Genética Basico, intermediario e avançado

Prévia do material em texto

Genética é a ciência que estuda os genes, a hereditariedade e
variabilidade entre os indivíduos. Um dos maiores colaboradores para
os conhecimentos de transmissão de características genéticas, foi o
monge Gregor Mendel (1822-1884). Ele fez experimentos com ervilhas
e com outras espécies vegetais e animais e postulou duas leis
importantíssimas que regem as transmissões hereditárias. Mendel
postulou que essas transmissões ocorriam por fatores, hoje chamados
de genes, contidos nos gametas (células reprodutivas femininas e
masculinas).
Para entendermos melhor a transmissão das características
hereditárias, vamos revisar alguns conceitos importantes.
A natureza do material genético é o DNA (ácido desoxirribonucleico),
formado por unidades chamados nucleotídeos. O RNA (ácido
ribonucleico) é outro tipo de ácido nucleico que possui algumas
diferenças do DNA. A transmissão do material genético se dá por meio
dos cromossomos, que são moléculas de DNA associadas a proteínas.
Os cromossomos carregam diferentes tipos de genes, que são
segmentos de DNA que contém a informação necessária para a
formação de proteínas ou moléculas de RNA estáveis. Os genes estão
presentes em locais (locus) específicos nos cromossomos.
Os organismos procariontes (sem envoltório nuclear, por exemplo,
bactérias) possuem o material genético disperso no citoplasma,
enquanto os eucariontes (com envoltório nuclear, por exemplo, nós
humanos) possuem o material genético dentro do núcleo da célula,
envolto por uma membrana dupla com poros que permitem a passagem
de moléculas.
A transmissão dos cromossomos em organismos com reprodução
sexuada se dá através dos gametas, formados por um tipo de divisão
celular chamado meiose, responsável por criar células com metade do
número de cromossomos. Estes gametas se unem na fecundação para
reestabelecer o conjunto cromossômico próprio da espécie.
Vamos entender um pouco sobre as leis de Mendel:
Mendel teve sucesso em seus experimentos porque escolheu um
organismo de fácil cultivo (as ervilhas, Pisum sativum), analisando
características com variedades bem definidas, sem formas
intermediárias (por exemplo cor da semente: amarela ou verde). Mendel
cruzava plantas de linhagens puras (linhagens que produziam
descendentes com características que não variavam de uma geração
para outra) e contava a proporção de prole obtida.
Mendel cruzou, por exemplo, ervilhas com sementes verdes com
ervilhas com sementes amarelas e obteve na 1ª geração, a qual ele
chamou de F1, somente ervilhas com sementes amarelas. As plantas
puras que ele cruzava ele chamava de geração parental (geração P).
Quando cruzou as ervilhas da F1 entre si, bem como possibilitou sua
autofecundação, obteve a segunda geração, a qual chamou de F2.
Nesta, percebeu a proporção de 3 sementes amarelas para cada 1
semente verde (proporção 3:1). Ele observou que uma característica
desaparecia na F1 (neste caso, sementes verdes), mas reaparecia em
F2 e esta ele chamou de variedade recessiva. A característica que
apareceu em todas as gerações ele chamou de variedade dominante.
Observando os cruzamentos entre ervilhas com outras características,
por exemplo, textura da semente (lisa ou rugosa), ele constatou as
mesmas proporções em F1 e F2. Assim, Mendel propôs que uma
característica é determinada por um par de fatores que se separa na
formação dos gametas. Esta é a 1ª lei de Mendel, que hoje podemos
tratar da seguinte forma: cada caráter é determinado por um par de
fatores genéticos denominados alelos. Estes, na formação dos gametas
na meiose, são separados e, desta forma, pai e mãe transmitem apenas
um para seu descendente.
Quando ele analisou mais de uma característica das ervilhas ao mesmo
tempo, por exemplo cruzando ervilhas com sementes lisas e amarelas
com ervilhas com sementes rugosas e verdes, percebeu que a F1 era
100% lisa e amarela, características dominantes. Entretanto, na F2,
obteve ervilhas com sementes lisas e amarelas, lisas e verdes, rugosas
e amarelas e rugosas e verdes, na proporção 9:3:3:1, respectivamente.
Assim, ele concluiu que uma característica não depende da outra, já
que em F2 apareceram todas as combinações possíveis de
características. Mendel postulou então sua segunda lei: o par de fatores
que determina cada característica se separa independentemente na
formação dos gametas. Hoje, podemos deixar essa lei um pouco mais
específica: pares de alelos de genes em cromossomos diferentes
separam-se independentemente na meiose.
Referências:
GRIFFITHS, Anthony J. F.. Introdução à Genética. 1ª ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.
PASTERNAK, Jack J.. Uma Introdução à Genética Molecular Humana :
Mecanismos das Doenças Hereditárias. 2ª ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2007
BORGES-OSORIO, Maria R.; ROBINSON, Wanyce. Genética Humana.
2ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2001.
