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INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 1 de 11 APOSTILA 1 – BASES DA HEREDITARIEDADE – Parte 1 A genética ou hereditariedade estuda a transmissão dos caracteres de uma geração para outra. Caráter é qualquer particularidade morfológica ou fisiológica de um ser vivo e eles podem ser: Hereditários: Aqueles que são determinados pela ação de um gene e que, portanto, são transmissíveis, através dos gametas, à descendência. Ex: cor dos olhos, textura da ervilha, etc. Um gene é um trecho de molécula de DNA que determina a montagem de uma molécula de RNA mensageiro, a qual orienta a disposição dos aminoácidos na cadeia proteica. A proteína pode ser um pigmento, uma enzima, um anticorpo, etc, que traduzirão o caráter hereditário. Adquiridos: Aqueles que são condicionados pela ação do meio ambiente, sem afetar o gene. Jamais passarão a ser hereditários. Ex: uma cicatriz, o bronzeamento da pele, etc. Congênitos: Aqueles que são adquiridos durante o desenvolvimento embrionário. Ex: as sequelas, no feto, de rubéola materna. Por serem adquiridos, jamais passarão a ser hereditários. OS TRABALHOS DE MENDEL As semelhanças entre pais e filhos no mundo dos seres vivos sempre chamaram a atenção das pessoas e provocaram, desde o início das civilizações, reflexões sobre como ocorre a transmissão das características de uma geração a outra. Desde a formação de gêmulas pelas várias partes do corpo que se uniriam no momento da concepção (hipótese da pangênese proposta por Hipócrates) até a teoria da pré-formação, segundo a qual haveria um ser pré- formado, praticamente pronto no óvulo ou no espermatozoide (século XVIII), várias ideias buscaram explicar como as características são passadas de geração em geração. A genética se estabeleceu como ciência a partir da segunda metade do século XIX. As descobertas do núcleo celular, dos cromossomos e dos processos de meiose e mitose, por exemplo, são desse período. No entanto uma das contribuições mais significativas foi o trabalho do monge austríaco Gregor Mendel, publicado em 1865 e descoberto e confirmado por Hugo de Vries e Carl Erich Correns, em 1900. Os trabalhos de Gregor Mendel (1822-1884), realizados há quase dois séculos, continuam sendo a base da genética; tudo o mais decorreu desses estudos pioneiros, executados pacientemente e com rigor matemático. Concentrando-se em uma ou duas características contrastantes de plantas de ervilha-de-jardim (Pisum sativum), em um programa de cruzamentos controlados e sugerindo “fatores” causais, hoje chamados de genes, Mendel estabeleceu as fundações para o desenvolvimento dos atuais conceitos de hereditariedade. Mendel escolheu a ervilha de cheiro por ser um excelente material para o estudo a que ele se propunha, porque: - é de fácil cultivo; - tem ciclo de vida curto; - produz grande número de descendentes em cada geração; - apresenta características contrastantes e bem visíveis ( sementes lisas ou rugosas, amarelas ou verdes, etc); - tem flores que se autofecundam normalmente. A PRIMEIRA LEI DE MENDEL Mendel iniciou seus trabalhos com linhagens puras, isto é, plantas que, por autofecundação, só originavam descendentes iguais a elas mesmas em relação a certas características. Depois passou a fazer fecundação cruzada entre plantas de linhagens puras que diferiam em apenas uma característica, como sua altura ou a cor INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 2 de 11 das sementes, chamando de híbridos os descendentes desses cruzamentos. O cruzamento entre indivíduos puros que são diferentes em uma ou mais características é chamado de hibridização. A geração inicial, constituída por indivíduos puros e de fenótipos distintos (plantas com flores de cor púrpura e plantas com flores de cor branca, por exemplo), é a geração parental (ou geração P). Seus descendentes formam a primeira geração de