Entendendo genética, Notas de aula de Bioinformática e Genética. Universidade Estadual do Piauí (UESPI)
profafrancielleam
profafrancielleam26 de Março de 2015

Entendendo genética, Notas de aula de Bioinformática e Genética. Universidade Estadual do Piauí (UESPI)

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Apostila para o ensino de gentica básica
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i

SUMÁRIO

Unidade 1: Genética Mendeliana ......................................................................................... 1

 OS EXPERIMENTOS DE MENDEL ......................................................................... 2

 LEI DA SEGREGAÇÃO ............................................................................................. 5

 PRINCÍPIOS DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE .............................................. 8

 RELAÇÕES INTRA-ALÉLICAS ............................................................................... 14

 RELAÇÕES INTERALÉLICAS (INTERAÇÕES GÊNICAS) ................................. 18

SAIBA MAIS: OUTROS EXEMPLOS DE INTERAÇÕES EPISTÁTICAS A SABER . 21

 HEREDOGRAMAS ................................................................................................... 23

 PROBABILIDADE ..................................................................................................... 25

 TESTES DE PROPORÇÕES GENÉTICAS ........................................................... 28

 LEITURA COMPLEMENTAR .................................................................................. 32

 ATIVIDADE COMPLEMENTAR .............................................................................. 32

 PARA APRENDER MAIS ........................................................................................ 32

RESUMO .......................................................................................................................... 32

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM ....................................................................... 33

Unidade 2: Base cromossômica da herança ..................................................................... 35

 ORGANIZAÇÃO CELULAR ..................................................................................... 36

 COMO A TEORIA CROMOSSÔMICA TOMOU FORMA? ................................... 40

 CICLO CELULAR ..................................................................................................... 40

 GAMETOGÊNESE ANIMAL E VEGETAL.............................................................. 47

 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS .............. 51

SAIBA MAIS: CROSSING OVER DESIGUAL ............................................................... 58

 LEITURA COMPLEMENTAR .................................................................................. 59

 ATIVIDADE COMPLEMENTAR .............................................................................. 59

 PARA APRENDER MAIS ........................................................................................ 59

RESUMO .......................................................................................................................... 59

ii

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM ....................................................................... 60

Unidade 3: Ligação Gênica e Mapeamento Cromossômico ............................................ 61

 LIGAÇÃO GÊNICA ................................................................................................... 62

 MAPEAMENTO CROMOSSÔMICO: MAPA DE TRÊS PONTOS ....................... 66

 PLEIOTROPIA .......................................................................................................... 69

SAIBA MAIS: PLEIOTROPIA .......................................................................................... 70

 LEITURA COMPLEMENTAR .................................................................................. 70

 PARA APRENDER MAIS ........................................................................................ 70

RESUMO .......................................................................................................................... 71

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM ....................................................................... 71

Unidade 4: Sexo e hereditariedade .................................................................................... 73

 MECANISMOS DE DETERMINAÇÃO DO SEXO ................................................. 73

SAIBA MAIS: DETERMINAÇÃO DO SEXO NOS RÉPTEIS ....................................... 76

 HEREDITARIEDADE EM RELAÇÃO AO SEXO ................................................... 77

 LEITURA COMPLEMENTAR .................................................................................. 80

 PARA APRENDER MAIS ........................................................................................ 81

RESUMO .......................................................................................................................... 81

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM ....................................................................... 81

Unidade 5: Genética Molecular ........................................................................................... 83

 A NATUREZA QUÍMICA DO MATERIAL GENÉTICO .......................................... 84

 ESTRUTURA E REPLICAÇÃO DO DNA ............................................................... 87

SAIBA MAIS: REPLICAÇÃO NAS PONTAS DOS CROMOSSOMOS ....................... 95

 RNA E TRANSCRIÇÃO ........................................................................................... 95

 CÓDIGO GENÉTICO E TRADUÇÃO ................................................................... 101

 MUTAÇÃO GÊNICA E VARIABILIDADE ............................................................. 104

 ALELOS MÚLTIPLOS ............................................................................................ 107

 LEITURA COMPLEMENTAR ................................................................................ 113

 PARA APRENDER MAIS ...................................................................................... 113

RESUMO ........................................................................................................................ 113

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM ..................................................................... 114

iii

Unidade 6: Genética de populações e quantitativa......................................................... 115

 ESTRUTURA GENÉTICA DE UMA POPULAÇÃO ............................................. 116

 EQUILÍBRIO DE HARDY-WEINBERG ................................................................. 118

 FATORES QUE ALTERAM O EQUILÍBRIO GENÉTICO ................................... 120

 OS GENES E O AMBIENTE ................................................................................. 126

SAIBA MAIS: HERDABILIDADE E CORRELAÇÃO ................................................... 133

 PARA APRENDER MAIS ...................................................................................... 135

RESUMO ........................................................................................................................ 135

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM ..................................................................... 136

GLOSSÁRIO....................................................................................................................... 137

PARA FINALIZAR... ........................................................................................................... 139

1

Unidade 1: Genética Mendeliana

Figura 1.1: Gregor Mendel, o “pai da genética” (Bardoe, C. Gregor Mendel: The Friar Who Grew Peas, 2006)

 OS EXPERIMENTOS DE MENDEL

 LEI DA SEGREGAÇÃO

 LEI DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE

 RELAÇÕES INTRA-ALÉLICAS

 RELAÇÕES INTERALÉLICAS (INTERAÇÕES GÊNICAS)

 HEREDOGRAMAS

 PROBABILIDADE

 TESTES DE PROPORÇÕES GENÉTICAS

 RESUMO

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

2

A preocupação do homem em desvendar o mecanismo de herança das

características é antiga. Perguntas como: “Por que as crianças se parecem

com os pais?” e “Como várias doenças ocorrem em família?” já eram motivos

de atenção dos filósofos gregos há mais de dois mil anos. A genética como

conhecemos hoje passou a ser desvendada em meados do século XIX pelo

monge austríaco Gregor Mendel (1822-1884) que se dedicou ao estudo da

herança das características em ervilha (Pisum sativum). Seus estudos

contribuíram para o surgimento de uma nova ciência: a Genética. Sendo assim,

os objetivos desta unidade são: (i) Discutir os experimentos mendelianos que

deram origem a 1ª e 2ª Leis de Mendel; (ii) Relacionar as diferentes formas de

interação intra e interalélicas que modificam as proporções mendelianas (iii)

Apresentar noções de probabilidade e o teste estatístico ² comumente

utilizados no estudo da herança.

 OS EXPERIMENTOS DE MENDEL

Gregor Mendel é apropriadamente

considerado “o pai da genética”. Seus

experimentos com ervilhas de jardim (Pisum

sativum), publicados em 1866, foram

realizados no jardim do mosteiro de Brno no

antigo Império Austro-Húngaro hoje

República Checa.

Mendel não foi o primeiro a se

preocupar com o modo de herança das

características, inúmeros outros

pesquisadores antes de Mendel tentaram

elucidar as bases da hereditariedade sem, contudo, obterem sucesso.

Figura 1.2: Jonhan Gregor Mendel (1822-1884). (http://upload.wikimedia.org/wikipedi a/commons/d/d3/Gregor_Mendel.pn g)

3

Antes de Mendel, a hereditariedade era entendida como um processo

de mistura ou diluição, onde as características dos descendentes constituíam-

se em uma espécie de meio-termo das qualidades dos pais. Os adeptos a

teoria de herança por mistura defendiam que os filhos apresentavam

geralmente uma média dos caracteres dos pais. Concepção inadequada frente

a uma série de evidências, como, por exemplo, a existência de um filho calvo

de pais não-calvos.

Vejamos os experimentos Mendelianos que permitiram a elucidação

das bases da hereditariedade e seu sucesso:

Material escolhido: ervilhas (Pisum sativum)

As ervilhas eram facilmente encontradas nas feiras e ainda

apresentavam uma série de características tais como:

- Bastante variabilidade de formas e

cores;

- Número grande de progênie;

- Planta diploide (2n=2x=14)

- Ciclo relativamente curto;

- Ocupa pouco espaço;

- Fácil cultivo;

- Autógama.

Essas características foram

determinantes para o sucesso de Mendel no

estudo da transmissão das características.

Figura 1.3: Pisum sativum – ervilha de cheiro. (http://upload.wikimedia.org/wikipedi a/commons/5/51/Peultjes_planten_P isum_sativum_mange-tout.jpg)

4

Metodologia: Mendel optou por estudar, inicialmente, uma

característica por vez. Seus cruzamentos foram realizados entre linhagens

puras e contrastantes para cada uma das características e utilizou o método

científico de forma criteriosa na quantificação dos resultados. No total, sete

características foram estudadas:

Figura 1.4: Mendel avaliou 7 características. Para cada característica observou a frequência de ocorrência de dois fenótipos contrastantes (GRIFFITHS, A. J. F. et al., 2009).

Os cruzamentos:

- Obtenção dos genitores puros: Mendel permitiu a multiplicação das

plantas de forma natural, ou seja, por sucessivas autofecundações, até que

toda a descendência apresentasse as mesmas características da planta mãe e

não mais segregasse.

- Obtenção da primeira geração filial - geração F1: De posse dos

genitores puros contrastantes, Mendel realizou cruzamentos artificialmente

planta a planta, tomando-se o pólen de um dos genitores e colocando-o no

estigma do outro genitor, tomando o cuidado de realizar a emasculação do

segundo genitor.

5

Figura 1.5: Cruzamento mendeliano de fêmea de flor púrpura e macho de flores brancas. (GRIFFITHS, A. J. F. et al., 2002).

- Obtenção da segunda geração filial – geração F2: Mendel permitiu o

cruzamento de forma natural entre as plantas da geração F1, ou seja, a

autofecundação.

 LEI DA SEGREGAÇÃO

Considerando o caráter textura da semente, vejamos os resultados de

Mendel:

6

Figura 1.6: Esquema ilustrativo do experimento envolvendo o caráter textura da semente em ervilha (Cruz et al., 2011).

O que Mendel concluiu?

- Se um genitor puro tem semente lisa e o outro rugosa, todas as plantas

da F1 têm sementes lisas. Existe uma relação de dominância, onde a textura

dominante é aquela que aparece na F1 (lisa), sendo a outra textura (rugosa)

recessiva;

- A textura lisa na F1 é idêntica à das plantas parentais sementes lisas.

Neste caso, o modelo de herança por mistura não é suficiente para explicar a

herança da característica textura do cotilédone;

- Embora não tenha aparecido na F1, sementes rugosas foram

observadas na F2 na proporção 1/4, mais uma evidência que a herança não se

dá por mistura. Em contraste a proporção de ervilhas lisas observadas foi igual

a 3/4.

7

Nos demais cruzamentos realizados, Mendel observou também

proporções semelhantes a 3:1 em F2. Se o modo de herança das

características avaliadas não é uma simples mistura, como será então?

Para responder a essa pergunta Mendel propôs a herança por

partículas ou fatores, onde, cada caráter deve ser controlado por dois fatores

no indivíduo adulto, no entanto, apenas um desses fatores é transmitido à prole

por intermédio dos gametas. Assim, os resultados observados na Figura 1.6

poderiam ser explicados da seguinte forma:

Considerando que o modo de herança da textura das sementes é

determinado por um par de fatores A/a, a relação de aparência esperada em

F2 é: 3/4 lisa; 1/4 rugosa e a relação de pureza igual a: 1/4 lisa pura: 2/4 lisa

não pura: ¼ rugosa pura. A concordância entre as proporções observadas e

esperadas é a prova de que Mendel estava certo ao propor este modelo.

As conclusões deste experimento podem ser resumidas na 1ª Lei de

Mendel ou “Lei da Segregação” anunciada a seguir:

P: AA (lisa) x aa (rugosa)

F1: Aa (todas lisas) x Aa

F2:

Gametas da F1 A a

A

AA

Aa

a

Aa

aa

8

“A herança de uma característica é determinada por um par de fatores

nos indivíduos adultos, no entanto, apenas um desses fatores é transmitido à

descendência por intermédio dos gametas”.

Nos dias de hoje, dizemos que as características são determinadas

pelos genes ou pares de alelos nos organismos diploides. O conjunto de

genes de um indivíduo é conhecido como genótipo e a manifestação deste

juntamente com o ambiente denominamos fenótipo.

Indivíduos que possuem apenas uma das formas do alelo são ditos

homozigotos, tais como os genitores puros, enquanto os indivíduos que

possuem as duas formas alélicas, tais como os F1 são ditos heterozigotos.

De acordo com as definições apresentadas, podemos enunciar a 1ª Lei

de Mendel assim: “A herança de uma característica é determinada por um gene

ou seja, um par de alelos nos indivíduos adultos, no entanto, apenas um dos

alelos fatores é transmitido à descendência por intermédio dos gametas”.

 PRINCÍPIOS DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE

Uma vez determinado o modo de herança de uma característica, com o

intuito de avaliar a independência entre os pares de fatores que determinam os

caracteres, Mendel prosseguiu nos estudos analisando cruzamentos que

envolviam duas características simultaneamente (Figura 1.7).

Como explicar esses resultados?

Inicialmente vamos determinar a proporção de ervilhas amarelas e

verdes:

Amarelas: 315 + 108 = 423 → 423/556 ≈ 3/4

Verdes: 101 + 32 = 133 → 133/556 ≈ 1/4

E em seguida a proporção de ervilhas lisas e rugosas:

9

Lisas: 315 + 101 = 416 → 416/556 ≈ 3/4

Rugosas: 108 + 32 = 140 → 140/556 ≈ 1/4

Figura 1.7: Esquema ilustrativo do experimento envolvendo os caracteres textura da semente e cor dos cotilédones em ervilha (Cruz et al., 2011).

Observa-se que as proporções descritas anteriormente por Mendel não

foram alteradas. Segundo o princípio probabilístico dois eventos são

independentes quando a probabilidade dos dois eventos ocorrerem

simultaneamente é dada pelo produto das duas probabilidades individuais, ou

seja, P (A e B) = P(A) x P(B). Sabendo disso, considerando que os fatores para

os caracteres cor e textura tem distribuição independentes, ao analisarmos

simultaneamente esperamos que:

10

P (amarela e lisa) = 3/4 x 3/4 = 9/16

P (amarela e rugosa) = 3/4 x 1/4 = 3/16

P (verde e lisa) = 1/4 x 3/4 = 3/16

P (verde e rugosa) = 1/4 x 1/4 = 1/16

Os dados observados são os mesmos esperados?

Vamos à comparação.

Fenótipo Observado Esperado

Amarela e lisa 315/556 = 9,06/16 9/16

Amarela e rugosa 108/556 = 3,11/16 3/16

Verde e lisa 101/556 = 2,91/16 3/16

Verde e rugosa 32/556 = 0,92 1/16

Visivelmente podemos admitir que as proporções observadas e

esperadas são iguais, ou seja, os caracteres cor e textura tem distribuição

independentes na prole. Tal fato só é possível porque durante a formação dos

gametas os fatores se segregam independentemente, tal evidência é

conhecida como na 2ª Lei de Mendel. Admitindo que a característica cor do

cotilédone é determinada por A/a e a textura da semente por B/b vamos rever o

cruzamento:

11

P:

AABB (amarela e lisa) x aabb (verde e rugosa)

Gametas: AB ab

F1: 100% AaBb (amarela e lisa)

Gametas: P (A e B) = P (A) x P (B) = 1/2 x 1/2 = 1/4

P (A e b) = P (A) x P (b) = 1/2 x 1/2 = 1/4

P (a e B) = P (a) x P (B) = 1/2 x 1/2 = 1/4

P (a e b) = P (a) x P (b) = 1/2 x 1/2 = 1/4

F2:

Gametas da

F1 AB Ab aB Ab

AB

AABB AABb AaBB AaBb

Ab

AABb AAbb AaBb Aabb

aB

AaBB AaBb aaBB aaBb

Ab

AaBb Aabb aaBb aabb

12

Por simples contagem temos:

Relação fenotípica: 9 amarela e lisa (A_B_): 3 amarela e rugosa

(A_bb): 3 verde e lisa (aaB_): 1 verde e lisa (aabb)

Relação genotípica: 1 AABB: 2 AABb: 1 AAbb: 2 AaBB: 4 AaBb: 2

Aabb: 1 aaBB: 2aaBb: 1 aabb.

