Prévia do material em texto
Genética 1 Genética Renata de Mattos Duarte 1ª e di çã o Genética 2 DIREÇÃO SUPERIOR Chanceler Joaquim de Oliveira Reitora Marlene Salgado de Oliveira Presidente da Mantenedora Wellington Salgado de Oliveira Pró-Reitor de Planejamento e Finanças Wellington Salgado de Oliveira Pró-Reitor de Organização e Desenvolvimento Jefferson Salgado de Oliveira Pró-Reitor Administrativo Wallace Salgado de Oliveira Pró-Reitora Acadêmica Jaina dos Santos Mello Ferreira Pró-Reitor de Extensão Manuel de Souza Esteves DEPARTAMENTO DE ENSINO A DISTÂNCIA Gerência Nacional do EAD Bruno Mello Ferreira Gestor Acadêmico Diogo Pereira da Silva FICHA TÉCNICA Texto: Renata de Mattos Duarte Revisão Ortográfica: Rafael Dias de Carvalho Moraes & Christina Corrêa da Fonseca Projeto Gráfico e Editoração: Antonia Machado, Eduardo Bordoni, Fabrício Ramos e Victor Narciso Supervisão de Materiais Instrucionais: Antonia Machado Ilustração: Eduardo Bordoni e Fabrício Ramos Capa: Eduardo Bordoni e Fabrício Ramos COORDENAÇÃO GERAL: Departamento de Ensino a Distância Rua Marechal Deodoro 217, Centro, Niterói, RJ, CEP 24020-420 www.universo.edu.br Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca Rachel de Queiroz – UNIVERSO D812g Duarte, Renata de Matoos Genética / Renata de Mattos Duarte; revisão de Rafael Dias de Carvalho Moraes. 1.ed. - Niterói, RJ: EAD/UNIVERSO, 2015. 158p.:il. 1. Genética. 2. Mendel, Lei de 3. Hereditariedade 4. Mapeamento cromossômico. 5. Biotecnologia I. Duarte, Renata Mattos. II. Carvalho, Rafael Dias de Carvalho. III. Título. CDD 575.1 Informamos que é de única e exclusiva responsabilidade do autor a originalidade desta obra, não se r esponsabilizando a ASOEC pelo conteúdo do texto formulado. © Departamento de Ensi no a Dist ância - Universidade Salgado de Oliveira Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida, arquivada ou transmitida de nenhuma forma ou por nenhum meio sem permissão expressa e por escrito da Associação Salgado de Oliveira de Educação e Cultura, mantenedora da Univer sidade Salgado de Oliveira (UNIVERSO). Genética 3 Palavra da reitora Acompanhando as necessidades de um mundo cada vez mais complexo, exigente e necessitado de aprendizagem contínua, a Universidade Salgado de Oliveira (UNIVERSO) apresenta a UNIVERSOEAD, que reúne os diferentes segmentos do ensino a distância na universidade. Nosso programa foi desenvolvido segundo as diretrizes do MEC e baseado em experiências do gênero bem-sucedidas mundialmente. São inúmeras as vantagens de se estudar a distância e somente por meio dessa modalidade de ensino são sanadas as dificuldades de tempo e espaço presentes nos dias de hoje. O aluno tem a possibilidade de administrar seu próprio tempo e gerenciar seu estudo de acordo com sua disponibilidade, tornando-se responsável pela própria aprendizagem. O ensino a distância complementa os estudos presenciais à medida que permite que alunos e professores, fisicamente distanciados, possam estar a todo o momento, ligados por ferramentas de interação presentes na Internet através de nossa plataforma. