADH_2}$ para a CTE na membrana interna da mitocôndria.
• 3.5.B.5 Quando os elétrons são transferidos entre moléculas em uma sequência de reações à medida que passam pela CTE, um gradiente eletroquímico de prótons (íons de hidrogênio) é estabelecido através da membrana interna da mitocôndria. O pH dentro da matriz mitocondrial é mais alto do que no espaço intermembranal.
• 3.5.B.6 A fermentação permite que a glicólise prossiga na ausência de oxigênio e produz moléculas orgânicas como álcool e ácido lático.
  • Declaração de exclusão: A memorização das etapas da glicólise e do ciclo de Krebs, bem como das estruturas das moléculas e dos nomes das enzimas envolvidas, está fora do escopo deste curso e do Exame AP.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 4.1.A: Descrever as maneiras pelas quais as células podem se comunicar umas com as outras.

• 4.1.A.1 As células comunicam-se umas com as outras por contato direto com outras células ou à distância por meio de sinalização química.
  • *Exemplos ilustrativos para 4.1.A.1:
    • Células imunes interagem por contato célula-célula, células apresentadoras de antígenos (APCs), linfócitos T auxiliares e linfócitos T citotóxicos.

Objetivo de Aprendizagem 4.1.B: Explicar como as células se comunicam umas com as outras em curtas e longas distâncias.

• 4.1.B.1 As células comunicam-se em curtas distâncias usando reguladores locais que visam células próximas à célula emissora do sinal.
  • *Exemplos ilustrativos para 4.1.B.1:
    • Neurotransmissores
    • Resposta imune vegetal
    • Quorum sensing em bactérias
    • Morfogêneses no desenvolvimento embrionário
• 4.1.B.2 Sinais liberados por um tipo celular podem percorrer longas distâncias até células-alvo de outro tipo.
  • *Exemplos ilustrativos para 4.1.B.2:
    • Insulina
    • Hormônio do crescimento humano
    • Hormônios tireoidianos
    • Testosterona
    • Estrogênio

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 4.2.A: Descrever os componentes de uma via de transdução de sinal.

• 4.2.A.1 Vias de transdução de sinal conectam a recepção de sinais com respostas celulares.
• 4.2.A.2 Muitas vias de transdução de sinal incluem modificações proteicas e envolvem cascatas de fosforilação.

Objetivo de Aprendizagem 4.2.B: Descrever o papel dos componentes de uma via de transdução de sinal na produção de uma resposta celular.

• 4.2.B.1 A sinalização começa com o reconhecimento de um mensageiro químico — uma ligante — por uma proteína receptora em uma célula-alvo.
  • i. O domínio de ligação a ligantes de um receptor reconhece um mensageiro químico específico, que pode ser um peptídeo (proteína) ou uma pequena molécula.
  • ii. Receptores acoplados a proteínas G são um exemplo de proteína receptora em eucariotos.
  • iii. Os receptores podem estar localizados na superfície de uma célula-alvo ou no citoplasma ou núcleo da célula-alvo.
• 4.2.B.2 Cascatas de sinalização transmitem sinais dos receptores aos alvos celulares, frequentemente amplificando os sinais entrantes, resultando nas respostas adequadas da célula. As respostas podem incluir crescimento celular, secreção de moléculas ou expressão gênica.
  • i. Após a ligação do ligante, o domínio intracelular de uma proteína receptora muda de forma, iniciando a transdução do sinal.
  • ii. Enzimas e segundos mensageiros como AMP cíclico (AMPc) transmitem e amplificam o sinal intracelular.
  • iii. Hormônios são um exemplo de mensageiro de sinalização que pode percorrer longas distâncias na corrente sanguínea.
  • iv. A ligação de ligantes a canais dependentes de ligante pode fazer com que o canal abra ou feche.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 4.3.A: Descrever os diferentes tipos de respostas celulares desencadeadas por uma via de transdução de sinal.

• 4.3.A.1 A transdução de sinal pode resultar em mudanças na expressão gênica e na função celular, o que pode alterar o fenótipo ou resultar em morte celular programada (apoptose).
  • *Exemplos ilustrativos para 4.3.A.1:
    • Uso de mensageiros químicos por microrganismos para se comunicar com outras células próximas e regular vias específicas em resposta à densidade populacional (quorum sensing)
    • Estimulação por epinefrina da degradação de glicogênio em mamíferos

Objetivo de Aprendizagem 4.3.B: Explicar como uma mudança na estrutura de qualquer molécula de sinalização afeta a atividade da via de sinalização.

• 4.3.B.1 Mudanças nas vias de transdução de sinal podem alterar as respostas celulares. Mutações em qualquer domínio da proteína receptora ou em qualquer componente da via de sinalização podem afetar os componentes downstream ao alterar a subsequente transdução do sinal.
  • *Exemplos ilustrativos para 4.3.B.1:
    • Citocinas regulam a expressão gênica para permitir a replicação e divisão celular.
    • Feromônios de acasalamento em leveduras desencadeiam a expressão de genes de acasalamento.
    • Níveis de etileno causam mudanças na produção de diferentes enzimas permitindo que frutas amadureçam.
    • Genes HOX regulam planos corporais animais durante o desenvolvimento embrionário.
• 4.3.B.2 Substâncias químicas que interagem com qualquer componente da via de sinalização podem ativar ou inibir a via.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 4.4.A: Explicar como o feedback positivo e negativo ajuda a manter a homeostase.

