genetica basica

Gentica Bsica

So Cristvo/SE2011

Bruno Lassmar Bueno ValadaresEdilson Divino de Araujo

Silmara de Moraes Pantaleo

Projeto Grfi co e CapaHermeson Alves de Menezes

DiagramaoNycolas Menezes Melo

IlustraoBruno Lassmar Bueno Valadares

Edilson Divino de AraujoSilmara de Moraes Pantaleo

Elaborao de ContedoBruno Lassmar Bueno Valadares

Edilson Divino de AraujoSilmara de Moraes Pantaleo

V136g Valadares, Bruno Lassmar Bueno. Gentica Bsica/ Bruno Lassmar Bueno Valadares, Edilson Divino de Arajo, Silmara de Moraes Pantaleo. - So Cristvo: Universidade Federal de Sergipe, CESAD, 2011. 1. Gentica. 2. Hereditariedade. 3. Gentica de

populaes. I. Arajo, Edilson Divino de. II. Pantaleo, Silmara de Moraes. III. Ttulo.

CDU 575

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Gentica Bsica

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NCLEO DE MATERIAL DIDTICO

Hermeson Menezes (Coordenador)Marcio Roberto de Oliveira Mendona

Neverton Correia da SilvaNycolas Menezes Melo

AULA 1Bases cromossmicas da hereditariedade ............................................07

AULA 2Leis bsicas da hereditariedade e extenses das leis de Mendel .. .......17

AULA 3Ligao, recombinao e mapeamento gnicos ............................... 33

AULA 4Herana ligada ao sexo e mecanismos de determinao sexual ... 51

AULA 5Estrutura dos cidos nucleicos . ........................................................ 65

AULA 6Replicao do DNA e transcrio ...................................................................79

AULA 7Cdigo gentico e traduo..............................................................113

AULA 8Mutao e reparo do DNA.... ........................................................... 133

AULA 9Regulao da expresso gnica ...... .............................................. 151

AULA 10Princpios de Gentica de Populaes............................................ 167

Sumrio

BASES CROMOSSMICAS DA HEREDITARIEDADE

METADemonstrar a estruturao cromossmica e a organizao do material gentico durante o ciclo celular.

OBJETIVOSAo fi nal desta aula, o aluno dever:conhecer a constituio do material de preenchimento do ncleo celular, a forma como a cromatina se organiza durante a interfase e o processo de compactao do DNA e o comportamento dos cromossomos durante as divises mitticas e meiticas.

PR-REQUISITOBiologia celular.

Aula

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8Gentica Bsica

INTRODUO

Nesta aula iniciaremos o estudo da gentica com as bases cromossmi-cas da hereditariedade. Vamos discutir como os cromossomos so consti-tudos e sua relao com a molcula de DNA e os genes. Os conceitos aqui estudados sero importantes para os contedos seguintes de hereditariedade.

CROMATINA

O ncleo das clulas preenchido por material gentico (DNA) as-sociado a protenas responsveis pela compactao e organizao dos cro-mossomos, e RNA produzido na atividade de expresso dos genes. Esse material que preenche o ncleo denominado cromatina.

As molculas de DNA (que sero estudadas mais detalhadamente na aula de estrutura dos cidos nuclicos) constituem, cada uma, um cromos-somo da clula. Os cromossomos so visualizados apenas durante o perodo de diviso celular. Durante a interfase, o DNA se encontra disperso no ncleo, no sendo possvel individualizar os cromossomos.

A cromatina apresenta diferentes nveis de compactao, dependente da atividade gentica da regio do DNA. Regies com maior atividade (sntese de RNA para traduo de protenas) encontram-se mais dispersas e, por esse motivo, menos coradas nas observaes microscpicas. Essas regies recebem o nome de eucromatina. As regies de menor atividade encontram-se mais compactadas, e por isso, tambm mais coradas, recebendo o nome de heterocromatina. Essas diferenas de compactao devido atividade de expresso gentica podem ser visualizadas na Figura 1.

Figura 1. Eletromicrografi a destacando ncleo celular interfsico com regies mais coradas de heterocromatina e menos coradas, com eucromatina (Fonte: adaptado de: http://www.biologia.edu.ar/cel_euca/images/01541a.jpg).

9Bases cromossmicas da hereditariedade Aula

1Algumas regies da heterocromatina permanecem sempre compactadas e sem atividade gentica. Essas regies recebem o nome de heterocromatina constitutiva. Outras regies podem ser encontradas tanto sem atividade como em atividade de expresso gnica, recebendo o nome de heterocro-matina facultativa.

Genes localizados nas regies de eucromatina so responsveis por codifi car protenas importantes em todo o ciclo de vida da clula, como exemplo, as enzimas envolvidas no metabolismo energtico. Na hetero-cromatina constitutiva no encontramos genes em expresso. Esse mate-rial gentico est relacionado histria evolutiva do organismo e ainda fonte de inspirao para muitas pesquisas. As regies de heterocromatina facultativa apresentam genes responsveis por diferenciar uma clula da outra. Todas as clulas apresentam os mesmos genes, mas diferem pelos genes que se encontram em expresso e os que se encontram inativados. Na Figura 2 temos o exemplo de clulas do tecido conjuntivo responsveis pela sntese de colgeno. Quando esto em atividade so denominadas fi broblastos e apresentam ncleos grandes e pouco compactados (devido a alta atividade gentica). Quando no esto mais em atividade, estas clu-las so denominadas fi brcitos e apresentam ncleo menor e mais denso (pouca atividade de sntese).

Figura 2. Fibroblastos (A) e fi bcitos (B) (Fonte: http://ht.org.ar/histologia/NUEVAS%20UNI-DADES/unidades/unidad3/imagenes/hetm1.jpg).

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Gentica Bsica

COMPACTAO DO DNA

Durante a diviso celular, a cromatina que preenche o ncleo reduz sua atividade de sntese e sofre um processo intensifi cado de compactao. A compactao do DNA e individualizao dos cromossomos serve para organizar o material gentico, facilitando a segregao na diviso da clula.

A compactao tem incio com o enovelamento do DNA em uma estrutura composta por 8 protenas, um octmero de histonas (H2A, H2B, H3 e H4, cada uma em dose dupla). O DNA d duas voltas em torno do octmero e, por fora, acoplada a histona H1 (Figura 3). A esse complexo dado o nome de nucleossomo.

Figura 3. Representao de um nucleossomo, composto pelo octmero de histonas, DNA em duas voltas e a histona H1 (Fonte: http://scienceblogs.com/transcript/upload/2006/08/nucleosome.gif).

A histona H1 tem um papel importante na compactao do DNA, ela responsvel por fi xar o DNA ao octmero de histonas e ainda, de aproximar um nucleossomo do nucleossomo seguinte. Esta aproximao faz com que o DNA adquira agora a forma de um solenide (aspiral) (Figura 4).

Figura 4. Aproximao dos nucleossomos pela histona H1 formando o solenide (Fonte: http://3.bp.blogspot.com/).

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Bases cromossmicas da hereditariedade Aula

1Alguns pontos do solenide vo se associar a protenas no histnicas, formando um fi lamento em espiral com alas do solenide presas ao mesmo. Essa estrutura de protenas no histnicas vo formar uma es-queleto que determina a estrutura do cromossomo. A eletromicrografi a de um cromossomo na Figura 5 mostra sua superfcie irregular devido presena dessas alas.

Figura 5. Eletromicrografi a de cromossomo. Observar as alas em sua superfcie irregular (Fonte: www.biomania.com.br/bio/Imagens/50122/Fig01.GIF).

ESTRUTURA DO CROMOSSOMO

A visualizao dos cromossomos ocorre no perodo de diviso celular. Nesta faze o cromossomo visualizado com cromtides duplicadas, pois, j ocorreu a duplicao do DNA durante a fase S da interfase. As cromtides de um mesmo cromossomo so chamadas cromtides irms.

As duas cromtides so unidas por um ponto de constrio primria, denominado centrmero. O centrmero tem um papel importante na diviso celular, pois, nessa regio onde se encontra uma estrutura de pro-tenas denominada cinetcoro, onde se ligam as fi bras do fuso. Pores de cromossomos sem centrmero, originadas a partir de quebras, se perdem durante a diviso celular por no sofrerem direcionamento.

O centrmero divide cada cromtide em brao curto (p) e brao longo (q). Ainda podemos encontrar em alguns cromossomos regies de con-strio secundria. Estas regies apresentam genes que sintetizam RNA ribossomal (que ser estudado na aula de transcrio e traduo) e que, no ncleo interfsico, correspondem regio organizadora do nuclolo. As pores terminais, aps a constrio secundria, so denominadas de satlite.

As extremidades de cada cromtide tambm so muito importantes para o cromossomo, pois tambm esto relacionadas manuteno de sua estabilidade. Estas, recebem o nome de telmeros. A Figura 6 apresenta esquematicamente essas estruturas citadas.

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Gentica Bsica

Figura 6. Estrutura cromossmica (http://www.mundovestibular.com.br/materias/biologia/citogenetica02.jpg).

DIVISO CELULAR

Existem dois tipos de diviso celular que, conseqentemente, originam cada um, um tipo de clula. A mitose o tipo de diviso que origina as clulas somticas que compem o corpo de um organismo, mantendo suas caractersticas genticas como o mesmo nmero de cromossomos (2n) da clula me para as clulas fi lhas; e a meiose, por sua vez, origina as clulas reprodutivas com metade do nmero de cromossomos da clula me (n).

MITOSE

A mitose tem grande importncia para os seres vivos por possibilitar a multiplicao celular que leva ao crescimento, reposio de clulas perdi-das e tambm na reproduo assexuada de alguns organismos. A mitose subdividida nas seguintes fases:

Prfase condensao dos cromossomos de forma que os mesmos possam ser Individualizados. Formao das fi bras do fuso mittico e de-saparecimento da membrana nuclear (carioteca).

Prometfase Organizao dos cromossomos entre as fi brilas do fuso mittico e acentuao da compactao da cromatina.

Metfase Maior grau de condensao dos cromossomos e disposio destes na placa equatorial da clula devido trao das fi bras do fuso.

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1Anfase Separao das cromtides e migrao dos cromossomos para os plos da clula.

Telfase Descondensao da cromatina e reconstituio dos ncleos.Citocinese Diviso do citoplasma e separao das clulas fi lhas.As fases da mitose poder ser visualizadas na Figura 7.

Figura 7. Representao do ciclo mittico (http://www.virtual.epm.br/cursos/biomol/ciclo/gif/ciclo.gif).

MEIOSE

Importante na formao dos gametas para os organismos que se repro-duzem sexuadamente, assim, mantendo a quantidade de material gentico na fuso dos gametas e possibilitando diversidade entre os organismos. Este processo se constitui por duas etapas de diviso celular:

1 Diviso Meitica - Uma clula com 2n cromossomos (diplide) origina duas clulas com n cromossomos, devido separao dos cromos-somos homlogos.