O método de contagem é trabalhoso e demorado. O número de células

no quadro de cruzamentos é de 2n, sendo n o número de gametas formados.

Quando há dois genes em heterozigose, tem-se um quadro 4x4; para três

genes, um quadro 8x8 e assim por diante, dificultando a contagem dos

diferentes tipos de genótipos.

O método da probabilidade é mais rápido, pois permite obter a

frequência de um genótipo ou fenótipo particular sem a necessidade de

obtenção de todos os outros. Vejamos um cruzamento entre X e Y envolvendo

mais de dois genes para X (AabbCcDd) e Y (AaBbCCdd) e:

A/a: A_ – cotilédone amarelo aa – cotilédone verde

B/b: B_ – semente lisa bb – semente rugosa

C/c: C_ – planta alta cc – planta anã

D/d: D_ – flores axiais dd – flores terminais

Número de gametas formados por X e Y:

A quantidade de gametas diferentes depende do número de genes em

heterozigose e pode ser assim estimada:

Nº de gametas de X: 2n = 23 = 8 (AbCD, AbcD, Abcd, AbCd, abCD,

abcD, abcd, abCd)

Nº de gametas de Y: 22 = 22 = 4 (ABCd, AbCd, aBCd, abcd)

13

Número de genótipos formados na descendência de X e Y:

Como se trata de genes independentes, podemos considerar gene a

gene. Assim temos:

Gene Genitores

Descendência Nº de genótipos

possíveis X Y

A/a Aa Aa 1/4 AA: 2/4 Aa: 1/4 aa 3

B/b bb Bb 1/2 Bb: 1/2 bb 2

C/c Cc CC 1/2 CC: 1/2 Cc 2

D/d Dd Dd 1/2 Dd: 1/2 dd 2

Considerando todas as combinações possíveis, haverá 3 x 2 x 2 x 2 =

24 diferentes genótipos na descendência do cruzamento entre X e Y. A

frequência de cada genótipo pode ser facilmente obtida pelo método da

probabilidade. Assim como na ilustração:

P (AaBbCcDd) = 2/4 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 2/32

P (aabbCcdd) = 1/4 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/32

P (A_B_C_D_) = 3/4 x 1/2 x 1 x 1/2 = 3/16

Número de fenótipos formados na descendência de X e Y:

Como se trata de genes independentes, podemos considerar gene a

gene. Assim temos:

Gene Genitores

Descendência Nº de genótipos

possíveis X Y

A/a Aa Aa 3/4 amarelas: 1/4 verde 2

B/b BB Bb 1/2 lisa: 1/2 rugosa 2

C/c Cc CC 1 plantas altas 1

D/d Dd dd 1/2 flores axiais: 1/2 flores terminais 2

14

Considerando-se todas as combinações possíveis, haverá 2 x 2 x 1 x 2

= 8 diferentes fenótipos na descendência do cruzamento entre X e Y. A

frequência de cada fenótipo pode ser obtida pelo método da probabilidade.

Assim, como ilustração, temos:

P (amarela, rugosa, alta c/ flores terminais) = 3/4 x 1/2 x 1 x 1/2 = 3/16

P (verde, rugosa, anã c/ flores terminais) = 1/4 x 1/2 x 0 x 1/2 = 0

 RELAÇÕES INTRA-ALÉLICAS

Relações intra-alélicas são as interações que se manifestam entre os

alelos de um mesmo gene. Elas determinam a relação fenotípica (relação de

aparência) e, às vezes, a genotípica (relação de pureza), esperadas na

descendência de cruzamentos.

Dominância completa: Ocorre quando um alelo é capaz de suprir

a manifestação do outro em heterozigose, ou seja, o fenótipo do heterozigoto é

igual ao apresentado por um dos homozigotos. Todas as características

estudadas por Mendel apresentam interação alélica de dominância completa.

Vejamos um exemplo em humanos:

P: x

AA (lóbulo da orelha solto) aa (lóbulo da orelha preso)

F1: Aa (100% lóbulo solto)

15

F2

Gametas da F1 A a

A

AA (lob. solto)

Aa (lob. solto)

A

Aa (lob. solto)

aa (lob. preso)

Relação fenotípica: 3/4 lóbulo solto: 1/4 lóbulo preso

Relação genotípica: 1/4 AA: 2/4 Aa: 1/4 aa

Codominância: Ocorre quando ambos os alelos se expressam

integralmente no heterozigoto. Nesta situação as proporções fenotípicas e

genotípicas são as mesmas em F2. Vejamos um exemplo em bovinos da raça

Shorthorn:

P:

x

RR (pelagem vermelha) R’R’ (pelagem branca)

F1: RR’ (100% ruão)

16

F2:

Gametas da F1 R R’

R

RR (vermelho)

RR’ (ruão)

R’

RR’ (ruão)

R’R’ (branco)

Relação fenotípica: 1/4 vermelho: 2/4 ruão: 1/4 branco

Relação genotípica: 1/4 RR: 2/4 RR’: 1/4 R’R’

Ausência de dominância ou dominância incompleta: Ocorre

quando apenas um dos alelos se expressa no heterozigoto. Diferente do que

acontece na dominância completa, o fenótipo produzido no heterozigoto é

intermediário àqueles apresentados pelos homozigotos. Nesta situação as

proporções fenotípicas e genotípicas também são as mesmas em F2. Vejamos

um exemplo na coloração das flores maravilha-bonina Mirabilis jalapa:

P: x

BB (cor vermelha) bb (cor branca)

F1: Bb (100% rosa)

17

F2:

Gametas da F1 B b

B

BB (vermelha)

Bb (rosa)

B

Bb (rosa)

bb (branca)

Relação fenotípica: 1/4 vermelha: 2/4 rosa: 1/4 branca

Relação genotípica: 1/4 BB: 2/4 Bb: 1/4 bb

Genes letais: É todo e qualquer tipo de interação entre alelos de

um mesmo gene, ou de genes diferentes, cuja manifestação fenotípica é a

morte do indivíduo, seja na fase pré ou pós-natal – neste último caso, anterior a

maturidade sexual. Ocorre quando apenas um dos alelos se expressa no

heterozigoto. Como ilustração, temos o gene que determina a pelagem amarela

em camundongos selvagens. Dessa forma:

- AA: pelos de cor preta

- AA’: pelos de cor amarela

- A’A’: letal

P: x

AA’ (amarelo) AA’ (amarelo)

18

Gametas A A’

A

AA (preto)

AA’ (amarelo)

A’

AA’ (amarelo)

A’A’ (letal)

Relação fenotípica: 1/3 preto: 2/3 amarelo

Relação genotípica: 1/3 AA: 2/3 AA’

 RELAÇÕES INTERALÉLICAS (INTERAÇÕES GÊNICAS)

As interações gênicas ocorrem quando dois ou mais genes controlam

um mesmo caráter. Nas discussões anteriores foram considerados dois genes

independentes, cujo cruzamento entre híbridos fornecia a proporção

mendeliana clássica 9:3:3:1. Veremos que as interações gênicas contribuem

para a alteração dessa proporção. Elas podem ser classificadas em:

- Interações gênicas epistáticas e

- Interações gênicas não epistáticas.

Interações gênicas epistáticas: Ocorrem quando dois ou mais

genes determinam a produção de enzimas que catalisam diferentes etapas de

uma mesma via biossintética.

Vias biossintéticas são aquelas em que as enzimas produzidas por

determinados genes atuam provocando o desdobramento de uma substância

X

19

precursora (SP) em substratos intermediários (SI) até dar origem a um produto

final (PF), que, pela ação do meio, resultará na manifestação fenotípica para

aquele caráter. Vejamos:

A B

SP II e1 SI II e2 PF

a b

Como ilustração, consideremos o caráter cor das flores da espécie

Collinsia parviflora, em que são possíveis 3 fenótipos: flores azuis, magenta ou

branca de acordo com a seguinte via:

A B

Incolor magenta azul

Se forem cruzadas plantas branca e magenta veremos:

P: AAbb (branca) x aaBB (magenta)

F1: 100% AaBb (azul) x AaBb (azul)

F2: 9 A_B_ (azul) 9

3 A_bb (magenta) 3

3 aaB_ (branca)

1 aabb (branca) 4

20

Como pode-se observar, a epistasia envolve a supressão gênica

interalélica, ou seja, os alelos de um loco gênico encobrem a expressão de

outro alelo pertencente a outro loco gênico (não-alelo). O fenótipo apresentado

por um indivíduo de genótipo B_ dependerá da ação do gene A/a. Se houver

A_, o fenótipo será azul, pois a enzima produzida pelo alelo B atuará

catalisando a transformação de magenta em azul. Entretanto, se houver aa, a

ação do gene B será suprimida, pois, apesar de produzir a enzima, não haverá

substrato para sua ação catalítica. O mesmo fato ocorre em relação à condição

genotípica bb. Pode-se, portanto, afirmar que a condição aa inibe ou suprime a

ação do loco B/b.

O alelo (ou gene) que mascara a expressão do outro é denominado

epistático e o alelo (ou gene) cuja ação é suprimida, é denominado hipostático.

No exemplo anterior, o alelo a é o epistático e o gene B/b é o hipostático.

Outro exemplo de epistasia na natureza é a via de antocianinas de

campainha, cujo produto final é azul e todos os intermediários incolores.

Vejamos o cruzamento entre duas linhagens homozigotas diferentes de pétalas

brancas:

P: AAbb (branca) x aaBB (branca)

F1: 100% AaBb (azul) x AaBb (azul)

F2: 9 A_B_ (azul) 9

3 A_bb (branca)

3 aaB_ (branca)

1 aabb (branca)

7

21

SAIBA MAIS: OUTROS EXEMPLOS DE INTERAÇÕES EPISTÁTICAS A SABER

Tipos Proporção Espécie Controle gênico

1 - Epistasia dominante 12:3:1 Cebola

V_ = vermelho

vv = amarelo

I_ = inibe a cor

ii = permite a cor

2 - Epistasia recessiva 9:3:4 Cebola

V_ = vermelho

vv = amarelo

C_ = permite a cor

cc = inibe a cor

3 - Interação dominante e

recessiva 13:3 Cebola

I_ = inibe a cor

ii = permite a cor

C_ = permite a cor

cc = inibe a cor

4 - Genes duplos

dominantes (sem efeito

cumulativo)

15:1

Bolsa-de-

pastor

(crucífera)

A_B, A_bb, aaB_ = fruto

triangular

Aabb = fruto oval

5 - Genes duplos

recessivos (sem efeito

cumulativo)

9:7 Trevo

A_B_ = alto teor de

cianeto

A_bb, aaB_ e aabb = baixo

teor

6 - Genes duplos

(dominantes e recessivos)

com efeito cumulativo

9:6:1 Abóbora

A_B_ = achatada

A_bb e aaB_ = esférica

aabb = alongada

22

Observa-se que em todos os exemplos em que se verifica epistasia

entre dois locos gênicos, o número de fenótipos entre os descendentes é

menor que quatro. A proporção 9:3:3:1 se modifica, dando origem a uma

combinação daquela proporção.

Interações gênicas não-epistáticas: diferem das epistáticas pelo

fato dos genes envolvidos produzirem enzimas que atuam em vias

biossintéticas (ou metabólicas) distintas.

A

a

SP1 II e1 S1

Fenótipo

SP2 II e2 S2

b

B

Ao contrário das interações epistáticas, não há supressão gênica

interalélica, mas a mistura dos produtos de cada via metabólica poderá

proporcionar diferentes fenótipos. Podemos considerar o cruzamento a seguir

entre cobras de milharal, a título de ilustração:

23

P: x

AAbb (pigmento da pele cor laranja) aaBB (pigmento da pele cor preta)

F1: 100% AaBb (camuflada)

F2:

9 A_B_ (camuflada) : 3 A_bb (laranja) : 3 aaB_ (preta) : 1 aabb (albina)

Nas interações não-epistáticas, a proporção 9:3:3:1 pode ser mantida,

entretanto essa relação fenotípica distingue-se da proporção mendeliana

clássica, pois nesse caso têm-se dois genes, mas apenas um caráter em

questão.

 HEREDOGRAMAS

Especialmente para aquelas espécies cuja descendência não é

numerosa, e a geração é mais longa, o controle genético de um caráter pode

ser realizado por meio do estudo da genealogia. Na elaboração da genealogia,

também denominada pedigree, heredograma ou árvore genealógica,

normalmente são utilizados os símbolos apresentados a seguir (Figura 1.8).

24

Figura 1.8: Símbolos comumente utilizados em heredogramas

(http://www.sobiologia.com.br/figuras/Genetica/heredograma.gif)

Na Figura 1.9, é mostrado um exemplo de genealogia de uma família

com ocorrência de pessoas com fenilcetonúria. Observando o heredograma, é

fácil inferir que o caráter é controlado por um gene e que o alelo recessivo

confere a doença. Veja que os indivíduos da 3ª geração só podem apresentar a

doença porque seus pais são heterozigóticos.

Figura 1.9: Heredograma de uma família com ocorrência de fenilcetonúria (http://geneticaluliotti.pbworks.com/f/hered1.jpg ).

25

 PROBABILIDADE

A probabilidade de um evento é a razão entre o número de casos

favoráveis à sua realização e o número total de casos possíveis.

Em humanos, o sexo masculino possui os cromossomos sexuais X e Y

e o sexo feminino os cromossomos XX. Portanto, durante a formação dos

gametas nos homens são produzidos dois tipos de gametas, um contendo o

cromossomo X e o outro Y; já a mulher produz apenas gametas com o

cromossomo X. Sendo assim, quem determina o sexo do descendente é o

macho. Como a proporção dos gametas masculinos contendo o cromossomo X

é de 50% e contendo Y também é 50%, é fácil entender que a probabilidade de

que qualquer descendente seja fêmea ou macho é 1/2.

Os conceitos a serem apresentados a seguir terão como base uma

anomalia que acomete seres humanos, denominada fenilcetonúria, uma

doença condicionada por um gene recessivo aa. Consideremos um casal

normal, que possui dois filhos: um normal e outro com fenilcetonúria. É

evidente, portanto, que os pais são heterozigóticos (Aa), sendo A o gene que

condiciona o fenótipo normal.

Consideremos que há interesse por parte do casal em saber a

probabilidade de o terceiro filho ser normal. Um casal de heterozigotos pode ter

quatro filhos distintos, quando se considera o genótipo: o homozigoto AA, o

heterozigoto com o gene recessivo vindo do pai (e, consequentemente, o

dominante recebido da mãe), o heterozigoto com o gene recessivo vindo da

mãe e o homozigoto aa. Portanto, dos quatro eventos possíveis, três deles

satisfaz a condição de fenótipo normal A_. Logo:

P(terceiro filho ser normal) = 3/4

26

Da mesma forma, pode-se calcular a probabilidade de o filho normal do

casal ser homozigoto. Se a criança nasceu normal, ele pode ser homozigoto

AA ou heterozigoto com gene recessivo de origem paterna ou heterozigoto com

o gene recessivo de origem materna. Ou seja, observamos uma opção

favorável e três possíveis. Assim:

P(filho normal ser homozigoto) = 1/3

Na maior parte das vezes não estamos interessados em apenas uma

característica queremos saber a probabilidade de ocorrência de dois ou mais

eventos, para tanto vejamos algumas leis de probabilidade:

Probabilidade de dois ou mais eventos:

a) Quando os eventos são independentes: dois eventos são

independentes quando a probabilidade de ocorrer B não é condicional à

ocorrência de A. A expressão que define a probabilidade de ocorrerem

simultaneamente ou em sequência dos eventos é o produto de suas

probabilidades.