Agora que você já entendeu um pouco como se dá a transmissão das
características hereditárias (através dos cromossomos que estão nos
gametas), vamos aprofundar um pouco mais. É indicado que você
revise o conteúdo de divisão celular, principalmente a meiose, para que
entenda bem como essa passagem de informação genética se dá de
geração para geração.
https://www.youtube.com/watch?v=3noo_F4ayX0
https://www.youtube.com/watch?v=kki4YZfP2k8
Como vimos, os genes são fragmentos de DNA responsáveis pela
produção de uma proteína ou mesmo um RNA estável e estão
localizados em lugares específicos nos cromossomos, determinados
locus. Como possuímos 2 cópias de cada cromossomo em nossas
células somáticas (2n), os genes também estão aos pares, um em cada
cromossomo homólogo. Cada forma existente de um mesmo gene
recebe o nome de alelo. Se o indivíduo carregar dois alelos iguais no
mesmo locus ele é dito homozigoto para aquele alelo. Se o indivíduo
carregar dois alelos diferentes no mesmo locus ele é dito heterozigoto
para aquele alelo. Observe figura abaixo:
Os alelos apresentam diferentes formas de dominância. A dominancia
completa ocorre quando um dos alelos "domina" a expressão do outro,
portanto, a característica determinada pelo alelo dominante (fenótipo)
será observada da mesma forma tanto em homozigose, como em
heterozigose. Neste tipo de dominância, o alelo chamado recessivo só
se expressa quando está em homozigose. As ervilhas estudadas por
Mendel apresentavam fenótipos determinados por alelos com
dominância completa. A cor da semente amarela era determinada por
um alelo dominante e a verde por um recessivo.
https://www.youtube.com/watch?v=3noo_F4ayX0
https://www.youtube.com/watch?v=kki4YZfP2k8
Quando o fenótipo do heterozigoto é intermediário entre os
homozigotos, esta interação entre os alelos é chamada de dominância
imcompleta e a flor maravilha é um exemplo. Observe figura abaixo:
Os grupos sanguíneos do sistema ABO são determinados por 3 alelos:
IA, IB e i, que possuem relações de dominancia completa (IA e i; IB e i),
mas também possuem relação de codominância (IA e IB). Neste tipo de
relação, ambos os alelos expressam seu fenótipo no heterozigot. Por
exemplo, indivíduos que possuem genótipo IA IB são do tipo AB. O
quadro abaixo mostra a relação entre fenótipos e genótipos para os
grupos sanguíneos do sistema ABO.
Alelo Função Fenótipo Genótipo
IA síntese de aglutinogênio A A IA IA ou IAi
IB síntese de aglutinogênio B B IB IB ou IBi
IA e IB síntese de aglutinogênio A e aglutinogênio B AB IAIB
i não sintetiza aglutinogênio O ii
Os alelos IA e IB são co-dominantes entre si e dominantes em relação
ao i, e a relação de dominância pode ser escrita da seguinte forma:
IA = IB > i
Além destas interações alélicas, ocorrem também interações gênicas,
ou seja, entre os produtos de genes que estão localizados em diferentes
locus ou até mesmo em diferentes cromossomos. Podemos citar as
relações epistáticas e não epistáticas. Como exemplo de interação
gênica não epistática, podemos citar a determinação da crista de
galináceos. Existem 4 tipos de cristas: ervilha, rosa, noz e simples,
determinadas por 2 pares de alelos: R/r e E/e. A relação entreas
interações e os fenótipos estão descritos abaixo:
Interação de: Fenótipo
R_E_ Crista Noz
R_ee Crista Rosa
rrE_ Crista Ervilha
rree Crista Simples
http://www.infoescola.com/genetica/alelos/
As interações epistáticas ocorrem quando os alelos de um gene inibem
a expressão dos alelos de outro gene, como o que ocorre com a
determinação da cor da plumagem em galinhas e com a cor da pelagem
em camundongos, sendo o primeiro caso um caso de epistasia
dominante e o segundo, um caso de epistasia recessiva. Na epistasia
dominate, o gene epistático atua em dose simples, isto é, a presença de
um único alelo epistático é suficiente para causar a inibição do
hipostático. Por outro lado, na epistasia recessiva, o alelo que determina
a epistasia atua somente em dose dupla.
Para estudar mais sobre interações alélicas e gênicas, leia o capítulo 4
do livro: Introdução a genética de Anthony JF Griffiths.
Referências:
GRIFFITHS, Anthony J. F.. Introdução à Genética. 1ª ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.
PASTERNAK, Jack J.. Uma Introdução à Genética Molecular Humana :
Mecanismos das Doenças Hereditárias. 2ª ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2007
BORGES-OSORIO, Maria R.; ROBINSON, Wanyce. Genética Humana.
2ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2001.
A variabilidade genética se dá através de acúmulo de mutações e
recombinação existente entre os cromossomos durante a meiose.