• 4.4.A.1 Organismos usam mecanismos de feedback para manter seus ambientes internos em resposta a mudanças internas e externas.
  • i. Mecanismos de feedback negativo mantêm a homeostase reduzindo o estímulo inicial para regular processos fisiológicos. Se um sistema for perturbado ou desregulado, os mecanismos de feedback negativo retornam o sistema ao seu ponto de ajuste alvo. Esses processos operam nos níveis molecular, celular e do organismo.
    • *Exemplos ilustrativos para 4.4.A.1.i:
      • Regulação do açúcar no sangue por insulina/glucagon
  • ii. Mecanismos de feedback positivo amplificam respostas e processos em organismos biológicos. A variável que inicia a resposta é movida ainda mais longe do ponto de ajuste inicial. A amplificação ocorre quando o estímulo é intensificado ulteriormente, o que, por sua vez, inicia uma resposta adicional que produz mudança no sistema.
    • *Exemplos ilustrativos para 4.4.A.1.ii:
      • Lactação em mamíferos
      • Início do trabalho de parto no parto
      • Amadurecimento de frutas

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 4.5.A: Descrever os eventos que ocorrem no ciclo celular.

• 4.5.A.1 O ciclo celular é uma série altamente regulada de eventos que controla o crescimento e a reprodução de células eucariotas.
  • i. O ciclo celular consiste em etapas sequenciais de interfase (G1, S, G2), mitose e citocinese.
  • ii. Fase G1: A célula é metabolicamente ativa, duplicando organelas e componentes citosólicos.
  • iii. Fase S: O DNA está na forma de cromatina e replica para formar dois cromátides irmãos conectados em um centrômero.
  • iv. Fase G2: Ocorre síntese de proteínas, produção em grande quantidade de ATP e replicação dos centrosomas.
  • v. Uma célula pode entrar em uma fase (G0) na qual não se divide mais, mas pode reentrar no ciclo celular em resposta a estímulos apropriados.
  • vi. Células não divisivas podem sair do ciclo celular ou serem mantidas em uma etapa específica do ciclo celular.

Objetivo de Aprendizagem 4.5.B: Explicar como a mitose resulta na transmissão de cromossomos de uma geração de células para a próxima.

• 4.5.B.1 A mitose é um processo que garante a transferência de um genoma completo de uma célula mãe para duas células filhas geneticamente idênticas em eucariotos.
  • i. A mitose desempenha um papel no crescimento, reparo tecidual e reprodução assexuada.
  • ii. A mitose ocorre em etapas sequenciais (prófase, metafase, anáfase, telófase) e alterna com a interfase no ciclo celular.
  • iii. Prófase: Os cromátides irmãos condensam, o fuso mitótico começa a se formar e os centrosomas se movem para os polos opostos da célula.
  • iv. Metafase: As fibras do fuso alinham os cromossomos ao longo do equador da célula.
  • v. Anáfase: Os cromátides irmãos pareados se separam enquanto as fibras do fuso puxam os cromátides em direção aos polos.
  • vi. Telófase: O fuso mitótico se desfaz, uma nova envoltória nuclear se desenvolve e, em seguida, o citoplasma se divide.
  • vii. Citocinese: Um sulco de clivagem se forma em células animais ou uma placa celular se forma em células vegetais, resultando em duas novas células filhas.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 4.6.A: Descrever o papel dos pontos de verificação na regulação do ciclo celular.

• 4.6.A.1 Um número de controles internos ou pontos de verificação regula a progressão pelo ciclo celular.
• 4.6.A.2 Interações entre ciclinas e quinases dependentes de ciclinas controlam o ciclo celular.
  • Declaração de exclusão: O conhecimento de pares específicos de ciclina-CdK ou fatores de crescimento está além do escopo do Exame AP.

Objetivo de Aprendizagem 4.6.B: Descrever os efeitos de perturbações no ciclo celular sobre a célula ou organismo.

• 4.6.B.1 Perturbações no ciclo celular podem resultar em câncer ou apoptose (morte celular programada).

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 5.1.A: Explicar como a meiose resulta na transmissão de cromossomos de uma geração para a outra.

• 5.1.A.1 A meiose é um processo que garante a formação de células gaméticas haploides, por vezes referidas como células filhas, em organismos diploides que se reproduzem sexualmente.
• 5.1.A.2 A Meiose I envolve as seguintes etapas:
  • i. Prófase I: Cromossomos homólogos pareiam-se e condensam, ocorre a sinapse e depois podem formar-se quiasmas, o fuso meiótico começa a formar-se, os centrômeros movem-se para polos opostos da célula e a envoltória nuclear rompe-se.
  • ii. Metafase I: As fibras do fuso meiótico alinham pares homólogos de cromossomos ao longo do equador da célula na placa metafásica.
  • iii. Anáfase I: Cromossomos homólogos separam-se, enquanto cromátides-irmãs permanecem ligadas, à medida que as fibras do fuso meiótico puxam os cromossomos em direção aos polos.
  • iv. Telófase I: O fuso meiótico desmonta, uma nova envoltória nuclear desenvolve-se, forma-se um sulco de clivagem (célula animal) ou placa celular (célula vegetal), e ocorre a citocinese. Duas células filhas haploides são formadas (no final da meiose I).
• 5.1.A.3 A Meiose II envolve as seguintes etapas:
  • i. Prófase II: O fuso meiótico forma-se; as cromátides-irmãs ligadas ao centrômero ligam-se ao fuso meiótico.
  • ii. Metafase II: Os cromossomos alinham-se ao longo da placa metafásica; o cinetocoro de cada cromátide está ligado a um microtúbulo que se estende dos polos.
  • iii. Anáfase II: Proteínas nos centrômeros degradam-se e as cromátides-irmãs são separadas e puxadas em direção aos polos opostos da célula.
  • iv. Telófase II: O fuso meiótico desmonta, uma nova envoltória nuclear desenvolve-se, forma-se um sulco de clivagem (célula animal) ou uma placa celular (célula vegetal), as cromátides começam a descondensar e a citocinese ocorre. Quatro células filhas haploides são formadas, cada uma com uma cromátide não duplicada.