filhos (ou geração F1). Autofecundadas, as plantas da geração F1 produzem a segunda geração de filhos ou geração F2. Tais resultados repetiram-se em F1 e em F2 para todas as características estudadas por Mendel. Dois fatos chamaram a atenção: Fig. 1: Representação dos cruzamentos feitos por Mendel. - Na geração F1 desapareceram as plantas de flores brancas. - Na geração F2 essas plantas ressurgem em todos os cruzamentos, na proporção de 3:1, ou seja, 3 plantas de flores púrpura para cada planta de flores brancas). Para explicar os resultados encontrados, Mendel apresentou as seguintes hipóteses: - Cada característica de um organismo é condicionada por um par de fatores alternativos, sendo um deles proveniente do pai (via gameta masculino) e outro proveniente da mãe (via gameta feminino). Quanto às flores, por exemplo, um fator determina a cor branca e outro fator determina a cor púrpura. - Quando dois fatores são diferentes, apenas um (o dominante) se manifesta; o outro (recessivo) permanece encoberto. - Os dois fatores separam-se na formação dos gametas, que são sempre puros, ou seja, cada gameta contém apenas um fator de cada par. Mendel criou uma simbologia em que representava por “B” o “fator determinante” (gene) da flor de cor púrpura e por “b” o que condicionava a flor de cor branca. E propôs que nos organismos haveriam pares de “fatores” condicionando cada característica. A reunião dessas conclusões compõe a primeira Lei de Mendel, também conhecida como lei da pureza dos gametas ou lei da segregação dos fatores: INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 3 de 11 “Cada característica é determinada por um par de fatores, que se segregam durante a formação dos gametas, os quais sempre são puros.” ATUALIZANDO OS TRABALHOS DE MENDEL Os fatores definidos por Mendel atualmente são chamados alelos e separam-se durante a meiose. As plantas que Mendel denominou puras são as homozigotas. Nas plantas homozigotas de flores púrpura, há dois alelos para flores púrpura; nas plantas homozigotas para flores brancas, dois alelos para flores brancas. As que Mendel chamou híbridas são as heterozigotas, possuindo um alelo de cada tipo e flores de cor púrpura, que são o fenótipo dominante, uma vez que flores brancas são o fenótipo recessivo. Com essas informações, podemos representar os genótipos das flores brancas e das flores púrpura homozigotas e heterozigotas da forma abaixo: (P) BB x bb = Bb (F1) Gametas B b B, b Como as plantas homozigotas só têm um tipo de alelo, elas só vão formar gametas com um tipo de alelo, enquanto as plantas heterozigotas, como têm dois tipos de alelos, podem formar gametas com os dois tipos de alelos, em igual proporção. Na geração F1, 100% dos descendentes têm flores púrpura porque exibem o mesmo fenótipo e genótipo. Na geração F2, encontra-se a proporção de 3 plantas de flor púrpura para cada planta de flor branca, de acordo com o que vemos na figura 5. São tambémencontrados 3 genótipos diferentes: BB, Bb e bb. Essas combinações explicam os resultados obtidos por Mendel na geração F2, em que plantas de genótipos BB e Bb exibem o mesmo fenótipo (flores púrpura) e apenas plantas de genótipo bb têm flores brancas. Visualiza-se a 1ª Lei de Mendel em ação no momento da separação dos cromossomos homólogos, que ocorre na anáfase I da meiose, quando se segregam os alelos para determinada característica. Mesmo sem conhecimentos acerca do comportamento dos cromossomos nos processos de divisão celular, Mendel havia proposto essa ocorrência. Os resultados obtidos em cruzamentos de indivíduos de F2, de acordo com a primeira Lei de Mendel apresentam proporção genotípica de 1 : 2 : 1 , ou seja, ¼ de homozigotos dominantes para 2/4 de heterozigotos para ¼ de homozigotos recessivos, e proporção fenotípica de 3 : 1, ou seja, ¾ com fenótipo dominante e ¼ com fenótipo recessivo. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA GENÉTICA Baseando-se em suas observações, Mendel tirou conclusões que o levaram à formulação de conceitos básicos que se constituem nos fundamentos da genética clássica: a. Genes são as “unidades de herança”. Após a descoberta do DNA como material genético, o gene foi entendido como um segmento de DNA capaz de transcrever sua mensagem em uma molécula de RNA, que depois comanda a síntese de uma proteína, determinando uma característica. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 4 de 11 Atualmente, partes do modelo acima vem sendo questionado, principalmente em relação aos limites do que pode ser chamado de gene, especialmente devido ao conhecimento de novas funções para as moléculas de RNA e com o avanço da epigenética1, entre outros. Fig. 2 – Representação da composição dos cromossomos.2 Fig. 3 – Representação dos locus gênicos de cromossomos homólogos3. b. Cromossomos são moléculas de DNA e podem ser vistos como uma sequência linear de genes. c. Cromossomos homólogos: são cromossomos iguais quanto à forma, tamanho, tipo, e que apresentam a mesma quantidade e ordem de “loci”4 gênicos. Neles se localizam os genes alelos. d. Genes alelos: são genes que ocupam posições correspondentes em cromossomos homólogos. Eles correspondem a versões alternativas de um gene, condicionando estados diferentes do mesmo caráter. Ou seja, os genes R, para semente lisa e r, para semente rugosa, são alelos. e. Locus gênico é a posição constante e definida que o gene ocupa no cromossomo. f. Gene (ou alelo) dominante: é aquele capaz de se manifestar mesmo quando está presente em apenas um dos cromossomos homólogos, ou seja, em dose simples. É representado por uma letra maiúscula. g. Gene (ou alelo) recessivo: é aquele que só se manifesta quando está presente nos dois cromossomos homólogos, ou seja, em dose dupla. É representado por uma letra minúscula. h. Homozigoto ou Puro: é o indivíduo que apresenta alelos iguais para o caráter em estudo. i. Heterozigoto ou Híbrido: é o indivíduo que apresenta, alelos diferentes para o caráter em estudo. j. Genótipo: é a constituição genética, ou seja, o conjunto de alelos que o indivíduo herdou de seu pai e sua mãe. Pode se referir a todos os alelos do organismo ou apenas ao par de alelos para o caráter em questão. Em relação ao seu genótipo o indivíduo pode ser homozigoto dominante, homozigoto recessivo ou heterozigoto. 1 Epigenética é qualquer contribuição ao fenótipo, através de modificações da cromatina, que não envolvem mudanças nas sequências de bases do DNA. Essas modificações possuem informação que é replicada durante as divisões celulares e é altamente susceptível a ação de fatores ambientais. In: http://www.ufac.br/ccbn/genetica/hernaogenetica.html . Acessado em 03/04/2017. 2 Imagem de: http://tiempodeexito.com/biologia1/56.html . Acesso em 15/01/2015. 3 Imagem de: http://www.biologiatotal.com.br/blog/A%20diferen%C3%A7a%20entre%20genes%20e%20alelos+-73 . Acesso em 15/01/2015. 4 Em latim, as palavras terminadas em “us” têm plural na forma de “i”. Por isso, o plural de locus (local, em português) é loc i, assim como o plural de campus é campi. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 5 de 11 k. Fenótipo: é a expressão do gene, ou seja, a manifestação do caráter hereditário. Resulta da interação do genótipo com o ambiente. Ex: as plantas com genótipo RR apresentam como fenótipo as sementes lisas. Compõem o fenótipo de uma pessoa a cor dos olhos, altura, cor da pele, grupo sanguíneo, acuidade visual, existência ou não de diabetes, etc. Em uma espécie vegetal, o fenótipo inclui, entre outras características, a cor das flores, quantidade de sacarose nos frutos, textura das sementes, comprimento das folhas e disposição dos ramos laterais. Algumas características, como o grupo sanguíneo, dependem exclusivamente do genótipo; no entanto, a maioria sofre influência de fatores ambientais. A