Prfase I:Leptteno: incio da condensao da cromatina.Zigteno: maior grau de condensao, possibilitando individualizar os

cromossomos com o incio de aproximao dos homlogos.Paquteno: cromossomos homlogos pareados, formando as ttrades.Diplteno: visualizao dos quiasmas onde ocorre a recombinao de

partes das cromtides homlogas.Diacinese: desaparecimento da membrana nuclear (carioteca) e dis-

posio dos cromossomos entre as fi brilas do fuso mittico.

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Gentica Bsica

Metfase I:Organizao dos cromossomos na placa equatorial onde os homlogos

se encontram, desta vez, pareados.Anfase I:Separao dos cromossomos homlogos que migram para os plos

da clula orientados pelos centrolos.Telfase I:Reorganizao do ncleo nos plos e diviso do citoplasma.2 Diviso Meitica - Das duas clulas-fi lhas haplides resultaro 4

clulas tambm haplides por separao, agora, das cromtides irms.Prfase II:Corresponde ao fi nal da telfase I com o desaparecimento da mem-

brana nuclear.Metfase II:Posicionamento dos cromossomos na regio equatorial da clula.Anfase II:Separao das cromtides irms e migrao para os plos da clula.Telfase II:Reconstituio dos ncleos e diviso citoplasmtica (citocinese), com

a formao de 4 clulas fi lhas haplides e geneticamente diferentes entre si devido recombinao de partes dos cromossomos homlogos ocor-ridas na prfase I.

As fases da meiose esto representadas resumidamente na Figura 8.

Figura 8. Representao das fases da meiose (Fonte: http://4.bp.blogspot.com/).

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1RECOMBINAO GNICAA recombinao gentica que ocorre durante a Prfase I da meiose tem

um importante papel evolutivo e adaptativo para as espcies. A recombina-o durante a formao de gametas possibilita uma maior diversidade de arranjos allicos. Alguns livros didticos ainda denominam a recombinao meitica como crossing over (Figura 9). A recombinao meitica ser estudada novamente na aula de ligao gnica e mapeamento cromossmico.

Figura 9. Recombinao gentica entre cromtides de cromossomos homlogos, promovendo diver-sidade na formao de gametas (Fonte: http://www.accessexcellence.org/AB/GG/crossing.php).

CONCLUSO

Nesta aula importante ressaltar a idia da constituio cromossmica e como ocorre a compactao do DNA para sua formao. Compare o que ocorre na mitose e na meiose, veja as diferenas entre as clulas formadas em cada um desses tipos de diviso celular.

O entendimento da hereditariedade estudada nas prximas aulas ser mais fcil com uma boa compreenso dos conceitos aqui abordados.

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Gentica Bsica

RESUMO

Os cromossomos so resultado da compactao do DNA. Durante a interfase, a cromatina se encontra dispersa preenchendo o ncleo da clula de eucariontes. Durante a diviso celular, a cromatina sofre a compactao, o que torna possvel a individualizao dos cromossomos. Na diviso mittica, o numero cromossmico e as caractersticas genticas da clula so mantidas, enquanto na meiose, ocorre a reduo do nmero de cromossomos para formao de gametas.

ATIVIDADES

1. Explique as etapas da compactao do DNA e relacione aos elementos envolvidos na mesma:2. Compare a diviso celular meitica e mittica quando ao resultado cro-mossmico nas cluas fi lhas:

AUTOAVALIAO

Aps estudar esta aula, consigo.1. Defi nir eucromatina, heterocromatina constitutiva e heterocromatina facultativa?2. Descrever a morfologia dos cromossomos?3. Explicar o processo de compactao do DNA?4. Descrever as fases da mitose?5. Descrever as fases da meiose?6. Explicar a importncia da recombinao meitica?

PRXIMA AULA

Na prxima aula iremos falar sobre princpios bsicos da hereditar-iedade propostos por Mendel e as variaes de mecanismos de herana.

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REFERNCIAS

GRIFFITHS AJF, MILLER JH, SUZUKI DT, LEWONTIN RC, GEL-BART WM. 2009. Introduo Gentica. 8 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 794p.PIERCE BA. 2004. Gentica: um enfoque conceitual. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 758p.SNUSTAD DP, SIMMONS MJ. 2008. Fundamentos de Gentica. 4 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 903p.

LEIS BSICAS DA HEREDITARIEDADE E EXTENSES DAS LEIS DE MENDEL

METAExplicitar os princpios bsicos da hereditariedade propostos por Mendel e as variaes de mecanismos de herana.

OBJETIVOSAo fi nal desta aula, o aluno dever:compreender os princpios da segregao de alelos (1 lei) e segregao independente (2 lei); compreender a relao de dominncia e recessividade entre alelos; defi nir conceitos de homozigose e heterozigose, gentipo, fentipo e sua relao com o ambiente; interpretar as propores genotpicas e fenotpicas de descendentes obtidos em um cruzamento; aplicar as regras de proporo e probabilidade nos cruzamentos; conhecer um cruzamento teste; compreender casos de ausncia de dominncia, alelos mltiplos, herana quantitativa, alelos letais e interao gnica.

PR-REQUISITOBases cromossmicas da hereditariedade e noes matemticas de proporo e probabilidade.

Aula

2

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Gentica Bsica

INTRODUO

Nesta aula muitos conceitos de Gentica devero ser observados para que voc tenha um melhor aproveitamento, como conceitos de genes, alelos, dominncia, recessividade, gentipo e fentipo. A base desta aula a realizao de cruzamentos onde sero observados os gentipos e fentipos dos descendentes. Para tanto, importante que voc tenha compreendido bem os conceitos de segregao na aula anterior sobre bases cromossmicas da hereditariedade.

A compreenso dos diferentes mecanismos de herana vai lhe propor-cionar uma interpretao matemtica da Gentica. Primeiramente impor-tante compreender os mecanismos propostos por Mendel de segregao dos alelos na formao dos gametas e a segregao independente de alelos localizados em cromossomos distintos.

Os cruzamentos descritos por Mendel apresentam uma proporo fenotpica de descendentes que caracterizam os princpios bsicos da he-reditariedade. Os demais mecanismos de herana que sero estudados a seguir (nesta e em outras aulas) podero obedecer a esses princpios, ou, apresentar variaes nessas propores.

Figura 1. Representao dos cruzamentos realizados por Mendel, observando as propores entre os fentipos de cor verde ou amarela das sementes.

Assim, verifi cou a existncia de fatores hereditrios que determinavam essas caractersticas, sendo que estes fatores existiam aos pares nos organis-mos, segregando na formao dos gametas. Assim, na fecundao, o novo organismo recebia um desses fatores vindo de dada um dos parentais.

Entre esses fatores, um deles era dominante sobre o outro, defi nindo com isso a dominncia e a recessividade. Mais tarde, esses fatores foram denominados genes. Observe o esquema do primeiro cruzamento onde so originadas apenas ervilhas amarelas na Figura 2:

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Leis bsicas da hereditariedade e extenses das leis de Mendel Aula

2

Figura 2. Diagrama representando o cruzamento entre ervilhas verdes puras e ervilhas amarelas puras, resultando em 100% de descendentes hbridos com fentipo amarelo.

Neste caso, as ervilhas verdes (vv) e amarelas (VV) cruzadas eram puras e, nos cruzamentos, foram produzidos os hbridos (Vv) que apresentavam a cor amarela devido a seu fator de hereditariedade ser dominante para esta caracterstica.

Em seguida, em um auto-cruzamento dos descendentes da primeira gerao (F1) originou a segunda gerao de descendentes (F2) com ervil-has amarelas e verdes, respectivamente, na proporo 3:1 (Figura 3). Neste cruzamento temos a demonstrao dos princpios da primeira lei de Mendel que postula a segregao dos alelos na formao dos gametas.

Como podemos observar, para a manifestao da caracterstica da cor verde das ervilhas, necessrio que estejam presentes os dois genes reces-sivos (vv), enquanto para a caracterstica amarela existem ervilhas puras (VV) e hbridas (Vv), devido a dominncia do gene para cor amarela. Na gentica, o indivduo hbrido conhecidos como heterozigotos, e os indi-vduos puros, homozigoto dominante e homozigoto recessivo.

Em um segundo momento, Mendel observou o comportamento de duas caractersticas nos cruzamentos (Figura 4). Neste cruzamento so obtidas as propores 9:3:3:1. A observao de duas caractersticas indepen-dentes em um mesmo cruzamento demonstra os princpios da segunda lei de Mendel que prope a segregao independente dos alelos na formao dos gametas.

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Gentica Bsica

Figura 4. Cruzamento entre ervilhas amarelas/lisas com ervilhas verde/rugosas.

A constituio gentica de um indivduo denominada gentipo, ou seja, os genes que ele possui, dominantes ou recessivos, em homozigose (puros) ou heterozigose (hbridos). Este gentipo produz um resultado de expresso que denominado fentipo, sendo este, dependente das condies ambientais e podendo ter sua manifestao alterada pelo ambi-ente, por exemplo, a cor da pele de um indivduo claro que se torna mais escura pela exposio ao sol.

Os genes esto localizados nos cromossomos e ocupam posies es-pecfi cas determinadas lcus. As variaes de um gene so denominadas alelos e estes ocorrem aos pares nos indivduos, ocupando o mesmo lcus no par de cromossomos homlogos.

Recordando a diviso celular, os cromossomos homlogos so aqueles que se separam na formao dos gametas e que, na fecundao, o indivduo recebe um lote de cada um dos pais que formaro novamente os pares de homlogos.

CRUZAMENTO TESTE

Um individuo que apresenta fentipo dominante para uma deter-minada caracterstica pode ser tanto um homozigoto recessivo quanto

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2um heterozigoto. Assim, para determinarmos seu gentipo necessrio realizar o que chamamos de cruzamento teste que consiste em cruzar um indivduo de fentipo dominante com outro de fentipo recessivo para a mesma caracterstica.

O indivduo de fentipo recessivo s pode apresentar um gentipo homozigoto recessivo, portanto, os descendentes deste cruzamento sero 100% com fentipo dominante e gentipos heterozigotos se o indivduo em questo for um homozigoto dominante. Sendo um heterozigoto, o cru-zamento resultar 50% de indivduos com fentipo recessivo e 50% com fentipo dominante (sendo estes, heterozigotos). Observe os exemplos de diagrama de cruzamentos teste na Figura 5.

Figura 5. Cruzamentos teste.

PROBABILIDADE NOS CRUZAMENTOS

Utilizando os conhecimentos da gentica possvel estimar a proba-bilidade de um determinado evento acontecer, por exemplo, a freqncia esperada de indivduos com determinada caracterstica, descendentes de um dado cruzamento, ou ento, a possibilidade de nascimento de um ou mais indivduo que apresente uma caracterstica em questo.

No cruzamento entre dois indivduos, ambos heterozigotos, as chances de nascer um que apresente fentipo com a caracterstica recessiva de ou 25% (Figura 6).

Figura 6. Propores observadas no cruzamento entre indivduos heterozigotos.

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Gentica Bsica

DETERMINAO DA PROBABILIDADE DE MAIS DE UM EVENTO INDEPENDENTE

Regra do ouOcorrncia de um ou outro evento: somam-se as fraesEx.: No cruzamento entre dois indivduos heterozigotos, qual a proba-

bilidade de gerar um indivduo de fentipo dominante, seja ele homozigoto ou heterozigoto?

Gentipo homozigoto (AA) = Gentipo heterozigoto (Aa) = + = + = As chances de gerar um indivduo de fentipo dominante, seja ele

homozigoto ou heterozigoto, so de .Regra do eOcorrncia de um evento e outro, necessariamente: multiplicam-se as fraes.Ex.: Considerando o cruzamento de heterozigotos, qual a probabili-

dade de gerar um indivduo de caracterstica recessiva e outro dominante?Fentipo recessivo (aa) = Fentipo dominante (AA + Aa) = x = 3/16 As chances de gerar um indivduo com caracterstica dominante e outra

com caracterstica recessiva, so de 3/16.

AUSNCIA DE DOMINNCIA

Dominncia incompleta: um tipo de ausncia de dominncia onde o indivduo heterozigoto apresenta fentipo intermedirio ao dominante e ao recessivo.

Ex.: Flor de Mirabilis jalapa (conhecida como boca de leo) (Figura 7). VV fl or vermelha Vv fl or rsea vv fl or branca

Figura 7. Flor boca de leo (Mirabilis jalapa) (Fonte: http://www.theora.com/).

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2Co-dominncia: Outro tipo de ausncia de dominncia. Neste caso, o indivduo heterozigoto manifesta as duas caractersticas.

Ex.: Pelagem do gado da raa Shorthorn VV pelagem avermelhada Vv tipo ruo (pelos brancos e avermelhados) Vv pelagem branca

Figura 8. Gado da raa Shortorn apresentando a pelagem do tipo ruo (Fonte: http://www.infoescola.com/pecuaria/gado-shorthorn/).

ALELOS MLTIPLOS

Considera-se alelos mltiplos a ocorrncia de mais de dois alelos para um mesmo gene.

Ex.: determinao da cor da pelagem de coelhos onde existem 4 alelos diferentes na espcie, mas, o indivduo possui apenas um par desses alelos (Figura 9).

Nesta situao, os alelos ainda apresentam uma ordem de dominncia:

C+ > cch > ch > c

Fentipo Gentipo

Aguti C+C+, C+cch, C+ch, C+c

Chinchila cch cch, cchch, cchc

Himalaia chch, chc

Albino Cc

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Gentica Bsica

Figura 9. Coelhos com pelagem aguti, chinchilla, himalaia e albino (Fonte: http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/index).

GRUPOS SANGUNEOS

Um caso de alelos mltiplos na espcie humana a herana do sistema ABO, onde existem os genes IA, IB, i. Sendo que entre os alelos IA e IB tambm existe uma co-dominncia, pois ambos se expressam.

As clulas apresentam mecanismos de identifi cao em suas membra-nas por meio dos antgenos que so expressos nas mesmas. Quando uma clula em um organismo apresenta um antgeno estranho ao mesmo so produzidos anticorpos de defesa que consideram estes elementos como um corpo estranho.

Estes alelos IA e IB produzem antgenos que se expressam nas mem-branas das hemcias, enquanto o alelo i no produz esses antgenos de membrana.

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2

O fator Rh nos grupos sanguneos determinado por um outro gene localizado em cromossomo diferente e, portanto, independente do lcus de determinao do fator ABO.

Fentipo Gentipos Antgeno de

membrana Anticorpo Doa para Recebe de

A IAIA, IAi A Anti-B A e AB A e O

B IBIB, IBi B Anti-A B e AB B e O

AB IAIB A e B - AB A, B e O

O Ii - Anti-A e Anti-B A, B e AB O

Fentipo Gentipos Antgeno de

membrana Anticorpo Doa para Recebe de

Rh+ RR, Rr Rh - Rh+ Rh+ e Rh -

Rh - RR - Anti-Rh Rh+ e Rh - Rh -

Heritroblastose fetal: mulheres que apresentam fator Rh quando casadas com homem Rh+ devem fi car atentas para essa questo. Tendo um fi lho Rh+ ocorre o contato de sangue durante o parto fazendo com que a mulher inicie a produo de anticorpos anti-Rh. Esses anticorpos so capazes de atravessar a placenta, e no caso de outra gravidez seguinte com fi lho Rh+, este seria espontaneamente abortado por rejeio do corpo da me. Ciente dessa condio, estas mulheres devem procurar um mdico que iniciar o tratamento para evitar que ocorra a heritroblastose fetal.

Falso OExiste um gene que precursor da expresso dos antgenos de mem-

brana do fator ABO. Para que o indivduo expresse esses antgenos importante que o indivduo tenha gentipo HH ou Hh. Indivduos com gentipo hh no apresentam antgenos do fator ABO e pertencendo ao grupo O, mesmo tendo os genes para antgenos A ou B. Este fenmeno conhecido como efeito Bombaim.

INTERAO GNICA

Existem vrios casos onde os genes se interagem, havendo mais de um par de alelos determinando uma nica caracterstica. Um exemplo clssico de interao gnica encontrado na determinao do formato da crista de galinhas (Figura 10).

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Gentica Bsica

Fentipo Gentipos

Noz RREE, RrEE, RREe, RrEe

Rosa RRee, Rree

Ervilha rrEE, rrEe

Simples Rree

Figura 10. Diferentes fentipos para cristas de galinhas (Fonte: http://www.iped.com.br/sie/uploads/18609.jpg).

PLEIOTROPIA

Ao contrrio da interao gnica, alguns alelos so responsveis por mais de uma caracterstica, ocasionando assim casos de pleiotropia, que ocorre algumas vezes devido aos genes para estas caractersticas estarem localizados muito prximos em um mesmo cromossomo, ou ento por uma caracterstica ser conseqncia da outra, como o caso do albinismo (indivduos com ausncia de pigmentao na pele) que tambm determina outras caractersticas como hipersensibilidade luz e maior predisposio ao cncer de pele (Figura 11).

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2

Figura 11. Indivduo albino (Fonte: http://www.cecillethestoryteller.fi les.wordpress.com).

Outro exemplo clssico de pleiotropia o caso da cebola arroxeada, que resistente infeco de um fungo, enquanto a cebola branca sus-cetvel (Figura 12).

Figura 12. Cebolas roxas e brancas (Fonte: http://www.saude.abril.com.br/imagens/0312/20-trocas-14.jpg).

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Gentica Bsica

HERANA QUANTITATIVA

Para uma mesma caracterstica existem dois ou mais pares de genes situados em cromossomos de pares distintos. Cada alelo dominante apre-senta um efeito aditivo sobre o fentipo.

o tipo de herana observada em caractersticas como a cor da pele (Figura 13), altura e cor dos olhos. Nesse tipo de herana cada caracter-stica apresenta mais de dois fentipos. A relao entre alelos e fentipos expressa pela frmula a seguir:

N de fentipos = N de alelos + 1

Figura 13. Diferena quantitativa na pigmentao da pele (Fonte: http://www.citasimundoevari-ascaras.blogspot.com).

Negros: AABB.

Mulatos escuros: AABb, AaBB.

Mulatos mdios: AAbb, AaBb, aaBB.

Mulatos claros: Aabb, aaBb.

Brancos: aabb.

Onde temos:

N de classes = 5

N de alelos = 4

Vejamos o exemplo da cor da pele:

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2As propores para cada classe podem ser calculadas construindo-se o tringulo de pascal.

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

1 6 15 20 15 6 1

Havendo 5 classes fenotpicas, temos as

seguintes propores:

Negros: 1

Mulatos escuros: 4

Mulatos mdios: 6

Mulatos claros: 4

Brancos: 1

GENES LETAIS

Em alguns casos, determinados gentipos so letais para o indivduo, alterando a freqncia esperada de descendentes para determinada carac-terstica.

Ex.: foi detectado em alguns camundongos que no cruzamento entre indivduos de pelagem preta, 100% dos descendentes eram pretos, enquanto no cruzamento entre indivduos marrons, sempre encontravam em torno de 33% de indivduos pretos, nunca havendo uma descendncia exclusiva de indivduos marrons.

O gene A determina a cor marrom da pelagem nesses indivduos, enquanto a, determina a cor preta. Os resultados observados nesses cru-zamentos mostraram que no existiam indivduos marrons homozigotos (AA), mas apenas heterozigotos (Aa).

Estudos posteriores mostraram que os indivduos de gentipo AA morriam ainda no tero, mostrando que este gentipo era legal para os camundongos. Assim, a freqncia esperada de descendentes nos cruza-mentos entre camundongos marrons era de 1/3 de indivduos pretos para 2/3 com pelagem marrom (Figura 14).

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Gentica Bsica

Figura 14. Diagrama representando o cruzamento para alelos letais.

CONCLUSO

Ao fi nal desta aula podemos concluir que as interpretaes matemticas dos resultados obtidos nos cruzamentos facilitaram a compreenso dos diversos mecanismos de herana. Ser muito importante essa compreenso das propores de fentipos e gentipos entre os descendentes nos cru-zamentos para que o contedo das prximas aulas (Ligao gnica e ma-peamento cromossmico e herana ligada ao sexo) sejam bem assimilados.

RESUMO

Com a observao de cruzamentos realizados com ervilhas, Mendel descreveu os princpios bsicos da hereditariedade, postulados como 1 Lei de Mendel: segregao dos alelos na formao dos gametas, e 2 Lei de Mendel: segregao independente dos alelos. Conceitos muito importantes para a Gentica tambm foram descritos por Mendel, como a relao de dominncia e recessividade. Variaes das leis de Mendel podem ser ob-servadas diversas caractersticas em diferentes organismos, que no obede-cem as propores descritas por Mendel, como nos casos de ausncia de dominncia, alelos letais, alelos mltiplos, herana quantitativa e interao gnica. Em alguns desses outros mecanismos a proporo de descendentes encontrada nos cruzamentos pode diferir do que foi proposto por Mendel, como no caso dos alelos letais onde um tipo de gentipo eliminado e na ausncia de dominncia onde um terceiro fentipo determinado pelo indivduo hibrido.

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2ATIVIDADES1. Esta atividade consiste em um jogo que aborda a determinao gentica dos grupos sanguneos. Acesse o jogo pelo endereo a seguir, imprima, leia as informaes, monte as peas e jogue com pessoas da sua famlia ou at mesmo sozinho.http://www.geneticanaescola.com.br/ano4vol1/MS11_004.pdf

2. Faa uma listagem relacionando diferentes mecanismos de herana abor-dados na aula que voc encontra no jogo da atividade 1:

COMENTRIO SOBRE AS ATIVIDADES

1. O aprendizado de contedos de gentica pode ser facilitado por meio da utilizao de recursos como jogos e modelos didticos. Essa atividade ldica bastante til para rever conceitos e fi xar grande parte do contedo estudado.2. Esta atividade aborda diferentes contedos da aula de bases da hereditariedade. Alem de rever, exercitar e fixar o contedo de determinao gentica dos grupos sanguneos voc poder encontrar exemplos de segregao independente, ausncia de dominncia, alelos multiplos e interao gnica.