P(A e B) = P(A) x P(B)

Exemplo: A probabilidade do terceiro filho do casal nascer menino e ter

fenilcetonúria, é:

P(menino e fenilcetonúria) = P(menino) . P(fenilcetonúria) = (1/2) x (1/4)

= 1/8

P(menina e normal) = P(menina) . P(normal) = (1/2) x (3/4) = 3/8

b) Quando os eventos são mutuamente exclusivos: eventos

mutuamente exclusivos são aqueles cuja ocorrência de um elimina a

27

possibilidade de ocorrência do outro. Nesse caso, a probabilidade de

ocorrência de um ou outro evento é expressa por pela soma das

probabilidades:

P(A ou B) = P(A) + P(B)

Exemplo: A probabilidade de nascer um menino com fenilcetonúria ou

uma menina normal:

P(A) = P(menino com fenilcetonúria) = 1/8

P(B) = P(menina normal) = 3/8

P(A ou B) = P(A) + P(B) = 1/8 + 3/8 = 1/4

Distribuição multinomial: Além de conhecer a probabilidade de

que um determinado evento ocorra, há necessidade, na maioria dos casos, de

se identificar a probabilidade de que determinadas combinações de eventos

possam ocorrer.

A distribuição multinomial poderá ser empregada na determinação da

probabilidade quando, no evento especificado, se deseja calcular a

probabilidade de um acontecimento composto estabelecido por vários eventos.

Nesse caso, os eventos que constituem o acontecimento devem ser

independentes e a ordem dos eventos não importar.

Para exemplificar, suponhamos que o casal de heterozigotos,

portadores do gene que determina fenilcetonúria, pretende ter cinco filhos. A

probabilidade de nascerem três meninos normais e duas meninas com

fenilcetonúria pode ser estimada a partir do termo geral expresso por:

em que:

ni = número de ocorrências do evento i

N = número total de ocorrências

pi = probabilidade de ocorrência do evento i

28

Utilizando o termo geral apresentado acima temos:

N = 5 eventos ou nascimentos

n1 = 3; p1 = p(meninos normais) = 1/2 x 3/4 = 3/8

n2 = 2; p2 = p(meninas com fenilcetonúria) = 1/2 x 1/4 = 1/8

Assim:

 TESTES DE PROPORÇÕES GENÉTICAS

Em genética, assim como em muitas outras ciências, os resultados

numéricos observados em um experimento são frequentemente comparados

com aqueles esperados com base em alguma hipótese.

Entre os testes de avaliação de hipóteses genéticas, o teste de qui

quadrado (²) tem se mostrado bastante útil e eficiente, pois leva em

consideração os desvios ocorridos entre valores previstos e observados e é

sensível ao tamanho da amostra.

Teste de hipótese:

Uma vez determinada a hipótese genética a ser testada H0, o primeiro

passo é decidir qual o valor da probabilidade que desejamos encontrar para

indicar se os desvios observados em relação ao esperado são devidos ao

acaso ou não. Normalmente, é escolhido o nível de significância de 0,05 ou

5%, isto ajuda a minimizar a chance de aceitar uma hipótese errada sem,

contudo, aumentar a probabilidade de rejeitar a hipótese correta.

O segundo passo para a realização do teste de hipótese é obter duas

estatísticas denominadas ² calculado e ² tabelado. O ² calculado é obtido a

partir dos dados experimentais, levando-se em conta os valores observados e

aqueles que seriam esperados dentro da hipótese genética formulada. O ²

29

tabelado depende dos graus de liberdade (na maioria das vezes, é igual ao

número de classes fenotípicas menos 1) e do nível de significância adotado. A

tomada de decisão é feita comparando-se o valor do ² calculado com base

nos resultados observados com o valor do ² apresentado na Tabela 1. As

seguintes decisões devem ser tomadas:

Se ² calc  ² tab => Rejeita-se Ho

Se ² calc < ² tab => Não se rejeita Ho

O valor do qui-quadrado a ser comparado com o tabelado pode ser

calculado por meio da expressão:

Tabela 1.1: Valores de ² de acordo com o grau de liberdade (G.L) e probabilidade

G.L. 0,99 0,95 0,80 0,50 0,20 0,05

1 0,0001 0,004 0,06 0,46 1,64 3,84

2 0,02 0,10 0,45 1,39 3,22 6,00

3 0,11 0,35 1,00 2,34 4,64 7,81

4 0,29 0,71 1,65 3,36 5,99 9,49

Aplicação:

Vejamos o cruzamento entre linhagens de plantas de Trevo com alto e

baixo teor de cianeto:

P: Alto teor de cianeto x Baixo teor de cianeto

F1: 100% Alto teor de cianeto

F2: 120 Alto teor de cianeto: 80 baixo teor de cianeto

30

Podemos afirmar que a característica é determinada por gene com

dominância completa? Se isso for verdade esperamos observar na F2 do

cruzamento acima a proporção 3:1.

Para testar essa hipótese precisamos recorrer ao teste de ².

1º Passo: determinar a hipótese a ser testada:

H0: A proporção observada em F2 é igual a 3:1

Ha: A proporção observada em F2 não é igual a 3:1

2º Passo: calcular o valor do ²calc

²calc =

3º Passo: comparar ²calc com ²tab, neste estudo o ²tab ao nível de 5% de

probabilidade de 1 grau de liberdade é: 3,81.

Então ²calc é maior que o ²tab, ou seja, a hipótese H0 deve ser

rejeitada.

4º Passo: Conclusão – se H0 foi rejeitada é porque o caráter em estudo não

é determinado por um gene com dominância completa.

Fenótipo/ Classes Observado Esperado (O-E) (O-E)2

Alto teor de cianeto 120 3/4 = 150 (120-150) = -30 900

Baixo teor de cianeto 80 1/4 = 50 (80-50) = 30 900

Total 200

Uma vez rejeitada a hipótese de herança determinada por um gene

com dominância completa, vejamos então se a característica em estudo é

determinada por dois genes com interação gênica do tipo epistática 9:7.

31

1º Passo: determinar a hipótese a ser testada:

H0: A proporção observada em F2 é igual a 9:7

Ha: A proporção observada em F2 não é igual a 9:7

2º Passo: calcular o valor do ²calc

²calc =

3º Passo: comparar ²calc com ²tab, neste estudo o ²tab ao nível de 5 % de

probabilidade de 1 grau de liberdade é: 3,81.

Então ²calc é menor que o ²tab, ou seja, a hipótese H0 não deve ser

rejeitada.

4º Passo: Conclusão – se H0 não foi rejeitada é porque o caráter em estudo é

determinado por dois gene com interação gênica epistática 9:7.

Fenótipo/ Classes Observado Esperado (O-E) (O-E)2

Alto teor de cianeto 120 9/16 = 112.5 7,5 56,25

Baixo teor de

cianeto 80 7/16 = 87.5 -7,5 56,25

Total 200

O teste de qui-quadrado também pode ser empregado na avaliação da

independência entre dois genes que determinam caracteres diferentes como

será visto na Unidade 3.

32

 LEITURA COMPLEMENTAR

NOVELLI, Lucca. Mendel e a Invasão dos Transgênicos. Editora Ciranda

Cultura. 2009. 112p.

MENDEL, Gregor. Experiments in plant hybridization. Journal of the Royal

Horticultural Society. p. 3-47, 1866.

 ATIVIDADE COMPLEMENTAR

Peça aos familiares para testar suas habilidades quanto a capacidade de

enrolar a língua. Com as informações, construa o heredograma e conclua

quanto ao padrão de herança desta característica e os prováveis genótipos de

cada um dos seus familiares.

 PARA APRENDER MAIS

Acesse a página da Universidade Federal de Viçosa e baixe gratuitamente o

Programa GBOL - Genética Básica Online http://www.ufv.br/dbg/gbol/gbol.htm,

com ele você poderá realizar diversas atividades e conhecer mais sobre a

genética moderna.

http://www.odnavaiaescola.com.br/dna/index.menu1.htm

RESUMO

 Mendel descreveu as duas leis básicas da herança usando

cruzamentos de ervilhas. A primeira, a lei da segregação, diz que as

características são determinadas por pares de fatores e esses se separam

durante a formação dos gametas. A segunda, a lei da segregação

independente, diz que os modos de herança de duas características são

independentes, sabe-se hoje que isso só é possível se ambas as

características forem determinadas por genes localizados em cromossomos

diferentes.

 Após a redescoberta dos trabalhos de Mendel, muitos pesquisadores

33

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

1. O nanismo é herdado como caráter monogênico simples. Dois anões têm um

filho anão e um filho normal. a) O nanismo é? b) Qual é a probabilidade de um

próximo filho ser normal? E de ser anão? Dominante; 1/4; 3/4

2. Considere o cruzamento AaBbCcDdEe x aaBbccDdee. Que proporção da

prole se assemelhará, no genótipo, com o primeiro genitor, o segundo genitor,

e qualquer um deles? 1/32; 1/32; 1/16

3. A audição normal depende da presença de pelo menos um alelo dominante

de cada um dos genes D e E. Se você examinasse a prole coletiva de um

grande número de casamentos DdEe X DdEe, que proporção fenotípica

esperaria encontrar? 15:1

4. O cruzamento Aabb X AaBb irá produzir 8 descendentes. Qual a

probabilidade de ocorrerem 2AABb e 6Aabb? 0,01%

investigaram o modo de herança de diversas características nas diferentes

espécies e observaram que além da dominância completa existiam outros

modos de interação intra-alélica e que algumas características eram

determinadas por mais de um gene.

 Um heredograma é um diagrama que mostra as relações familiares e

os padrões de herança de características particulares.

 A probabilidade de ocorrência simultânea de dois ou mais eventos

geneticamente independentes é igual ao produto das probabilidades de que

cada evento ocorra sozinho. Este e outros princípios estatísticos são úteis

no cálculo do risco de que algumas pessoas irão herdar um genótipo em

particular.

34

5. Observe o heredograma e reponda:

a) A doença é determinada por um alelo recessivo ou dominante? Dominante

b) Quais os indivíduos seguramente homozigotos do heredograma? Todos os

normais

c) Qual a probabilidade de numa segunda gravidez o casal (III-4 e III-5) dar a

luz a uma criança normal? 1/4

6. Em uma determinada espécie vegetal, a cor da flor e a largura das folhas

são características de herança monogênica. As flores vermelhas são

determinadas por gene dominante. As plantas de folha larga e as de folha

estreita são homozigotas, enquanto as de folha de largura intermediária são

heterozigotas. Com base nos resultados abaixo analise se os dois genes têm

distribuição independente.

P: planta de folha larga e flor branca x planta de folha estreita e flor vermelha

F1: 100% de plantas de folha de largura intermediária e flor vermelha

F2: 87 plantas de folha larga e flor vermelha

369 plantas de folha larga e flor branca

830 plantas de folha de largura intermediária e flor vermelha

82 plantas de folha de largura intermediária e flor branca

451 plantas de folha estreita e flor vermelha

5 plantas de folha estreita e flor branca

35

Unidade 2: Base cromossômica da herança

 ORGANIZAÇÃO CELULAR

 COMO A TEORIA CROMOSSOMICA TOMOU FORMA?

 CICLO CELULAR

 GAMETOGÊNESE ANIMAL E VEGETAL

 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS

 RESUMO

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

Após a redescoberta dos trabalhos de Mendel em 1900, despertou-se o

interesse em saber onde os fatores mendelianos estavam situados na célula.

Um lugar óbvio para procurar era nos gametas, pois eles são o único elo entre

as gerações. Embora não tivessem o mesmo tamanho, considerou-se que

ovócitos e espermatozoides contribuíam igualmente para a genética da prole.

Como o ovócito tem uma quantidade de citoplasma muito maior que o

espermatozoide, era pouco provável que o material genético estivesse no

citoplasma. Já os núcleos do ovócito e do espermatozoide eram

aproximadamente do mesmo tamanho, de modo que os núcleos foram

considerados bons candidatos a abrigar o material genético. Outra pergunta

que surgiu foi: “Qual o modo preciso pelo qual são obtidas as segregações e

distribuição independente em nível celular?” A resposta a esses

questionamento foi dada a partir da observação do comportamento de

estruturas presentes no núcleo, os cromossomos, durante todo o ciclo celular.

Alterações nos cromossomos ou na maquinaria da célula durante o ciclo celular

podem levar a alterações drásticas nas características dos indivíduos. Essas

podem acontecer tanto em nível numérico e estrutural e merecem a atenção

dos estudiosos. Para tanto, os objetivos desta unidade são: (i) Apresentar as

36

bases cromossômicas da hereditariedade, relacionando-as com a 1ª e 2ª Leis

de Mendel; (ii) Diferenciar os processos de divisão celular nos animais e

vegetais, cada qual de acordo com sua função e o tipo celular em que ocorre e

(iii) Abordar os tipos de alterações numéricas e estruturais nos cromossomos,

bem como suas causas e consequências.

 ORGANIZAÇÃO CELULAR

Antes de iniciarmos a discussão a cerca da base cromossômica da

herança vamos rever alguns conceitos e estruturas importantes na

compartimentalização das células.

A célula é a unidade fundamental dos seres vivos desde os mais

simples como as bactérias até os mais complexos, como os seres humanos e

as plantas. São delimitadas por uma membrana plasmática cuja região interna

está em contato com o citoplasma. No citoplasma encontram-se diversas

estruturas subcelulares (organelas) que desenvolvem funções distintas, que no

total determinam as características de vida associada à célula.

Todas as células possuem material genético, no entanto, a forma de

organização varia em função da complexidade do organismo. Nos procariontes

(eubactérias e arqueobactérias) o material genético encontra-se em contato

com o citoplasma numa região denominada nucleoplasma ou nucleóide. Já nos

organismos superiores – os eucariontes – o material genético encontra-se

numa região diferenciada, o núcleo. Este for sua vez é esférico e pode ser

observado ao microscópio óptico, quando a célula é tratada com corantes

básicos, graças ao caráter ácido da cromatina presente em seu interior.

A cromatina é constituída principalmente de DNA (Ácido

desoxirribonucleico) e proteínas. A molécula de DNA é uma hélice dupla

helicoidal conforme veremos na Unidade 5. A parte proteica, que se encontra

37

complexada com a molécula de DNA em cada cromossomo eucarioto, é

representada, principalmente, pelas proteínas histonas. Cinco diferentes tipos

de histonas estão envolvidos na estruturação da cromatina: H1, H2a, H2b, H3 e

H4.

Compactação da cromatina: é sabido que o comprimento da

molécula de DNA pode ser até mais de 100 mil vezes maior que o diâmetro do

núcleo, o que implica na necessidade de compactação desse DNA para que o

mesmo possa ser acomodado dentro do próprio núcleo celular.

O primeiro grau de compactação é uma estrutura denominada

nucleossomo, que atinge 11 nm de espessura. Cada nucleossomo é formado

por um octâmero de histonas (2H2a, 2H2b, 2H3 e 2H4) envolto por 146 pares de

bases de DNA. Entre dois nucleossomas vizinhos, existe um segmento de DNA

de cerca de 54 pares de base ao qual se associa a uma molécula de histona

H1, com a função provável de estabilizar e aproximar dois nucleossomas.