cor da pele, por exemplo, é determinada geneticamente, mas pode ser modificada pela exposição à luz solar, que é um fator ambiental. A cor das flores de hortênsias, por exemplo, além do seu conjunto gênico, depende da acidez do solo. Portanto, o fenótipo de um indivíduo depende do genótipo e do ambiente. Fenótipo = genótipo em interação com ambiente. O FENÔMENO DA DOMINÂNCIA Duas ou mais variações da mesma característica indicam que o loco gênico correspondente pode ser ocupado por, pelo menos, dois diferentes alelos. Em ervilhas, por exemplo, o loco relacionado com o aspecto das sementes pode ser ocupado, alternativamente, pelo alelo que condiciona sementes rugosas ou pelo que condiciona sementes lisas. Como esses alelos ocorrem em cromossomos homólogos (portanto, aos pares), podem ser encontrados três tipos de plantas: - as que têm dois alelos para vagens lisas e que apresentam vagens lisas; - as que têm dois alelos para vagens rugosas e exibem vagens rugosas; - as que têm um alelo para vagens lisas e um alelo para vagens rugosas e que apresentam vagens lisas. Fig. 4 – Formatos de sementes de ervilhas.5 Chama-se alelo dominante aquele que pode se manifestar tanto em dose dupla como em dose simples; o alelo recessivo só se expressa em dose dupla. No exemplo citado, o alelo que determina vagens lisas é dominante, porque manifesta seu efeito mesmo quando acompanhado de um alelo que condiciona vagens rugosas. Este, por sua vez, é recessivo, porque só expressa seu efeito quando aparece em dose dupla no genótipo. Um alelo recessivo é transcrito normalmente e produz RNA mensageiro capaz de ser traduzido em uma proteína. No entanto essa proteína é produzida em quantidade insuficiente para a manifestação do fenótipo em questão ou apresenta alterações em sua estrutura primária e terciária que fazem com que ela seja não funcional e não desempenhe a mesma função da proteína produzida a partir do alelo dominante. Um alelo recessivo pode se manter oculto em uma população, enquanto um alelo dominante geralmente se manifesta; todavia, nem sempre o alelo dominante é o mais frequente. A observação das populações do norte da Europa, por exemplo, com a maioria formada por pessoas de cabelos claros, demonstra que alelos recessivos também podem seros mais comuns. 5 Imagem de http://www.biologia.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=98&evento=2 . Acessado em 15/01/2015. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 6 de 11 NOÇÕES DE PROBABILIDADE Um dos motivos do sucesso dos trabalhos de Mendel foi a utilização de métodos estatísticos para interpretar os resultados obtidos. Foi ele o introdutor da estatística no estudo da genética. A probabilidade de um evento ocorrer ao acaso é definida pelo quociente do número de eventos favoráveis, pelo número total de eventos possíveis. Probabilidade de um evento ocorrer (P) = número de eventos favoráveis (f) » P = f . número de eventos possíveis (S) S Tomando-se como exemplo o lançamento de um dado, em que todas as faces têm a mesma probabilidade de aparecerem, pode-se calcular a probabilidade de sair uma das faces voltada para cima através da fórmula: P = . número de eventos favoráveis (um lado específico) → 1 » P = 1 . número de eventos possíveis (todos os lados do dado) → 6 6 Probabilidade de ocorrer um OU outro evento Ex.: Qual a probabilidade de sair o número 3 ou o número 6 em um lançamento de dado? Nesse caso, consideramos eventos mutuamente exclusivos, isto é, caso ocorra a face 3 não poderá ocorrer a face 6. Então teremos: P(3) = 1/6 ; P(6) = 1/6 » P(3 ou 6) = 1/6 + 1/6 = 2/6 ou 1/3 Probabilidade de ocorrer um E outro evento Ex.: Qual a probabilidade de sair a face 6 no lançamento de dois dados ao mesmo tempo? Nesse caso, consideramos os dois eventos iguais e independentes, e calculamos da seguinte forma: P(6) no dado A = 1/6 ; P(6) no dado B = 1/6 » P(6 e 6) = 1/6 * 1/6 = 1/36 