AUTOAVALIAO

Aps, estudar esta aula, consigo:1. Explicar a relao allica de dominncia e recessividade?2. Explicar como o ambiente pode infl uenciar em um fentipo?3. Conhecer a base citolgica para explicar a 1 e a 2 lei de mendel?4. Descrever como so realizados cruzamentos testes e explique qual sua fi nalidade?5. Conhecer qual aspecto diferencia um caso de co-dominncia de outro com dominncia incompleta?6. Saber qual a infl uencia de um alelo letal dominante na proporo espe-rada de descendentes?7. Conhecer no cruzamento de um casal de coelhos chinchila, no qual foi gerado um coelho albino, qual o gentipo para esta caracterstica dos parentais?8. Defi na o conceito de pleiotropia?

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PRXIMA AULA

Na prxima aula, sero estudados genes localizados em um mesmo cromossomo, diferente, do que estudamos nessa aula (genes de segrega-o independente). Tenha como base os conhecimentos desta aula de cruzamentos e segregao de alelos e da aula anterior, da segregao de cromossomos homlogos na meiose.

REFERNCIAS


LIGAO, RECOMBINAO E MAPEAMENTO GNICOS

METADiscutir a importncia dos princpios que regem a origem da diversidade gentica a cada gerao celular e a construo de mapas fsicos para a localizao de genes em cada cromossomo do genoma.

OBJETIVOSAo fi nal desta aula, o aluno dever:compreender a importncia dos mecanismos de ligao gnica e recombinao para a origem da diversidade gentica nas populaes naturais;construir mapas genticos.

PR-REQUISITOSAntes de iniciar o estudo da Recombinao Gentica, o aluno dever fazer uma leitura sobre a As Leis de Mendel em um livro de gentica Gentica consultando a bibliografi a recomendada.

Aula

3

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Gentica Bsica

INTRODUO

A diversidade biolgica de determinada espcie o conjunto de car-actersticas morfolgicas e fi siolgicas que a torna capaz de responder s mudanas ambientais. Essa diversidade originada pelos diferentes con-juntos de alelos estocados nos diferentes indivduos de uma populao. As-sim, quanto mais diversifi cada for esta populao, maior a variabilidade de respostas s mudanas ambientais e, consequentemente a sua sobrevivncia.

Os mecanismos genticos que do origem a essa diversidade, a seg-regao independente e a recombinao gnica, ocorrem durante a diviso celular meitica, gerando os gametas.

Na segregao independente dos cromossomos (Fig. 1), ou 2 Lei de Mendel, os cromossomos e seus genes podem combinar-se ao acaso, gerando gametas com diferentes arranjos, como em um sorteio. As com-binaes mais freqentes so as parentais; as menos freqentes so a de gametas recombinantes, ou seja, com novas combinaes. As propores esperadas sero 1:1:1:1.

No entanto, nem todos os genes se comportam de maneira indepen-dente, pois quanto mais prximos estiverem no cromossomo maior a probabilidade de serem herdados juntos. A nica maneira de separ-los por meio do crossing-over ou recombinao gnica, que ocorre durante a prfase da meiose I, permitindo que genes muito prximos no cromossomo possam ser re-arrumados a cada diviso celular, gerando gametas com diferentes combinaes. Mas, diferente da segregao independente de Mendel, na recombinao gnica a proporo de recombinantes maior e a anlise dos cruzamentos mostra uma proporo maior dessas combinaes.

Pode-se relacionar a freqncia de recombinantes produzida pelo crossing over distancia entre os genes, mostrando o rearranjo de genes ao longo de um cromossomo e permitindo construir mapas fsicos dos cromossomos antes dos mapas moleculares, como veremos neste capitulo

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Ligao, recombinao e mapeamento gnicos Aula

3Cada espcie de organismo deve conter de centenas a milhares de genes e, geralmente, um nmero menor de cromossomos. Para entender essa desigualdade as analises genticas mostram que cada cromossomo um pedao de DNA, que carrega centenas ou poucas centenas de diferentes genes que esto dispostos ao longo dele como contas em um colar

Os cromossomos so, por isso, chamados grupos de ligao, pois con-tm um grupo de genes que so ligados juntos. O nmero de grupos de ligao corresponde ao nmero de tipos de cromossomo de dada espcie.

Figura 2 Estrutura de um cromossomo evidenciando cromossomos ligados

P. exemplo, em humanos

Figura 3- Cariograma humano

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- 22 grupos autossmicos de ligao - Um grupo de ligao do cromossomo X- Um grupo de ligao do cromossomo Y

O termo ligao (linkage) tem dois signifi cados relacionados:1. Dois ou mais genes podem estar localizados no mesmo cromossomo.2. Genes que so muito prximos tendem a ser transmitidos juntos.

BREVE HISTRICO DOS ESTUDOS DE RECOMBINAO

Logo aps a descoberta dos trabalhos de Mendel, em 1900, seus ex-perimentos foram repetidos por vrios cientistas, utilizando-se de diferentes modelos, animais e vegetais, para corroborar seus estudos. Assim, em 1905, William Bateson e Reginald Punnett conduziram um cruzamento em ervilha de cheiro envolvendo 2 traos diferentes: - Cor da fl or e forma do gro. - Esperavam uma proporo fenotpica de 1:1:1:1 na gerao F2.- Encontraram resultados surpreendentes que no souberam explicar.

Figura 4 Experimento envolvendo ligao gnica em ervilhas

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3Entre os anos de 1910 e 1915, porm, os estudos de Thomas Hunt Morgan e seus colaboradores em Drosophila melanogaster, mostraram tambm, desvios da 2 lei de Mendel. Seus estudos associariam genes e cromossomos defi nitivamente. A escolha desse organismo foi essencial para os estudos de Morgan, uma vez que essas moscas so de pequeno tamanho (3 a 4 mm), de fcil manuseio, tm um ciclo de vida muito curto (aproximadamente 12 dias), alm de serem extraordinariamente fecundas (cada fmea pode originar 200 a 300 descendentes ao longo da sua vida), terem sexos facilmente distinguveis, apresentam grande diversidade de formas e o seu caritipo possui apenas quatro pares de cromossomas (trs autossmicos e um par de cromossomas sexuais).

Nesses estudos, Morgan e col. analisaram cruzamentos envolvendo 2 caracteres autossmicos: cor do olho e tamanho das asas em Drosophila. Sabia-se que a cor do olho era determinada por um gene (vermelho ou pr-pura), e o tamanho da asa (normal ou vestigial). O cruzamento de indivduos de olhos vermelhos e asa normais com outro de olhos prpura com outro de asas vestigiais gerava s indivduos com olhos vermelhos e asas normais:

Cor dos olhos: Vermelho- pr+ (dominante), pr- prpura (recessivo)Forma das asas: normal- vg+ (dominante), vg- vestigial (recessivo)

P pr/pr. vg/vg X pr+ / pr+. vg+/ vg+

Gametas pr. vg pr+ vg+

Dibrido de F1 pr+/ pr . vg+/ vg

Cruzamento-teste pr+/ pr . vg+/ vg X pr/pr. vg/vg (testador)

O cruzamento teste, que serve para testar a segregao do geni-tor dibrido em relao ao genitor recessivo (testador), mostrou uma proporo diferente da mendeliana (1:1:1:1), revelando nmeros dife-rentes de descendentes com combinaes parentais e recombinantes, como segue:

pr+. vg+ 1.339 pr . vg 1.195 pr+ . vg 151 pr . vg+ 154 2.839Esse desvio mostra que as 2 primeiras combinaes de genes es-

to ligadas. Observando-se o percentual de recombinantes na prole, Morgan percebeu que o numero de indivduos era aproximadamente igual (151 154), gerando um total de 305, que uma freqncia de 10,7 ou (305/2839) X 100.

~

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Com esses dados Morgan postulou que os genes estavam fi sica-mente ligados no mesmo cromossomo e as combinaes so mantidas juntas na prole.

Desse modo fi cou comprovado que os genes que esto juntos no mesmo cromossomo no segregam de modo independente;

Mas se os genes esto ligados como mostra a alta proporo de combinaes parentais, como aparecem as combinaes novas, re-combinantes?

Morgan sugeriu que, durante a meiose, quando h o pareamento de homlogos, os cromossomos podem trocar pedaos, em um processo chamado crossing-over.

Esse processo permite a recombinao gnica. O crossing-over ocorre durante a prfase I da meiose no estgio bivalente, onde cromtides no-irms de cromossomos homlogos trocam pedaos de DNA. Essa troca pode ocorrer em qualquer local entre 2 molculas complementares de DNA, mas no constante.

Figura 5 Crossing-over e recombinao durante a meiose

A evidncia citolgica do crossing-over so os quiasmas-pontos de unio entre as cromtides no-irms de cromossomos homlogos que trocaram pedaos durante a meiose.

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3No h alterao nas seqncias de nucleotdeos no stio de troca; a quebra e os eventos de religao ocorrem de uma forma to precisa que no h perda, ganho ou alterao de um nico nucleotdeo.

O crossing-over ocorre no estagio de quatro cromtides, podendo ocorrer de um a vrios crossing a cada diviso, por cromossomo.

A freqncia de recombinao no constante ao longo de todo o genoma e infl uenciada por efeitos tanto globais quanto locais. Ela pode medir a fora da ligao entre os genes. Quanto mais prximos, mais rara a separao e a recombinao, ou vice-versa. Para qualquer 2 genes, a freqncia de recombinao nunca ultrapassa 50%; pois essa s alcanada quando os genes esto muito distantes em um cromossomo ou estiverem em cromossomos diferentes e se distribuem independentemente. Ou seja, no esto ligados.

Figura 6- Distribuio cromossmica envolvendo dibridos com genes ligados

Quanto ao arranjo dos alelos dominantes e recessivos, h duas con-fi guraes possveis: cis, quando os alelos dominantes esto no mesmo cromossomo e trans quando em cada cromossomo localiza-se um domi-nante e um recessivo.

Figura 7 Confi guraes de ligao entre genes ligados

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FREQNCIA DE RECOMBINAO E MAPA GENTICO

A contribuio mais importante dos estudos de Morgan e seus colabora-dores foi relacionar a freqncia de recombinantes produzida pelo crossing over distancia entre os genes, mostrando o rearranjo de genes ao longo de um cromossomo, permitindo construir mapas fsicos dos cromossomos antes dos mapas moleculares.