Objetivo de Aprendizagem 5.1.B: Descrever semelhanças e diferenças entre as fases e resultados da mitose e da meiose.

• 5.1.B.1 A mitose e a meiose são semelhantes no uso de um aparelho de fuso para mover cromossomos, mas diferem no número de células produzidas e no conteúdo genético das células filhas.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 5.2.A: Explicar como o processo de meiose gera diversidade genética.

• 5.2.A.1 A separação correta dos cromossomos homólogos na meiose I e das cromátides-irmãs na meiose II assegura que cada gameta receba um conjunto haploide (1n) de cromossomos que compreende um sorteio de ambos os cromossomos maternos e paternos. Quando ocorre uma separação incorreta (não-disjunção), os gametas deixam de ser haploides.
• 5.2.A.2 Durante a prófase I da meiose, cromátides não-irmãs trocam material genético através de um processo chamado crossing over (recombinação), o que aumenta a diversidade genética entre os gametas resultantes.
• 5.2.A.3 A reprodução sexuada em eucariotos aumenta a variação genética, incluindo crossing over, o sorteio aleatório de cromossomos durante a meiose e a subsequente fecundação dos gametas.
  • Declaração de exclusão: O conhecimento dos detalhes dos ciclos de reprodução sexuada em várias plantas e animais está além do escopo do Exame AP.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 5.3.A: Explicar a herança de genes e traços conforme descrito pelas leis de Mendel.

• 5.3.A.1 As leis de segregação e de distribuição independente de Mendel podem ser aplicadas a genes que estão em cromossomos diferentes.
• 5.3.A.2 Na maioria dos casos, a fecundação envolve a fusão de dois gametas haploides, restaurando o número diploide de cromossomos e aumentando a variação genética nas populações ao criar novas combinações de alelos no zigoto.
  • i. As regras de probabilidade podem ser aplicadas para analisar a transmissão de traços monogênicos de pais para filhos.
  • ii. Cruzamentos monohíbridos, dihíbridos e testes podem ser usados para determinar se os alelos são dominantes ou recessivos.
  • iii. O genótipo de um organismo é o conjunto de alelos herdados para um ou mais genes por um organismo individual. O genótipo de um organismo pode ser homozigoto ou heterozigoto para cada gene.
  • iv. O fenótipo de um organismo é a expressão observável dos traços herdados.
  • v. Padrões de herança (autossômico, geneticamente ligado, ligado ao sexo) e se um alelo é dominante ou recessivo podem frequentemente ser previstos a partir de dados, incluindo pedigrees. Quadrados de Punnett podem ser usados para prever os genótipos e fenótipos de pais e descendentes.
  • Equação (Leis da Probabilidade): Se $A$ e $B$ são mutuamente exclusivos, então: $P(A \text{ or } B) = P(A) + P(B)$
  • Equação (Leis da Probabilidade): Se $A$ e $B$ são independentes, então: $P(A \text{ and } B) = P(A) \times P(B)$

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 5.4.A: Explicar desvios do modelo de Mendel para a herança de traços.

• 5.4.A.1 Os padrões de herança de muitos traços não seguem as proporções previstas pelas leis de Mendel e podem ser identificados por análise quantitativa, quando as proporções fenotípicas observadas diferem estatisticamente das proporções previstas.
  • i. Genes localizados no mesmo cromossomo são referidos como geneticamente ligados. A probabilidade de esses genes ligados segregarem juntos durante a meiose pode ser usada para calcular a distância mapeada (ou unidades de mapa) entre eles em um cromossomo. Este cálculo é chamado de mapeamento de genes ou mapeamento genético.
  • ii. Codominância ocorre quando o fenótipo de ambos os alelos é expresso, de modo que o heterozigoto teria um fenótipo diferente de qualquer homozigoto.
  • iii. Dominância incompleta ocorre quando nenhum alelo de um gene consegue mascarar o outro, de modo que o fenótipo do heterozigoto é uma versão mesclada dos fenótipos dominante e recessivo.
• 5.4.A.2 Alguns traços, conhecidos como traços ligados ao sexo (ligados ao X ou Y), são determinados por genes em cromossomos sexuais. O padrão de herança de traços ligados ao sexo pode frequentemente ser previsto a partir de dados, incluindo pedigrees, indicando os genótipos e fenótipos tanto de pais quanto de descendentes.
  • Exemplos ilustrativos para EK 5.4.A.2:
    • Traços ligados ao sexo (ligados ao X ou Y) residem em cromossomos sexuais.
    • Traços ligados ao sexo (ligados ao X ou Y) são herdados em taxas mais altas em indivíduos XY do que em indivíduos XX.
    • Em certas espécies, a base cromossômica da determinação do sexo não se baseia em cromossomos X e Y (ex.: ZW em aves, haplodiploidia em abelhas).
• 5.4.A.3 Pleiotropia é um fenômeno no qual a expressão de um único gene resulta em múltiplos traços ou efeitos; portanto, esses traços não segregam independentemente.
• 5.4.A.4 Alguns traços resultam de herança não-nuclear.
  • i. Cloroplastos e mitocôndrias são distribuídos aleatoriamente para gametas e células filhas; assim, traços determinados por DNA de cloroplasto e mitocôndria não seguem as regras simples de Mendel.
  • ii. Em animais, as mitocôndrias geralmente são transmitidas pelo óvulo e não pelo espermatozoide; assim, traços determinados pelo DNA mitocondrial são tipicamente herdados maternamente.
  • iii. Em plantas, as mitocôndrias e cloroplastos são transmitidos no óvulo e não no pólen; dessa forma, traços determinados por mitocôndrias e cloroplastos são tipicamente herdados maternamente.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 4 — Interações de Sistemas): Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 5.5.A: Explicar como o mesmo genótipo pode resultar em múltiplos fenótipos sob diferentes condições ambientais.

