Fct biologia - genética humana e das populações

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Fct biologia - genética humana e das populações

  1. 1. FUNDAMENTOS DEGENÉTICA HUMANA EDAS POPULAÇÕES 1
  2. 2. SOMESB Sociedade Mantenedora de Educação Superior da Bahia S/C Ltda. Fundamentos de genética humana Presidente ♦ Gervásio Meneses de Oliveirae das Populações Vice-Presidente ♦ William Oliveira Superintendente Administrativo e Financeiro ♦ Samuel Soares Superintendente de Ensino, Pesquisa e Extensão ♦ Germano Tabacof Superintendente de Desenvolvimento e>> Planejamento Acadêmico ♦ Pedro Daltro Gusmão da Silva FTC - EaD Faculdade de Tecnologia e Ciências - Ensino a Distância Diretor Geral ♦ Waldeck Ornelas Diretor Acadêmico ♦ Roberto Frederico Merhy Diretor de Tecnologia ♦ Reinaldo de Oliveira Borba Diretor Administrativo e Financeiro ♦ André Portnoi Gerente Acadêmico ♦ Ronaldo Costa Gerente de Ensino ♦ Jane Freire Gerente de Suporte Tecnológico ♦ Jean Carlo Nerone Coord. de Softwares e Sistemas ♦ Romulo Augusto Merhy Coord. de Telecomunicações e Hardware ♦ Osmane Chaves Coord. de Produção de Material Didático ♦ João Jacomel EQUIPE DE ELABORAÇÃO/PRODUÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO: ♦PRODUÇÃO ACADÊMICA ♦ Gerente de Ensino ♦ Jane Freire Coordenação de Curso ♦ Letícia Machado Autor (a) ♦ Graziela Santino Ribeiro Modesto Supervisão ♦ Ana Paula Amorim Coordenação de Curso ♦ Letícia Machado ♦PRODUÇÃO TÉCNICA ♦ Revisão Final ♦ Carlos Magno Brito Almeida Santos Coordenação ♦ João Jacomel Equipe ♦ Ana Carolina Alves, Cefas Gomes, Delmara Brito, Fabio Gonçalves, Francisco França Júnior, Israel Dantas, Lucas do Vale e Mariucha Ponte. Editoração ♦ Mariucha Silveira Ponte Imagens ♦ Corbis/Image100/Imagemsource Ilustrações ♦ Mariucha Silveira Ponte copyright © FTC EaD Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/98. É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, sem autorização prévia, por escrito, da FTC EaD - Faculdade de Tecnologia e Ciências - Ensino a Distância. www.ftc.br/ead 2
  3. 3. SUMÁRIO COMPREENSÃO DA GENÉTICA CLÁSSICA: SEUS CONCEITOS, SUA APLICABILIDADE E REPRESENTAÇÕES GRÁFICAS ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 07 INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DA GENÉTICA ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 07O papel da genética na contemporaneidade –perspectivas históricas.○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 07Reprodução como base da hereditariedade ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 10Conceitos fundamentais da genética – uma visão geral ○ ○ ○ 18O DNA como estrutura molecular dos cromossomos ○ ○ ○ ○ ○ ○ 21 ANÁLISE DA GENÉTICA CLÁSSICA ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 31Mendelismo: o princípio básico da herança ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 31Princípio da segregação de um par de alelos – 1ª lei ○ ○ ○ ○ ○ ○ 33Princípio da segregação independente dedois pares de alelos – 2ª lei ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 35Probabilidade na herança mendeliana eanálise de heredogramas ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 38 A GENÉTICA E SEUS AVANÇOS TRILHANDO NOVOS CAMINHOS PARA O FUTURO ○ ○ ○ ○ ○ ○ 42 EXTENSÕES DO MENDELISMO: CARACTERIZAÇÃO DAS HERANÇAS AUTOSSÔMICA E HETEROSSÔMICA ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 42 3
  4. 4. Variações nas proporções mendelianas ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 42 Ação gênica: do genótipo ao fenótipo. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 51 Fundamentos de genética humana Reconhecimento das mutaçõese das Populações gênicas e cromossômicas ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 53 Estudo da genética de populações ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 54 OS AVANÇOS DA GENÉTICA E SUAS CONTRIBUIÇÕES NA SOCIEDADE ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 58 Biotecnologia – avanços no estudo da genética ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 58 Mapeamento gênico e suas aplicabilidades ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 58 Contribuições da genética para a melhoria da qualidade de vida. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 62 Dilemas éticos na genética moderna ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 63 Atividade Orientada ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 66 Glossário ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 71 Referências Bibliográficas ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 73 4
  5. 5. Apresentação da Disciplina Caro aluno, Para os amantes da Genética, ela representa a perfeição que, acada dia, nos fascina e enlouquece com a capacidade que tem detransformar-se. Essa ciência deixou o rol das discussões acadêmicas,passando a ser discutida no dia-a-dia graças ao seu amplo espectro deação e ao fato de seus avanços influenciarem na vida de todos nós. Como as novidades na área da Genética são constantes, a propostadeste módulo não é a de ensinar o “novo”, haja vista que não é possível queum material impresso caminhe ao lado de cada descoberta. Pretende-se,sim, contribuir para que você, futuro educador, a partir de discussões quecausem reflexão, desperte seu senso crítico e a capacidade de interferir nomundo, tenha mais um instrumento para compreender porquê oconhecimento dessa ciência é tão valorizado atualmente. Além do texto-base, há dedicação especial às atividades, que sãodivididas em complementares, que visam à fixação do conteúdo bordado,e orientadas, que objetivam a avaliação do seu conhecimento global sobreo que já foi estudado. Haverá, ao final do período, uma prova que avaliaráseu desempenho na disciplina. Espero que este módulo atenda às suasexpectativas, contribuindo para o seu desempenho acadêmico. Caso tenhacríticas e/ou sugestões, não hesite em entrar em contato. Bom desempenho na matéria! Profª. Graziela Santino 5
  6. 6. Fundamentos de genética humanae das Populações 6
  7. 7. COMPREENSÃO DA GENÉTICA CLÁSSICA: SEUS CONCEITOS, SUA APLICABILIDADE E REPRESENTAÇÕES GRÁFICAS INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DA GENÉTICA O Papel da Genética na Contemporaneidade – Perspectivas Históricas Experimentos com ervilhas Embora existam pesquisas antecedendo os trabalhosmendelianos, atribui-se ao austríaco Gregor Johann Mendel(1822 - 1884) o pioneirismo das pesquisas genéticas. Mendelfora monge, passando um grande período de sua vida no mosteiroagostiniano de São Tomás, na República Tcheca, chamada Brnona época. Nesse local, por volta de 1856 e 1865, ele realizouvários experimentos com ervilhas Pisum sativum a fim decompreender os mecanismos da transmissão de característicasà descendência. Ele sugeriu que as células apresentavam paresde fatores da hereditariedade, sendo que cada par determinavauma característica. Vale ressaltar que a escolha da espécie de ervilha foi extremamente vantajosa aos estudos genéticos em função de o cultivo ser bastante simples, da facilidade de distinção entre as diferentes variedades, da elevada taxa de fertilidade entre as mesmas e do ciclo de vida ser curto, favorecendo a obtenção de numerosa descendência. O tratamento estatístico que Mendel deu à análise da transmissão dos caracteres aolongo das gerações de ervilhas foi de suma importância para que ele pudesse proporhipóteses e proporções esperadas nas características da descendência. Mendel nãoconseguiu, entretanto, conceituar o mecanismo biológico envolvido na transmissão dosfatores hereditários. 7
  8. 8. Redescoberta dos trabalhos de Mendel Fundamentos de genética humana Todo o trabalho de Mendel com as ervilhas, enunciando as leis dae das Populações hereditariedade, foi apresentado à Sociedade de História Natural de Brünn em 1865, e, embora publicado no ano seguinte, não teve sua importância notada pela comunidade científica da época. As leis de Mendel só despertaram a atenção da ciência quando, em 1900, os botânicos Hugo de Vries, Carl Correns e Eric Von Tschermak-Seysenegg descobriram, simultaneamente, a obra mendeliana embora se encontrassem trabalhando em diferentes localidades, respectivamente, Holanda, Alemanha e Áustria. Conquanto esses pesquisadores tenham testado o trabalho de Mendel em experimentos próprios e independentes, fora unânime a referência a Gregor Mendel em suas obras. A partir da redescoberta dos experimentos mendelianos, as discussões sobre a hereditariedade tornam-se mais freqüentes. Essa nova área da ciência passa, então, a ser reconhecida pelo nome de genética, como a denominou William Bateson em 1905. O conceito de gene Em seus experimentos com ervilhas, Mendel constatou que certas características predominavam na descendência, mas, ao mesmo tempo, parecia que cada uma delas era controlada por um fator hereditário existente na forma dominante e na forma recessiva. A visão mendeliana dos fatores pareados foi bastante difundida por Bateson, que passou a denominá-los de “alelomorfos”. Graças a Wilhelm Johannsen, em 1909, modernamente, denominam-se alelos o que Mendel denominava de fatores de herança. Em 1908, o inglês Archibald Garrot relacionou a relação entre o gene e a síntese protéica específica. Esse médico estudava a alcaptonúria, doença em que os afetados não conseguem decompor a alcaptona, substância que passa, então a acumular-se nas fibras cartilaginosas e colágenas dos tecidos conjuntivos, provocando escurecimento do palato, da urina e dos olhos, bem como degeneração da coluna vertebral e nas regiões articulares principais. A interpretação de Garrot foi a de que havia um erro inato no metabolismo dos afetados cuja causa seria a ausência de certa enzima capaz de decompor a alcaptonúria. A partir dos trabalhos de Garrod, Beadle e Tatum formularam a hipótese de “um gene uma enzima”, trabalhando com indução de mutações no bolor do pão (Neurospora crassa) através da exposição de seus esporos aos raios X. 8