A distncia entre os genes determina a probabilidade da ocorrncia de crossing. As freqncias de recombinantes para genes ligados variam de 0 a 50%, dependendo da distancia entre eles. Como j vimos, quanto mais distantes mais suas freqncias se aproximam de 50%, o que difi culta saber de os genes esto ligados ou em cromossomos diferentes.

O mtodo bsico de mapeamento gnico foi desenvolvido por Alfred Sturtevant, aluno de Morgan, que associou a distancia de genes a distancia real entre eles nos cromossomos.

Usando a freqncia de recombinante encontrada por Morgan de 10,7 % (ver acima) Sturtevant props utiliz-la como um ndice quantitativo da distancia linear entre os genes pr e vg em um mapa de ligao.

Ele ento defi niu uma unidade de mapa (u.m.) como a distancia entre genes para a qual um produto de meiose em 100 recombinante. Ex: a freqncia de recombinao (FR) de 10,7 ser 10,7 u.m. A unidade de fi cou tambm conhecida como centimorgan (cM), em homenagem a Morgan.

O mapa geralmente representado de maneira linear, onde os locus gnicos delimitam as distancias entre os genes.

Ex:Porcentagem de recombinao entre genes A e B: 19%Porcentagem de recombinao entre A e C: 2%Porcentagem de recombinao entre B e C: 17%A distncia entre A e B ser de 19 centimorgans, A e C, de 2 centim-

organs e B e C, de 17 centimorgans:

CRUZAMENTO TESTE DE 3 PONTOS Pode-se calcular a freqncia de recombinantes e, conseqentemente,

a as distancias entre os genes por meio do cruzamento-teste dibrido, como mostrado nos cruzamentos entre os genes pr e vg , e, de maneira mais

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3complexa, utilizando o cruzamento teste de 3 pontos. Essa metodologia utiliza um cruzamento entre um tribrido e um testador triplo recessivo.

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Figura 8- Recombinao e formao de gametas em cruzamento-teste de 3 pontos.

A deteco de classes recombinantes duplas mostra que podem ocor-rer crossing-over duplos. Um crossing-over em uma determinada regio do cromossomo afeta a probabilidade de ocorrncia de outro crossing em uma regio adjacente, ou seja, esses fenmenos no so independentes. Essa interao chamada de interferncia. Se os crossings em duas regies so independentes, ento, a frequncia de recombinantes duplos seria igual ao produto das frequncias de recombinantes nas regies adjacentes

Interferncia (I): um crossing reduz a probabilidade de outro crossing em uma regio adjacente

Coincidncia (C): proporo de recombinantes duplos observados em relao ao esperado

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3Assim:I = 1 C, em que:C = (n observado de recombinantes duplos - FRDO/ n esperado de

recombinantes duplos - FRDE)No exemplo de Drosophila:FRDO = 8FRDE = 0,064 x 0,132 = 0,0084 (8% de 1448 = 12)I = 1 8/12 = 4/12 = 1/3 = 33%C = 0 (interferncia completa, I = 1)Nesse caso no so observados duplo recombinantesC = 1 (ausncia de interferncia, I = 0)Nesse caso o nmero de duplo recombinantes observado igual ao

nmero esperado de duplos recombinantes

CONCLUSO

O mapeamento de genes atravs de analise ligao serve para estimar a posio relativa dos genes atravs da freqncia de crossing. Mas ainda incompleto, pois no estabelece distancias em relao ao centrmero ou telmeros, os marcos citolgicos de um cromossmico, para associar um dado gene a um cromossomo. No entanto a analise conjunta de um gene ligado a determinado cromossomo e seu mapa cromossmico ampliam a analise gentica. Com o emprego das metodologias moleculares, os mapas de ligao so associados a dados de mapas fsicos e tem fornecido infor-maes valiosas sobre doenas e seus genes defeituosos. Essas associaes permitiram construir um mapa mrbido (Figura 9))

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Mapa gentico humana, representando a associao entre genes e doenas

Figura 9- Mapa gentico humano representando a associao entre genes e doenas (Fonte: www.educarchile.cl).

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3do genoma humano que tem ajudado muitas famlias com doenas genticas raras a rastrear genes de doenas em suas famlias, auxiliando no aconselhamento gentico e no prognstico dessas doenas. Alm dessa aplicao, os mapas de ligao associados a outros tem auxiliado nos estudos de fi logenia, na compreenso da diversidade entre espcies prximas, no melhoramento gentico animal e vegetal e, em seu sentido mais amplo, na compreenso da diversidade genmica de populaes naturais.

RESUMO

A formulao da teoria cromossmica da herana, associando genes a cromossomos, foi um marco na Gentica que possibilitou o grande avano que vemos hoje nas mais diversas reas biolgicas. A construo dos mapas genticos, atravs da freqncia de recombinantes em cruzamentos utili-zando diferentes espcies, nos ajudou a associar genes a locais especfi cos. Essa grande estratgia associada a metodologias citogenticas e moleculares atuais tm revelado uma gama enorme de diversidade, tanto visvel (fenti-pos) quanto oculta, nos genomas de diferentes espcies.

Para a espcie humana, essa compreenso tem fornecido dados e met-odologias essenciais que podem ajudar a pesquisa medica a fornecer dados mais diretos a sociedade e impulsionado a construo de metodologias que, em breve tempo, salvaro vidas.

EXERCCIO RESOLVIDO

Ex: Calculo de recombinao em cruzamento teste de 3 pontos (3 genes) em Drosophila:

- v: olhos vermilion.- cv: ausncia de nervuras nas asas.- ct: margens das asas cortadas.

P. v+v+ cvcv ctct x v v cv+cv+ ct+ct+ F.1 v+v cv+cv ct+ct x vv cvcv ctct

Distncia entre os 1 e 2 genes v e cv (crossing simples) 580 592 45 40 89 94 3 5 Total 1448

v cv+ ct+ v+ cv ct v cv ct+ v+ cv+ ct v cv ct v+ cv+ ct+ v cv+ ct v+ cv ct+

FR = (45+40+89+94)/1448 FR = 268/1448 FR = 0,1850 x 100 FR = 18,5 cM

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Concluso: Todos os locos esto ligados (situados no mesmo cromos-somo), pois os valores de FR so menores que 50%.

Teste de trs pontos:Locos FR (cM)v e cv 18,5v e ct 13,2cv e ct 6,4

Observe que a soma de 13,2 e 6,4= 18,2 refere-se a soma entre os 1o e o 2 genes e entre o 2 e o 3.

v ct cv

13,2 6,4

Com o cruzamento teste foi possvel determinar a ordem dos trs genes no cromossomo.

As duas distncias no mapa, 13,2 cM e 6,4cM, somam 19,6 cM, que maior que 18,5 cM (distncia calculada para v e cv) As duas classes mais raras de gentipos correspondem a duplos recombinantes que surgem de dois crossings.

Distncia entre os 1 e 3 genes v e ct (crossing simples)

DDistncia entre os 2 e 3 genes v e ct (crossing duplos)

580 592 45 40 89 94 3 5 Total 1448


FR = (89+94+3+5)/1448 FR = 191/1448 FR = 0,1320 x 100 FR = 13,2 cM

580 592 45 40 89 94 3 5 Total 1448


FR = (45+40+3+5)/1448 FR = 93/1448 FR = 0,0640 x 100 FR = 6,4 cM

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3

A deteco de classes recombinantes duplas mostra que podem ocor-rer crossing-over duplos.- Um crossing-over em uma determinada regio do cromossomo afeta a probabilidade de ocorrncia de outro crossing em uma regio adjacente, ou seja, esses fenmenos no so independentes. Essa interao chamada de interferncia.- Se os crossings em duas regies so independentes, ento, a frequncia de recombinantes duplos seria igual ao produto das frequncias de recom-binantes nas regies adjacentes.

Interferncia (I): um crossing reduz a probabilidade de outro crossing em uma regio adjacente.

Coincidncia (C): proporo de recombinantes duplos observados em relao ao esperado.

Assim:- I = 1 C, em que:- C = (n observado de recombinantes duplos - FRDO/ n esperado de recombinantes uplos - FRDE).- No exemplo de Drosophila:- FRDO = 8.- FRDE = 0,064 x 0,132 = 0,0084 (8% de 1448 = 12).- I = 1 8/12 = 4/12 = 1/3 = 33%.

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C = 0 (interferncia completa, I = 1).- Nesse caso no so observados duplo recombinantes- C = 1 (ausncia de interferncia, I = 0).- Nesse caso o nmero de duplo recombinantes observado igual ao nmero esperado de duplos recombinantes.

ATIVIDADES

1. Analisando-se dois pares de genes em ligamento fatorial (linkage) rep-resentados pelo hbrido BR/br, uma certa espcie apresentou a seguinte proporo de gametas:

48,5% BR48,5% br1,5% Br1,5% bR

Pela anlise dos resultados, pode-se concluir que a distncia entre os genes B e R de:

a. 48,5 cMb. 97 cMc. 1,5 cMd. 3 cM.e. 50 cM

2. O daltonismo deutan um carter determinado por gene recessivo ligado ao sexo. A doena retinitis pigmentosum (cegueira completa ou parcial) determinada por gene dominante parcialmente ligado ao sexo. Uma mulher no daltnica e com retinite, cuja me daltnica e sem retinite e o pai no daltnico e com retinite, homozigoto, casa-se com um homem daltnico e sem retinite. Considerando que a distncia entre os dois locos, no X, de 10 unidades de mapa? Responda:a) Qual a proporo genotpica esperada na descendncia?b) Qual a proporo fenotpica esperada na descendncia?c) Se o casal deseja ter dois fi lhos, qual a probabilidade de ocorrer um me-nino normal e uma menina normal, para as duas caractersticas?

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3AUTOAVALIAOAps estudar esta aula, consigo saber:1. O que caracteriza um gene ligado?2. Quantos e quais arranjos um gene ligado pode ter?3. Qual a funo do percentual de recombinao em um cruzamento para a construo de um mapa gentico?4. O que signifi ca Interferncia?5. O que signifi ca Coincidncia?

PRXIMA AULA

Trataremos da herana ligada ao sexo e dos mecanismos de determi-nao sexual

REFERNCIAS

GRIFFITHS AJF, MILLER JH, SUZUKI DT, LEWONTIN RC, GEL-BART WM. 2009. Introduo Gentica. 8 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 794p.PIERCE BA. 2004. Gentica: um enfoque conceitual. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 758p.SNUSTAD DP, SIMMONS MJ. 2008. Fundamentos de Gentica. 4 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 903p.Vdeos sugeridos http://www.youtube.com/watch?v=f18U__0nBxQ&feature=PlayList&p=36C97B9652CDB3E9&index=32

HERANA LIGADA AO SEXO E MECANISMOS DE DETERMINAO SEXUAL

METAApresentar o mecanismo de herana de genes localizados nos cromossomos sexuais e os diferentes mecanismos de determinao do sexo.