• 5.5.A.1 Condições ambientais influenciam a expressão gênica e podem levar à plasticidade fenotípica (ex.: a capacidade de genótipos individuais produzirem diferentes fenótipos).
  • Exemplos ilustrativos para EK 5.5.A.1:
    • Altura e peso em humanos
    • Cor da flor baseada no pH do solo
    • Cor sazonal do pêlo em animais árticos
    • Determinação do sexo em répteis
    • Efeito do aumento da radiação UV na produção de melanina em animais
    • Presença do tipo de acasalamento oposto na produção de feromônios em leveduras e outros fungos

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.1.A: Descrever as estruturas envolvidas na passagem de informação hereditária de uma geração para a outra.

• 6.1.A.1 A informação genética é armazenada e passada para gerações subsequentes através de moléculas de DNA e, em alguns casos, moléculas de RNA.
  • 6.1.A.1.i Organismos procariotos tipicamente possuem cromossomos circulares.
  • 6.1.A.1.ii Organismos eucariotos tipicamente possuem múltiplos cromossomos lineares compostos por DNA. Esses cromossomos são condensados usando histonas e proteínas associadas.
• 6.1.A.2 Procariotos e eucariotos podem conter plasmídeos, que são moléculas circulares de DNA extracromossômicas.

Objetivo de Aprendizagem 6.1.B: Descrever as características do DNA que permitem seu uso como material hereditário.

• 6.1.B.1 Ácidos nucleicos exibem pareamento específico de bases de nucleotídeos que é conservado através da evolução.
  • 6.1.B.1.i Purinas (guanina e adenina) possuem uma estrutura de anel duplo.
  • 6.1.B.1.ii Pirimidinas (citosina, timina e uracila) possuem uma estrutura de anel único.
  • 6.1.B.1.iii Purinas pareiam com pirimidinas: adenina com timina (ou uracila no RNA) e guanina com citosina.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.2.A: Descrever os mecanismos pelos quais a informação genética é copiada para transmissão entre gerações.

• 6.2.A.1 A replicação do DNA garante a continuidade da informação hereditária.
  • 6.2.A.1.i O DNA é sintetizado na direção 5' para 3'.
  • 6.2.A.1.ii A replicação é um processo semiconservativo, significando que uma fita do DNA serve como molde para uma nova fita de DNA complementar.
  • 6.2.A.1.iii A helicase desenrola as fitas de DNA.
  • 6.2.A.1.iv A topoisomerase relaxa o superenrolamento à frente da horquilha de replicação.
  • 6.2.A.1.v A DNA polimerase requer iniciadores de RNA para iniciar a síntese de DNA.
  • 6.2.A.1.vi A DNA polimerase sintetiza novas fitas de DNA continuamente na fita líder e descontinuamente na fita retardatária.
  • 6.2.A.1.vii A ligase une os fragmentos na fita retardatária.
  • Declaração de exclusão: Os nomes das etapas e das enzimas específicas envolvidas, exceto DNA polimerase, ligase, RNA polimerase, helicase e topoisomerase, estão fora do escopo do Exame AP.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.3.A: Descrever os mecanismos pelos quais a informação genética flui do DNA para o RNA e para a proteína.

• 6.3.A.1 A sequência das bases do RNA, juntamente com a estrutura da molécula de RNA, determina a função do RNA.
  • 6.3.A.1.i As moléculas de RNA mensageiro (mRNA) transportam informações do DNA no núcleo para o ribossomo no citoplasma.
  • 6.3.A.1.ii Moléculas distintas de RNA transportador (tRNA) ligam aminoácidos específicos e possuem sequências de anticodons que pareiam com os códons do mRNA. O tRNA é recrutado pelo ribossomo durante a tradução para gerar a sequência peptídica primária baseada na sequência do mRNA.
  • 6.3.A.1.iii As moléculas de RNA ribossômico (rRNA) são blocos funcionais construtivos dos ribossomos.
• 6.3.A.2 As RNA polimerases usam uma única fita molde de DNA para direcionar a inclusão de bases na molécula de RNA recém-formada. Esse processo é conhecido como transcrição.
• 6.3.A.3 A enzima RNA polimerase sintetiza moléculas de mRNA na direção 5' para 3' lendo a fita molde de DNA na direção 3' para 5'.
• 6.3.A.4 Em células eucarióticas, o transcrito de mRNA sofre uma série de modificações mediadas por enzimas.
  • 6.3.A.4.i A adição de uma cauda poli-A torna o mRNA mais estável.
  • 6.3.A.4.ii A adição de um capuz GTP ajuda no reconhecimento ribossômico.
  • 6.3.A.4.iii A excisão de íntrons, junto com o splicing e a retenção de éxons, gera diferentes versões da molécula de mRNA maduro resultante. Este processo é conhecido como splicing alternativo.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.4.A: Explicar como o fenótipo de um organismo é determinado pelo seu genótipo.