  9. 9. Estudos posteriores revelaram que as enzimas são proteínas, mas, que, ao contrário, nem toda proteína é enzima. Dessa forma, substituiu-se a hipótese “um gene uma enzima” por “um gene, uma proteína”. Vale ressaltar que algumas proteínas são constituídas por mais do que uma cadeia polipeptídica, como a hemoglobina, o que permite concluir que essa hipótese também não se apresentou satisfatória. Recentemente, o termo gene tem sido empregado em referência ao fragmento de material genético que é capaz de transcrever uma molécula de RNA, podendo determinar a síntese de um polipeptídeo que controlará uma ou mais características. A teoria cromossômica Desde 1883, Wilhelm Roux afirmava que os fatores hereditários se encontravam nonúcleo celular, mais precisamente contidos nos cromossomos. Morgan sugeriu que os fatoreshereditários presentes nos cromossomos se encontravam alinhados. Experimentosposteriores revelaram que o gene é parte do cromossomo. Desde quando se confirmou que realmente os cromossomos continham os genes,as pesquisas foram encaminhadas à descoberta da natureza química dos cromossomos e,conseqüentemente, dos genes. A natureza química do gene Entre as pesquisas que objetivavam determinar a natureza química do materialgenético, têm destaque os trabalhos de Avery, MacLeod e McCarty com pneumococos e osde Hershey e Chase com bacteriófagos. Avery e cols demonstraram que o ácidodesoxirribonucléico era capaz de causar mutação em pneumococos; Hershey e Chase,que o mesmo ácido, e não proteínas, era capaz de transmitir hereditariedade em fagos. As pesquisas com os ácidos nucléicos (DNA e RNA) foram se tornando maisfreqüentes até que, em 1953, a estrutura da molécula de DNA foi estabelecida por Watsone Crick. Para refletir... e responder! Como se explica o fato de as pesquisas mendelianas terem ficado esquecidas por cerca de 35 anos? 9
  10. 10. Fundamentos de genética humanae das Populações Reprodução como Base da Hereditariedade O ciclo celular O ciclo celular corresponde ao período de vida de uma célula, que começa no momento em que ela surge, por divisão de uma outra, e termina no momento em que se divide em duas novas células. Considerando-se os eucariontes, o ciclo celular compreende as etapas denominadas de interfase e de divisão celular. A etapa interfásica, necessariamente, antecede a divisão celular e é caracterizada por três períodos distintos, denominados: G1, que precede a duplicação do DNA; S, que é aquele em que ocorre a duplicação do DNA; e G2, o mais curto deles, que vai do fim da duplicação do DNA até o início da divisão celular. No período G1, que inicia o ciclo celular, ocorrem aumento da massa celular e preparação do material genético para sofrer duplicação na fase seguinte. É justamente a replicação do DNA que marca o período S, sendo seguido pelo período G2, onde novamente a célula passa por um período de crescimento. As células eucarióticas podem dividir-se de duas maneiras: mitose ou meiose. Na mitose, as células-filhas têm um número de cromossomos igual ao da célula-mãe. Na meiose, esse número é reduzido à metade em relação ao da célula que se dividiu. Portanto, a mitose é uma divisão “equacional” e a meiose é “reducional”. A meiose é um processo constituído por duas divisões consecutivas e faz parte do modo sexuado de reprodução. Nossos gametas são células haplóides produzidas por meiose. A redução do número de cromossomos na meiose compensa a “soma” de cromossomos do pai e da mãe, que ocorre durante a fecundação. É por isso que se mantém constante o número de cromossomos da espécie ao longo das gerações. 10
  11. 11. I. MITOSE – detalhes Na interfase, o DNA se duplica epassa a ser constituído por duas cromátides-irmãs, unidas pelo centrômero. Ocorre,também, a duplicação do centro celular. Etapas da divisão mitótica animal PRÓFASE Há condensação dos cromossomos, que começam a se enrolar sobre si mesmos, sendo que cada um ficará constituído por dois fios grossos unidos pelo centrômero. A condensação dos cromossomos leva à inativação temporária dos genes. Conseqüentemente, deixa de ser produzido oRNA que compõe os ribossomos. Com isso, os nucléolos desaparecem progressivamentedurante a prófase. No citoplasma das células eucarióticas em divisão há dois centros celulares,resultantes da duplicação do centro celular original. Essas estruturas começam a migrarem direções opostas e a organizar a fabricação de microtúbulos entre eles. Quando tiverematingido pólos opostos na célula, os centros celulares terão organizado um conjunto demicrotúbulos dispostos de pólo a pólo, formando o fuso mitótico. A carioteca desintegra-se em diversos pedaços e os cromossomos espalham-se no citoplasma. METÁFASE Os cromossomos se arranjam na região equatorial da célula e, quando já estão bem condensados, ligam-se aos microtúbulos do fuso mitótico por meio de seus centrômeros. As cromátides de cada cromossomo ficam unidas a fibras provenientes de pólos opostos do fuso. ANÁFASE Ocorre separação das cromátides-irmãs de cada cromossomo para pólos opostos da célula. Para isso, ocorre encurtamento das fibras do fuso ligadas aos centrômeros. Obs.: Certas drogas, como a colchicina, podem impedir a formação do fuso mitótico. Com isso, a mitose prossegue até a metáfase, quando a divisão pára. Após algum tempo, o núcleo reaparece, porém com o dobro do número de cromossomos existentes originalmente na célula. A propriedade de a colchicina paralisar a mitose tem sido aproveitada para estudar os cromossomos já que interrompe a divisão na metáfase, facilitando a observação cromossômica. 11
  12. 12. TELÓFASE Fundamentos de Uma nova carioteca surge em torno da cada genética humana conjunto cromossômico presente nos pólos da célula,e das Populações resultando em dois novos núcleos. Os cromossomos se descondensam e, como conseqüência, os nucléolos reaparecem. Assim, os dois novos núcleos se caracterizam como interfásicos. Obs.: Em células animais e de alguns protozoários, ao final da telófase, ocorre estrangulamento na região equatorial da célula, que termina por dividi-la em duas. Por começar na periferia e avançar para o centro da célula, esse tipo de divisão citoplasmática é chamado de citocinese centrípeta. II. MEIOSE – detalhes A meiose reduz o número cromossômico porque compreende duas divisões nucleares consecutivas, a meiose I e a meiose II, e uma única duplicação cromossômica. Assim, no final do processo, formam-se quatro células-filhas, cada uma com metade do número cromossômico presente na célula-mãe. Tanto a meiose I quanto a meiose II são subdivididas em quatro fases, com os mesmos nomes que as fases da mitose. Etapas da divisão meiótica animal MEIOSE I PRÓFASE I É longa e complexa, sendo subdividida em: - Leptóteno Os cromossomos tornam-se visíveis ao microscópio óptico como fios longos e finos. Apesar de cada cromossomo ser constituído por duas cromátides-irmãs, ele aparece ao microscópio como um fio simples. O processo de condensação cromossômica tem início em certos pontos chamados de cromômeros. 12
  13. 13. - Zigóteno Os cromossomos homólogos duplicados colocam-se lado a lado, emparelhando-se perfeitamente ao longo de seu comprimento, como se fossem as duas partes de um “zíper” sendo fechado. O emparelhamento rigoroso permite que os cromossomoshomólogos troquem pedaços equivalentes, fenômeno conhecido por permutação. Apermutação permite reunir, no mesmo cromossomo, genes provenientes da mãe, presentesem um dos homólogos, com genes provenientes do pai, presentes no outro homólogo. - Paquíteno Cada par de cromossomos homólogos aparece como bivalente (referência ao fato de haver dois cromossomos homólogos emparelhados) ou tétrade (referência à existência de 4 cromátides). - Diplóteno Início da separação dos cromossomos homólogos, aparecendo nitidamente as duas cromátides. Com essa separação dos cromossomos, percebe-se que suas cromátides cruzam-se em determinados pontos, originando figuras em forma de letra X, denominadas quiasmas. Os quiasmas são a manifestação visível da ocorrência de permutação no paquítenoou mesmo no final do zigóteno (ainda não há consenso). No ponto em que há permutação,as cromátides permutadas ficam cruzadas, originando o quiasma. A ocorrência de pelomenos um quiasma por par de cromossomos homólogos é essencial para mantê-los unidosaté o início da anáfase I. Essa união é fundamental para que os cromossomos homólogosmigrem corretamente para pólos opostos. - Diacinese Os cromossomos homólogos continuam o movimento de separação iniciado no diplóteno. Os homólogos permanecem unidos apenas pelos quiasmas, os quais vão deslizando para as extremidades cromossômicas (terminalização dos quiasmas). Os nucléolos desaparecem e a cariotecase desintegra; com isso, os pares de cromossomos homólogos, ainda presos pelosquiasmas, espalham-se pelo citoplasma. METAFASE I Os pares de cromossomos homólogos prendem-se ao fuso, dispondo-se na região equatorial da célula. 13