OBJETIVOSAo fi nal desta aula, o aluno dever:compreender o mecanismo de herana dos genes estruturais localizados nos cromossomos sexuais e conhecer exemplos de caractersticas determinadas por genes localizados no cromossomo X; compreender o mecanismo de compensao de doses e explicar diferentes mecanismos de determinao do sexo.

PR-REQUISITOSContedo das aulas de mecanismos de herana e bases cromossmicas da hereditariedade.

Aula

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Gentica Bsica

INTRODUO

Na natureza, a maioria dos animais e muitas plantas, apresentam diferena sexual, onde encontramos organismos masculinos e femininos. Geralmente, essa diferenciao determinada por cromossomos especiais, denominados cromossomos sexuais. As caractersticas determinadas pelos genes presentes nesses cromossomos tambm tero padro de herana diferente dos genes localizados nos demais cromossomos (autossomos).

Nesta aula vamos estudar a herana de caracteres genticos determi-nados por genes localizados nos cromossomos sexuais, algumas variaes e tambm os diferentes padres de determinao gentica do sexo.

HERANA DE CARACTERSTICAS RELACIONADAS AO SEXO

A diferena cromossmica entre machos e fmeas promove tambm a ocorrncia de um mecanismo de herana caracterstico para os genes lo-calizados nestes cromossomos. Havendo uma diferena morfolgica entre os cromossomos sexuais, regies homlogas e no homlogas sero en-contradas nos mesmos (Figura 1). As regies no homlogas so chamadas de regies diferenciais, pois apresentaro genes presentes apenas naquele tipo de cromossomo, assim, esses genes no tero homlogos no outro cromossomo sexual.

Figura 1. Representao dos cromossomos X e Y humanos, destacando as regies de homologia e regio no homloga.

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Herana ligada ao sexo e mecanismos de determinao sexual Aula

4A regio homloga entre X e Y so importantes por promover um pareamento parcial entre esses cromossomos durante a diviso meitica, o que garante sua segregao na formao dos gametas. Nas regies no homlogas do cromossomo X, encontram-se genes de importncia estru-tural, inclusive genes para algumas doenas que sero estudadas a seguir. No cromossomo Y, em sua poro no homloga, encontramos genes masculinizantes e de caractersticas exclusivas para o sexo masculino. Esses genes so denominados holndricos.

HERANA LIGADA AO CROMOSSOMO X

Tambm conhecida como herana ligada ao sexo, engloba o estudo de genes presentes no cromossomo X. Estes genes apresentam padro de herana diferente do convencional, descrito pelas leis mendelianas, pois, nos machos, se encontram em hemizigose. Como no cromossomo Y no existe a regio de homologia para esses genes, os machos apresentam apenas um alelo e vo expressar a caracterstica determinada por ele. Caractersticas de expresso recessiva, basta um alelo presente no X para que a mesma se expresse em indivduos do sexo masculino.

Nesses casos dizemos que a caracterstica foi transmitida pela me, pois, o alelo responsvel est presente no cromossomo X herdado dela. Vejamos alguns exemplos:

DALTONISMO

A percepo de cores pelo olho humano ocorre em clulas dos cones que revestem a retina. Estas clulas detectam trs tipos de cores especfi cas: azul, verde e vermelho (as demais cores so resultado da combinao real-izada em nosso crebro). O tipo mais comum de daltonismo em humanos o que no distingue as cores vermelho e verde. Os genes que determinam a capacidade para a percepo destas cores esto localizados no cromossomo X. Um exemplo de teste para daltonismo est na Figura 2.

Observao: O gene para deteco da cor azul est localizado no cro-mossomo 7, portanto, tem padro de herana autossmica.

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Gentica Bsica

Figura 2. Exemplo de teste para daltonismo. Indivduos daltnicos no conseguem visualizar o nmero na fi gura.

Mulheres que apresentam um alelo Xd para o daltonismo tem fentipo normal e so consideradas apenas portadoras, pois apresentam um alelo normal XD que mascara a caracaterstica. Homens portadores de um alelo Xd para o daltonismo j apresentam o fentipo daltnico, pois, seu outro cromossomo sexual no apresenta a regio de homologia com a possibi-lidade de haver um alelo normal para mascarar o daltonismo. Para uma mulher ser daltnica, precisa possuir os dois alelos para esta caracterstica, sendo o daltonismo uma caracterstica recessiva.

Veja o cruzamento (Figura 3) apresentando um casal formado por uma mulher portadora (XDXd) e um homem normal (XDY). A possibilidade de descendentes de 25% para mulher normal (XDXD), 25% para mulher portadora (XDXd), 25% para homem normal (XDY) e 25% para homem daltnico (XdY). Neste cruzamento possvel visualizar que, para carac-tersticas ligadas ao cromossomo X, a me portadora quem transmite o alelo defeituoso ao fi lho.

Figura 3. Cruzamento entre um homem normal XDY e uma mulher portadora do alelo para o daltonismo XDXd. Os descendentes

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4Nos heredogramas para caractersticas ligadas ao sexo usa-se represen-tar o indivduo portador com um sinal diferente ao do indivduo normal. Veja a representao deste padro de herana na Figura 4. Observe tambm que homens que apresentam a caracterstica no a transmitem para seus fi lhos do sexo masculino, mas, suas fi lhas sero todas portadoras do alelo para a caracterstica.

Figura 4. Heredograma para representao de caracterstica ligada ao sexo (Fonte: http://www.infoescola.com/ciencias/genetica/exercicios/).

HEMOFILIA

A hemofi lia uma doena caracterizada pela defi cincia na produo de fatores de coagulao do sangue. Esta caracterstica determinada por um gene presente no cromossomo X. Indivduos portadores do alelo XH so capazes de produzir a protena responsvel pela coagulao do sangue, enquanto o alelo Hh no produz essa protena.

DISTROFIA MUSCULAR DE DUCHENNE

Doena caracterizada pelo enfraquecimento e atrofi a progressiva dos msculos, manifesta-se por volta dos quatro anos de idade, quando os meninos comeam a apresentar difi culdades em movimentos comuns do cotidiano como se levantar de uma cadeira ou subir uma escada. A doena progride lentamente at comprometer funes vitais, causando insufi cincia cardaca e respiratria. Geralmente os indivduos com esta caracterstica sobrevivem at por volta dos vinte anos de idade. Como estes pacientes ao atingirem a idade frtil j se encontram muito comprometidos pela doena, no chegam a se reproduzir e por esse motivo, no so encontradas mulheres com distrofi a muscular, pois, para estas apresentarem a doena, seria necessrio herdar um par de alelos defeituosos (Xd) do pai e da me.

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HERANA LIGADA AO CROMOSSOMO Y

Na poro diferencial do cromossomo Y no vamos encontrar genes estruturais como encontramos no cromossomo X. Nesse cromossomo encontramos apenas genes ligados a caractersticas exclusivas ao sexo mas-culino, como o gene SRY que produz o fator de diferenciao testicular (TDF), responsvel pela diferenciao embrionria do testculo.

Outra caracterstica tambm ligada ao cromossomo Y a ocorrncia de plos nas bordas das orelhas (Figura 5), caracterstica no muito comum, mas, exclusiva a indivduos do sexo masculino. Um homem que apresente essa caracterstica vai transmiti-la a todos os seus descendentes do sexo masculino.

Figura 5. Indivduo normal e indivduo com plos nas bordas das orelhas.

HERANA INFLUENCIADA PELO SEXO

Alguns genes localizados em autossomos tem comportamento dife-rente dependendo do sexo do individuo, comportando a caracterstica, hora como dominante, hora como recessiva, se o individuo for do sexo masculino ou feminino.

Um exemplo para esse tipo de herana a calvcie, que no homem uma caracterstica dominante, enquanto na mulher, recessiva (Figura 6).

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Figura 6. Calvcie caracterstica dominante no sexo masculino e recessiva no sexo feminino.

MECANISMO DE COMPENSAO DE DOSES

No incio do perodo embrionrio das fmeas de mamferos ocorre a inativao aleatria de um dos cromossomos X em cada clula. Essa inati-vao ocorre por meio da compactao do material gentico que fi ca visvel como uma pequena regio de colorao mais densa no ncleo.

Essa inativao persiste por todas as mitoses, sendo transmitida s clu-las fi lhas seguintes e, dessa forma, uma clula que anulou um cromossomo X herdado do pai, vai gerar toda uma linhagem de clulas com este mesmo cromossomo compactado. Por esse motivo de apresentarem linhagens uma de clulas com inativao do cromossomo X paterno, e outra do X materno, as fmeas so consideradas mosaicos de clulas.

Na visualizao microscpica, esse ponto do material gentico cor-respondente ao cromossomo X anulado por compactao denominado cromatina sexual ou corpsculo de Barr (Figura 7) e fi ca localizado prximo membrana do ncleo. A cromatina sexual est presente apenas em clulas femininas, pois, os machos apresentam apenas um cromossomo X no sofrem inativao desse cromossomo.

Figura 7. Cromatina sexual presente em clulas femininas (Fonte: http://evolucionarios.blogalia.com/historias/28254)

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Um exemplo do mecanismo de compensao de doses pode ser obser-vado na pelagem de gatas (fmeas). A cor preta ou marrom das manchas determinada por um gene localizado no cromossomo X e, dependendo de qual cromossomo foi inativado em uma fmea heterozigota, a mancha ter a cor determinada pelo alelo presente no X que permaneceu funcio-nal. Apenas fmeas heterozigotas apresentaro as duas cores de manchas (Figura 8), machos, por possurem apenas um cromossomo X e fmeas homozigotas, apresentaro manchas de apenas uma cor.

Figura 8. Gatas apresentando o padro de colocao das manchas determinado pela inativao do X (Fonte: http://www.infoescola.com/genetica/cromatina-sexual/).

DETERMINAO DO SEXO

Existem diferentes sistemas para determinao do sexo, entre eles, podemos citar os que sero estudados a seguir:

SISTEMAS CROMOSSMICOS

A determinao do sexo por sistemas cromossmicos baseada na ocorrncia de variaes de morfologia ou nmero nos cromossomos sexuais, onde podem existir machos heterogamticos ou fmeas heterogamticas.

MACHOS HETEROGAMTICOS

Nestes sistemas de determinao sexual, os machos (heterogamticos) formam gametas distintos, por tanto, quem determina o sexo do descen-dente. As fmeas formam apenas um tipo de gameta.

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4- Sistema XY/XXOs machos formam gametas que apresentam, alm do lote de autos-

somos, cromossomos sexuais distintos, uns contendo o cromossomo Y que determinara o sexo masculino, outros contendo o cromossomo X, que determina o sexo feminino.

Este sistema encontrado em humanos e outros mamferos.