• 6.4.A.1 A tradução do mRNA para gerar um polipeptídeo ocorre em ribossomos presentes no citoplasma de células procarióticas e eucarióticas, bem como na superfície citoplasmática do retículo endoplasmático rugoso de células eucarióticas.
• 6.4.A.2 Em organismos procarióticos, a tradução da molécula de mRNA ocorre enquanto ela está sendo transcrita.
• 6.4.A.3 A tradução envolve muitas etapas sequenciais, incluindo iniciação, elongação e terminação. As características salientes da tradução incluem:
  • 6.4.A.3.i A tradução é iniciada quando o rRNA no ribossomo interage com o mRNA no códon de início (AUG, codificando o aminoácido metionina).
  • 6.4.A.3.ii A sequência de nucleotídeos no mRNA é lida em tríades, chamadas códons.
  • 6.4.A.3.iii Cada códon codifica um aminoácido específico, que pode ser deduzido usando uma tabela de código genético. Muitos aminoácidos são codificados por mais de um códon.
  • 6.4.A.3.iv Quase todos os organismos vivos usam o mesmo código genético, o que é evidência da ancestralidade comum de todos os organismos vivos.
  • 6.4.A.3.v O tRNA traz o aminoácido correto para o local especificado pelo códon no mRNA.
  • 6.4.A.3.vi O aminoácido é transferido para a cadeia de polipeptídeos em crescimento.
  • 6.4.A.3.vii O processo continua ao longo do mRNA até que um códon de parada seja atingido.
  • 6.4.A.3.viii A tradução termina com a liberação da proteína recém-sintetizada.
  • Declaração de exclusão: Os detalhes e os nomes das enzimas e fatores envolvidos em cada uma dessas etapas estão fora do escopo do Exame AP.
  • Declaração de exclusão: A memorização do código genético, com exceção do códon de início AUG, está fora do escopo do Exame AP.
• 6.4.A.4 A informação genética em retrovírus é um caso especial e possui um fluxo de informação alternado: de RNA para DNA, possibilitado pela transcriptase reversa, uma enzima que copia o genoma viral de RNA para DNA. Este DNA integra-se ao genoma do hospedeiro e é transcrito e traduzido para a montagem de novos progenitores virais.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.5.A: Descrever os tipos de interações que regulam a expressão gênica.

• 6.5.A.1 Sequências regulatórias são trechos de DNA que interagem com proteínas regulatórias para controlar a transcrição. Alguns genes são expressos constitutivamente, e outros são induzíveis.
• 6.5.A.2 Alterações epigenéticas podem afetar a expressão gênica através de modificações reversíveis do DNA ou histonas.
• 6.5.A.3 O fenótipo de uma célula ou organismo é determinado pela combinação de genes que são expressos e pelos níveis nos quais são expressos.
  • 6.5.A.3.i A diferenciação celular observável resulta da expressão de genes para proteínas específicas de tecido.
  • 6.5.A.3.ii A indução de fatores de transcrição durante o desenvolvimento resulta em expressão gênica sequencial.
  • 6.5.A.3.iii A função e a quantidade de produtos gênicos determinam o fenótipo dos organismos.

Objetivo de Aprendizagem 6.5.B: Explicar como a localização de sequências regulatórias se relaciona com sua função.

• 6.5.B.1 Tanto procariotos quanto eucariotos possuem grupos de genes que são regulados coordenadamente.
  • 6.5.B.1.i Procariotos regulam operons em sistemas indutíveis ou reprimíveis.
  • 6.5.B.1.ii Em eucariotos, grupos de genes podem ser influenciados pelos mesmos fatores de transcrição para regular a expressão coordenadamente.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.6.A: Explicar como a ligação de fatores de transcrição a regiões promotoras afeta a expressão gênica e o fenótipo do organismo.

• 6.6.A.1 A RNA polimerase e fatores de transcrição ligam-se a sequências de DNA promotoras ou enhancers para iniciar a transcrição. Essas sequências podem estar acima ou abaixo do sítio de início de transcrição.
• 6.6.A.2 Moléculas reguladoras negativas inibem a expressão gênica ao ligarem-se ao DNA e bloquearem a transcrição.

Objetivo de Aprendizagem 6.6.B: Explicar a conexão entre a regulação da expressão gênica e diferenças fenotípicas em células e organismos.

• 6.6.B.1 A regulação gênica resulta em expressão gênica diferencial e influencia produtos e funções celulares.
• 6.6.B.2 Certas moléculas pequenas de RNA têm papéis na regulação da expressão gênica.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.7.A: Descrever os vários tipos de mutação.