  14. 14. Fundamentos de genética humanae das Populações ANÁFASE I Cada cromossomo de um par de homólogos é puxado para um dos pólos da célula. É nesta fase que os quiasmas terminam de se desfazer. A principal diferença entre a anáfase da mitose e a anáfase I da meiose é que e que, na mitose, separam-se as cromátides-irmãs e, na meiose I, separam-se os cromossomos homólogos constituídos por duas cromátides-irmãs. TELÓFASE I O fuso se desfaz, os cromossomos em cada pólo se descondensam, as membranas nucleares se reorganizam e os nucléolos reaparecem. Surgem dois novos núcleos, cada um com metade do número de cromossomos do núcleo original. Cada cromossomo, entretanto, está duplicado, sendo constituído por duas cromátides. Em seguida, o citoplasma se divide. MEIOSE II Muito semelhante à mitose: PRÓFASE II As duas células resultantes da divisão I entram em prófase. Os cromossomos, constituídos por duas cromátides, começam a se condensar. Os nucléolos vão desaparecendo, os centros celulares recém-duplicados afastam-se e começam a organizar os microtúbulos do fuso. Há fragmentação da carioteca. METÁFASE II Os cromossomos associam-se ao fuso, dispondo-se no plano equatorial da célula. 14
  15. 15. ANÁFASE II As cromátides-irmãs são separadas e levadas para pólos opostos da célula, em decorrência do encurtamento das fibras do fuso. TELÓFASE II Os cromossomos se descondensam, os nucléolos reaparecem e as membranas nucleares se reorganizam, completando-se, assim, a meiose II. Em seguida, o citoplasma se divide, encerrando a meiose. Obs.: A meiose determina a manutenção da carga cromossômica nos organismos e contribui para a evolução graças à permutação, processo em que há recombinação dos genes. Formação de células reprodutivas em animais e vegetais. Considera-se que todas as células metabolicamente normais são capazes de se reproduzir. As células reprodutivas, sejam elas gametas (em animais) ou esporos (em vegetais), devem realizar sua multiplicação por meio da divisão meiótica a fim de que o número cromossômico característico da espécie permaneça inalterado ao longo das gerações. Em animais, a gametogênese compreende não só a formação das células haplóides que formarão os gametas como também sua diferenciação nos mesmos. Breve revisão da gametogênese em animais A reprodução sexuada começa com a formação dos gametas, processo denominadogametogênese. Como são dois os tipos de gametas, existem dois tipos de gametogênese: aespermatogênese, que é o processo de formação dos espermatozóides, e a ovogênese(ovulogênese ou oogênese), que é o processo de formação de óvulos. A gametogênese nos animais ocorre nas gônadas (glândulas sexuais), órgãosespecializados para essa função. 15
  16. 16. Fundamentos de genética humana Espermatogênesee das Populações Fases: 1. Período germinativo: divisões mitóticas que dão origem a esperma- togônias (células 2n). 2. Período de crescimento: sem divisões celulares, sendo que cada espermatogônia aumenta de volume, originando os espermatócitos I (células 2n). 3. Período de maturação: divi- sões meióticas, sendo que cada espermatócito I, ao sofrer meiose I, que é reducional, dá origem a dois esper- matócitos II, que sofrem meiose II e dão origem a quatro espermátides (células n). 4. Período de diferenciação ou espermiogênese: sem divisões celulares, sendo que cada espermátide sofre diferenciação, originando um esperma- tozóide (célula n). Ovogênese Fases: 1. Período germinativo: divi- sões mitóticas que dão origem a ovogônias (células 2n). 2. Período de crescimento: sem divisões celulares, sendo que cada ovogônia aumenta de volume, originando os ovócitos I. 3. Período de maturação: di- visões meióticas, sendo o ovócito I, ao sofrer meiose I, que é reducional, dá origem a um ovócito II e ao primeiro glóbulo polar. Caso ocorra a fecundação, haverá a meiose II, onde o ovócito II se dividirá no óvulo e em mais três glóbulos polares, que normalmente se degeneram. 16
  17. 17. Diferenças entre espermatogênese e ovogênese I. Período germinativo: Na mulher: termina na vida intra-uterina. No homem: dura quase toda a vida, com produção permanente de novas espermatogônias. II. Período de crescimento: As ovogônias aumentam muito de tamanho, originando ovócitos I bem maiores doque os espermatócitos I. Nos ovócitos, esse crescimento é devido ao acúmulo de vitelo oudeutoplasma, substância orgânica que irá nutrir o embrião. III. Período de maturação: Na ovogênese, tanto na meiose I como na meiose II, formam-se células de tamanhosdiferentes, o que não acontece na espermatogênese. As células menores têm o nome deglóbulos polares e não são funcionais, degenerando-se. IV. Período de diferenciação: Na ovogênese, é ausente. V. Na ovogênese, cada ovogônia dá origem a um óvulo e a três glóbulos polares(células não-funcionais), e, na espermatogênese, cada espermatogônia dá origem a quatroespermatozóides. Os vegetais apresentam gametas e esporos com metade do número cromossômicocaracterístico da espécie; entretanto, há mitose para a gametogênese e meiose para aesporogênese. Conclui-se, portanto, que o ciclo de vida desses organismos é mais complexo,caracterizado pela alternância de gerações entre as fases haplóide (n) e diplóide (2n). Encontrando-se na fase diplóide (2n), o vegetal é reconhecido como esporófito. Estesofrerá meiose, produzindo esporos com n cromossomos. Os esporos assim formados sedesenvolverão em gametófitos, que representam o vegetal na fase haplóide (n). O gametófito,por sua vez, produzem gametas com n cromossomos através de mitose. Por meio dafertilização, os gametas haplóides (n) se unem formando o zigoto e reestabelecendo o númerodiplóide (2n), completando o ciclo de vida da planta. Obs.: O mecanismo biológico envolvido na transmissão dos caracteres hereditários, que fundamenta as leis mendelianas de segregação e distribuição independente, é baseado nos mecanismos biológicos verificados durante a divisão meiótica. Mendel não conseguiu explicar tal relação, pois seu trabalho fora apresentado em 1865 e somente em 1902 Sutton estudou o comportamento cromossômico durante a meiose, relacionando-o aos trabalhos mendelianos. Indubitavelmente, Mendel foi um homem à frente de seu tempo! 17
  18. 18. Para refletir... e responder! Fundamentos de genética humana O que são os pontos de checagem (check points) e quale das Populações sua importância para o ciclo celular? Conceitos Fundamentais da Genética – Uma Visão Geral Desde a infância, percebemos características que nos assemelham de outras pessoas e aquelas que somente nós possuímos em relação, por exemplo, a nossos irmãos biológicos. Muitas vezes, não entendemos por que uma criança tem uma certa doença “hereditária” se os pais não a apresentam. De modo geral, aprendemos que temos olhos claros ou escuros, cabelos lisos ou crespos, porque “puxamos” a um de nossos parentais ou a outros parentes próximos. É justamente a expressão “puxar a” que a Genética nos esclarece. Como qualquer área de pesquisa, a Genética apresenta vocábulos e expressões particulares. Sendo assim, é fundamental que você se familiarize com os mesmos a fim de melhor compreender essa ciência. Doenças congênitas, hereditárias e adquiridas Comumente, são feitas referências a certas características como congênitas, hereditárias e adquiridas, como, por exemplo, no caso da surdez: há pessoas que nascem surdas e há aquelas que se tornam surdas. Qualquer característica que se manifeste desde o nascimento do indivíduo é denominada de congênita; então, quem nasceu surdo tem surdez congênita. Agora, se o indivíduo nasceu surdo porque possui o gene da surdez, essa característica é também hereditária; mas, se a mãe adquiriu rubéola durante o período gestacional, trata-se de uma surdez adquirida, ou seja, que o indivíduo afetado não transmitirá aos seus descendentes. Caso o indivíduo tenha nascido com audição normal, mas que tenha sido submetido a algum fator que tenha danificado permanentemente sua audição, sua surdez também será adquirida. Vale ressaltar que nem sempre uma característica hereditária é congênita. Pessoas com coréia de Huntington possuem o gene para essa doença; entretanto, somente por volta dos quarenta anos de idade é que haverá manifestação da sintomatologia da doença, que é neurodegenerativa progressiva. 18