Clulas somticas Gametas

Macho 2 lotes de autossomos + XY 1 lote de autossomos + X

ou 1 lote de autossomos + Y

Fmea 2 lotes de autossomos + XX 1 lote de autossomos + X

- Sistema X0/XXOs machos formam gametas que apresentam numero distinto de cro-

mossomos. A presena de um cromossomo X no gameta do macho, alm dos autossomos, determina a formao de uma fmea e, sua ausncia, a formao de um organismo macho. Ocorre em percevejos, gafanhotos e baratas.


Macho 2 lotes de autossomos + X 1 lote de autossomos + X

ou 1 lote de autossomos

Fmea 2 lotes de autossomos + XX 1 lote de autossomos + X

FMEAS HETEROGAMTICAS

Agora, so as fmeas quem vo formar gametas distintos e determinar o sexo dos descendentes. Para diferenciar dos sistemas de machos het-erogamticos, os cromossomos sexuais nesta condio so denominados como Z e W.

- Sistema ZW/ZZ As fmeas formam gametas contendo ou o cromossomo Z, que deter-

minar a formao de um macho, ou o cromossomo W, que determina a formao de uma fmea. Os machos formam apenas gametas portadores do cromossomo Z, alem do lote de autossomos. Ocorre em borboletas, mariposas, alguns peixes e aves.

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Macho 2 lotes de autossomos + ZZ 1 lote de autossomos + Z

Fmea 2 lotes de autossomos + ZW 1 lote de autossomos + Z

ou 1 lote de autossomos + W

- Sistema Z0/ZZ Gametas das fmeas contendo o lote de autossomos mais o cromos-

somo Z determina a formao de um macho. Se o gameta da fmea, apre-senta apenas o lote de autossomos, o organismo formado ser uma fmea. Os gametas dos machos, todos apresentam o cromossomo Z alem do lote de autossomos. Encontrado em galinha e alguns rpteis.


Macho 2 lotes de autossomos + ZZ 1 lote de autossomos + Z

Fmea 2 lotes de autossomos + Z 1 lote de autossomos + Z

ou 1 lote de autossomos

Tambm existem outras variaes nos sistemas de determinao do sexo como exemplo:

SISTEMA HAPLOIDE-DIPLOIDE

o tipo de determinao de sexo comum em himenpteros (abelhas, vespas, cupins). Nesse sistema, as fmeas so diplides, originadas de fe-cundao da rainha (fmea frtil da colnia) pelo macho. J, os machos, se desenvolvem por partenognese, a partir de ovos no fertilizados, sendo estes, haplides.

Figura 9. Abelha rainha e operria (diplides), zango (haplide).

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4SISTEMA DE BALANO GNICO EM DROSOPHILA

No gnero Drosophila (Figura 10), encontramos um sistema peculiar de determinao do sexo. Mesmo havendo a presena de cromossomos sexuais X e Y (machos heterogamticos), vo ocorrer variaes de sexo relacionadas proporo entre cromossomos X e autossomos.

Figura 10. Mosca das frutas, gnero Drosophila (Fonte: http://www.iayork.com/Images/10-24-07/Drosophila.jpg).

Os machos apresentam 2 lotes de autossomos mais os cromossomos sexuais XY. As fmeas, 2 lotes de autossomos mais XX. O ndice sexual (IS) determinado pela razo entre o nmero de cromossomos X e o nmero de lotes de autossomos. Assim, as fmeas apresentam IS = 1,0 e os machos, IS = 0,5. Qualquer IS entre 0,5 e 1,0 determina um indivduo intersexo. IS maiores que 1,0 determinam metafmeas e menores que 0,5, metamachos.

Machos: 2A + XYFmeas: 2A + XX

ndice Sexual (IS) = no. de cromossomos X

no. de conjuntos autossomicos

ndice Sexual em Drosophila

ndice Sexual (IS) Sexo

< 0,5 Metamacho

0,5 Macho

(0,5 - 1,0) Intersexo

1,0 Fmea

> 1,0 Metafmea

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DETERMINAO GENTICA DO SEXO EM HUMANOS

Em humanos, apesar da existncia de cromossomos morfologicamente distintos, a determinao do sexo ocorre devido presena de um gene especifi co no cromossomo Y, o gene SRY. Este gene responsvel por pro-duzir no perodo de diferenciao embrionria uma protena denominada fator de diferenciao testicular (TDF), que promove a diferenciao dos tecidos embrionrios da gnada indiferenciada em testculo. Na ausncia deste gene e, consequentemente do TDF, a gnada embrionria se dife-rencia em ovrio. Tambm o testculo que produzir fatores especfi cos que diferenciaro os demais tecidos do aparelho genital masculino e sua ausncia determina o desenvolvimento de estruturas femininas.

CONCLUSO

Ao fi nal desta aula voc deve conhecer exemplos de caractersticas determinadas por genes localizados nos cromossomos sexuais, sabendo explicar seu mecanismo de herana e diferenciar em que diferem da herana autossmica mendeliana.

Tambm importante que tenha compreendido os diferentes sistemas cromossomicos de determinao sexual.

RESUMO

Os genes localizados nos cromossomos sexuais apresentam um padro de herana diferente dos autossomos devido ao macho apresentar apenas um cromossomo X. Alelos recessivos no cromossomo X manifestam-se em dose nica nos machos por no haver homologia no par sexual. Na fmeas de mamferos a presena de dois cromossomos X compensada pela anulao aleatria de um desses cromossomos por compactao, tornando as fmeas mosaicos. Nos sistemas de determinao de sexo, encontramos sistemas de machos heterogamticos (XX/XY, XX/X0) e de fmeas he-torgamticas (ZZ/ZW, ZZ/Z0).

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4ATIVIDADES1. Assista ao fi lme leo de Lorenzo e explique o mecanismo de herana da doena adenoleucodistrofi a apresentada nessa histria.2. Uma mulher, em um exame oftalmolgico, foi diagnosticada com dalton-ismo, mas, esta caracterstica se manifestava apenas em seu olho direito. Do olho esquerdo, essa mulher apresentava viso normal. Com base nos con-hecimentos estudados nessa aula, explique como esse fenmeno possvel:

COMENTRIO SOBRE AS ATIVIDADES

1. O filme leo de Lorenzo apresenta uma doena gentica (a adrenoleucodistrofi a) ligada ao sexo. Todo o drama relacionado ao contexto familiar desde a descoberta e progresso da doena abordado de forma que sensibiliza a todos os que assistem. Neste fi lme tambm so abordadas questes relacionadas tica e pesquisa cientfi ca.2. Esta atividade estimular ao estudante a habilidade de contextualizar o conhecimento estudado, exigindo o estabelecimento de relaes conceituais estudadas nessa aula com o problema proposto.

AUTOAVALIAO

Aps ter estudado esta aula, consigo:1. Montar o heredograma de famlia cujo casal de indivduos no daltnicos tiveram 1 fi lho daltnico e uma fi lha normal, e determinar o gentipo do casal?2. Saber se uma fi lha daltnica de um pai daltnico, tem que, obrigatoria-mente, ter uma me tambm daltnica?3. Saber qual a probabilidade de um casal normal que tem um fi lho hemof-lico ter um fi lho do sexo masculino normal?4. Explicar o que so genes holndricos?5. Explicar por qual motivo as fmeas de mamferos so consideradas mosaicos em relao inativao do cromossomo X?6. Defi nir a diferena entre os sistemas de determinao do sexo de machos heterogamticos e fmeas heterogamticas?7. Explicar o que diferencia os gametas nos sistemas de determinao do sexo XX/XY e XX/X0?

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PRXIMA AULA

A partir da prxima aula, iniciaremos o estudo da Gentica molecular. Ser entendida a estrutura do material gentico e todo o funcionamento dos genes. muito importante ter a idia da estrutura cromossmica e dos mecanismos de herana, para que esses novos conceitos venham completar efetivamente a compreenso da Gentica.

REFERNCIAS


ESTRUTURA DOS CIDOS NUCLEICOS

METAApresentar a estrutura molecular do DNA e RNA.

OBJETIVOSAo fi nal desta aula, o aluno dever:conhecer as estrutura de um nucleotdeo; compreender as propriedades dos cidos nuclicos relacionadas sua constituio molecular; compreender o sentido 5-3 na estrutura dos cidos nuclicos; conhecer as diferentes bases nitrogenadas e a forma como interagem entre si; diferenciar estruturalmente DNA e RNA.

PR-REQUISITOSConceitos de biologia celular e qumica de ensino mdio.

Aula

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INTRODUO

Bem vindo ao maravilhoso mundo da Gentica Molecular. A partir desse captulo, voc vai conhecer detalhadamente a constituio molecular dos cidos nuclicos (DNA e RNA) e assim, poder compreender suas propriedades, como o comportamento destas molculas, a natureza da informao gentica e a estrutura de um gene, conhecimentos de extrema importncia para a compreenso de todo o funcionamento gnico e tambm para o desenvolvimento das novas tecnologias da gentica.

Ser estudada a constituio dos nucleotdeos e a forma como se encaixam e interagem entre si para compor as molculas dos cidos nuclicos. Em seguida, sero apresentadas as diferenas estruturais entre DNA e RNA, estendendo s suas propriedades funcionais relacionadas sua estruturao molecular.

As informaes desta aula so a base para a compreenso de todo o contedo de gentica molecular que ser estudado. Assim, ser muito importante que dedique ateno especial a essa aula e que tambm faa revises dos conceitos aqui apresentados sempre que for necessrio nas aulas posteriores.

CONHECENDO O NUCLEOTDEO

Os cidos nuclicos so molculas orgnicas constitudas por polmeros, uma cadeia de subunidades determinadas nucleotdeos. Assim, para com-preender os cidos nuclicos, de suma importncia conhecer antes a estrutura desses componentes que compem estas molculas.

Os nucleotdeos so compostos por fosfato (ou cido fosfrico), um acar do tipo pentose (constitudo por seis tomos de carbono), e uma base nitrogenada, como mostra a Figura 1. Os diversos tipos de nucleotdeos so determinados por variaes nos acares e nas bases nitrogenadas. Vejamos detalhadamente cada um desses componentes dessas subunidades dos cidos nuclicos:

Figura 1. Exemplo de estrutura molecular de um nucleotdeo, evidenciando seus componentes: fosfato (cidos fosfrico), pentose e base nitrogenada (Fonte: www.biomol.org/.../images/nucleo-tideo1.jpg).

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Estrutura dos cidos nucleicos Aula

5Fosfato (ou cido fosfrico): responsvel por conferir a caracterstica cida aos cidos nuclicos, liberando H+ e adquirindo carga negativa (Figura 2). Antes de serem adicionados cadeia dos cidos nuclicos, os nucleo-tdeos se encontram trifosratados. As ligaes entre os fosfatos liberam grande quantidade de energia quando quebradas. Essa energia utilizada na sntese dos cidos nuclicos que ser estudada mais detalhadamente na aula de replicao do DNA.

Figura 2. Grupamento fosfato ou cido fosfrico.