• 6.7.A.1 Alterações em uma sequência de DNA são mutações que podem causar mudanças no tipo ou quantidade da proteína produzida e no consequente fenótipo. As mutações de DNA podem ser benéficas, prejudiciais ou neutras, baseadas no efeito ou na falta de efeito que têm sobre o ácido nucleico ou proteína resultante e nos fenótipos conferidos pela proteína.
  • 6.7.A.1.i Mutações pontuais ocorrem quando um nucleotídeo foi substituído por um nucleotídeo diferente.
  • 6.7.A.1.ii Mutações de mudança de quadro de leitura ocorrem quando um ou mais nucleotídeos são inseridos ou deletados, causando o deslocamento do quadro de leitura.
  • 6.7.A.1.iii Mutações nonsense ocorrem quando há uma mutação pontual que causa uma parada prematura.
  • 6.7.A.1.iv Mutações silenciosas ocorrem quando a mudança na sequência de nucleotídeos não tem efeito sobre a sequência de aminoácidos.
  • Exemplos ilustrativos para 6.7.A.1:
    • Mutações no gene CFTR perturbam o transporte iônico e resultam em fibrose cística.
    • Mutações no gene MC1R proporcionam melanismo adaptativo em camundongos-tocaia.
  • Declaração de exclusão: O conhecimento de mutações específicas e seus efeitos está fora do escopo do Exame AP.

Objetivo de Aprendizagem 6.7.B: Explicar como mudanças no genótipo podem resultar em mudanças no fenótipo.

• 6.7.B.1 Erros na replicação ou nos mecanismos de reparo do DNA, bem como fatores externos, incluindo radiação e produtos químicos reativos, podem causar mutações aleatórias no DNA.
  • 6.7.B.1.i Se uma mutação é benéfica, prejudicial ou neutra depende do contexto ambiental.
  • 6.7.B.1.ii As mutações são uma fonte de variação genética.
• 6.7.B.2 Erros na mitose ou meiose podem resultar em mudanças no fenótipo.
  • 6.7.B.2.i Mudanças no número de cromossomos resultantes de não-disjunção frequentemente resultam em novos fenótipos causados por triploidia (aneuploidia).
  • 6.7.B.2.ii Mudanças no número de cromossomos frequentemente resultam em distúrbios com limitações de desenvolvimento.
  • 6.7.B.2.iii Alterações na estrutura dos cromossomos levam a distúrbios genéticos.
  • Declaração de exclusão: O conhecimento de distúrbios específicos relacionados a mudanças no número de cromossomos está fora do escopo do Exame AP.

Objetivo de Aprendizagem 6.7.C: Explicar como alterações nas sequências de DNA contribuem para a variação que pode ser sujeita à seleção natural.

• 6.7.C.1 Alterações no genótipo podem afetar fenótipos que estão sujeitos à seleção natural. Mudanças genéticas que melhoram a sobrevivência e a reprodução podem ser selecionadas por condições ambientais.
  • 6.7.C.1.i A aquisição horizontal de informações genéticas em procariotos via transformação (captação de DNA), transdução (transmissão viral de informações genéticas), conjugação (transferência célula a célula de DNA) e transposição (movimento de segmentos de DNA dentro e entre moléculas de DNA) aumenta a variação genética.
  • 6.7.C.1.ii Vírus relacionados podem recombinar informações genéticas se infectarem a mesma célula hospedeira.
  • 6.7.C.1.iii Processos reprodutivos que aumentam a variação genética são evolutivamente conservados e compartilhados por vários organismos.
  • Exemplos ilustrativos para 6.7.C.1: Anemia falciforme

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações): Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 6.8.A: Explicar o uso de técnicas de engenharia genética na análise ou manipulação do DNA.

• 6.8.A.1 Técnicas de engenharia genética podem ser usadas para analisar e manipular DNA e RNA.
  • 6.8.A.1.i Eletroforese em gel é um processo que separa fragmentos de DNA pelo tamanho e carga.
  • 6.8.A.1.ii Durante a reação em cadeia da polimerase (PCR), fragmentos de DNA são amplificados pela desnaturação do DNA, anelamento de primers à fita original e extensão da nova molécula de DNA.
  • 6.8.A.1.iii A transformação bacteriana introduz DNA estranho em células bacterianas.
  • 6.8.A.1.iv A tecnologia de sequenciamento de DNA determina a ordem dos nucleotídeos em uma molécula de DNA. Tipicamente, essas técnicas resultam em uma impressão digital de DNA que permite a comparação de sequências de DNA de várias amostras.
  • Exemplos ilustrativos para 6.8.A.1:
    • Fragmentos de DNA amplificados podem ser usados para identificar organismos e realizar análise filogenética.
    • A análise de DNA pode ser usada para identificação forense.
    • Organismos geneticamente modificados incluem animais transgênicos.
    • O clonagem gênica permite a propagação de fragmentos de DNA.
  • Declaração de exclusão: Conhecimento sobre os detalhes de cada uma dessas técnicas de engenharia genética está além do escopo do Exame AP.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.1.A: Descrever as causas da seleção natural.

• 7.1.A.1 A seleção natural é um mecanismo importante da evolução.
• 7.1.A.2 De acordo com a teoria darwiniana da seleção natural, a competição por recursos limitados resulta em sobrevivência diferencial. Indivíduos com fenótipos mais favoráveis têm maior probabilidade de sobreviver e produzir mais descendentes, transmitindo assim esses traços favoráveis às gerações seguintes.

Objetivo de Aprendizagem 7.1.B: Explicar como a seleção natural afeta populações.