  19. 19. Material genético – objeto de estudo da Genética Em eucariontes, material genético se apresenta comoconstituído de ácido desoxirribonucléico (DNA) associado a proteínas.Durante a interfase, quando a célula se encontra em intensa atividademetabólica pré-período de divisão celular, esse material genético seapresenta distendido e filamentar, sendo reconhecido comocromatina. Lembre-se de que, no período S da interfase, háduplicação do DNA, onde cada filamento de cromatina origina outroidêntico, que se unem pelo centrômero. Durante o período de divisão celular, os filamentos de cromatinavão sendo condensados, constituindo os cromossomos. Em cadauma destas estruturas, cada segmento de DNA capaz de realizartranscrever RNA é reconhecido como gene ou cístron. Lembre-se de que o cromossomo é basicamente uma seqüência linear de genes.Cada local que um certo gene ocupa no cromossomo é denominado locus gênico,representando, portanto, o “endereço” do gene. Vale enfatizar que todas as nossas células,exceto as hemácias, que são anucleadas, apresentam o mesmo conjunto gênico. O geneque determina o tipo de seu cabelo (se liso, crespo ou cacheado), por exemplo, está presenteem suas células musculares, em seus hepatócitos e nas células da íris do olho. O que ocorreé que, durante o período de diferenciação celular, na embriogênese, as células têm certosgenes ativados e outros genes desligados, a depender do tipo celular em que está sendoespecializada. Considerando-se que em nossas células somáticas, ou seja, aquelas diplóidesque não fazem parte da linhagem reprodutiva (por meiose, formarão os gametas), os 46cromossomos se encontram pareados, formando os cromossomos homólogos, cadacromossomo do par possui genes em seu lugar determinado, o locus gênico e,considerando-se o par de homólogos, há dois loci (plural de locus ou locos). Cada locuspode apresentar um alelo, ou seja uma forma alternativa do gene, como, por exemplo,nomesmo par de cromossomos homólogos, um cromossomo desse par possui um alelodominante para certa característica e o alelo correspondente no outro cromossomo podeser recessivo. Sendo assim, cabe a classificação do indivíduo como heterozigoto, quandopossui um alelo de cada tipo (um recessivo e outro dominante nos loci correspondentesentre os homólogos), ou como homozigoto, quando o indivíduo possui ambos os alelosdominantes nos loci correspondentes ou ambos recessivos. As características externas, como cor dos olhos; e as internas, como o tipo de sangue,que são detectáveis (mesmo que a detecção só ocorra por meio de exames laboratoriais)representam o fenótipo do indivíduo. Denomina-se genótipo o patrimônio genético doindivíduo, que, para manifestar-se geralmente sofre influência dos fatores ambientais. Pode ocorrer de o indivíduo não apresentar o gene para uma determinadacaracterística e, contudo, expressá-la. Essas manifestações assemelham-se ao fenótipo,mas devem ser denominadas de fenocópias. Considere, por exemplo, um indivíduo que édiabético insulino-dependente. Ao fazer uso da injeção de insulina, a característica “normal” 19
  20. 20. apresentada por esse indivíduo é uma fenocópia, pois não há o fenótipo Fundamentos de resultante da expressão do gene para a condição de normalidade glicêmica. genética humana O material genético pode, ainda, sofrer modificações, que sãoe das Populações denominadas mutações, sendo que, somente serão transmitidas à prole caso comprometam as células da linhagem germinativa. Dominância e recessividade dos caracteres Já foi visto, no tópico anterior, que, quando uma característica apresenta duas ou mais variedades fenotípicas em uma mesma espécie, é correto concluir que o locus gênico correspondente pode ser ocupado de diferentes maneiras, isto é, existem diferentes alelos para esse gene. Consideremos como exemplo a forma do lobo da orelha em nossa espécie. O locus controlador desta característica pode apresentar um alelo dominante, que determina o lobo da orelha solto ou um alelo recessivo, que determina o lobo da orelha preso ou aderente. Em nossas células, há, portanto, dois loci para essa condição, sendo que cada um pode ser ocupado por duas formas alélicas diferentes, resultando em três possíveis genótipos: humanos que possuem ambos os alelos para lobo solto; os que têm um alelo para lobo solto e um alelo para lobo preso e aqueles com ambos os alelos para lobo preso. Seres humanos homozigotos que apresentam ambos os alelos para lobo da orelha solto, têm lobo solto; e aqueles que apresentam ambas as formas alélicas para lobo preso, têm lobo preso. Entretanto, os heterozigotos, aqueles que têm um alelo de cada tipo exibem o lobo solto. Dessa forma, percebe-se que o alelo dominante é aquele que está determinando a característica lobo da orelha solto, pois condiciona o fenótipo quando o indivíduo possui o alelo em questão em lobo preso lobo solto dose dupla (homozigose) ou em dose simples (heterozigose). O alelo recessivo, por conse- guinte, será aquele que apenas se expressa em dose dupla. O alelo dominante não inibe a expressão do alelo recessivo! O alelo dominante pode estar, por exemplo, determinando a produção de uma enzima; e o recessivo, a formação dessa enzima alterada ou inativa ou até mesmo a não formação enzimática. 20
  21. 21. Para refletir... e responder! O que significa afirmar que “o fenótipo resulta da interação entre o genótipo e o meio”? O DNA como Estrutura Molecular dos Cromossomos Estrutura do DNA Há pouco mais que meio século, foi identificadaa constituição bioquímica da informação genética.Antes disso, Friederich Miescher descobriu os ácidosnucléicos em suas pesquisas com leucócitos, dando-lhes a denominação de nucleína em função de seencontrarem presentes no núcleo celular. Houve váriaspesquisas subseqüentes até que, em 1953, JamesWatson e Francis Crick postularam um modelo espacialpara a estrutura da dupla hélice do DNA, recebendo oprêmio Nobel para Medicina ou Fisiologia em 1962. Watson e Crick A partir do reconhecimento do DNA como a molécula principal na transmissão dascaracterísticas hereditárias, as pesquisas foram direcionadas para a elucidação do códigogenético. Há dois tipos de ácidos nucléicos, DNA (ácido desoxirribonucléico) e RNA (ácidoribonucléico). Embora ambos sejam estruturas polinucleotídicas, diferem em certos aspectos. Estrutura de um nucleotídeo Cada nucleotídeo apresenta: o grupo fosfato derivado do ácido fosfórico; o pentose (açúcar com 5 carbonos), que pode ser ribose ou desoxirribose; o base nitrogenada, que pode ser classificada como púrica (guanina ou adenina) ou pirimídica (citosina, timina ou uracila). 21
  22. 22. Fundamentos de genética humanae das Populações Estrutura do DNA O ácido desoxirribonucléico apresenta-se como uma dupla hélice, ou seja, é constituído por dois filamentos enrolados entre si de forma helicoidal. Esse dois filamentos são polinucleotídicos e mantêm-se unidos por meio de pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, ocorrendo entre pares específicos: AT (com duas pontes de hidrogênio) e CG (com três pontes de hidrogênio). Sendo assim, as fitas que compõem o DNA são complementares. Estrutura do RNA Ao contrário do DNA, o RNA tem a ribose como açúcar, possui uracila (U) em lugar da base timina (T) e apresenta-se constituída por apenas um filamento polinucleotídico. Para refletir... e responder! Podem existir dois indivíduos da mesma espécie como o DNA idêntico? Justifique. Fundamentos da expressão gênica Os ácidos nucléicos expressam a informação genética por meio de proteínas, necessitando da “leitura” do código genético. A fim de compreender esse aspecto, serão descritos a seguir os processos de autoduplicação, transcrição e tradução do material genético. Autoduplicação (replicação do DNA) O modelo para a molécula do DNA, apresentado por Watson e Crick, além de explicar suas propriedades físico-químicas, também esclarece sobre ao modo de replicação da molécula. 22