Um segundo nível de compactação é alcançado quando a fita de 11nm

assume uma estrutura em ziguezague, chamada de solenoide. Em

consequência, forma-se uma fita com diâmetro de 30nm e que pode ser

observada ao microscópio em determinado momento do ciclo celular (Figura

2.1).

Os solenoides dobram-se, formando alças, que são estabilizadas por

proteínas não histonas, resultando nas fibras cromossômicas, com 300nm de

espessura. O próximo grau de compactação é a formação dos loops ou

domínios, que atingem 700nm de espessura. O grau máximo de compactação

é atingido durante a fase de metáfase do ciclo celular, quando a cromatina

apresenta cerca 1400nm de diâmetro passando a ser denominada de

cromossomo.

38

Figura 2.1: Diferentes níveis de compactação do DNA (http://1.bp.blogspot.com/- jpTClGGnACg/T1Q8ExpzMeI/AAA AAAAAAWM/ZCO6PF9nGYY/s64 0/compactacao+dna.png)

Cromossomos: São filamentos de cromatina condensada a

proteínas existentes no núcleo de todas as células. Nos eucariotos, são

lineares e existem em número variável de acordo com a espécie enquanto nos

procariontes é único (na maioria dos organismos) e circular.

Os cromossomos apresentam as seguintes propriedades:

- São capazes de autoduplicarem durante as divisões celulares,

conservando suas propriedades morfológicas e fisiológicas;

- Permanecem no núcleo, mesmo em condições de inanição;

- Se apresentam aos pares na maior parte dos organismos que se

reproduzem de forma sexuada, ou seja, cada cromossomo tem seu homólogo.

Quanto à morfologia destacamos a presença de:

- Centrômero: é o centro de movimento dos cromossomos durante a

divisão celular. Constitui-se numa constrição primária que divide o cromossomo

em dois braços.

- Telômero: é a porção terminal o cromossomo.

39

- Cromátides: é o resultado da divisão longitudinal da cromatina

durante a divisão celular. Ambas as cromátides apresentam a mesma

informação genética.

Os cromossomos são classificados de acordo com a posição relativa

do centrômero em (Figura 2.2):

- Metacêntrico: centrômero mediano, os dois braços têm

aproximadamente a mesma medida;

- Submetacêntrico: centrômero um pouco deslocado da porção

mediana do cromossomo;

- Acrocêntrico: centrômero próximo a um dos extremos do

cromossomo;

- Telocêntrico: centrômero estritamente terminal, o cromossomo tem

um único braço.

Figura 2.2: Classificação dos cromossomos quanto à posição do centrômero. A: metacêntrico; B: submetacêntrico; C: acrocêntrico e D: telocêntrico. Adaptado de http://thinkbio.files.wordpress.com/2012/01/f8- 51.jpg

Cromátides

40

Como comentado anteriormente os cromossomos se apresentam aos

pares na maior parte das vezes. Os pares de cromossomos homólogos, além

de terem o mesmo tamanho e manterem a mesma posição relativa do

centrômero, apresentam genes controladores dos mesmos caracteres. A

origem é estabelecida na célula ovo ou zigoto, de forma que um cromossomo é

herdado do genitor paterno, e seu homólogo, do genitor materno.

 COMO A TEORIA CROMOSSÔMICA TOMOU FORMA?

Após a redescoberta dos trabalhos de Mendel em 1900, o interesse em

saber onde as estruturas hereditárias ou fatores mendelianos estavam situados

foi despertado. Outra pergunta que surgiu foi: “Qual o modo preciso pelo qual

são obtidas as segregação e distribuição independente em nível celular?”

Nos núcleos, os componentes mais proeminentes eram os

cromossomos que possuem características únicas que os distinguem de todas

as outras estruturas celulares. Uma propriedade intrigante é a constância do

número de cromossomos célula a célula dentro de um organismo multicelular,

e de geração a geração dentro da espécie.

Surgiu então a questão: como é mantido o número cromossômico?

A reposta a essa pergunta foi dada observando ao microscópio o

comportamento dos cromossomos durante o ciclo celular e destas observações

pode-se formular a hipótese de que os cromossomos são as estruturas que

contém os fatores mendelianos ou os genes, como são conhecidos hoje.

 CICLO CELULAR

O ciclo celular pode ser dividido em dois momentos: a intérfase e a

divisão celular (Figura 2.3).

41

A intérfase é o momento que antecede a divisão celular, em que ocorre

uma sequência de eventos entre o final de uma divisão e o início de outra. O

período interfásico pode ser compreendido em três intervalos; a duração de

cada um desses períodos varia de espécie para espécie, de órgão para órgão

e mesmo entre as células de um órgão.

o Período G1 – período de intensa atividade metabólica, a célula

aumenta de tamanho.

o Período S – período de síntese, no qual ocorre a replicação do

DNA de cada cromossomo, consequentemente, duplicação dos

mesmos, de forma que cada cromossomo passa a ter duas

cromátides irmãs. Essas cromátides partilham de um centrômero

comum e apresentam evidentemente a mesma informação genética.

o Período G2 – a célula continua a preparar-se para a divisão,

aumentando a síntese

proteica, armazenando

energia e sintetizando os

componentes do fuso

acromático.

A divisão celular propriamente dita pode ocorrer de duas formas: por

mitose ou meiose, vejamos:

Figura 2.3: Ciclo celular de uma célula somática (http://www.turmadomario.com.br/cms/images/ biologia/ciclocelular.jpg ).

42

Mitose: é a divisão celular associada à divisão das células

somáticas, células do corpo dos eucariontes. Didaticamente pode ser dividida

em quatro fases:

o Prófase – Já duplicadas as cromátides, essas se condensam o

que nos permite visualizá-las ao microscópio. Elas mantêm-se unidas

pelo centrômero, o qual se liga às fibras do fuso acromático. Há a

desintegração do envoltório nuclear e os centríolos migram para os

polos da célula;

o Metáfase – Presença dos cromossomos duplicados no plano

equatorial da célula, os quais atingem a sua máxima condensação;

o Anáfase – Ocorre a separação das cromátides irmãs. Elas migram

para polos opostos na célula. Cada unidade tem agora o seu próprio

centrômero;

o Telófase – descondensação dos cromossomos e reorganização

do envoltório nuclear. A citocinese (separação do citoplasma) ocorre e

formam-se os produtos finais da mitose.

Ao final desse processo cada célula filha herdou uma cromátide irmã

de cada cromossomo parental. Assim, este tipo de divisão produz duas células

geneticamente idênticas a partir de uma célula genitora e por isso é dito

conservativo (Figura 2.4).

A mitose é o processo celular que permite a manutenção do número

cromossômico e da informação em todas as células de um mesmo organismo

multicelular.

Meiose: é a divisão celular associada ao processo de formação

dos gametas. Ocorre nas células germinativas e compreende duas divisões

nucleares sucessivas chamadas de meiose I e meiose II (Figura 2.4).

43

Antes do início da meiose ocorre a duplicação dos cromossomos na

interfase (fase S), assim como na mitose. Tão logo se inicia a meiose I, os

cromossomos tem início à condensação e tornam-se visíveis ainda na fase de

prófase I que pode ser subdividida em:

o Prófase I:

 Leptóteno - É a fase inicial da prófase da primeira divisão

meiótica. Os cromossomos aparecem unifilamentares (apesar de

a replicação já ter ocorrido), e as cromátides são invisíveis. A

invisibilidade das cromátides permanece até a subfase de

paquíteno.

 Zigóteno - Durante este estágio, cada cromossomo parece atrair o

outro para um contato íntimo, à semelhança de um zíper. Esse

pareamento, denominado sinapse, é altamente específico e

ocorre entre todas as seções homólogas dos pares de

cromossomos homólogos.

 Paquíteno – Ocorre progressivo encurtamento e enrolamento dos

cromossomos, após o pareamento no zigóteno ter sido

completado. No paquíteno, as duas cromátides irmãs de um

cromossomo homólogo estão associadas às duas cromátides

irmãs de seus homólogos. Esse grupo de 4 cromátides é

conhecido como bivalente ou tétrades, e uma série de troca de

material genético ocorre entre cromátides não-irmãs de

homólogos (Crossing-over)

 Diplóteno - Cada cromossomo age como se repelisse o

pareamento íntimo estabelecido entre os homólogos,

especialmente próximo ao centrômero. Talvez isso ocorra devido

ao desaparecimento da força de atração existente no paquíteno

ou devido a uma nova força de repulsão que se manifesta. A

44

separação é impedida em algumas regiões, em lugares onde os

filamentos se cruzam. Essas regiões, ou pontos de intercâmbios

genéticos, são conhecidos por quiasmas.

 Diacinese - A espiralização e contração dos cromossomos

continuam até eles se apresentarem como corpúsculos grossos e

compactos. Durante a fase final desse estágio ou início da

metáfase I, a membrana nuclear dissolve e os bivalentes

acoplam-se, através de seus centrômeros, às fibras do fuso

acromático.

o Metáfase I: Os cromossomos homólogos do bivalente ficam

equidistantes do equador da célula, orientados para os polos opostos e presos

às fibras do fuso, por meio de seus centrômeros. É importante frisar que os

bivalentes orientam-se aleatoriamente sobre a placa equatorial, tornando-se

assim o acontecimento fundamental para a distribuição independente dos

genes situados nos cromossomos não homólogos. Está é, portanto, a base da

lei da distribuição independente ou 2ª Lei de Mendel.

o Anáfase I: Ocorre a segregação dos cromossomos homólogos

para polos opostos, mas não há rompimento dos centrômeros. Nesse caso há

movimento de cromossomos inteiros para polos opostos e, consequentemente,

cada núcleo filho a ser formado receberá um número de cromossomos

reduzido à metade do número de cromossomos das células somáticas

originais.

o Telófase I: Esta fase difere da telófase mitótica, porque o número

de cromossomos está reduzido à metade e cada cromossomo possui duas

cromátides. Ocorre a desespiralização dos cromossomos. Os núcleos não

chegam ao repouso total, pois logo após começam a se preparar para a

segunda divisão meiótica. Variando de acordo com o organismo, a citocinese

45

(divisão do citoplasma) pode ou não ocorrer imediatamente após a separação

dos dois núcleos.

 Meiose II – em geral, a segunda divisão meiótica se assemelha à

mitose, apenas diferindo quanto ao número de cromossomos, que já foi

reduzido à metade. Também pode ser mais bem compreendida em subfases

O Prófase II: É muito mais simples que a prófase I, pois os

cromossomos não passam por profundas modificações na intercinese. Ocorre

o desaparecimento da membrana nuclear; formação do fuso acromático e

movimentação dos cromossomos duplicados para a placa equatorial.

o Metáfase II: Os cromossomos, agora em número reduzido a

metade, alinham-se na placa equatorial da célula.

o Anáfase II: Os centrômeros se dividem, permitindo a separação

das cromátides irmãs, que migram para os polos opostos. Essas cromátides

poderão carregar informação genética diferente, caso tenha ocorrido permuta

durante a prófase I (paquíteno).

O Telófase II: Os cromossomos atingem os polos, se aglomeram, e

as novas células são reconstituídas. Após a citocinese, forma-se um grupo de 4

células haploides, ou seja, metade do número cromossômico da célula mãe.

Os créditos pela teoria cromossômica da hereditariedade são dados a

Sutton e Boveri. Em 1902, estes pesquisadores reconheceram

independentemente que o comportamento dos fatores mendelianos durante a

produção de gametas era exatamente paralelo ao comportamento dos

cromossomos na meiose: os fatores (ou genes) estão aos pares, assim como

os cromossomos; os alelos de um gene segregam igualmente nos gametas e

assim os membros de um par de cromossomos homólogos; diferentes genes

atuam independentemente, e assim os diferentes pares de homólogos.

46

Figura 2.4: Ciclo celular e herança. São mostrados a fase S e os principais estágios da mitose e meiose (GRIFFITHS, A. J. F. et al., 2009).

47

 GAMETOGÊNESE ANIMAL E VEGETAL

A grande maioria dos organismos superiores se reproduz por via

sexuada, que consiste de dois acontecimentos principais, a gametogênese e a

fertilização.

Em animais do sexo masculino, a gametogênese é chamada

espermatogênese porque os gametas formados são os espermatozoides. No

caso feminino, ocorre a ovogênese a qual culmina com a formação do óvulo.

Em vegetais, a formação dos gametas masculinos é conhecida por

microsporogênese, enquanto que os gametas femininos são produzidos pela

megasporogênese.

Espermatogênese: Ocorre em células da parede dos túbulos

seminíferos localizados nos testículos. As células que entram em meiose são

denominadas espermatogônias. Ao entrar em meiose são chamadas de

espermatócitos primários (Figura 2.5).

Os produtos da primeira divisão da meiose são os espermatócitos

secundários. Os quatro produtos meióticos formados ao final da meiose II são

as espermátides. Estas células são os gametas masculinos.

A formação dos espermatozóides ocorre pela diferenciação das

espermátides, em um processo denominado espermiogênese. Ao longo desse

processo ocorre acentuada redução no volume citoplasmático da espermátide

e formação do flagelo, o qual garante a mobilidade necessária ao

espermatozoide no fenômeno de fecundação.

Na espécie humana o processo de espermiogênese dura em média 74

horas e só se encerra com a morte.

48

Ovogênese: Ocorre em células do ovário. As células que entram

em meiose são as oogônias ou ovogônias. Ao entrarem em meiose essas

células são chamadas oócitos primários (Figura 2.5).

Ao nascerem, as meninas têm todos os oócitos primários em estágio

de prófase I. Durante a fase reprodutiva, um oócito primário reinicia a primeira

divisão da meiose, como resultado da meiose I, tem-se uma célula filha

denominada oócito secundário que recebe praticamente todo o volume celular.

E uma segunda célula denominada corpúsculo polar primário. O oócito

secundário só continua a meiose II se for penetrado pelo espermatozoide

durante seu deslocamento do ovário em direção ao útero.

A penetração do espermatozoide no oócito secundário garante a

continuação da meiose II. Contudo, não há fusão imediata dos núcleos, pois os

cromossomos do oócito secundário ainda estão duplicados. É preciso,

portanto, ocorrer a separação das cromátides irmãs. Após a divisão do núcleo

do oócito secundário, ocorre outra citocinese desigual, gerando o óvulo, o qual

recebe praticamente todo volume celular, e surge um segundo corpúsculo

polar. A segunda divisão do primeiro corpúsculo pode ocorrer ou não. Caso

ocorra, termos dois corpúsculos polares secundários.

Por fim, ocorre então a fusão dos núcleos do óvulo e do

espermatozoide, processo conhecido como fertilização, gera a célula ovo ou

zigoto restaurando o número cromossômico da espécie.

49

Figura 2.5: Gametogênese animal (adaptado de SILVA JÚNIOR, C. et al., 2011)

Microsporogênese: é o processo de formação de esporos

masculinos (micrósporos). Este processo ocorre em células das paredes das

anteras, denominadas célula-mãe de grão de pólen (2n). Ao final da meiose

são formados 4 micrósporos (n). Estas células não são gametas, pois não se

envolvem na fertilização (Figura 2.6).

O ciclo de vida das angiospermas é dividido em duas fases: A fase

esporofítica é a fase de produção de esporos. Cada micrósporo formado entra

na fase seguinte. Durante a fase gametofítica, o núcleo do micrósporo entra em

mitose, gerando um núcleo vegetativo (n) e um reprodutivo (n).

O núcleo vegetativo não mais se divide e é responsável pela formação

do tubo polínico. Já o núcleo reprodutivo entra em mitose novamente,

originando dois gametas masculinos presentes em cada grão de pólen,

denominados núcleos gaméticos.

Fecundação

Fertilização/

Cariogamia

50

De forma semelhante ao que acontece nos animais superiores para

cada célula-mãe que entra em meiose, quatro gametófitos masculinos são

produzidos.