• 7.1.B.1 A aptidão evolutiva é medida pelo sucesso reprodutivo.
• 7.1.B.2 Ambientes bióticos e abióticos podem flutuar, afetando a taxa e a direção da evolução. Diferentes variações genéticas podem ser selecionadas em cada geração.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.2.A: Descrever a importância da variação fenotípica em uma população.

• 7.2.A.1 A seleção natural atua sobre variações fenotípicas em populações.
• 7.2.A.2 Ambientes mudam e aplicam pressões seletivas às populações.
  • Exemplos ilustrativos para 7.2.A.2: Tempo de floração em relação às mudanças climáticas globais
• 7.2.A.3 Algumas variações fenotípicas podem aumentar ou diminuir a aptidão de um organismo em ambientes particulares.
  • Exemplos ilustrativos para 7.2.A.3: Anemia falciforme; Resistência a DDT em insetos

Objetivo de Aprendizagem 7.2.B: Explicar como a variação em moléculas dentro de células se conecta à aptidão de um organismo.

• 7.2.B.1 Variação no número e tipos de moléculas dentro de células pode fornecer às populações uma maior capacidade de sobreviver e se reproduzir em diferentes ambientes.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.3.A: Explicar como os humanos podem afetar a diversidade dentro de uma população.

• 7.3.A.1 Por meio da seleção artificial, os humanos afetam a variação em outras espécies.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.4.A: Explicar como eventos aleatórios afetam a composição genética de uma população.

• 7.4.A.1 A evolução também é impulsionada por eventos aleatórios.
  • i. A mutação é um processo aleatório que adiciona nova variação genética a uma população.
  • ii. Deriva genética é uma mudança nas frequências alélicas atribuída a um processo não seletivo que ocorre em pequenas populações.
  • iii. O efeito gargalo é um tipo de deriva genética que ocorre quando o tamanho de uma população é reduzido a um pequeno número de indivíduos por pelo menos uma geração.
  • iv. O efeito fundador é um tipo de deriva genética que ocorre quando uma população é separada de outros membros da população. A frequência de genes e traços mudará com base nos genes dessa nova população fundadora.
  • v. A migração pode resultar em fluxo gênico (adição ou remoção de alelos de uma população).

Objetivo de Aprendizagem 7.4.B: Descrever o papel de processos aleatórios na evolução de populações específicas.

• 7.4.B.1 Processos aleatórios podem levar a mudanças nas frequências alélicas em uma população.
  • i. Mutações resultam em variação genética, que fornece fenótipos sobre os quais a seleção natural atua.
  • ii. A deriva genética pode permitir que uma pequena população diverja de outras populações da mesma espécie.
  • iii. O fluxo gênico entre duas populações impede que elas diverjam em espécies separadas.

Objetivo de Aprendizagem 7.4.C: Descrever a mudança na composição genética de uma população ao longo do tempo.

• 7.4.C.1 Mudanças nas frequências alélicas fornecem evidências para a ocorrência de evolução em uma população.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.5.A: Descrever as condições sob as quais as frequências de alelos e genótipos mudarão em populações.

• 7.5.A.1 O Equilíbrio de Hardy–Weinberg é um modelo para descrever e prever frequências de alelos em uma população não evolutiva. As condições para que uma população ou um alelo esteja em equilíbrio de Hardy–Weinberg são:

  • i. Tamanho populacional grande
  • ii. Sem migração
  • iii. Sem novas mutações
  • iv. Acasalamento aleatório
  • v. Sem seleção natural

  Essas condições nunca são atendidas, mas fornecem uma hipótese nula valiosa.

• 7.5.A.2 As frequências alélicas em uma população não evolutiva podem ser calculadas a partir das frequências genotípicas.

  • Equação: Equação de Hardy–Weinberg— $p^2 + 2pq + q^2 = 1$; $p + q = 1$, onde: $p$ = frequência do alelo 1 na população; $q$ = frequência do alelo 2 na população
  • Exemplos ilustrativos para 7.5.A.2: Análise gráfica de frequências alélicas em uma população

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.6.A: Descrever os tipos de dados que fornecem evidências para a evolução.

• 7.6.A.1 A evolução é suportada por evidências científicas de muitas disciplinas (dados geográficos, geológicos, físicos, bioquímicos e matemáticos).

Objetivo de Aprendizagem 7.6.B: Explicar como dados morfológicos, bioquímicos e geológicos fornecem evidências de que os organismos mudaram ao longo do tempo.

• 7.6.B.1 Evidências moleculares, morfológicas e genéticas de organismos extantes e extintos contribuem para nossa compreensão da evolução.
  • i. Fósseis podem ser datados por diversos métodos. Estes incluem 1) a idade das rochas onde um fóssil é encontrado; 2) a taxa de decaimento de isótopos, incluindo o carbono-14; e 3) dados geográficos.
  • ii. Homologias morfológicas, incluindo estruturas vestigiais, fornecem evidências de ancestralidade comum.
• 7.6.B.2 Uma comparação de sequências de nucleotídeos de DNA e sequências de aminoácidos de proteínas fornece evidências para a evolução e ancestralidade comum.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.7.A: Descrever evidências estruturais e funcionais nos níveis celular e molecular que fornecem evidências para a ancestralidade comum de todos os eucariotos.

• 7.7.A.1 Evidências estruturais e funcionais indicam ancestralidade comum de todos os eucariotos. Essas evidências incluem:
  • i. Organelas limitadas por membrana
  • ii. Cromossomos lineares
  • iii. Genes que contêm íntrons

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.8.A: Explicar como a evolução é um processo em curso em todos os organismos vivos.