Para ler mais sobre variabilidade genética indicamos o seguinte linK:
http://www.portaleducacao.com.br/biologia/artigos/25796/variabilidade-g
enetica
As mutações são causadas por erros na hora da replicação do DNA
(para entender melhor sobre replicação, consulte o material de biologia
molecular) ou por influência de agentes externos, chamados agentes
mutagênicos (geradores de mutações), como poluentes, radiação, etc.
Essas mutações podem ser silenciosas e não alterarem a sequência de
proteínas, por ocorrerem em regiões de DNA não codificantes.
Podemos dividir as mutações em gênicas, onde há alteração em um ou
uma sequencia curta de nucleotídeos no DNA e cromossômicas, onde
ocorre uma alteração de parte da estrtura de um cromossomo. As
mutações, bem como os fenômenos de recombinação, que passam de
geração para geração são as que ocorrem nas células germinativas e
são as que apresentam maior interesse no estudo da genética. As
mutações chamadas somáticas alteram as células do corpo, mas não
são transmitidas para os descendentes.
Para ler mais sobre mutações:
http://www.uff.br/genetica_animal/mutacao
Consulte também o artigo disponível em:
http://dreyfus.ib.usp.br/bio203/texto13.pdf
As mutações cromossômicas incluem inversões, deleções, inserções e
translocações, como mostra a figura abaixo:
http://www.portaleducacao.com.br/biologia/artigos/25796/variabilidade-genetica
http://www.portaleducacao.com.br/biologia/artigos/25796/variabilidade-genetica
http://www.uff.br/genetica_animal/mutacao
http://dreyfus.ib.usp.br/bio203/texto13.pdf
A análise dessas alterações cromossômicas fazem parte de um ramo da
genética chamado citogenética. A citogenética trata do enfoque
citológico da genética, consistindo principalmente em estudos
microscópios dos cromossomos, através da análise de cariótipo.
Alguns conceitos:
Poliplóide: Uma célula ou um organismo composto de células contendo
3 ou mais conjuntos cromossômicos
Aneuploide: A célula que teve o seu material genético alterado, sendo
portador de um número cromossômico diferente do normal da espécie.
Podendo ter uma diminuição ou aumento do número de pares de
cromossomos
Euploide: Uma célula contendo qualquer número de um conjunto
cromossômico inteiro de um organismo composto por tais células.
Para detecção de mutações cromossômicas ou alterações no número
de cromossomos pode ser realizado uma avaliação de cariótipo. O
cariótipo é o conjunto de cromossomos, cujo número e morfologia são
característicos de uma espécie ou de seus gametas. A análise do
cariótipo é feita por meio de uma fotomicrografia dos cromossomos de
um indivíduo, recortada e organizada de maneira característica, visando
ao diagnóstico de anomalias genéticas relacionadas ao número ou à
morfologia de cromossomos. É possível detectar anomalias como
síndrome de Down (trissomia do cromossomo 21), síndrome de Turner
(monossomia do cromossomo sexual, X0), síndrome de Edwards
(trissomia do cromossomo 18), síndrome de Patau (trissomia do
cromossomo 13), etc.
A análise de cariótipo é feita comumente através de coleta e cultivo de
linfócitos periféricos, mas para diagnóstico pré-natal também é possível
realizar biópsa do vilo corial e a amniocentese. Como esses dois
úlltimos exames apresentam um certo risco de aborto, por se tratar de
uma técnica muito invasiva, alternativas como detecção de material
genético fetal no sangue periférico da mãe já tem sido realizadas com
bastante sucesso.
Para ler mais sobre diagnóstico pré-natal, consulte (em inglês):
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3004373/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3004373/
A análise cromossômica também conta com padrões de bandeamentos
específicos criados por diferentes técnicas de colorações. Os padrões
de bandeamento mais utilizados são as bandas Q, G, C e R, que
identificam diferentes porções cromossômicas. Técnicas de hibridização
in situ, utilizando fluoróforos também permitem boa análise das porções
cromossômicas.
Para entender melhor sobre as bandas cromossômicas e técnicas de
hibridização:
FISH (em português) - http://www.scielo.br/pdf/aib/v79n4/a23v79n4.pdf
FISH (em inglês) -
http://www.nature.com/scitable/topicpage/fluorescence-in-situ-hybridizati
on-fish-327
bandeamento cromossômico -
http://www.ufv.br/dbg/resumos2008b/Resumo%20Andre.htm
Referências:
GRIFFITHS, Anthony J. F.. Introdução à Genética. 1ª ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.
PASTERNAK, Jack J.. Uma Introdução à Genética Molecular Humana :
Mecanismos das Doenças Hereditárias. 2ª ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2007
BORGES-OSORIO, Maria R.; ROBINSON, Wanyce. Genética Humana.
2ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2001.
http://www.scielo.br/pdf/aib/v79n4/a23v79n4.pdf
http://www.nature.com/scitable/topicpage/fluorescence-in-situ-hybridization-fish-327
http://www.nature.com/scitable/topicpage/fluorescence-in-situ-hybridization-fish-327
http://www.ufv.br/dbg/resumos2008b/Resumo%20Andre.htm