  23. 23. De acordo com o modelo supracitado, para ser replicada a molécula de DNA, seusdois filamentos constituintes são separados e haverá a produção de uma seqüênciacomplementar para cada um deles. Como cada uma das moléculas de DNA produzidas iráapresentar um filamento da molécula original, esse processo é reconhecido comosemiconservativo. Enquanto as pontes de hidrogênio existentes entre as fitas da molécula original sãoquebradas por ação enzimática, nucleotídeos presentes na célula se associam a cada umdos filamentos, obedecendo ao pareamento específico de bases nitrogenadas (A-T; C-G).As moléculas-filhas serão, dessa forma, idênticas à molécula que serviu de modelo para areplicação. Há a necessidade de uma série de enzimas para que a autoduplicação ocorra: · DNA-helicase - abre a cadeia nucleotídica; · DNA-topo-isomerase - desenrola a hélice; · DNA-primase - forma o primer (uma seqüência de RNA que inicia a formação do novo DNA); · DNA-polimerase III - associa os novos nucleotídeos com aqueles preexistentes por meio do pareamento de bases; · DNA-polimerase I - remove o primer; · DNA-ligase - une os novos nucleotídeos entre si. Em 1968, Huberman e Riggs demonstraram que a replicação tem inícioindependentemente em múltiplos pontos da molécula de DNA. Esses vários segmentosque iniciam a replicação são conhecidos como replicons e têm replicação bidirecional. Ascópias sempre são feitas na direção 5’ 3’. Assim, enquanto a fita 3’ 5’ é lida de modocontínuo, a fita 5’ 3’ é copiada de modo descontínuo. Os fragmentos que são produzidos,chamados de fragmentos de Okasaki, posteriormente são reunidos. Transcrição O RNA tem o DNA como molécula-molde, diferindo da autoduplicação por usarribonucleotídeos e porque apenas um filamento do DNA atua no processo. Para isso, asduas fitas de DNA se separam e uma delas serve de modelo ao RNA enquanto a outrapermanece inativa. No final do processo, o DNA voltará a apresentar o aspecto bifilamentar. Durante síntese de RNA, há pareamento específico entre as bases nitrogenadas A – U e C – G. Vale ressaltar que uma das fitas do DNA (5’3’) será transcrita formando um longofilamento de RNA, denominado RNA heterogêneo, no qual existem seqüências do tipo éxonse íntrons. Estas últimas, que não irão codificar nenhuma cadeia polipepetídica, serãoposteriormente removidas e os éxons unidos entre si (splicing), formando assim o RNAmensageiro. 23
  24. 24. Várias enzimas participam do processo de transcrição, sendo Fundamentos de as RNA-polimerases as mais importantes. genética humanae das Populações Vide ilustração abaixo, com o processo simplificado. 24
  25. 25. Tradução Esse processo representa a síntese de proteínas, que consiste na união entreaminoácidos específicos de acordo com a seqüência de códons do RNA mensageiro. Comoessa seqüência é determinada pelas bases do DNA (gene) que serviu de modelo ao RNAm,a síntese protéica representa, portanto, a tradução da informação genética. Nesse processo, há participação, principalmente, de ribossomos, vários RNA detransporte, aminoácidos e de um conjunto enzimático. A princípio, o ribossomo se encaixaem uma das extremidades do RNAm e o percorre até a outra extremidade. À medida queesse deslocamento ocorre, os RNAt vão encaixando os aminoácidos na seqüência definidapela ordem dos códons do RNAm. Etapas: · Há associação entre um ribossomo, um RNAm e um RNAt especial (com anticódon UAC), que transporta o aminoácido metionina. · Ocorre encaixe entre o anticódon UAC e o códon UAG (códon de início da tradução) presente no RNAm. · A seguir, cada RNAt carregará um aminoácido até o sítio A do ribossomo, sendo que somente será incorporado à proteína que será formada se existir uma trinca complementar para ele no RNAm, em seqüência. 25
  26. 26. Para refletir... e responder! Fundamentos de O que significa dizer que o código genético é genética humanae das Populações universal e degenerado? Material genético A depender da etapa do ciclo celular em que a célula se encontra, o material genético pode apresentar-se como cromatina ou como cromossomo. Cromatina Quando a célula não esta em divisão, os cromossomos apresentam-se como fios muito finos, dispersos no nucleoplasma, recebendo o nome de cromatina. Aparece no núcleo interfásico como uma rede de filamentos longos e finos chamados cromonemas que apresentam regiões condensadas (espiraladas) - as heterocromatinas, inativas na transcrição em RNA, e regiões distendidas - as eucromatinas, regiões ativas. Obs.: Denomina-se heteropicnose a diferença de colorabilidade entre os tipos de cromatina. A cromatina só se torna visível na medida em que sofre condensação, formando os cromossomos. Isso ocorre durante a divisão celular. Cromossomo Cada cromossomo é formado por uma única e longa molécula de DNA, associada a várias moléculas de histona (proteína básica, a intervalos regulares, formando os nucleossomos). Denomina-se cromonema o filamento de DNA com os nucleossomos enrolados helicoidalmente. O cromonema apresenta, ao longo de seu comprimento, regiões enoveladas chamadas cromômeros, que se coram mais intensamente. 26
  27. 27. Durante a condensação cromossômica, as regiões eucromáticas se enrolam mais frouxamente do que as heterocromáticas. No cromossomo condensado, as heterocro- matinas, regiões que se apresentam condensadas desde a interfase, aparecem como regiões “estranguladas” do bastão cromossômico, chamadas constricções. Estrutura cromossômica Cromátides: cada um dos filamentos idênticos de DNA que se encontram unidos pelo centrômero no cromossomo duplicado. Cinetócoro: complexo protéico que atua na movimentação cromossômica durante a divisão celular. Telômero: estrutura ímpar presente na região terminal dos cromossomos de eucariontes. Centrômero: região em que as duas cromátides do cromossomo duplicado se unem. Corresponde à constricção primária. Classificação dos cromossomos quanto à posição do centrômero: I. Metacêntrico: quando o centrômero se localiza centralizadono cromossomo, dividindo-o em braços de mesmo tamanho. II. Submetacêntrico: quando o centrômero se localizalevemente deslocado da região cromossômica mediana,dividindo o cromossomo em braços com tamanhosdiscretamente distintos. III. Acrocêntrico: quando o centrômero está nitidamentedeslocado da região cromossômica mediana, dividindo ocromossomo em braços com tamanhos nitidamente distintos. IV. Telocêntrico: quando o centrômero está localizado naregião cromossômica terminal, o que resulta em um cromossomoque possui somente um braço. Este tipo não ocorre em nossaespécie. 27
  28. 28. Os cromossomos humanos e o cariótipo Fundamentos de genética humana Os cromossomos pertencentes às células de indivíduos da mesmae das Populações espécie apresentam forma, tamanho e número constantes, porém variam de espécie para espécie. Enquanto, por exemplo, o homem possui (2n) 46 cromossomos, o boi possui (2n) 60, e o milho (2n) 20. O conjunto de dados sobre forma, tamanho e número de cromossomos de uma determinada espécie é denominado cariótipo. O cariótipo de uma espécie pode ser representado por um cariograma ou idiograma, que corresponde a um arranjo dos cromossomos separados aos pares e em ordem decrescente de tamanho. Na espécie humana, as células gaméticas possuem um lote haplóide de 23 cromossomos (n), denominado genoma. As células somáticas apresentam um lote diplóide de 46 cromossomos. Os cromossomos sexuais, X e Y, são chamados de heterossomos e os demais, autossomos. Observe abaixo cariótipos masculino e feminino normais Nos mamíferos do sexo feminino, o cromossomo X condensado é observado no interior do núcleo ou associado ao envoltório nuclear, como uma partícula esférica que se cora fortemente, à qual se dá o nome de cromatina sexual (ou corpúsculo de Barr), sendo somente um dos cromossomos X ativo. A presença ou não de cromatina sexual permite, pois, o diagnóstico citológico do sexo. 28
  29. 29. Há indivíduos com alterações na forma (mutações estruturais) ou no número (mutações numéricas) de cromossomos, sendo as seguintes as principais: · Síndrome de Down: 47, XX (ou XY) + 21; · Síndrome de Turner: 45, X; · Síndrome de Klinefelter: 47, XXY (geralmente). Para refletir... e responder! Existe relação entre a não-disjunção entre os cromossomos durante a meiose e descendência com alterações cromossômicas? Estrutura e organização do gene Cromossomo é a estrutura da célula na qual os genes estão contidos. Cadacromossomo é constituído por apenas uma molécula de DNA. Lembre-se de que humanosnormais têm 46 cromossomos nas células somáticas, o que significa reconhecer que estaspossuem 46 moléculas de DNA. Os genes são, a grosso modo, pedaços dessa moléculade DNA. Em eucariontes, os genes são separados entre si por extensas regiões do DNA quenão sofrem transcrição em moléculas de RNA, não sendo codificantes, portanto. Ocromossomo apresenta uma seqüência alternada entre DNA-codificante (exon) e DNA-não-codificante (intron). Atualmente, considera-se que aproximadamente 97% do DNA deeucariontes seja não-codificante. Embora esse DNA tenha sido chamado de DNA-lixo porque,aparentemente, não tem função, pesquisas recentes o têm relacionado com participante daestruturação cromossômica; pode revelar aspectos evolutivos, e forma o centrômero. O número de corpúsculos de Barr corresponde ao número de cromossomos x menos 1. A identificação da cromatina sexual tem ampla aplicação clínica, principalmente no que se refere a anomalias sexuais humanas. 29
  30. 30. Fundamentos de Atividades genética humanae das Populações Complementares 1. Todas as nossas células resultam de cópias do material genético presente em nossa primeira célula, o zigoto. Sendo assim, como se explica o fato de que somente determinadas células presentes no pâncreas sintetizem o hormônio insulina e as outras não? Orientação: Relembrar as primeiras clivagens do ovo e como se dá a ativação gênica durante a especialização celular. Em caso de dúvidas, releia o tópico 3 (Material genético – objeto de estudo da Genética) do tema que acabamos de estudar. 2. Se os filhos gestados por mulheres aidéticas podem ter AIDS, por que essa doença não se classifica como hereditária, já que é transmitida de mãe para filho? Orientação: É importante revisar o significado dos termos hereditário, congênito e adquirido. Lembre-se de que, não necessariamente, o que é herdado é definido pelos genes. Você fará uma revisão sobre esse tema caso se reporte ao tópico 3.1. Doenças congênitas, hereditárias e adquiridas. 30
  31. 31. ANÁLISE DA GENÉTICA CLÁSSICA Mendelismo: O Princípio Básico Da Herança Experiências de Mendel Embora Mendel tenha realizado experimentos com vegetais de diferentes espéciese com abelhas, seu maior sucesso foi com as ervilhas da espécie Pisum sativum. O fato deter considerado uma característica por vez, como altura da planta ou forma das sementes,condicionou o seu êxito. Antes de iniciar os cruzamentos entre organismos de P. sativum, Mendel selecionouplantas de linhagens puras. Ele acreditava que uma planta pura, quando autofecundada oucruzada com outra idêntica, somente poderia dar origens a descendentes com a mesmacaracterística. Se estivesse realizando, por exemplo, o cruzamento entre duas plantas purasaltas, toda a descendência seria constituída por plantas altas. Após esse período de obtenção de linhagens verdadeiramente puras, ele realizou ocruzamento entre plantas puras de variedades alternantes (planta pura alta com planta purabaixa, por exemplo) em uma mesma característica. Esta geração de plantas era chamadade geração parental (geração P). O resultado desse cruzamento, que era sempre igual aum dos parentais, foi denominado por Mendel de primeira geração híbrida (F1). Quandoessa geração híbrida era autofecundada, obtinha-se a segunda geração híbrida (F2), queexibia ambos os traços verificados na geração que deu origem a F1. Ele concluiu que otraço de um dos pais permanecia encoberto em F1, mas reaparecia e F2, sendo denominadorecessivo enquanto aquele que se manifestava em toda a F1, dominante. Como as flores da espécie estudada são cleistogâmicas, naturalmente ocorriaautofecundação. Sendo assim, Mendel teve que remover as anteras de algumas flores afim de impedir esse processo. De outras flores, ele retirava o pólen fazendo uso de umpincel e o levava até aquelas cujas anteras foram removidas. Desse modo, ele promovia afecundação cruzada. Depois, havia necessidade de recobrir as flores fecundadas para quenão fossem polinizadas sem que ele tivesse conhecimento do doador do pólen. Símbolos Há uma convenção que facilita a representação do genótipo de um organismo: cadagene deve ser identificado por uma letra, que corresponde à inicial da variedade recessivageralmente. No caso da característica altura da planta, sendo alta - determinada pelo alelodominante - e baixa - pelo recessivo - a representação genotípica é: 31
  32. 32. planta alta: BB (quando pura ou homozigota) e Bb (quando heterozigota); Fundamentos de planta baixa: bb (necessariamente homozigota, pois o alelo recessivo genética humana só se manifesta em dose dupla).e das Populações Traduzindo uma das experiências mendelianas com ervilhas para a linguagem genética simbólica: O quadrado de Punnet Para a representação dos resultados esperados nos cruzamentos genéticos, a montagem do quadrado de Punnet tem-se mostrado satisfatória. Esse método, cuja deno- minação é uma homenagem ao geneticista R. Punnet, consiste na representação abaixo, onde I e II devem representar, cada um, 50% dos gametas (de um dos parentais) portadores de certo tipo de alelo, III e IV devem representar, cada um, 50% dos gametas (do outro parental) portadores de certo tipo de alelo e as letras a, b, c, d devem representar a combinação entre um alelo paterno e outro materno, oferecendo uma modo direto de se prever resultados esperados para certo cruzamento. 32
  33. 33. Princípio da Segregação de Um Par de Alelos – 1ª Lei Princípio da segregação Em suas conclusões sobre seus experimentos com ervilhas, Mendel deu tratamentoestatístico aos resultados, conseguindo estabelecer um padrão esperado para determinadostraços das características por ele estudadas, conforme será apresentado posteriormente.Acompanhando as gerações obtidas nessas experiências, Mendel deduziu que aquilo quedenominou de “fatores de hereditariedade” deveria estar pareado nas células não-sexuais,mas que, durante a formação dos gametas, ocorria segregação (separação) entre osmembros de cada par de fatores, sendo que cada gameta somente recebia um fator decada par. A partir daí, tem-se o enunciado da chamada Primeira Lei de Mendel: “Cada caráter é determinado por um par de fatores que se separam na formação dos gametas, indo um fator do par para cada gameta, sendo este, portanto, puro”. Usando uma linguagem moderna, essa lei de Mendel pode ser assim traduzida: opar de alelos de um mesmo gene sofre separação um do outro, sendo distribuídos paradiferentes células sexuais. A meiose e as Leis de Mendel Conforme já foi discutido no tema I, a meiose, divisão celular verificada nagametogênese de animais, resulta em quatro células-filhas haplóides (n) a partir de umacélula inicial diplóide (2n). 33
  34. 34. Já foi visto, também, que os cromossomos ocorrem aos pares nas células diplóides (2n), constituindo os cromossomos homólogos. Durante a divisão meiótica, os cromossomos homólogos se separam, indo um deles Fundamentos de para um gameta, que tem carga n (2n). Os homólogos apresentam os mesmos genética humana genes e, portanto, os mesmos loci; entretanto, os alelos não necessariamentee das Populações são idênticos. Quando os alelos de um par são iguais, denomina-se a condição de homozigótica, que Mendel chamava de pura e, quando os alelos são diferentes, heterozigótica, a qual era denominada de híbrida por Mendel. A divisão meiótica é caracterizada por duas fases consecutivas: a meiose I e a meiose II, como já foi discutido. Na meiose I, há pareamento dos cromossomos homólogos, que sofrem separação (divisão reducional), sendo encaminhados para células distintas, haplóides. Na meiose II, Cada cromossomo duplicado sofre, então, separação das cromátides (divisão equacional), sendo encaminhadas para diferentes células-filhas também haplóides. Mendel, sem ter conhecimento da existência de genes, nem alelos, cromossomos e meiose, fez uma análise interpretativa de riqueza incomparável sobre o comportamento do que ele chamava de “fatores de hereditariedade” durante a formação das células reprodutivas. A Segunda Lei de Mendel não é tão geral quanto a primeira, pois limita-se apenas aos pares de alelos que se localizam em cromossomos não-homólogos. A Genética mais recente reconhece que, nessa situação, estando os pares de alelos para diferentes características situados no mesmo cromossomo, o caso não é mais de Segunda Lei, e sim de genes ligados, tema que será mais tarde discutido. Cruzamentos e proporções monohíbridas Os cruzamentos monoíbridos são fundamentais para a compreensão da genética clássica ou mendeliana. Vale ressaltar que há relação de dominância e recessividade entre ambos os alelos que podem ocupar o mesmo locus para determinada característica. Considerando-se os cruzamentos que envolvem somente um par de alelos, seguem, no quadro abaixo, as freqüências genotípica e fenotípica esperadas na descendência para cada combinação entre genótipos específico na geração parental. Vale ressaltar que, quando a geração parental apresenta genótipos em homozigose (AA x AA;aa x aa), a prole será em 100% idêntica aos parentais. 34
  35. 35. Para refletir... e responder! Como é possível determinar o genótipo de um indivíduo quando o seu fenótipo é condicionado pelo alelo dominante do gene? Princípio da Segregação Independente de Dois Pares de Alelos - 2ª Lei Em sua pesquisa sobre a transmissão da hereditariedade usando ervilhas comomodelo, Mendel também trabalhou com a análise concomitante de dois caracteres, isto é,com dois pares de alelos, sendo cada um responsável por uma determinada característica. Consideremos a análise, ao mesmo tempo, das seguintes características em ervilhas:altura da planta e cor da semente. As plantas de ervilhas podem ser altas (fenótipo dominante)ou baixas (fenótipo recessivo) e suas sementes podem amarelas (fenótipo dominante) ouverdes (fenótipo recessivo). Acompanhe os esquemas abaixo. A proporção esperada nesse cruzamento é de 9:3:3:1. Mendel concluiu, então, que ofato de a planta ser alta ou baixa independe de ela ser, ao mesmo tempo, amarela ou verde.Analisando de dois em dois os sete caracteres por ele estudados com a Pisum sativum,encontrou sempre essa independência na transmissão hereditária considerando-se maisdo que uma característica. 35
  36. 36. Vale salientar que, considerando-se características independentes, como altura da planta e cor da semente, uma não depende da Fundamentos de probabilidade da outra; contudo, para calcular a probabilidade de genética humana ocorrência de duas característica s ocorrerem juntas, há necessidade dee das Populações multiplicar cada uma das probabilidades para cada um desses eventos. Por exemplo, se a probabilidade esperada para planta alta é de ¾ e a probabilidade esperada para semente verde é de ¼, basta multiplicar essa probabilidades: ¾ x ¼ = 3/16 A partir de tais estudos, tem-se o enunciado da chamada Segunda Lei de Mendel: “Na formação dos gametas, o par de fatores responsável por uma certa característica separa-se independentemente de outro par de fatores responsável por outra característica”. Usando uma linguagem moderna, essa lei de Mendel pode ser assim traduzida: o par de alelos com loci m um par de cromossomos homólogos sofre separação independentemente de outro par de alelos localizado em outro par de cromossomos homólogos. Obs.: A Segunda Lei de Mendel não tem validade quando ambos os pares de alelos para as duas características têm loci no mesmo par de homólogos (genes ligados). Cruzamentos e proporções diíbridas A Segunda Lei de Mendel, além de estudar dois caracteres, também é aplicável à análise de três ou mais caracteres, cabendo, portanto, o uso dos termos diibridismo, triibidismo ou poliibridismo conforme o caso. Como a Segunda Lei de Mendel trabalha com análise de duas características, sendo que a transmissão de uma delas independe da transmissão da outra, pela teoria das probabilidades, essa herança trabalha com eventos independentes e simultâneos. Desse modo, é fácil entender como se obtém a proporção esperada fenotípica de 9:3:3:1 na geração F2. 36
  37. 37. Exemplificando: Considere duas características cujos genes se situam em cromossomos não-homólogos, como forma do lobo da orelha e pigmentação da pele. · Forma do lobo da orelha: solto (PP ou Pp) ou preso (pp) · Pigmentação da pele: normal (AA ou Aa) ou albinismo (aa). Considerando que a ocorrência de uma dessas características não impede aocorrência da outra, para saber a probabilidade de ambas as características ocorreremjuntas, há necessidade de se multiplicar as probabilidades de ocorrência de cada um desseseventos em separado. Acompanhe abaixo: Qual a probabilidade de que um homem com lobo da orelha solto e não albino e umamulher de mesmo fenótipo, sendo ambos heterozigotos, tenham filhos com lobo preso ealbinos? Obs.: Usando a mesma metodologia, as demais combinações também podem ser calculadas: Filhos com lobo solto e pigmentação normal da pele: ¾ x ¾ = 9/16 Filhos com lobo solto e albinismo: ¾ x ¼ = 3/16 Filhos com lobo preso e pigmentação normal da pele: ¼ x ¾ = 3/16 Para refletir... e responder! Qual é a relação entre a segregação independente dos cromossomos homólogos na meiose e a segregação independente dos genes? 37
  38. 38. Fundamentos de Probabilidade Na Herança Mendeliana genética humanae das Populações E Análise De Heredogramas Noções básicas de probabilidade e grau de adequação dos resultados É inegável que um dos motivos do sucesso das experiências de Mendel com ervilhas foi o tratamento estatístico que ele deu à análise dos resultados. Em estatística, a teoria das probabilidades possibilita a estimar os resultados esperados para a ocorrência de eventos que ocorrem ao acaso. A possibilidade de um evento ocorrer é dada pela razão entre o número de eventos desejados e o número total de eventos possíveis (espaço amostral). Probabilidade de um evento ocorrer = nº de eventos desejados nº total de eventos possíveis Obs.: Os elementos que compõem o espaço amostral são equiprováveis, isto é, têm a mesma chance de ocorrência. A Estatística nos ensina que, quanto maior for o número de repetições dos eventos, mais acertada será a previsão dos resultados. Isso justifica a escolha de organismos com elevada taxa reprodutiva como modelos para os estudos genéticos. Situações mais comuns solicitadas em problemas genéticos: I. Probabilidade de ocorrência de um OU outro evento: Corresponde ao estudo da probabilidade de ocorrência de um entre dois eventos que são mutuamente exclusivos. A probabilidade, nesse caso, será dada pela soma das probabilidades isoladas de cada um dos eventos considerados. II. Probabilidade de ocorrência de um E outro evento: Corresponde ao estudo da probabilidade de ocorrência dois entre dois eventos que são independentes. A probabilidade, nesse caso, será dada pela multiplicação das probabilidades isoladas de cada um dos eventos considerados. 38
  39. 39. Obs.: Se há necessidade de uma ordem de ocorrência para o cálculo da probabilidade de ocorrência de dois eventos independentes, basta que seja efetuada a multiplicação das probabilidades isoladas de cada evento; mas, não sendo essa ordem de ocorrência importante, deve-se multiplicar a probabilidade de ocorrência do 1º evento pela probabilidade de ocorrência do 2º evento e somar este resultado ao produto entre a probabilidade de ocorrência do 2º evento pela do 1º evento. Resumindo: Deseja-se o mesmo evento: A e A, B e B etc. P (A e A) = P (A) x P (A) Desejam-se eventos diferentes: I. Quando a ordem dos eventos é importante: P (1º A e 2º B) = P (A) x P (B) II. Quando a ordem dos eventos não é importante: (1º A e 2º B) ou (1º B e 2 º A) P1 (A e B) ou (B e A) [P (A) x P (B)] + [P (B) x P (A)] Probabilidade na análise de heredogramas Heredogramas, genealogias, árvores genealógicas, mapas familiares ou pedigreessão representações gráficas do estudo da herança de uma ou mais características em umafamília. A fim de interpretar corretamente a análise de um heredograma, você precisafamiliarizar-se com a simbologia abaixo: 39
  40. 40. Análise de heredogramas Fundamentos de Geralmente, os indivíduos são indicados por numeração arábica e as genética humana gerações por numeração romana, da esquerda para a direita; mas, podee das Populações ocorrer de somente os indivíduos estarem indicados por numeração. Neste caso, utilizam-se os números arábicos, também da esquerda para a direita, em ordem crescente, começando com o primeiro indivíduo da 1º geração até o último, na última geração representada. O indivíduo que motivou a elaboração do heredograma, por apresentar determinado traço genético, é denominado probando ou caso-índex e pode ser identificado estando assinalado por uma seta no mapa familiar. Para a elaboração correta do heredograma, todos os indivíduos da família devem ser representados, mesmo aqueles abortados ou natimortos. A prole de um casal deve ser representada, em ordem de nascimento, da esquerda para a direita. A fim de facilitar a interpretação de um heredograma, há necessidade de se obedecer a certas etapas: I. Identificar casal (ou casais) representados com o mesmo fenótipo (ambos normais ou ambos afetados) e que apresentam, pelo menos, um filho com fenótipo distinto do deles; reconhecendo a heterozigose dos pais e homozigose recessiva do(s) filho(s) diferente(s); II. Sabendo quais são os caracteres dominante e recessivo, deve-se identificar todos os indivíduos recessivos; III. Sabendo que os homozigotos recessivos só transmitem o alelo recessivo aos seus descendentes e que recebem um alelo recessivo da cada um de seus parentais, determinar os demais genótipos possíveis na genealogia. Obs.: Caso não seja possível afirmar com certeza o genótipo de um indivíduo com fenótipo dominante, deve-se representar a letra correspondente a do alelo dominante e um traço acompanhando-a. Ex: A_, pois fica claro que pode ser AA ou Aa. Para refletir... e responder! Qual a vantagem do uso de mapas familiares? 40
  41. 41. Atividades Complementares1. Uma mulher tem uma rara anomalia dominante das pálpebras, que impede a aberturatotal dos olhos (ptose). O pai dessa mulher tem ptose, mas sua mãe tem pálpebras normais.Sua avó paterna também apresentava pálpebras normais. a) Identifique os genótipos da mulher e de seus pais. b) Qual o percentual de filhos esperados com ptose na união entre essa mulher eum homem com pálpebras normais? Orientação: Revise como ocorre a transmissão de características que têmdominância completa e os fundamentos em que se apóiam o Mendelismo Clássico. Vocêpode optar por tentar montar o mapa familiar, embora a questão não o solicite, mas facilitaa identificação dos genótipos de muitos indivíduos; caso contrário, identifique a os genótiposda geração parental da mulher e distribua esses dados no quadrado de Punnet. Depois,faça o mesmo para responder à letra “b”.2. O heredograma ao lado apresenta umafamília com indivíduos portadores defibromatose gengival (aumento da gengivadevido a um tumor). a) Essa doença hereditária é condicionada por alelo dominante ou recessivo? Justifique. b) Identifique os genótipos possíveis dos indivíduos dessa família. Orientação: É fundamental que você domine o conhecimento visto no tópico 4.3.(Análise de heredogramas) a fim de conseguir identificar os genótipos possíveis dosindivíduos e a dominância ou recessividade do alelo em questão. Não se esqueça daimportância de iniciar a análise por um casal que tenha o mesmo fenótipo; no caso, amboscom fibromatose ou ambos sem essa característica. 41
  42. 42. A GENÉTICA E SEUS AVANÇOS Fundamentos de TRILHANDO NOVOS CAMINHOS genética humanae das Populações PARA O FUTURO EXTENSÕES DO MENDELISMO: CARACTERIZAÇÃO DAS HERANÇAS AUTOSSÔMICA E HETEROSSÔMICA Variações Nas Proporções Mendelianas Depois da redescoberta dos trabalhos de Mendel, vários experimentos sobre hereditariedade foram realizados. Alguns pesquisadores verificaram que as proporções fenotípicas mendelianas esperadas nem sempre eram obtidas quando trabalhavam com caracteres determinados por um par de alelos, ao contrário das proporções esperadas genotípicas. Partiremos agora para o estudo de tais casos, que não invalidam nem diminuem os princípios mendelianos, mas que os ampliam. Variações do Monoibridismo clássico Herança sem dominância completa. No mendelismo clássico, ocorre relação de dominância completa entre os alelos de um gene responsável por uma característica, e o indivíduo heterozigoto exibe o fenótipo dominante. Na ausência de dominância completa, ambos os alelos se manifestam no heterozigoto, resultando em duas situações, a depender da herança: · Sendo os alelos semidominantes entre si, o híbrido terá um fenótipo intermediário; · Sendo os alelos co-dominantes entre si, o híbrido expressará ambos os tipos de fenótipo ao mesmo tempo. Exemplo de semidominância: A cor das flores em boca-de-leão, Antirrhinum majus, pode ser branca, ou vermelha, quando são heterozigotas para alelos diferentes, mas, sendo heterozigota, a flor será rosa. Exemplo de co-dominância: Em nossa espécie, se um dos parentais é homozigoto para o tipo sangüíneo A e o outro, para o tipo B, a descendência heterozigota resultante terá tipo sangüíneo AB para o sistema ABO. Em ambos os tipos de alelos supracitados, o resultado esperado no cruzamento entre heterozigotos, ou seja, a geração F2, apresentará as proporções fenotípica e genotípica esperadas como 1:2:1. 42
  43. 43. Alelos letais Os genomas das diferentes espécies apresentam alelos que determinam oaparecimento de características prejudiciais ao metabolismo, resultando em doenças e/ouanomalias. O pesquisador francês Cuènot foi quem descobriu os alelos letais, em 1905,estudando a herança da cor da pelagem em camundongos. Ele verificou que todos oscamundongos amarelos eram heterozigotos e os agutis, selvagens com pele acinzentada,eram homozigóticos recessivos, não existindo camundongos marelos homozigóticos. Realizando cruzamento entre camundongos amarelos entre si, Cuènot sempre obtinhaa proporção fenotípica esperada de 2:1. A fim de esclarecer porque não se verificava aproporção mendeliana de 3:1, ele sugeriu que não havia fusão entre os gametas portadoresdo alelo dominante. Mais tarde, verificou-se que essa fecundação ocorria, mas o indivíduomorria na vida embrionária; dessa forma, percebeu-se que, para essa característica, ahomozigose dominante era letal. Os alelos recessivos, de modo geral, podem ser recessivos ou dominantes. Para refletir... e responder! Por que a descobertas dos alelos semidominantes, co-dominantes e letais não invalidou os princípios mendelianos? Expressividade e penetrância Nem sempre indivíduos que apresentam o mesmo tipo de alelo dominante, expressammesmo fenótipo. Alguns podem exibir fenótipos mais ou menos acentuados, dependendodas condições ambientais a que estão submetidos e / ou de seu genótipo total. Genes cujaexpressão varia apresentam expressividade variável. Ex.: Entre os indivíduos polidáctilos(portadores de dedos supranumerários), há aqueles com mãos e pés comprometidos,aqueles com somente número anormal em uma das mãos, aqueles com somente os pésapresentando a caracetrística, mas com o dedo anormal muito reduzido etc. Mesmo quando um indivíduo recebe um alelo dominante para determinadacaracterística, ele pode não expressá-la, o que significa, então, que o genótipo tempenetrância incompleta. Se 100% dos indivíduos de determinado genótipo manifestam ofenótipo esperado, fala-se em penetrância completa. Ainda usando a polidactilia comoexemplo, embora esse caráter seja dominante, 15% daqueles que portam o alelo exibem ofenótipo normal. 43
  44. 44. Herança dos grupos sangüíneos humanos Sistema ABO Fundamentos de genética humana Embora existam quatro grupos sangüíneos do sistema ABO, há trêse das Populações alelos envolvidos no processo e oito genótipos possíveis. Trata-se de uma herança do tipo polialelia, onde, nas células diplóides, o locus para a característica em questão é ocupado por uma das três formas alternativas do gene. Como nessa condição os cromossomos têm seu par, constituindo os pares de homólogos, o outro cromossomo também apresentará, no locus correspondente, uma dessas formas alélicas. Os quatro grupos sangüíneos para esse sistema são: A, B, AB e O. os alelos envolvidos são: IA , IB e i. O alelo i é recessivo em relação aos alelos IA, e IB , sendo que estes, necessariamente são dominantes em relação ao alelo i. Os alelos IA e IB , por sua vez, são co-dominantes entre si. Sendo assim, acompanhe a relação entre genótipos e fenótipo para esse sistema na tabela abaixo: Exemplificando uma situação hipotética de cruzamento: Sabendo que um homem do grupo sangüíneo “A” e sua esposa do grupo sangüíneo “B”, sendo ambos heterozigóticos, desejam ter filhos, quais os tipos sangüíneos esperados para o sistema ABO e em quais percentuais? P: homem x mulher IA, i IB, i F1: Os filhos poderão ser dos grupos sangüíneos A, B, AB e O, em iguais percentuais (25%). Determinação dos grupos sangüíneos do sistema ABO: Assim como os demais sistemas sangüíneos que estudaremos, o sistema ABO é identificado pelos tipos de proteínas presentes nos glóbulos vermelhos e que atuam como antígenos, que são chamados de aglutinogênios. No caso desse sistema, as referidas proteínas são denominadas de A e B. A presença do alelo IA determina a presença do aglutinogênio A; o alelo IB determina a presença do aglutinogênio B e o alelo i não determina a presença de aglutinogênio algum. O plasma sangüíneo apresenta duas proteínas específicas, que atuam como anticorpos para os antígenos do sistema ABO, que são chamadas de aglutininas. Estas são chamadas de anti-A e anti-B. 44
  45. 45. Denomina-se aglutinação sangüínea justamente o resultado da reação específica antígeno-anticorpo, que resulta em grumos no sangue (hemácias aglutinadas). Segue, abaixo, um quadro relacionando cada grupo sangüíneo com o genótipo e seu aglutinogênio e sua aglutinina específica. Obs.: A compatibilidade entre o aglutinogênio do doador de sangue a aglutinina do receptor desse sangue é fundamental para que a transfusão seja bem- sucedida. Sendo assim, os indivíduos do grupo O são doadores universais e aqueles do grupo AB são receptores universais. Para refletir... e responder! Por que uma pessoa do grupo A não pode doar sangue para outra do grupo O? Sistema MN Landsteiner e Levine, em 1927, identificaram dois aglutinogênios em hemácias,reconhecidos como M e N. A identificação da presença dessas proteínas constitui aclassificação do indivíduo quanto ao sistema MN. Entre os alelos do sistema MN, há ausência de dominância. A seguir, acompanhe natabela abaixo, a relação entre genótipos e fenótipos para esse sistema. Sistema Rh Em 1940, Landsteiner e Weiner descobriram o sistema Rh sangüíneos no sanguede macacos Rhesus e, posteriormente, constataram que as proteínas desse sistema tambémse encontravam presentes nas hemácias da maioria dos humanos testados. Aqueles queapresentam a proteína Rh são classificados como Rh+, em oposição à queles que nãopossuem esse tipo de proteínas, classificados como Rh-. 45
  46. 46. O anticorpo anti-Rh só é formado quando uma pessoa Rh- recebe sangue do tipo Rh+. Considera-se, de forma simplificada, que a herança para o sistema Rh obedece ao mendelismo clássico com dominância completa, Fundamentos de onde o alelo dominante R condiciona a presença da proteína nas hemácias. genética humana Dessa forma, indivíduos Rh+ podem ter genótipos RR ou Rr e aqueles Rh- sóe das Populações podem ser rr. Eritroblastose fetal: A DHRN (doença hemolítica do recém-nascido) caracteriza-se principalmente pela hemólise intensa e pela presença de eritroblastos jovens na circulação sangüínea do recém-nascido. A predisposição à essa doença é verificada quando a mulher Rh- está gestando um feto Rh+, que a sensibiliza com proteína Rh presente em suas hemácias. Mesmo em pequenas quantidades, as hemácias fetais contendo a proteína Rh são reconhecidas pelo sistema imune materno, que passa a produzir anticorpos anti-Rh. Esse feto não apresentará problema algum relacionado com esse caso, mas ocasiona uma situação indesejável para os próximos fetos com Rh+. É possível minimizar as chances de a mãe Rh- vir a ser sensibilizada após o nascimento do filho Rh+ por meio da injeção de anticorpos anti-Rh em até 72 horas após o parto. O tratamento da criança com DHRN consiste em fototerapia ou na troca de seu sangue (exsangüíneo-transfusão). Para refletir... e responder! Por que a ocorrência de eritroblastose fetal é menor que a esperada? 46

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