• 7.8.A.1 Todas as espécies evoluíram e continuam a evoluir. Exemplos incluem:
  • i. Mudanças genômicas ao longo do tempo
  • ii. Mudança contínua no registro fóssil
  • iii. Evolução de resistência a antibióticos, pesticidas, herbicidas ou medicamentos de quimioterapia
  • iv. Patógenos evoluindo e causando doenças emergentes

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.9.A: Descrever os tipos de evidências que podem ser usados para inferir relações evolutivas.

• 7.9.A.1 Árvores filogenéticas e cladogramas mostram relações evolutivas hipotéticas entre linhagens que podem ser testadas.
• 7.9.A.2 Árvores filogenéticas mostram a quantidade de mudança ao longo do tempo calibrada por fósseis ou um relógio molecular, enquanto cladogramas não mostram escala temporal ou diferença evolutiva entre grupos.
• 7.9.A.3 Características que são ganhas ou perdidas durante a evolução podem ser usadas para construir árvores filogenéticas e cladogramas. O grupo externo representa a linhagem menos relacionada ao restante dos organismos na árvore filogenética ou cladograma.
  • i. Características derivadas compartilhadas podem estar presentes em mais de uma linhagem e indicar ancestralidade comum. Estas são informativas para a construção de árvores filogenéticas e cladogramas.
  • ii. Dados moleculares geralmente fornecem evidências mais precisas e confiáveis do que características morfológicas na construção de árvores filogenéticas ou cladogramas.

Objetivo de Aprendizagem 7.9.B: Explicar como árvores filogenéticas e cladogramas podem ser usados para inferir parentesco evolutivo.

• 7.9.B.1 Árvores filogenéticas e cladogramas podem ser usados para ilustrar a especiação que ocorreu. Os nós em uma árvore representam o ancestral comum mais recente de dois grupos ou linhagens.
• 7.9.B.2 Árvores filogenéticas e cladogramas podem ser construídos a partir de semelhanças morfológicas de espécies vivas ou fósseis e de semelhanças nas sequências de DNA e proteínas.
• 7.9.B.3 Árvores filogenéticas e cladogramas representam hipóteses que estão constantemente sendo revisadas com base em evidências.

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 1 — Evolução): O processo de evolução impulsiona a diversidade e a unidade da vida.

Objetivo de Aprendizagem 7.10.A: Descrever as condições sob as quais novas espécies podem surgir.

• 7.10.A.1 A especiação ocorre quando duas populações tornam-se isoladas reprodutivamente umas das outras.
• 7.10.A.2 O conceito biológico de espécie fornece uma definição comumente utilizada de espécie para organismos sexualmente reprodutores. Ele afirma que espécies podem ser definidas como um grupo capaz de cruzar e trocar informações genéticas para produzir descendentes viáveis e férteis.

Objetivo de Aprendizagem 7.10.B: Descrever a taxa de evolução e especiação sob diferentes condições ecológicas.

• 7.10.B.1 O equilíbrio pontuado ocorre quando a evolução acontece rapidamente após um longo período de estase. O gradualismo ocorre quando a evolução acontece lentamente ao longo de centenas de milhares ou milhões de anos.
• 7.10.B.2 A evolução divergente ocorre quando a adaptação a novos habitats resulta em diversificação fenotípica. As taxas de especiação podem ser especialmente rápidas durante tempos de radiação adaptativa à medida que novos habitats se tornam disponíveis.
• 7.10.B.3 A evolução convergente ocorre quando pressões seletivas semelhantes resultam em adaptações fenotípicas semelhantes em diferentes populações ou espécies.

Objetivo de Aprendizagem 7.10.C: Explicar os processos e mecanismos que impulsionam a especiação.

• 7.10.C.1 A especiação simpátrica ocorre em populações com sobreposição geográfica. A especiação alopátrica ocorre em populações que estão geograficamente isoladas.
• 7.10.C.2 Vários mecanismos pré- zigóticos e pós- zigóticos podem manter o isolamento reprodutivo e impedir o fluxo gênico entre populações.
• Exemplos ilustrativos para 7.10.C: Drosophila havaianas; Anolis caribenho; Mosca da maçã Rhagoletis

Compreensão Duradoura (GRANDE IDEIA 4 — Interações de Sistemas): Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 7.11.A: Explicar como a diversidade genética de uma espécie ou população afeta sua capacidade de resistir a pressões ambientais.

• 7.11.A.1 O nível de variação em uma população afeta a dinâmica populacional.
  • i. A capacidade de uma população de responder a mudanças no ambiente é influenciada pela diversidade genética. Espécies e populações com pouca diversidade genética estão em risco de declínio ou extinção.
  • ii. Populações geneticamente diversas são mais resilientes a perturbações ambientais porque têm maior probabilidade de conter indivíduos que possam suportar a pressão ambiental.
  • iii. Alelos que são adaptativos em uma condição ambiental podem ser deletérios em outra devido a diferentes pressões seletivas.
  • Exemplos ilustrativos para 7.11.A.1: Cóndores da Califórnia; Feres de patas pretas; Galinha-do-campo; Tigna da batata; Ferrugem do milho; Diversidade genética e pressões seletivas; Resistência a antibióticos em bactérias (nem todos os indivíduos em uma população diversa são suscetíveis a um surto de doença)