Accar: do tipo pentose, constitudo por uma cadeia de forma c-clica de 5 tomos de carbono. Estes carbonos so numerados de 1 a 5, como mostram os exemplos na Figura 3. No carbono da posio 1 de um nucleotdeo vamos encontrar a base nitrogenada e no carbono da posio 5, o fosfato. No carbono 2 vamos encontrar uma distino entre dois tipos de aucares, a presena de um radical do tipo hidroxila (-OH) nos aucares do tipo ribose, ou a ausncia desse radical na posio 2 dos aucares do tipo desoxirribose. Esta diferena entre os aucares ribose e desoxirribose tambm podem ser visualizados ainda na Figura 3.

Observao: a apstrofe na numerao dos carbonos do acar serve para diferenciar da numerao dos tomos da base nitrogenada (que no apresentam a apstrofe)

Os aucares do tipo ribose fazem parte da constituio dos cidos ribunocleicos (RNA), enquanto os do tipo desoxirribose vo constituir os cidos desoxirribunocleicos (DNA).

Figura 3. Estrutura molecular das pentoses (Fonte: adaptado de http://bioblogbiologia.blogspot.com/2009_10_01_archive.html).

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O encaixe entre um nucleotdeo e outro acontece pela posio 3 de um nucleotdeo com o fosfato da posio 5 do nucleotdeo seguinte, numa ligao fosfodiester. Portanto, numa cadeia de um cido nuclico, dizemos que estas apresentam duas extremidades denominadas pelas posies de carbonos dos aucares como extremidade 5 e extremidade 3. Observe na Figura 4 as ligaes fosfodiester entre os nucleotdeos e as extremidades 5 e 3.

Figura 4. Ligaes fosfodiester entre os nucleotdoeos constituindo a cadeia de um cido nuclico (Fonte: http://www.enq.ufsc.br/.../genetica/dna022.gif).

Bases nitrogenadas: Compostas por Carbono, Nitrognio, Oxignio e Hidrognio, as bases nitrogenadas apresentam duas classes, as bases pri-cas (derivadas de purina) e as bases pirimdicas, derivadas de pirimidina (Figura 5).

Figura 5. Bases nitrogenadas purina e pirimidina.

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5Entre as bases pricas, encontramos na constituio dos cidos nu-clicos dois tipos principais de bases nitrogenadas, adenina (A) e guanina (G). As bases pricas apresentam maior peso molecular, constitudas por dois anis em sua estrutura (Figura 6). As bases adenina e guanina so constituintes tanto de DNA quanto de RNA.

Figura 6. Bases pricas: adenina e guanina.

Entre as bases pirimdicas, encontramos na constituio dos cidos nuclicos a citosina (C), comum tanto para DNA e RNA, a timina (T), pre-sente apenas no DNA e a uracila (U), presente apenas no RNA. As bases pirimdicas apresentam menor peso molecular e so constitudas apenas por um anel em sua estrutura (Figura 7). Observe que a diferena entre a timina e a uracila de apenas um radical metil (-CH3) presente no carbono

Figura 7. Bases pirimdicas: citosina, timina e uracila

ESTRUTURA DO DNA E RNA

Tanto o DNA quanto o RNA so polmeros, cadeias de nucleotdeos. Sua sntese ser estudada posteriormente nas aulas de replicao e tran-scrio e, para um aprendizado mais efi ciente, importante conhecer desde j sua estrutura.

O RNA uma cadeia linear simples de nucleotdeos. O DNA, por sua vez, uma cadeia dupla, tendo duas sequncias lineares paralelas e em sen-tido oposto (antiparalelas). Esse sentido oposto determinado exatamente pela direo das extremidades 5 e 3 da cadeia como mostra a Figura 8.

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Figura 8. Representao da estrutura de cadeia dupla com fi tas antiparalelas do DNA e da fi ta simples de RNA (Fonte: adaptado de www.accessexcellence.org/AB/GG/nucleic.php).

No DNA as bases nitrogenadas de uma fi ta formam uma interao do tipo pontes de hidrognio com as bases da fi ta paralela, conferindo molcula de DNA um aspecto de escada retorcida, onde os degraus so formados pelos pares de bases e os corrimos, pelas cadeias de fosfato e acar.

A estrutura de dupla hlice do DNA foi proposta em 1953 por James Watson e Francis Crick (Figura 9) com base em estudos de difrao de raios X realizados por Rosalind Franklin e Maurice Wilkins e em estudos qumicos da molcula.

Figura 9. James Watson e Francis Crick com o modelo de estrutura proposto para o DNA em 1953 (Fonte: http://www.reproductive-revolution.com/watson_crick.html).

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5As duas fi tas do DNA se torcem em torno de um eixo central, deixando externamente as cadeias de fosfato e aucar (desoxirribose), expostas ao meio aquoso devido sua hidrofi lia, e internamente, as pores hidrofbicas constituidas pelos pares de bases nitrogenadas, orientadas perpendicular-mente ao eixo da fi ta.

Os pares de bases nitrogenadas formas estruturas praticamente planas (achatadas) que se empilham internamente na estrutura retorcida da dupla hlice de DNA, o que garante maior estabilidade molcula. Este empil-hamento resulta em dois sulcos denominados sulco maior e sulco menor, como demonstra a Figura 10. Cada seguimento do DNA que compreende um sulco maior e um sulco menor constitudo por 10 pares de bases ni-trogenadas e apresenta uma medida de 34 (1 = 0,1nm), de forma que a distancia entre um par de bases e outro de 3,4 e a dupla hlice apresenta um raio de 10.

Figura 10. Modelo tridimensional da dupla hlice de DNA (Fonte: adaptado de: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:A-DNA,_B-DNA_and_Z-DNA.png).

As bases nitrogenadas, como j foi apresentado, apresentam dois tamanhos, sendo as pirimdicas menores que as pricas. No entanto, os pareamentos ocorrem sempre entre uma base prica e uma base pirimdica, e assim, os pares apresentam dimenses semelhantes, ocupando o mesmo espao e permitindo uma uniformidade no raio da cadeia de DNA.

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COMPLEMENTARIDADE ENTRE AS BASESES NITROGENADAS

Alm do tamanho das bases nitrogenadas, existe outra caracterstica que garante a especifi cidade de pareamento entre as Timinas (T) com as Adeninas (A) e das Citosinas (C) com as Guaninas (G), a formao das pontes de Hidrognio.

As pontes de Hidrognio so interaes qumicas bastante resis-tentes formadas por polaridades na molcula, envolvendo tomos muito eletronegativos (O e N, presentes nas bases nitrogenadas) e outro, muito eletropositivo (H). Consulte uma tabela peridica e veja a posio desses elementos em relao eletronegatividade e eletropositividade.

A formao das pontes de Hidrognio entre s bases nitrogenadas se deve presena de grupamentos ceto (C=O) e amino (C-NH2). Os oxignios formando dupla ligao com o carbono no grupo ceto apresenta uma polaridade negativa, devido presena de eltrons nessa posio, enquanto os Hidrognios (mais eletropositivo), nos grupamentos amino, tm seu eltron atrado fortemente pelo ncleo do Nitrognio (mais eletro-negativo), fi cando assim com polaridade positiva. Atomos de nitrognio presentes nas bases nitrogenadas (como na adenina e guanina) tambm formam plos negativos.

A formao das pontes de Hidrognio ocorre sempre entre essas regies, onde um Hidrognio com polaridade positiva atrado por um plo negativo da base complementar.

O numero de pondes de Hidrognio especifi co entre as bases nitro-genadas, ocorrendo a formao de duas pontes entre adenina e timina, e trs pontes entre citosina e guanina. Mas, alm no numero de pontes, ainda h outra caracterstica muito importante que torna ainda mais especfi co o pareamento complementar entre as bases nitrogenadas, que o sentido das pontes de Hidrognio. Consideramos os grupamentos amino, como doadores de Hidrognio, e os Nitrognios e Oxignios (plos negativos), como regies receptoras de Hidrognio. Observe na Figura 11 a presena desses grupamentos que formam as polaridades e o sentido das pontes de Hidrognio.

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Figura 11. Estrutura molecular das bases nitrogenadas demonstrando a formao especfi ca de pontes de Hidrognio (Fonte: http://www.enq.ufsc.br/.../genetica/dna042.png).

Havendo essa especifi cidade de ligao entre as bases nitrogenadas, podemos afi rmar que existe uma relao de propores entre as mesmas. O numero de timinas ser sempre igual ao de adeninas, e o numero de guaninas, sempre igual ao de citosinas no DNA.

COMPARAO ESTRUTURAL E FUNCIONAL ENTRE DNA E RNA

Podemos comparar os cidos nuclicos de DNA e RNA por trs dife-renas estruturais:

O tipo de cadeia: o DNA apresenta cadeia dupla e uma molcula de maior extenso, enquanto o RNA tem cadeia simples e apresentam cadeias bem menores que as do DNA;

O tipo de acar: o DNA constitudo por desoxirribose, enquanto o RNA, por desoxirribose.

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As bases nitrogenadas: H variao entre as bases pirimdicas de timina (T) para o DNA e uracila (U) para o RNA. A citosina e as bases pricas no sofrem variaes entre os dois tipos de cidos nuclicos.

Estas diferenas podem ser visualizadas na Figura 12.

Figura 12. Diferenas estruturais entre DNA e RNA (Fonte: adaptado de www.ibb.unesp.br/.../imagens/dna_rna.jpg)

Funcionalmente, o DNA desenvolve o papel de armazenamento da informao gentica, sendo uma molcula muito estvel, enquanto o RNA, com papel de expresso de genes estruturais e reguladores (que sero es-tudados em aulas posteriores), so molculas mais instveis e com tempo de vida curto dentro da clula.

A informao gentica armazenada, transmitida e expressa por meio da sequncia das bases nitrogenadas na cadeia dos cidos nuclicos. Estas sequncias vo determinar a informao gentica que codifi ca todas as caractersticas do organismo. O conceito de gene e a forma como ele se manifesta sero estudados nas prximas aulas.

CONCLUSO

Ao fi nal desta aula, importante que voc verifi que se os objetivos propostos realmente foram atingidos em seu aprendizado, pois, estas infor-maes so fundamentais para a compreenso das prximas aulas.

Voc deve conhecer bem a estrutura dos nucleotdeos, especialmente compreender a numerao dos carbonos do acar e em quais desses car-bonos vamos encontrar a base nitrogenada, o cido fosfrico, onde teremos a diferena entre uma ribose e uma desoxirribose e os pontos de ligao entre um nucleotdeo e outro na cadeia.

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5A compreenso do sentido 5-3 tambm fundamental, pois o estudo de toda atividade de sntese de cidos nuclicos depender de um bom entendimento desse conceito.

Outra informao de extrema importncia que voc dever com-preender a forma de interao especfi ca entre as bases nitrogenadas, a formao das pontes de Hidrognio. Este conhecimento facilitar sua compreenso das alteraes genticas moleculares (mutaes) que tambm sero estudadas em breve.

Com estas informaes bem d

genetica basica

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