CRUZAMENTO-TESTE É fácil determinar o genótipo de um indivíduo com fenótipo recessivo, pois como o fator recessivo só se manifesta em dose dupla, ele será sempre homozigoto para aquele fator. No entanto, como saber o genótipo de um indivíduo que apresenta o fenótipo dominante? Um procedimento adequado para isso é o cruzamento-teste, que consiste em cruzar esse indivíduo com um indivíduo de fenótipo recessivo (e, portanto, de fenótipo conhecido) e analisar a descendência. Por exemplo, se cruzarmos uma planta de ervilha de flores púrpura (BB ou Bb) com uma planta de flores brancas (bb), dois resultados serão possíveis, como vemos no Quadro 1: a) se todos os descendentes forem de flor púrpura (Bb), a planta testada é homozigota (BB). b) se entre os descendentes houver plantas de flor branca, a planta testada é heterozigota (Bb). B B B B b Bb Bb b Bb Bb a) b Bb Bb b) b Bb Bb Quadro. 1: Se a planta testada for homozigota, só poderá produzir um tipo de gameta e só um genótipo e fenótipo são esperados. Se a planta em questão for heterozigota, haverá produção de dois tipos de gametas e de dois fenótipos diferentes. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 7 de 11 MAPAS FAMILIARES O mapa familiar, também conhecido como heredograma, genealogia ou pedigree, é uma forma de acompanhar a herança de determinada característica (frequentemente algum tipo de anomalia) ao longo das gerações de uma família, por meio de um conjunto de símbolos, vistos no quadro 2, ao lado. As diversas gerações são representadas de forma sobreposta (as mais antigas em posição superior) e indicadas por algarismos romanos (I, II, III etc). Dentro de cada geração os indivíduos são indicados por algarismos arábicos (1, 2, 3 etc) da esquerda para a direita ou em numeração única em ordem crescente, a partir do primeiro acima e à esquerda. Quadro 2: Símbolos utilizados em heredogramas.6 Para interpretarmos as informações de um heredograma devemos: 1. Determinar a dominância ou recessividade do caráter em questão, procurando-se um casal com um mesmo fenótipo e que apresenta descendentes com fenótipo diferente. Como o fenótipo do filho não se manifestou nos pais, é condicionado por um alelo recessivo. 2. Localizar os indivíduos com fenótipo recessivo, pois todos eles e apenas eles, apresentam genótipo homozigoto recessivo. 3. Determinar os demais genótipos. Podem ser determinados os genótipos dos indivíduos que exibem o fenótipo dominante, considerando-se que um homozigoto recessivo recebeu um alelo de cada um dos pais e que transmite o alelo recessivo para todos os seus descendentes. Eventualmente os genótipos de alguns indivíduos não podem ser determinados, sendo identificados como A_ quando não sabemos se ele é AA ou Aa. VARIAÇÕES DA PRIMEIRA LEI DE MENDEL Alguns casos de herança não seguem o padrão usualmente encontrados pela 1ª Lei de Mendel e apresentam proporções fenotípicas e genotípicas diferentes das esperadas. Entre esses casos, destacam-se a ausência de dominância e os alelos letais. AUSÊNCIA DE DOMINÂNCIA - DOMINÂNCIA INCOMPLETA OU CODOMINÂNCIA Uma herança é por dominância completa quando a presença de apenas um alelo é suficiente para produzir uma quantidade de proteínas responsável pelo fenótipo igual a um do homozigoto. Falamos em dominância incompleta quando um alelo dominante produz apenas metade das proteínas que produziria em dose dupla, o que leva a um fenótipo diferente ao do homozigoto, geralmente intermediário ao fenótipo dos homozigotos. Um exemplo de dominância incompleta é o dos genes que manifestam a cor das flores da planta Mirabilis jalapa ou Maravilha. Há duas linhagens homozigotas: uma de flores vermelhas e uma de flores brancas. O alelo para cor vermelha produz apenas metade dos pigmentos do homozigoto. Como o alelo para a cor branca não produz 6 In: http://janejoserosenei.blogspot.com.br/2012/08/apostila-e-atividades-sobre-genetica-3.html Acessado em 08/02/2015. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 8 de 11 pigmentos, quando cruzamos os homozigotos, os descendentes heterozigotos apresentam flores cor-de-rosa. Nesse caso a proporção fenotípica é igual à proporção genotípica. Geração P Flores Vermelhas (CV CV ) x Flores Brancas (CB CB) Gametas 100% CV 100% CB Geração F1 Flores Cor-de-Rosa (CV CB) Gametas 50% CV + 50% CB x 50% CV + 50% CB Geração F2 Flores Vermelhas (CV CV) – 1/4 ou 25% CV CB Flores Cor-deRosa (CV CB) – 2/4 ou 50% CV CV CV CV CB Flores Brancas (CB CB) – 1/4 ou 25% CB CV CB CB CB Chamamos de codominância os casos em que cada alelo influencia a produção de proteínas funcionais diferentes. Com isso, o fenótipo do heterozigoto possui características presentes em ambos os homozigotos. Um exemplo de codominânciaé a determinação genética dos grupos sanguíneos do sistema ABO na espécie humana: As hemácias humanas podem apresentar substâncias específicas chamadas de antígenos A ou B, de acordo com a presença dos alelos IA e IB, respectivamente. - Os indivíduos homozigotos IAIA apresentam o antígeno A e são dizemos que têm o sangue do tipo A. - Os indivíduos homozigotos IBIB apresentam o antígeno B e são classificados como tipo B. - Os heterozigotos IAIB apresentam os dois antígenos e são classificados como tendo sangue do tipo AB. ALELOS LETAIS Alelos letais são aqueles cujos efeitos são tão prejudiciais que podem levar os indivíduos que os manifestam à morte antes da idade reprodutiva, na maioria das vezes ainda como embriões. Em geral, atuam apenas em homozigose. É o caso do gene que causa a talassemia, uma doença que bloqueia a produção de hemoglobinas típicas de adulto, produzindo uma hemoglobina anormal, parecida com a hemoglobina fetal. As hemácias que contêm essa hemoglobina anômala são destruídas no baço. Como há ausência de dominância entre os alelos para a hemoglobina anormal (TM) e para hemoglobina normal (TN), os homozigotos TN TN são normais, os homozigotos TM TN apresentam uma forma branda da doença (talassemia menor) e os homozigotos TM TM apresentam a forma grave da doença (talassemia maior), que impede a sobrevivência após a adolescência. Existem alelos letais que determinam a morte mesmo antes do nascimento, interferindo nas proporções fenotípica e genotípica da descendência. Por exemplo, um alelo dominante P condiciona pelagem amarela em ratos e, em dose dupla, é letal. O alelo recessivo p determina a pelagem preta. Todos os ratos de pelagem amarela são heterozigotos Pp, pois os homozigotos PP que também teriam pelagem amarela morrem antes de nascer. Cruzamento: Fenótipo: Ratos de pelagem amarela x Ratos de pelagem amarela Genótipo: (Pp) x (Pp) Gametas: 50% P + 50% p 50% P + 50% p Prole: Ratos pretos (pp) – 1/3 P p Ratos amarelos (Pp) – 2/3 P PP Pp Ratos PP – embriões mortos p Pp pp INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 9 de 11 ALELOS MÚLTIPLOS Um dos aspectos importantes do material genético é a estabilidade: os genes podem permanecer inalterados por diversas gerações consecutivas, mantendo características básicas da espécie praticamente sem modificações. Entretanto, existe a possibilidade de que sofram mudanças. Alelos diferentes surgem por mutações gênicas a partir de alelos preexistentes. Lembrando: um loco gênico é a porção do cromossomo onde se localiza um gene, ou seja, um segmento de DNA com a informação genética que codifica a síntese de um polipeptídeo e determina uma característica. Alelo é cada uma das versões de um determinado gene. É habitual cada loco poder ser ocupado alternativamente por um alelo dominante ou um alelo recessivo. Quando um gene admite três ou mais versões (ou formas alternativas), que podem ocupar alternativamente o mesmo loco gênico, elas são chamadas de alelos múltiplos ou polialelos. Como em cada célula, geralmente, há dois cromossomos de cada tipo (os pares de homólogos), os