Megasporogênese: é o processo de formação de esporos

femininos (megásporos). As células do ovário que entram em meiose são

denominadas células-mãe de megásporo (2n). Ao final da meiose são

formados um megásporo funcional (n) que passará pela fase gametofítica e

três células que se degeneram (Figura 2.6).

No início da fase gametofítica, o núcleo do megásporo se divide por

mitose três vezes consecutivas, originando oito núcleos, todos com a mesma

informação genética, destes as três antípodas e as duas sinérgides se

degeneram, permanecendo no gametófito feminino maduro apenas dois

núcleos polares e o gameta feminino, a oosfera. Portanto, para cada célula do

ovário que entra em meiose apenas um gameta feminino é formado.

Após a penetração do tubo polínico no saco embrionário, o que

corresponde ao processo de fecundação, ocorre dupla fertilização. Um dos

núcleos gaméticos masculinos se une com os dois núcleos polares, originando

o núcleo inicial do endosperma (3n). A segunda fertilização corresponde à

união entre o outro núcleo gamético e a oosfera, originando o núcleo inicial do

embrião (2n).

Como podemos perceber a mitose e a meiose são os mecanismos

celulares que permitem a manutenção do número cromossômico em todas as

células dos organismos superiores e em todos os indivíduos de uma mesma

espécie, respectivamente. No entanto, como todo processo celular, é passível

de erros, mesmo que em baixa frequência. A seguir serão tratadas causas e

consequências dessas alterações em nível cromossômico.

51

FIGURA 2.6: Gametogênese em plantas, adaptação de (RAVEN, P. H. et al.,2007)

 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS

Alterações cromossômicas levam à anormalidade no funcionamento da

célula e do organismo. São resultados das alterações em número ou posição

dos genes. Para melhor compreensão define-se: Número básico (x) - é o

número de diferentes cromossomos de uma espécie e Número haploide de

cromossomos (n) - é o número de cromossomos nos gametas de uma espécie.

Ex: milho (2x = 2n = 20).

52

Alterações quantitativa ou numéricas: Os indivíduos de uma

espécie com número diferente de cromossomos, comum à espécie são

chamados heteroploides e são classificados em dois grandes grupos:

aneuploides e euploides.

a.1) Nulissômico

a.2) Monossômico

A) Aneuplóides a.3) Trissômico

a.4) Tetrassômico

a.5) Monossômico-trissômico

Heteroplóide a.6) Duplo trissômico

b.1) Monoplóide

B) Euplóides Autopoliplóide

b.2) Poliplóide Alopoliplóide

A) Aneuplóides: número de cromossomos nas células somáticas não é

múltiplo do número básico (x) da espécie. Vejamos alguns exemplos:

Classificação/ Definição Representação Exemplo

Nulissômico - possui um par de

cromossomos homólogos ausente. 2n = 2x-2 Condição letal nos diploides

Monossômico - possui um

cromossomo a menos 2n = 2x -1

Mulheres portadoras da Síndrome

de Turner (2n = 44A + X)

Trissômico - possui um cromossomo

presente três vezes 2n = 2x + 1

Trissomia do 21 (Síndrome de

Down) e a Síndrome de Klinefelter

(2n = 44A + XXY)

53

Origem das aneuploidias:

Indivíduos com número alterado de cromossomos surgem em

decorrência de anomalias nos processos mitóticos ou meióticos (Figura 2.7).

a) Anomalias meióticas:

 Não separação durante anáfase I dos cromossomos homólogos

no processo de gametogênese.

 Não separação na anáfase II das cromátides irmãs.

Figura 2.7: Produtos aneuplóides da meiose (GRIFFITHS, A. J. F. et al., 2009).

Quando a fecundação envolve gametas aneuplóides os embriões nem

sempre são viáveis e na maior parte das vezes são abortados nos primeiros

meses de vida intrauterina.

b) Anomalias mitóticas: em algumas espécies têm sido constatados

alguns mosaicos cromossomais, explicados como resultado de irregularidade

ocorrida na mitose da primeira clivagem do zigoto. Neste caso, um

cromossomo se atrasa na migração durante a divisão mitótica e não chega ao

polo a tempo de ser incluído no núcleo em reconstituição da célula-filha. Assim,

são formados, a partir do zigoto, duas células-filha diferentes, uma triploide e

outra monoplóide. Se ocorre o desenvolvimento a partir de dois tipos de célula,

54

têm-se diferentes cariótipos derivados de um mesmo zigoto, com sintomas

fenotípicos os mais diversos, incluindo o hermafroditismo.

B) Euplóides: o número básico de cromossomos nas células somáticas

é um múltiplo do número básico da espécie.

b.1) Monoplóides: apresentam um só conjunto cromossômico, ou seja,

cada cromossomo está presente apenas uma vez nas células somáticas.

Ex: o macho de himenópteros, como o zangão das abelhas, vespas e

formigas.

b.2) Poliplóides: apresentam três ou mais conjuntos cromossômicos,

são divididos em:

- Autopoliplóides: os conjuntos cromossômicos são da mesma espécie.

Ex: bananeira (3n-autotriplóides) e algumas laranjas (4n-

autotetraplóides).

- Alopoliplóides: os conjuntos cromossômicos são de duas ou mais

espécies. Ex: trigo (6n-alohexaplóide), café (4n-alotetraplóide) e

algodão (4n-alotetraplóide).

Origem das euploidias:

São causadas por:

a) Anormalidades mitóticas, denominadas duplicação somática, que

resultam da não formação das fibras do fuso mitótico.

b) Formação de gametas não reduzidos, devido a duplicação

somática de células germinativas.

c) Ocorrência de meiose II sem anáfase devida a não formação do

fuso mitótico.

55

O surgimento de alopoliplóides é atribuído a cruzamentos

intergenéricos e interespecíficos. Um dos exemplos mais pitorescos envolveu

as espécies de rabanete (Raphanus sativus, 2n=18) e repolho (Brassica

oleracea, 2n=18) com o objetivo de obter uma planta que produzisse raiz de

rabanete e parte aérea semelhante ao repolho. Entre essas duas espécies não

existem nenhuma afinidade de seus cromossomos, de modo que uma alta

esterilidade ocorre no híbrido F1. Neste caso a obtenção do alotetraplóide só

ocorreu devido à formação e união de gametas não reduzidos. Infelizmente, o

objetivo do pesquisador não foi atingido, pois, por ironia, as plantas obtidas

possuíam raiz de repolho e folhas de rabanete.

Alterações estruturais: são vários os tipos de alterações que

podem ocorrer, no entanto, a maioria delas é deletéria e desse modo é

eliminada pela seleção natural. Serão tratados aqui aqueles tipos de

aberrações estruturais mais comumente encontradas (Figura 2.8).

Figura 2.8: Tipos de mutações cromossômica (GRIFFITHS, A. J. F. et al., 2009).

56

 Deleção: perda um segmento cromossômico. Ocorrem de forma

espontânea. São possíveis dois tipos: (1) Deleção intersticial: inclui duas

quebras para remover um segmento intercalar ou (2) Deleção terminal: perda

da ponta do cromossomo, envolve as regiões teloméricas.

Os efeitos da deleção dependem do seu tamanho. Uma deleção

intragênica inativa o gene e tem o mesmo efeito que outras mutações nulas

neste gene. São diferentes das mudanças em nucleotídeos, porque não são

reversíveis.

As deleções têm graves consequências, se por endogamia se tornarem

homozigotas a combinação é quase sempre letal, a menos que o fenótipo

homozigoto nulo do gene removido seja viável. Em humanos existem alguns

tipos de nanismo causado por deleções, e deficiências no braço curto de um

dos cromossomos n° 5 (Síndrome de Cri du Chat).

 Duplicação: presença de duas cópias de uma mesma região

cromossômica. São possíveis duplicações: (1) Em tandem: é a presença do

segmento duplicado ao lado do original; (2) Homobraquial: quando o segmento

duplicado encontra-se no mesmo braço do cromossomo; (3) Heterobraquial:

quando o segmento duplicado está afastado no outro braço do cromossomo ou

(4) Transposição: quando o segmento duplicado está em outro cromossomo.

Pode causar um desequilíbrio da atividade gênica reduzindo a

viabilidade de um organismo. Entretanto como alguns organismos podem

tolerar as duplicações no material cromossômico, essas podem ter um papel

relevante na evolução. As duplicações criam regiões extras livres para sofrer

mutações gênicas, pois as funções básicas necessárias são desempenhadas

pela outra cópia. As mutações nas regiões extras criam oportunidades para o

surgimento de novos genes, que determinam novas enzimas e proteínas,

possibilitando o aparecimento de novas funções fisiológicas, que podem ser

57

vantajosas na evolução genômica. Genes com funções correlatas, como as

globinas, são uma boa evidência de que surgiram como duplicatas uns dos

outro.

 Inversões: ocorrem duas quebras em um cromossomo e a região

entre as quebras gira 180° antes de se reunir os fragmentos das pontas.

Ao contrário das deleções e duplicações as inversões não alteram a

quantidade de material genético. Em geral, são viáveis, não apresentando

anomalias em nível fenotípico, a menos que uma quebra ocorra dentro de um

gene essencial podendo levar a uma condição letal.

As inversões podem ser: (1) Paracêntricas: quando o centrômero está

fora da inversão, ou (2) Pericêntricas: quando o centrômero está incluso no

fragmento invertido.

 Translocações: envolve a quebra de fragmentos em um

cromossomo e a ligação deste fragmento em outro cromossomo. A

translocação altera a relação de ligação entre genes e modifica a frequência de

recombinação, pois os genes que eram ligados após a translocação passam a

ter distribuição independente e vice-versa.

Podem ser: (1) Simples: quando um cromossomo perde a região

terminal e esta será alocada na região terminal de um outro cromossomo; (2)

Intercalar: quando um cromossomo sofre duas quebras em regiões adjacentes,

de forma que esse fragmento intercalar às quebras é alocado em um outro

cromossomo numa região não terminal ou (3) Recíproca: é a mais comum,

ocorre quando dois cromossomos não-homólogos sofrem quebras trocando os

fragmentos envolvidos nessa região.

As translocações podem alterar drasticamente o tamanho de um

cromossomo, bem como a posição de seu centrômero. Em humanos 90% dos

58

afetados por leucemia mielogênica crônica apresentam translocação recíproca

envolvendo os braços longos dos cromossomos 22 e 9.

Origem das alterações estruturais

Podem surgir a partir de quebras e reuniões de moléculas de DNA.

Essas por sua vez podem ocorrer espontaneamente ou por indução com

radiação ionizante, tal como raios X e gama.

Os rearranjos são causas importantes de problemas de saúde nas

populações humanas. Observa-se que durante a evolução das espécies um

amplo rearranjo cromossômico foi ocorrido.

SAIBA MAIS: Crossing over desigual

Outro mecanismo de origem das alterações cromossômica dos tipos adição e

deleção é por meio do crossing-over desigual que ocorre quando

cromossomos homólogos são pareados em regiões não-homólogas (Figura

2.9).

Figura 2.9: Crossing-over desigual, http://fotos.sapo.pt/kNJgZH85mvBl pwyTuYI3/340x255 http://fotos.sapo.pt/trsnvYgtGvTAZ GTdNZZO/340x255

59

 LEITURA COMPLEMENTAR

ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 5ª edição. Editora Artmed.

2010. 1396p.

DE ROBERTIS, E. M. F.; HIB, J. De Robertis, bases da Biologia Celular e

Molecular. 4ª Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.

 ATIVIDADE COMPLEMENTAR

A compreensão dos mecanismos celulares que são a base da genética

mendeliana nem sempre é fácil, algumas estratégias constantemente têm sido

desenvolvidas por professores que buscam inovar o ensino, como por exemplo,

o trabalho publicado na Revista Genética na Escola: O BARALHO COMO

FERRAMENTA NO ENSINO DE GENÉTICA, consulte-o através do link

http://geneticanaescola.com.br/wp-home/wp-

content/uploads/2012/10/Genetica-na-Escola-21-Artigo-03.pdf e use sua

imaginação para desenvolver outra estratégia de abordagem do mesmo tema.

 PARA APRENDER MAIS

- Assista aos vídeos em http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/how-cells-

divide.html

- Acesse e baixe gratuitamente o Programa GBOL - Genética Básica Online

http://www.ufv.br/dbg/gbol/gbol.htm, com ele você poderá realizar diversas

atividades e conhecer mais sobre a genética moderna.

- Acesse ao site http://www.odnavaiaescola.com.br/dna/index.menu1.htm

RESUMO

 A manutenção do número cromossômico nas células de um mesmo

indivíduo multicelular só é possível devido ao mecanismo de divisão celular

conhecido por mitose, já a manutenção do número cromossômico entre os

indivíduos de uma mesma espécie só é possível porque durante a

60

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

1. Qual o resultado da mitose em uma célula de eucarionte e qual a

importância desse mecanismo celular?

2. O que são cromátides irmãs e cromossomos homólogos? Comente

sobre a origem e constituição dos genes de cada um.

3. Em relação à nossa espécie, quantos cromossomos e quantas

cromátides devem existir: A) Numa célula em interfase; B) Numa célula em

prófase; C) Numa célula em metáfase; D) Numa célula em anáfase e E) Após

citocinese.

4. Considere um zigoto, de uma determinada espécie com 2n=6

cromossomos, com genótipo AaBbCc, todos genes independentes. Represente

o evento que permitirá esse zigoto se transformar num organismo multicelular,

inclua desde a intérfase até após citocinese, em seguida responda:

a) Qual o genótipo das células formadas após o primeiro ciclo?

b) Quantas células esse organismo possuíra após 10 ciclos?

c) Qual o genótipo das células formadas após o décimo ciclo?

d) Supondo que para completar cada ciclo, a célula demore

aproximadamente 24h, após quantas horas ou dias teremos um indivíduo com

1.048.575 células?

gametogênese/ meiose ocorre a redução do número cromossômico, o qual

é restaurado no momento da fecundação.

 Qualquer alteração na quantidade ou posição dos genes ou

cromossomos pode resultar em aberrações cromossômicas que nem

sempre são viáveis.

61

Unidade 3: Ligação Gênica e Mapeamento Cromossômico

 LIGAÇÃO GÊNICA

 MAPEAMENTO CROMOSSÔMICO: MAPA DE TRÊS PONTOS

 PLEIOTROPIA

 RESUMO

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

Nos primeiros anos após a descoberta dos trabalhos de Mendel,

tornou-se comum a realização de experimentos idênticos ao dele, nos quais

eram consideradas diversas características simultaneamente de várias

espécies. Bateson e Punnett (1906) estudando ervilhas de cheiro foram os

primeiros a verificar a falta de independência entre dois genes. Mais tarde,

Thomas Hunt Morgan (1911) também observou desvios das proporções

mendelianas nos cruzamentos entre moscas de Drosophila ao avaliar cor do

olho e tamanho da asa e verificar que as combinações fenotípicas parentais se

sobressaíam na prole. Pela primeira vez então, foi sugerido por Morgan que os

genes que controlam ambas as características estão localizados no mesmo

cromossomo. Morgan sugeriu ainda, que os cromossomos homólogos se

pareiam na meiose, ocasionalmente, eles podem trocar segmentos entre si e

que as duas novas combinações são produtos de crossing-over. Os objetivos

desta unidade são: (i) Diferenciar as fases de ligação nos genitores a partir do

cruzamento teste; (ii) Determinar a distância entre dois ou mais genes e (iii)

Apresentar os princípios genéticos utilizados no mapeamento genético.

62

 LIGAÇÃO GÊNICA

Logo após a redescoberta das leis mendelianas, foram realizados

inúmeros trabalhos visando explicar a herança de vários caracteres nas mais

diversas espécies de plantas e animais. No estudo da herança da cor das

flores e forma do grão de pólen em ervilhas, Bateson e Punnett observaram os

resultados apresentados a seguir na F2 do cruzamento: plantas de flores

púrpura/ grão de pólen longo x plantas de flores vermelhas/ grãos de pólen

redondo:

Fenótipo Observado Esperado (O-E) (O-E)2/E

Púrpura, longa 4.831 3.911 920 216,4

Púrpura, redonda 390 1.303 -913 639,7

Vermelha, longa 393 1.303 -910 635,5

Vermelha, redonda 1.338 435 903 1.874,5

Total 6952

Considerando cada caráter isoladamente, podemos notar que a

herança é monogênica com dominância completa do alelo que confere flor

púrpura (P) em relação a cor vermelha (p) de modo que na geração F1 todas

as plantas apresentarem flores púrpura e, na geração F2, observaram-se 5.221

plantas com flores púrpura e 1731 com flores vermelhas, uma proporção

próxima a 3:1 (²calc = 0,02 < ²tab = 3,14). De modo semelhante, para a forma

do grão de pólen, todas as plantas F1 apresentaram formato longo e na F2

ocorreram 5224 plantas com pólen de formato longo (L) e 1728 com formato

redondo (l), também próxima a 3:1 (²calc = 0,08 < ²tab = 3,14). Porém, vejamos

o que acontece quando analisamos os dois caracteres simultaneamente.

H0: Os genes P/p e L/l segregam independentemente então a

proporção observada em F2 é igual à 9:3:3:1

63

Ha: Os genes P/p e L/l não segregam independentemente então a

proporção observada em F2 é diferente de 9:3:3:1

²calc = 216,4 + 639,7 + 635,5 + 1.874,5 = 3.366,1

²calc >>>>> ²tab = 7,81; ou seja, P/p e L/l não segregam

independentemente.

Notamos que a proporção fenotípica observada na F2 não é explicada

pela lei de distribuição independente, ou seja, a proporção observada difere de

9:3:3:1.

Como visto na Unidade 2, a distribuição independente ocorre quando

os genes considerados estão em cromossomos diferentes. Uma vez que os

resultados da tabela excluem a ocorrência de distribuição independente, pode-

se deduzir que os genes em estudo estão no mesmo cromossomo, isto é,

ligados.

Existem dois tipos de fases de ligação:

Fase de aproximação ou cis: é a condição,

na qual, os dois alelos dominantes (ou recessivos) têm

maior probabilidade de penetrar simultaneamente em um

gameta. Ou, é a fase em que estão em um mesmo

cromossomo os alelos dominantes (ou recessivos) dos dois genes. Assim

representada: P L // p l

Fase de repulsão ou trans: é a condição,

na qual, o alelo dominante de um gene e o alelo

recessivo de outro gene tem maior probabilidade de

penetrar simultaneamente em um gameta. Ou, é a fase em que está, num

64

mesmo cromossomo, o alelo dominante de um gene e o alelo recessivo do

outro gene. Assim representada: P l // p L.

Como sabemos, durante a meiose os cromossomos são puxados para

polos opostos das células e todos os genes que se localizam em um mesmo

cromossomo deveriam segregar juntos. No entanto, se isso tivesse sido

observado para as características estudadas por Bateson e Punnett, no

cruzamento teste seriam observados

apenas os fenótipos parentais.

Contudo, surgiram descendentes

portadores de fenótipos dos dois

genitores simultaneamente e que são

chamados de fenótipos

recombinantes. Estes recombinantes

somente foram formados porque

durante o processo de formação dos

gametas ocorreu a permuta gênica ou

crossing-over, isto é, a troca de

segmentos homólogo de cromátides

não irmãs (Figura 3.1).

À medida que estudou muitos genes ligados, Morgan descobriu valores

diferentes para a frequência de recombinantes e propôs que a ocorrência

destas é função da distância entre os genes em um cromossomo. Quanto

maior a distância entre dois genes, maior é a probabilidade de ocorrer crossing-

over naquela região e, consequentemente, maior será a porcentagem de

recombinantes produzidos.

Assim, determinada a frequência de recombinantes, podemos obter

uma medida de distância de mapa entre os genes. De forma que, a frequência

Figura 3.1: Crossing over e formação de gametas recombinantes, adaptado de http://waynesword.palomar.edu/images/cro ss3.jpg

65

de recombinantes igual à 1% (0,01) é definida como 1 u.m (unidade de mapa

ou cM - centimorgan).

Vejamos aos dados do cruzamento teste de Bateson e Punnet para o

cálculo da distância entre os genes ligados que determinam cor das flores (P/p)

e formato do Grão de pólen (L/l):

P: flor púrpura/ grão de pólen longo x flor vermelha/ grão de pólen redondo

(PPLL) (ppll)

Gametas:

F1: 100% PL//pl x ppll

Cruzamento teste:

Fenótipo Genótipo Observado Classificação

Púrpura/ longo PL//pl 1264 Parental

Púrpura/ redondo Pl//pl 151 Recombinante

Vermelho/ longo pL//pl 154 Recombinante

Vermelho/ redondo pl//pl 1270 Parental

As combinações fenotípicas: flor púrpura/ pólen redondo e flor

vermelha/ pólen longo são possíveis apenas se ocorrer crossing-over ou

recombinação, por isso são chamadas recombinantes. Para estimar a distância

dP/p e L/l devemos então estimar a frequência de recombinantes:

PL pl

66

dP/p e L/l = % de recombinantes = 10,7 cM

A partir desta relação entre % de recombinantes e distância de mapa,

vemos que é possível localizar de forma linear vários genes, sempre um em

relação ao outro.

 MAPEAMENTO CROMOSSÔMICO: MAPA DE TRÊS PONTOS

Será considerada, como ilustração, a avaliação da descendência de

um cruzamento-teste envolvendo um F1 triplo-heterozigoto, tendo por base três

genes que atuam da seguinte maneira em drosófilas:

B/b: corpo de coloração selvagem/ preto;

V/v: asas selvagens/ vestigiais;

M/m: olhos de coloração selvagem/ marrom.

Observado Corpo Asas Olhos

354 Selvagem B Selvagem V Selvagem M

362 Preto b Vestigial v Marrom m

72 Preto b Selvagem V Marrom m

5 Preto b Vestigial v Selvagem M

70 Preto b Selvagem V Selvagem M

68 Selvagem B Vestigial v Selvagem M

61 Selvagem B Vestigial v Marrom m

8 Selvagem B Selvagem V Marrom m

Total: 1000

67

As combinações recombinantes nunca somam mais que 50% da prole,

assim é fácil identificar que as combinações parentais nos gametas são: BVM e

bvm.

Para estimar a distância entre os genes devemos analisá-los dois a

dois. Começando com os loci B/b e V/v vemos que os recombinantes são os

genótipos: Bv e bV (selvagem/vestigial e preto/selvagem).

E que existem: 68 + 61 + 72 + 70 = 271 destes recombinantes, em um

total de 1000 indivíduos o que dá uma frequência de: 0,271 ou 27,1%.

Assim a distância entre B e V é igual à 27,1cM.

Para os loci B/b e M/m, os recombinantes são: Bm e bM

(selvagem/marrom e preto/selvagem).

Existem: 61 + 8 + 5 + 70 = 144 destes recombinantes entre 1000, logo

a frequência é de: 0,144 ou 14,4%

Assim a distância entre B e M é igual à 14,4cM.

Para V/v e M/m, os recombinantes são: Vm e vM (selvagem/marrom e

vestigial/selvagem).

Existem: 72 + 8 + 5 + 68 = 153 destes recombinantes entre 1000, logo

a frequência é de: 0,153 ou 15,3%

Assim a distância entre V e M é igual à 15,3cM.

Podemos concluir que todos os genes estão ligados no mesmo

cromossomo porque os valores de frequência dos recombinantes são menores

que 50% e ordem de ligação entre eles é: BMV//bmv

Observe que soma das distâncias dB/b e M/m e dM/m e V/v é superior a

distância estimada dB/b e V/v. Isso acontece devido ao modo pelo qual

analisamos as duas classes mais raras, os duplos recombinantes.

68

Embora os duplos recombinantes sejam formados a partir da

ocorrência de dois crossing-over não foram considerados para o cálculo da

frequência de recombinantes entre B e V, afinal se avaliarmos apenas os dois

loci veremos que se trata de combinações parentais. Tal fato, leva a uma

distância subestimada dB/b e V/v.

Interferência: é o fenômeno pelo qual a ocorrência de permuta em

uma região é capaz de reduzir a taxa de permuta na região adjacente.

A ocorrência de um crossing-over num dado segmento cromossômico

é um evento casual, mas a sua distribuição não o é. A chance de ocorrer

permuta em duas regiões adjacentes, simultaneamente, não pode ser obtida

pelo produto da probabilidade de ocorrer permuta na região 1, expresso pela

distância nesta região, e a probabilidade de ocorrer permuta na região 2, pois

são eventos dependentes ou inter-relacionados.

Pelas razões expostas, tem sido verificado que a taxa de crossing-over

duplo esperada (CODE) é sempre superior à taxa de crossing-over duplo

observado (CODO).

No exemplo acima com drosófilas, podemos assim definir:

Como pode ser constatado, o CODO é inferior CODE, devido à

ocorrência da interferência, a qual pode ser estimada por:

69

Para a situação apresentada temos:

Assim, a interferência foi de 0,4, significando que 40% das frequências

de permutas duplas esperadas não foram observadas. De posse desses

dados, pode-se agora esquematizar o mapa genético para esses três genes,

ou seja:

 PLEIOTROPIA

É o fenômeno pelo qual um único gene controla mais de um caráter.

Efeitos pleiotrópicos são fundamentais, pois são causas de correlações entre

caracteres. Há grande interesse no estudo e conhecimento da ação destes

genes, muitas vezes utilizados como marcadores ou auxiliares na seleção e,

ou, identificação de caracteres mais complexos ou de difícil medição.

Um bom exemplo da influência gênica envolvendo esse fenômeno é a

manifestação condicionante de um gene em ervilhas, as mesmas estudadas

por Mendel. Tanto a cor do tegumento da semente (a casca), a coloração das

flores e a presença de manchas na base das folhas, são codificadas por um

único gene.

Em organismos homozigóticos dominantes e heterozigóticos, são

produzidas ervilhas com tegumento acinzentado da semente, as flores são

púrpuras e as folhas são caracterizadas por uma mancha roxa nas

proximidades da inserção ao ramo. O contrário é observado nos indivíduos

70

homozigóticos recessivos: a cor das flores é branca, a casca da semente

também é branca e as folhas não possuem manchas.

SAIBA MAIS: Pleiotropia

Na espécie humana um exemplo típico de pleiotropia bem observado é a

fenilcetonúria. Condicionada pela ausência de um único gene que codifica a

enzima chamada Fenilalanina Hidroxilase, presente no fígado e necessária

para o metabolismo da fenilalanina. O

diagnóstico precoce é realizado pelo teste do

Pezinho logo após o nascimento (Figura 3.2).

 LEITURA COMPLEMENTAR

ROCHA, R. B. et al. O Mapeamento genético no Melhoramento de Plantas.

Revista Biotecnologia, Ciência e Desenvolvimento. Edição nº 30, p. 27 – 32,

2003. Acesso: http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio30/mapeamento.pdf

 PARA APRENDER MAIS

- Assista o filme “Projeto Genoma Humano” através do link

http://www.biologia.bio.br/index1/index1.htm

Figura 3.2: Teste do Pezinho (http://www.reidaverdade.com/wp- content/uploads/2012/11/Fenilceton%C3%BAria-2.jpg )

71

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

1. Explique como é possível um indivíduo duplo heterozigoto com genes

ligados em fase de aproximação, em relação aos genes (A/a) e (B/b), produzir

um gameta do tipo Ab.

2. Um indivíduo duplo-heterozigoto em relação aos genes (A/a) e (E/e)

ligados em fase de aproximação é submetido a um cruzamento-teste. Sendo a

distância entre os dois genes de 10 cM, qual a probabilidade de surgir um

descendente ae//ae?

3. Relacione a prole do indivíduo AaBb num cruzamento teste e associe:

I. Segregação independente

II. Ligação gênica cis e presença de crossing-over

III. Ligação gênica cis sem crossing- over

IV. Ligação gênica trans e presença de crossing-over

V. Ligação gêncica trans sem crossing-over

( ) ¼ AaBb; ¼ aaBb; ¼ Aabb; ¼ aabb

( ) ½ AaBb; ½ aabb

RESUMO

 Os genes no mesmo cromossomo são ligados, e, diferente dos

genes que se distribuem independentemente produzem um grande número

de indivíduos com genótipos parentais e um pequeno número de indivíduos

com genótipos recombinantes.

 Os mapas de ligação são desenvolvidos a partir de estudos de genes

ligados. Os pesquisadores podem examinar um grupo de sequências de

DNA conhecidamente ligadas para seguir a herança de algumas anomalias.

 Como o número de genes, normalmente, é muito maior que o

número de cromossomos de uma espécie, a observação de ligação gênica

é mais comum do que se possa imaginar.

72

( ) ½ Aabb; ½ aaBb

( ) >1/4 AaBb; <1/4 aaBb; <1/4 Aabb; >1/4 aabb

( ) <1/4 AaBb; >1/4 aaBb; >1/4 Aabb; <1/4 aabb

4. Observe descendência da prole do cruzamento teste de AaBb e dê o que se

pede:

Genótipo da prole Observado Esperado (O-E) (O-E)2

AaBb 19 52,5 1122,25

Aabb 83 30,5

aaBb 85 32,5 1056,25

aabb 23 -29,5

Total: 210 ² tabelado = 7,81

a) Os genes A/a e B/b segregam independentemente? (Dica: use o teste de

qui-quadrado para responder, deixe claro a H0, Ha, e a conclusão do teste).

b) Se os genes estão ligados, qual o genótipo da F1 (cis ou trans)?

c) Qual a distância entre os genes?

73

Unidade 4: Sexo e hereditariedade

 MECANISMOS DE DETERMINAÇÃO DO SEXO

 HEREDITARIEDADE EM RELAÇÃO AO SEXO

 RESUMO

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

O caráter sexo sempre foi tratado como apresentando um tipo especial

de herança, uma vez que em qualquer cruzamento, para a maioria das

espécies, o resultado apresentado pela progênie é sempre 1/2 macho: 1/2

fêmeas. Muitos consideram que a função biológica fundamental realizada pelo

sexo é a reprodução. No entanto, o sexo tem uma segunda função biológica: a

de promover a segregação e recombinação dos genes. Dada a importância da

determinação sexual para a genética, os objetivos desta unidade são: (i)

Discutir os aspectos de como se dá a determinação do sexo nas diferentes

espécies (ii) Apresentar o padrão de herança dos genes localizados nos

cromossomos sexuais e (iii) Relatar exemplos de genes autossômicos que

influenciam a determinação sexual.

 MECANISMOS DE DETERMINAÇÃO DO SEXO

O caráter sexo sempre foi tratado como apresentando um tipo especial

de herança, uma vez que em qualquer cruzamento, para a maioria das

espécies, o resultado apresentado pela progênie é sempre 1/2 macho: 1/2

fêmeas. A ideia da existência de vários mecanismos envolvidos na

determinação do sexo resultou de vários trabalhos envolvendo diferentes

espécies vegetais e animais. Atualmente são reconhecidos os seguintes

74

mecanismos de determinação do sexo: cromossomos sexuais, balanço gênico,

haplodiploidismo, efeito de genes e efeito do ambiente.

Cromossomos sexuais:

o Sistema XX/X0: As espécies com este sistema apresentam

apenas um cromossomo sexual (X). Neste grupo há espécies nas

quais as fêmeas são homogaméticas (XX) e os machos

heterogaméticos (X0). Os exemplos mais conhecidos são os

gafanhotos e outros ortópteros e hemípteros. Há ainda as

espécies com fêmeas heterogaméticas (X0) e machos

homogaméticos (XX), como é o caso de alguns répteis. Portanto,

os indivíduos de sexos opostos apresentam números diferentes

de cromossomos. Em relação a uma espécie diplóide, os

indivíduos de um dos sexos têm número par de cromossomos. O

número de cromossomos do sexo oposto é ímpar.

o Sistema XX/XY: As espécies com este sistema apresentam dois

cromossomos sexuais, um denominado do X e o outro Y. Esses

cromossomos, em geral são heteromórficos não homólogos, mas

apresentam regiões de homologia. O cromossomo denominado X

é aquele que está presente duas vezes em um dos sexos e uma

vez no sexo oposto. O cromossomo Y é o encontrado em apenas

um dos sexos (aquele que apresenta apenas um exemplar do X).

Nos humanos e em muitos outros mamíferos, nas espécies de

Drosophila e em algumas angiospermas dióicas, as fêmeas são

homogaméticas (XX) e os machos heterogaméticos (XY). Há,

contudo, espécies com este sistema de determinação do sexo nas

quais as fêmeas são heterogaméticas e os machos

homogaméticos; neste caso, é comum usar a simbologia ZZ para

75

os machos e ZW para as fêmeas. Os exemplos mais conhecidos

são borboletas e mariposas, muitas aves, inclusive as domésticas

e alguns peixes.

Balanço gênico: O mecanismo de determinação de sexo pelo

balanço gênico é aplicável aos insetos do gênero Drosophila. Inicialmente

imaginou-se que o mecanismo de determinação de sexo nesses insetos seria

semelhante ao apresentado pela espécie humana. Em observações citológicas

de células somáticas, constatou-se um conjunto diplóide de 8 cromossomos (2x

= 8), em que as fêmeas apresentam constituição cromossômica 2A + XX, e os

machos, 2A + XY. Com base em observações em tipos sexuais, foi proposto

que a determinação do sexo em Drosophila seria função de um índice sexual

(IS), o qual é função do balanço entre cromossomos X e conjuntos

autossomais, conforme descrito a seguir:

Com base nesse índice sexual, o sexo seria determinado segundo a

tabela abaixo:

Índice Sexual (IS) Sexo

< 0,5 Metamacho

0,5 Macho

(0,5 - 1,0) Intersexo

1,0 Fêmea

> 1,0 Metafêmea

Haplodiploidismo: É um complexo mecanismo de determinação

de sexo descrito para Himenópteros (formigas, abelhas e vespas). Nas

abelhas, o sexo masculino é definido pela condição haplóide (ou monoplóide) e

76

o sexo feminino, pela condição diplóide do indivíduo. As fêmeas, organismos

diploides, dependem da alimentação para adquirir fertilidade. A alimentação

prolongada com geleia real possibilita a formação de rainhas que são

responsáveis pela formação da colmeia.

Efeito de gene: Neste caso, a determinação do sexo não é

determinada por cromossomos, mas pela ação diferencial dos genes

autossomais. A progênie, em relação ao sexo, é formada segundo as

proporções mendelianas. Um exemplo refere-se a ação dos genes B/b e T/t no

milho.

No milho, esses genes atuam do seguinte maneira:

B_ : planta normal

bb : planta com talo estaminado, mas sem espiga

T_ : planta normal

tt : planta com pendão substituído por uma estrutura pistilada

Do cruzamento entre plantas duplo-heterozigotas (BbTt) surge na

descendência:

9/16 de plantas normais (B_ T_)

3/16 de plantas unissexuais masculinas (bbT_)

3/16 de plantas unissexuais femininas (B_ tt)

1/16 de planta unissexual feminina pouco produtiva (bbtt)

SAIBA MAIS: Determinação do sexo nos répteis

O sexo pode ser ainda determinado pelo ambiente, neste caso, machos e

fêmeas têm a mesma constituição genética, mas a diferenciação dos órgãos

sexuais é dependente de estímulos ambientais. Um exemplo de determinação

do sexo através do ambiente é o que acontece em alguns répteis como as

tartarugas e crocodilos. A determinação do sexo nesses animais dependente

77

da temperatura de incubação dos ovos que atua

na produção de enzimas responsáveis pela

diferenciação das gônadas, por isso ela é tão

importante no dimorfismo sexual desses

animais. Variações de 2oC a 4oC podem

determinar se as gônadas do embrião se

diferenciarão em gônadas masculinas ou

gônadas femininas (Figura 4.1).

 HEREDITARIEDADE EM RELAÇÃO AO SEXO

A hereditariedade dos genes localizados nos cromossomos sexuais

varia de acordo com a localização dos mesmos (Figura 4.2).

Vejamos um exemplo para cada uma das situações:

Figura 4.1: Determinação do sexo influenciada pelo ambiente (http://www.mundoeducacao.co m.br/biologia/determinacao- sexo-dos-repteis.htm )

Figura 4.2: Cromossomos sexuais e regiões de homologia

78

Herança ligada ao sexo: refere-se à herança de genes localizados

na porção não homóloga do cromossomo X com Y (mamíferos, Drosophila etc.)

ou no cromossomo análogo Z.

Figura 4.3: Herança da cor do olho em drosófilas (GRIFFITHS et al., 2009).

79

Os seguintes fatos são evidências de herança ligada ao sexo: (1)

Herança cruzada em cruzamentos em que a fêmea é recessiva; (2)

Cruzamentos recíprocos com resultados diferentes; (3) Herança do tipo avô-

neto. Nesse caso o fenótipo do avô desaparece na F1 e volta a aparecer na F2

(Figura 4.3).

Exemplos: daltonismo, hemofilia e distrofia muscular de Duchene, cor

dos olhos em drosófila Selvagem/White, plumagem em galo carijó.

Herança parcialmente ligada ao sexo: é a herança daqueles

genes localizados na região homóloga dos cromossomos X e Y. Esses genes

podem permutar-se durante o paquíteno, já que se encontram nas regiões dos

cromossomos sexuais que se pareiam.

Exemplos: retinite pigmentar, xeroderma pigmentosum

Herança holândrica: é a herança daqueles genes localizados no

cromossomo Y, no segmento sem homologia. O cromossomo Y é o principal

determinante da masculinidade na espécie humana e em outros mamíferos.

Nele devem estar contidos os genes de efeito

masculinizante. Afora essa possível ação

masculinizante, pouco se conhece sobre os genes do

Y, com algumas exceções no homem. Como o

cromossomo Y é restrito aos machos, apenas esse

sexo apresenta tais características, sendo repassado

de pais para filhos.

Exemplo: hipertricose auricular,

caracterizada pela presença de pelos no pavilhão

auditivo, muito comum em homens indianos.

Figura 4.4: Hipertricose auricular http://www.brasilescola.com/uploa d/conteudo/images/89af1e2bc20fff 83af28ef94b02c38a5.jpg

80

Herança influenciada pelo sexo: o efeito de genes autossomais é

afetado pelas características hormonais e fisiológicas do sexo em que se

encontra. Um gene é influenciado pelo sexo quando ele age como dominante

num sexo e recessivo no outro. Assim, ocorre uma reversão de dominância em

função do sexo do indivíduo, a qual é constatada pela variação de fenótipos

apresentados pelos heterozigotos dos dois sexos.

Exemplos: calvície hereditária, presença de chifres em carneiros.

Genótipo Homem Mulher

BB Calvo Calva

Bb Calvo Não calva

BB Não calvo Não calva

Herança limitada ao sexo: um dos sexos apresenta um único

fenótipo, para qualquer que seja seu genótipo. A segregação fenotípica ocorre

apenas no sexo oposto.

Exemplos: cor das asas de borboletas (gênero Colias) - a segregação

fenotípica ocorre apenas no sexo feminino, no qual o alelo W determina as

asas de cor branca e o alelo recessivo w determina asas de cor amarela. Os

machos só apresentam asas amarelas. Penas de galinhas - a segregação

fenotípica ocorre apenas no sexo masculino. No sexo feminino, o fenótipo é o

mesmo, independente do genótipo da ave.

 LEITURA COMPLEMENTAR

MARQUES F. Identidade sem ambiguidade. Edição nº 90, 2003. Acesso em:

http://revistapesquisa.fapesp.br/2003/08/01/identidade-sem-ambiguidade/

81

 PARA APRENDER MAIS

Acesse o site:

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/4209/browse?order=DESC

&rpp=20&sort_by=1&page=1&etal=-1&type=title

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

1. A calvície padrão é condicionada por gene autossomal, dominante nos

homens e recessivo nas mulheres. Uma mulher não calva homozigota casa-se

com um homem calvo, filho de pai não calvo. Responda: A) Quais as

proporções genotípica e fenotípica esperadas na descendência? B) Se o casal

pretende ter 4 filhos, qual a probabilidade de ocorrer duas mulheres e dois

homens, todos não calvos? C) Se o primeiro filho do casal é do sexo

masculino, qual a probabilidade dele vir a ser calvo?

2. Na espécie humana, a hemofilia A é determinada por gene recessivo

ligado ao sexo. Uma mulher normal, filha de pai hemofílico, casa-se com

homem normal. Responda: A) A mãe da mulher é normal ou hemofílica?

Justifique. B) Quais as proporções genotípica e fenotípica esperadas na

descendência? C) Se o casal pretende ter 3 filhos, qual a probabilidade de

RESUMO

 As características ligadas ao Y são raras. Elas são passadas só de

pais para filhos.

 Os homens são hemizigotos para genes no cromossomo X e

expressam tais genes porque não têm outro alelo em um homólogo. Uma

característica ligada ao X passa da mãe para o filho porque ele herda seu

cromossomo X de sua mãe e o Y de seu pai.

 Um alelo ligado ao X pode ser dominante ou recessivo. As

características dominantes ligadas ao X são em geral mais devastadoras nos

homens do que nas mulheres.

82

ocorrer uma mulher e dois homens, todos normais? D) Qual a probabilidade de

ocorrer duas mulheres e um homem, todos normais?

3. Algumas genealogias familiares indicam que a hipertricose (presença de

pêlos na orelha) é determinada por um gene holândrico. Considerando que isto

é verdadeiro, indique os fenótipos dos seguintes descendentes de um indivíduo

com esta característica: A) seus filhos (homens); B) os filhos (homens) de seus

filhos; C) os filhos (homens) de suas filhas.

4. Na espécie humana, fenilcetonúria é uma doença causada por gene

recessivo autossomal. A hemofilia A é determinada por gene recessivo ligado

ao sexo. Responda: A) Pais normais podem ter descendente com fenilcetonúria

e hemofilia? Justifique. B) Uma mulher com fenilcetonúria, filha de pai

hemofílico, casa-se com homem normal. Se o primeiro filho do casal é menino

é possível que ele apresente as duas doenças? Justifique. C) Uma filha desse

casal pode apresentar as duas doenças? Justifique.

5. Há alguns anos uma reportagem no programa Fantástico tratou de uma

anormalidade humana denominada distrofia muscular Duchenne, determinada

por um gene recessivo ligado ao sexo. A doença manifesta-se na infância e a

morte dos afetados ocorre em média antes deles atingirem 20 anos. Na família

apresentada na reportagem, dois dos três filhos homens haviam falecido em

razão da doença e o terceiro apresentava os sintomas. Responda: A) Quais os

genótipos dos pais? B) Se o casal lhe perguntasse se em um próximo

nascimento um menino teria obrigatoriamente a doença o que você

responderia? Explique. C) É possível que uma filha do casal seja doente?

Explique. D) Qual a probabilidade de ocorrerem três meninos, todos afetados.

83

Unidade 5: Genética Molecular

 A NATUREZA QUÍMICA DO MATERIAL GENÉTICO

 ESTRUTURA E REPLICAÇÃO DO DNA

 RNA E TRANSCRIÇÃO

 CÓDIGO GENÉTICO E TRADUÇÃO

 MUTAÇÃO GÊNICA E VARIABILIDADE

 RESUMO

 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM

Os trabalhos de Mendel foram pioneiros no estudo dos padrões de

transmissão das características de geração para geração. Estes estudos,

embora grandemente elucidativos da natureza da herança em organismos

vivos, não trouxeram nenhum esclarecimento sobre a estrutura ou composição

molecular dos genes. Mas algo era certo, independente de sua natureza

química o material genético devia preencher dois requisitos: 1. A função

genótipo ou replicação – capacidade de armazenar a informação genética e

transmiti-la corretamente dos pais para os filhos, geração após geração e; 2. A

função fenótipo ou expressão gênica – capacidade de controle do

desenvolvimento do fenótipo no organismo. Isto é, o material genético deve

ditar o crescimento e a diferenciação do organismo em todas as suas fases do

ciclo da vida. São objetivos desta unidade: (i) Relatar os principais

experimentos que permitiram a elucidação da natureza química do material

genético; (ii) Descrever a estrutura e a organização do material genético nos

procariotos e eucariotos; (iii) Apresentar as principais funções do material

genético, ou seja, replicação, transcrição e tradução e (iv) Apresentar as

causas e consequências dos diferentes tipos de mutações em nível de DNA.

84

 A NATUREZA QUÍMICA DO MATERIAL GENÉTICO

Como vimos na Unidade 2, o material genético é parte integrante dos

cromossomos, sendo assim, os trabalhos pioneiros na determinação da

natureza química do material genético procuraram determinar inicialmente a

constituição química desses cromossomos.

Os cromossomos são compostos de dois tipos de moléculas orgânicas

grandes (macromoléculas). Chamadas proteínas e ácidos nucléicos. Os ácidos

nucleicos são de dois tipos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido

ribonucleico (RNA). Por muitos anos, houve considerável discordância entre os

cientistas sobre qual dessas três macromoléculas carrega a informação

genética.

Em 1912, foi constatado que o DNA ocorre em quantidade mais

constante entre as células do indivíduo, deduzindo que o material genético

poderia ser o DNA. Entretanto, a maior complexidade das proteínas, contribuiu

para que muitos cientistas acreditassem que as proteínas fossem o material

genético.

Durante a década de 1940 e início de 50, foram realizados vários

experimentos interessantes que estabeleceram que a informação genética

reside nos ácidos nucleicos e não nas proteínas. Mais especificamente, estes

experimentos demonstraram que a informação genética reside no DNA, com

exceção de alguns vírus simples que não contém DNA e o RNA carrega a

informação genética. Vejamos que experimentos foram esses:

Experimento de Griffith (1928): trabalhou com bactérias que

causam pneumonia em mamíferos (Streptococcus pneumoniae).

85

Os pneumococos, como todos os outros organismos vivos, exibem

variabilidade genética que pode ser reconhecida pela existência de diferentes

fenótipos:

Caracterização Virulenta Não virulenta

Colônia Lisa (S) Rugosa (R)

Capa proteica Presente (tipo II) Ausente (tipo III)

Vamos ao experimento de Griffith (Figura 5.1):

Figura 5.1: Experimento de Griffith (1928), adaptado de SILVA JÚNIOR, C. et al., 2011.

(1) Ao inocular pneumococos do Tipo III S (virulentos) os camundongos

morriam de pneumonia.

(2) Ao inocular pneumococos do Tipo II R (não-virulentos) os camundongos

sobreviviam.

(3) Ao inocular pneumococos do Tipo III S (virulentos, quando vivos) mortos

pelo calor, os camundongos sobreviviam.

86

(4) Ao inocular pneumococos do Tipo III S (virulentos, quando vivos) mortos

pelo calor, mais pneumococos do Tipo II R (não virulentos) vivos em

camundongos, muitos morriam de pneumonia e células vivas do Tipo III S eram

recuperadas da carcaça.

É crítico notar que os pneumococos virulentos recuperados vivos da

carcaça eram de polissacarídeo do Tipo III, uma vez que se sabe que células

não encapsuladas do tipo R podem mutar para células virulentas encapsuladas

do Tipo S quando, entretanto, uma mutação deste tipo ocorre em uma célula

do Tipo IIR, a célula resultante será do Tipo II S e não do Tipo III S. Logo, a

“transformação” de células não-virulentas do Tipo II R para células virulentas

do Tipo III S não pode ser explicada por mutação; ao invés disso, algum

componente das células III S (o “princípio transformante”) deve converter

células.

O que faltava era determinar qual componente do extrato celular era

responsável pela transformação.

Experimento de Avery, MacLeod e McCarty (1944): demonstraram

que o princípio transformante era o DNA. Eles isolaram um extrato com alto

poder transformante e o trataram com diferentes enzimas: amilases, que

degradam polissacarídeos; proteases, que degradam proteínas, e

ribonucleases, que degradam RNA. Constataram que esses tratamentos não

afetavam o poder do extrato de transformar bactérias do Tipo II R em bactérias

do Tipo III S. Somente quando o extrato foi tratado com desoxirribonuclease,

enzima que degrada DNA, ele perdeu sua capacidade transformante. Assim,

em 1944, após 12 anos de intensa atividade de pesquisa Avery e seus

colaboradores chegaram a conclusão de que a substância capaz de

transformar bactérias do Tipo II R em bactérias do Tipo III S era o DNA.

87

 ESTRUTURA E REPLICAÇÃO DO DNA

Estrutura primária do DNA, “Cadeia polinucleotídica”:

A molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) é formada a partir de

subunidades denominadas desoxirribonucleotídeos. Um desoxirribonucleotídeo

é composto por (Figura 5.2):

- Uma molécula de açúcar com cinco carbonos, a pentose

2’desoxirribose;

- Um grupamento fosfato ligado ao carbono 5’ da pentose.

- Uma base nitrogenada ligada ao carbono 1’ da pentose que pode ser:

o Púrica – adenina (A) e guanina (G), possuem dois anéis

cíclicos, ou

o Pirimídica – timina (T) e citosina (C), possuem 1 anel cíclico.

Figura 5.2: Estrutura do Nucleotídeo (GRIFFITHS et al., 2009).

88

A cadeia polinucleotídica é formada pela ligação açúcar-fosfato de dois

desoxirribonucleotídeo adjacentes. A ligação açúcar-fosfato ocorre de modo tal

que a posição 3’ da molécula de açúcar liga-se no agrupamento fosfato que,

por sua vez, liga-se à posição 5’ da molécula de açúcar subsequente, ficando a

extremidade 3’ desta última livre para se ligar a um terceiro

desoxirribonucleotídeo.

Estrutura secundária do DNA, “Dupla-hélice”:

O modelo proposto para a estrutura secundária do DNA foi descrito por

Watson e Crick em 1953. Esses pesquisadores se basearam no resultado de

dois experimentos anteriores:

(1) Composição de bases nitrogenadas no DNA (Chargaff, 1950) em

vários organismos – A principal contribuição de Chargaff foi a

evidência de que a quantidade de A é igual à de T e a quantidade

de G é igual à de C, independente da espécie.

(2) Difração de raios X (Wilkins e Rosalind Franklin) – Os

pesquisadores mostraram, entre outras coisas, que o DNA possui

uma estrutura helicoidal.

Satisfazendo as exigências desses dois estudos, Watson e Crick

propuseram um modelo no qual a molécula de DNA apresenta as seguintes

características:

A molécula de DNA é constituída de duas fitas que se entrelaçam para

a direita, formando uma estrutura helicoidal, chamada dupla-hélice.

Analogamente, a estrutura do DNA pode ser comparada a uma escada circular

com dois corrimãos. Neste caso, os corrimãos correspondem às ligações

repetitivas de açúcar-fosfato (ligações fosfodiéster) ao longo de todo o

comprimento da molécula. As ligações fosfodiéster nas duas fitas estão em

89

direção oposta, enquanto uma é 5’ → 3’ a outra é 3’ → 5’. É por esta razão que

as fitas são ditas antiparalelas.

(Figura 5.3)

O diâmetro da hélice

dupla é de 20 Å, fato que levou

a Watson e Crick a estabelecer

que purinas e pirimidinas estão

pareadas no interior da

molécula. Este pareamento é

feito por ligações de hidrogênio

que, apesar de ser uma ligação

fraca, confere alta estabilidade à

molécula devido ao grande

número que ocorrem. As

ligações de hidrogênio são

também responsáveis pela

complementariedade de bases,

ou seja, pelo pareamento

exclusivo entre adenina e timina e

entre citosina e guanina.

Replicação do DNA:

A estrutura do DNA proposta por Watson e Crick oferece a vantagem

de explicar como novas moléculas de DNA podem ser exatamente copiadas da

molécula pré-existente.

Figura 5.3: Diagrama da dupla hélice desenrolada mostrando as ligações químicas que estabilizam a estrutura do DNA (GRIFFITHS et al., 2009).

90

Em vez de a molécula se

replicar intacta, eles propuseram que

as ligações de hidrogênio se rompem,

permitindo que as fitas

complementares se separem. O

pareamento específico entre as bases

permite que cada fita simples sirva de

molde para a síntese de uma nova fita

complementar, de forma que a nova

hélice apresenta uma fita velha e uma

fita nova. Esse tipo de replicação é

chamado semiconservativo e é

aplicado a todos os organismos,

procariotos ou eucariotos (Figura 5.4).

o Início da replicação: a

replicação tem início em sequências

específicas denominadas origem de

replicação, em geral ricas em AT.

Dentro desta região existem dois

grupos de sequências que estão

envolvidas no reconhecimento desta

por proteínas que iniciam a replicação,

são essas:

- Um conjunto de três

sequências idênticas de 13pb

ricas em AT, dispostas em

tandem e;

Figura 5.4: O modelo semiconservativo da replicação do DNA proposto por Watson e Crick é baseado na especificidade das ligações de hidrogênio entre os pares de bases (GRIFFITHS et al., 2009).

91

- Um conjunto de quatro sequências repetidas de 9pb que são os sítios

de ligação para a proteína DNA A.

O DNA de procariotos, vírus e plasmídeos possui apenas uma origem

de replicação, enquanto em eucariotos o DNA possui várias origens de

replicação.

o Direção da replicação: a partir da origem, a replicação pode seguir

ao longo da fita de DNA em uma ou ambas direções até o término. A replicação

unidirecional pode ser observada nos plasmídeos e em alguns vírus, já a

replicação bidirecional é comum aos demais organismos. Na replicação

bidirecional duas forquilhas partem da origem em direções opostas.

o Polaridade da replicação: a adição de nucleotídeos à cadeia que

está sendo sintetizada é sempre no sentido 5’→3’. Isso deve-se ao fato da

atividade de todas as enzimas que catalisam a replicação atuarem nesse

sentido, ou seja, são capazes apenas de estabelecer a ligação fosfodiéster

entre o grupo 3’OH do nucleotídeo recém pareado com o grupamento trifosfato

do nucleotídeos que será inserido.

o Enzimas envolvidas na replicação (Figura 5.5):

- DNA A: responsável pelo reconhecimento da origem de replicação,

ligando-se a ela, sinalizando o início da replicação. Induz a abertura das duas

fitas de DNA, posicionando a DNA B na origem.

92

- DNA B: tem função

de helicase. É capaz de

romper as ligações de

hidrogênio entre as bases

nitrogenadas, separando as

duas fitas de DNA,

permitindo a replicação. A

ação das helicases durante a

replicação gera torções no

DNA que precisam ser

removidas para permitir que

a replicação continue.

- DNA girase: é uma

topoisomerase capaz de

remover a superelicoidização

à frente da forquilha por meio

da quebra de ambos

filamentos para relaxar as

torções extras no DNA.

- Proteínas de ligação

(SSB): tem alta afinidade por

DNA fita simples. Ao se

ligarem ao DNA fita simples

retardam a formação do

duplex, além de proteger as

fitas da degradação por

nucleases.

Figura 5.5: Diagrama representativo da replicação do DNA considerando-se apenas uma das forquilhas de replicação (Lewis, R., 2004).

93

A estabilidade da estrutura do complexo aberto é mantida ainda por

proteínas como: DNA C, K, t e HU.

- Primase: sintetiza os primers necessários ao início da replicação. Os

primers, ou iniciadores, são sequências curtas de RNA que são sintetizadas no

início da replicação para fornecer a extremidade 3’OH necessária para que a

DNA polimerase inicie a síntese de DNA, pois esta não é capaz de iniciar uma

cadeia por si só.

- DNA polimerase: é a enzima responsável pela síntese de DNA. Em E.

coli existem três DNA polimerases diferentes:

 DNA polimerase I – possui 3 domínios de atividade: (1º) Catalisa

a polimerização no sentido 5’→3’; (2º) Atividade exonuclease

3’→5’ que reconhece e cliva pareamentos errôneos na

extremidade 3’OH da fita nova, removendo o nucleotídeo

errôneo e adicionando o correto; (3º) Atividade exonuclease

5’→3’ que remove blocos de nucleotídeos como os primers

substituindo-os por DNA.

 DNA polimerase II e III – ambas apresentam as atividades de

polimerase e exonuclease 3’→5’, mas não apresentam a

atividade exonuclease 5’→3’. A principal função relacionada à

DNA pol II é o reparo. Já a DNA pol III é a principal enzima para

o processo de polimerização, uma vez que dentre as três DNA

polimerases esta apresenta maior processividade, que é a

capacidade de permanecer ligada ao DNA por um período de

tempo.

Em eucariotos pelo menos cinco DNA polimerases já foram

identificadas, sendo quatro no núcleo e uma nas mitocôndrias. As DNA

94

polimerases α e δ são responsáveis pela replicação do DNA nuclear, sendo

que a DNA pol α apresenta ainda atividade de primase, enquanto que a DNA

pol δ possui atividade exonuclease 3’→5’ e é a mais processiva. Já as DNA

polimerases β e ε parecem está relacionadas com o mecanismo de reparo do

DNA nuclear, enquanto a DNA pol γ é a polimerase responsável pela

replicação do DNA mitocondrial.

Como já vimos, as DNA polimerases sintetizam sempre no sentido

5’→3’, mas as fitas são antiparalelas, consequentemente enquanto um

filamento é sintetizado continuamente o outro deve ser produzido em

segmentos curtos descontínuos em uma forquilha. Assim, se considerarmos

apenas uma forquilha de replicação, veremos que a fita sintetizada de forma

contínua necessita de apenas um primer, enquanto a fita descontínua precisa

de vários primers.

Na porção descontínua da fita são gerados durante a replicação vários

fragmentos, denominados fragmentos de Okasaki que possuem cerca de 1000

a 2000pb em procariotos e de 100 a 200 pb em eucariotos.

- DNA ligase: após remoção dos primers e substituição desses por

DNA, esta enzima une os fragmentos catalisando a formação de uma ligação

fosfodiéster entre os nucleotídeos adjacentes.

 Término da replicação: na replicação do cromossomo circular de

E. coli as duas forquilhas de replicação durante o movimento bidirecional

encontram-se na região terminal TER À 180º da origem.

Já em genomas lineares existe o problema da replicação das pontas

dos cromossomos. Para a fita contínua a adição de polinucleotídeos durante a

replicação pode se estender até a ponta, porque é automaticamente iniciada

pela parte anterior. Entretanto, na ponta do filamento descontínuo não há como

95

colocar o primer na última secção e isto resultaria em um cromossomo

encurtado a cada ciclo. Como resolver este problema?

SAIBA MAIS: REPLICAÇÃO NAS PONTAS DOS CROMOSSOMOS

O término da replicação nas pontas dos cromossomos é resolvido

graças às características específicas da região terminal, chamada de

telômero. Essa região possui repetições adjacentes de sequências simples

de DNA e uma enzima chamada telomerase é capaz de adicionar unidades

simples repetidas à essas pontas. Esta enzima é uma transcriptase reversa

que possui uma pequena molécula de RNA complementar à sequência dos

telômeros, servindo de molde para gerar uma nova sequência de

nucleotídeos nessa região, contrabalanceando a tendência de encurtamento

do cromossomo na replicação.

 RNA E TRANSCRIÇÃO

Para que um gene expresse seu produto é necessário que ele seja

transcrito. O processo de transcrição pode assim ser definido: “Síntese de

moléculas de RNA, cuja sequência de ribonucleotídeos é determinada pela

sequência de desoxirribonucleotídeos da fita codificadora do gene”.

Estrutura do RNA:

O RNA (ácido ribonucleico) é bastante similar ao DNA, porém difere

deste em três pontos: (1) o açúcar é a ribose, (2) em vez de timina temos

uracila, (3) é fita única, de modo que as razões de A/U e G/C geralmente

diferem de um (Figura 5.6).

96

Existem vários tipos de RNA, cada um com funções específicas, sendo

os três mais conhecidos o RNA mensageiro, o RNA ribossômico e o RNA

transportador. Todos são sintetizados a partir de uma das fitas do DNA.

o RNA mensageiro (mRNA): é responsável pelo transporte da

informação genética contida no núcleo até o citoplasma, no qual ocorre a

síntese proteica. São bastante instáveis em sistemas bacterianos e de

estabilidade variada em organismos superiores, daí a quantidade relativamente

pequena de mRNA nas células, cerca de 2% em relação ao total.

o RNA ribossômico (rRNA): é a maior porção do RNA celular. Ele é

transcrito a partir do DNA que se encontra em uma posição específica de

alguns cromossomos, a constrição secundária, também chamada de região

organizadora do nucléolo. Após o seu acúmulo no nucléolo e a associação com

Figura 5.6: Diagrama comparativo das moléculas de RNA e DNA. Adaptado de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/RNA-Nucleobases.svg e http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/DNA_chemical_structure_pt.svg

97

proteínas ribossômicas, eles são transportados para o citoplasma e formam o

ribossomo, cuja função principal é participar da síntese de proteínas.

o RNA transportador (tRNA): são moléculas pequenas de RNA –

contêm 73 a 93 nucleotídeos – que servem como receptores e transportadores

de aminoácidos, tendo papel fundamental na síntese proteica. Apresentam

uma estrutura secundária semelhante a um trevo, a qual é mantida pelo

pareamento de sequências complementares na molécula de tRNA.

Transcrição:

Apenas uma das fitas do DNA é utilizada como molde durante a

transcrição. Este processo segue as mesmas regras de pareamento que a

replicação, exceto pelo pareamento de U (uracila) com A (adenina). Assim, a

molécula de RNA é complementar à fita de DNA que lhe deu origem e idêntica

à outra fita de DNA, sendo as timinas substituídas por uracila.

A síntese de RNA a partir de DNA é catalisada por uma RNA

polimerase. O mecanismo de reação da RNA pol é idêntico ao da DNA pol. A

reação ocorre entre o grupamento 3’OH de um ribonucleotídeo e o grupo

fosfato do carbono 5’ do ribonucleotídeo trifosfatado. Ou seja, a reação também

ocorre no sentido 5’→3’ e diferente das DNA polimerases, as RNA polimerases

não necessitam de um primer para iniciar a síntese.

- Início da transcrição: inicia-se quando a RNA pol reconhece

sequências específicas denominadas promotores. Após a comparação de

centenas de genes de E. coli chegou-se às seguintes conclusões: (1) o

primeiro nucleotídeo a ser transcrito geralmente é uma purina (A ou G); (2)

duas sequências são altamente conservadas em procariotos na região

upstream (em direção à extremidade 5’ do gene) ao ponto +1 da transcrição,

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