alelos também formam pares. Independentemente do número de alelos múltiplos de uma série, apenas dois (iguais ou diferentes) são encontrados em cada indivíduo. Por exemplo, em coelhos, a cor da pelagem é condicionada por uma série de quatro alelos múltiplos; no entanto, cada animal tem em suas células apenas dois deles: C – determina a pelagem selvagem ou aguti (marrom ou castanha); cch – determina a pelagem chinchila (cinza); ch – determina pelagem himalaia (branca com extremidades pretas); c (ou ca) – determina pelagem albina (branca). Esses alelos apresentam entre si a seguinte relação de dominância: C > cch < ch < c. Assim encontramos 10 possíveis genótipos para a pelagem dos coelhos. Entre os coelhos com pelagem chinchila, além disso, os que têm genótipo cch ch e cch c são mais claros que os animais com genótipo cch cch, caracterizando uma herança com dominância incompleta. Sangue: Sistema ABO Uma transfusão de sangue inadequada pode provocar queda da pressão arterial, vermelhidão generalizada ou palidez, escurecimento da visão, desmaio e até morte. Tais reações são determinadas por antígenos (substâncias geralmente de natureza proteica) cuja presença, no sangue, é geneticamente condicionada. Uma substância estranha (antígeno) pode desencadear contra si a produção de proteínas de defesa (anticorpos). A reação entre antígeno e anticorpo é específica, ou seja, cada anticorpo se liga a determinado antígeno, sugerindo um encaixe de tipo “chave-fechadura”, semelhante ao que ocorre entre enzima e substrato. Se um indivíduo produz determinado antígeno, seu corpo não o reconhece como estranho e não produz anticorpos contra ele, mas ao entrar em contato contra os antígenos que o seu corpo não produz, produz anticorpos contra esses. Os antígenos do sistema ABO, chamados aglutinogênio A e aglutinogênio B, encontram-se na superfície das hemácias; os anticorpos correspondentes são a aglutinina anti-A e a aglutinina anti-B, presentes no plasma. Os grupos (ou tipos) sanguíneos são classificados em A, B, AB e O, conforme o(s) antígeno(s) que o indivíduo possui. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 10 de 11 Tabela 1. Grupos sanguíneos do sistema ABO Grupos sanguíneos Antígenos presentes nas hemácias Anticorpos presentes no plasma A A Anti-B B B Anti-A AB A e B Nenhuma O Nenhum Anti-A e anti-B TRANSFUSÕES Em uma transfusão, de modo geral, evita-se que uma pessoa receba sangue com antígenos contra os quais ela possua ou possa produzir anticorpos. Considerando-se apenas o sistema ABO, as pessoas do grupo AB, que não possuem anticorpos anti-A nem anti- B, são receptores universais, ou seja, podem receber sangue de qualquer grupo do sistema ABO. Já as pessoas do grupo O, que não têm antígenos A nem B, são doadores universais, pois seu sangue pode ser doado para qualquer pessoa, considerando-se o sistema ABO. Herança do Sistema ABO A determinação genética do sistema ABO é um caso de polialelia, ou seja, os grupos sanguíneos são determinados por uma série de três alelos múltiplos, que podem ocupar alternativamente o mesmo loco gênico em cromossomos homólogos, formando pares. O alelo IA determina a produção do antígeno A, o alelo IB determina a produção do antígeno B e o alelo i não determina a produção de antígenos. Existe codominância entre os alelos IA e IB, sendo ambos dominantes sobre i (IA = IB > i). O indivíduo homozigoto recessivo tem genótipo ii e sangue sem antígenos, ou seja, é do tipo O. Com três alelos, são possíveis quatro fenótipos e seis genótipos: Sangue tipo A - IAIA, IAi; Sangue tipo B - IBIB, IBi; Sangue tipo AB - IAIB e Sangue tipo O - ii. O conhecimento do padrão de herança tem importante aplicação em medicina legal, pois casos de troca de bebês em maternidades ou investigações de paternidade podem ser solucionados conhecendo-se os grupos sanguíneos dos indivíduos envolvidos. Qual o seu tipo sanguíneo? ______ Analisando os grupos sanguíneos de sua família,qual deve ser o seu genótipo em relação ao sistema ABO? _____________________________ Sangue: Sistema Rh Um outro antígeno pode ser encontrado na superfície das hemácias e que tem grande importância no momento de uma transfusão de sangue – o fator Rh, que tem esse nome porque foi primeiramente identificado em macacos da espécie Macaca mulatta, antigamente chamado Macaca rhesus. Os indivíduos que possuem o fator Rh em suas hemácias são chamados Rh positivo (Rh+). Os indivíduos que não apresentam esse fator são chamados de Rh negativos (Rh-). Transfusões no Sistema Rh Ao contrário do sistema ABO, no qual os indivíduos possuem anticorpos anti-A ou anti-B mesmo se não houver contato com os antígenos em questão, os anticorpos anti-Rh só são produzidos quando uma pessoa Rh- recebe sangue de outra que é Rh+. Dessa forma, as que são Rh+ podem receber sangue de quem é Rh+ ou Rh-, mas quem é Rh- só pode receber sangue de quem também é Rh-, caso contrário, produzirão anticorpos anti-Rh, o que causará aglutinação em transfusões posteriores. Tipagem Sanguínea Para determinar o tipo sanguíneo de uma amostra, utilizam-se anticorpos anti-A, anti-B e anti-Rh, determinando- se ao mesmo tempo os grupos dos sistemas ABO e Rh. INSTITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CAMPUS NILO PEÇANHA – PINHEIRAL BIOLOGIA III 2017 Biologia III - Apostila. EM2017.1. Bases da Hereditariedade parte 1.docx Página 11 de 11 Herança do Sistema Rh A determinação genética do sistema Rh é dado por um par de alelos (D e d) com dominância completa do alelo D, que determina a produção do fator Rh, sobre o alelo d, que determina a não produção do fator Rh. Sendo assim, os indivíduos com sangue tipo Rh positivo podem apresentar os genótipos DD e Dd. Os indivíduos Rh negativo têm o genótipo dd. Doença Hemolítica do Recém-Nascido Além das transfusões, a sensibilização pelo fator Rh é possível quando em uma gestante Rh negativo está se desenvolvendo um feto Rh positivo. Hemácias fetais podem passar para a circulação materna, particularmente durante o parto, e, mesmo em quantidade reduzida, são reconhecidos como estranhos pelo sistema imunológico da mulher, que passa a produzir anticorpos anti-Rh. A criança dessa gravidez dificilmente apresenta algum problema, mas os anticorpos produzidos pela mãe chegam à circulação sanguínea dos próximos fetos Rh positivo, causando-lhes hemólise, isto é destruição das hemácias. Os principais sintomas da hemólise são: anemia, icterícea, elevação da frequência cardíaca, aumento de tamanho do baço e do fígado, presença de hemácias jovens no sangue circulante e, nos casos mais graves, edema generalizado e lesões neurológicas. Esse quadro é chamado de Doença Hemolítica do Recém- Nascido ou Eritroblastose Fetal e pode ocorrer com diferentes graus de intensidade. O tratamento é feito com fototerapia ou a troca de quase todo os sangue da criança. É possível evitar a sensibilização de uma mulher Rh negativo depois do nascimento de uma primeira criança Rh positivo até 72 horas após o parto, injetando-se nela anticorpos anti-Rh que destroem rapidamente as hemácias fetais que passaram para a sua circulação, antes que o sistema imunológico possa reconhece-las como estranhas e passar a produzir anticorpos anti-Rh. TEXTO ADAPTADO A PARTIR DE: Drummond, José Luiz Coimbra. Biologia 1. In: Rede MV1 – 3ª série do Ensino Médio – Vestibular. Edita. 2015. Edições SM. Ser protagonista: biologia, 3º ano : ensino médio. 2.ed. São Paulo: Edições SM, 2013. Favaretto, José A. Biologia - unidade e diversidade. v.3. 1.ed. São Paulo: Saraiva. 2013. Gewandsznajder, Fernando e Linhares, Sérgio. Biologia Hoje. v.3. 2.ed. São Paulo: Editora Ática. 2014. Só Biologia. Genética. In: <http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Genetica.php>. Acesso em 21/03/16.
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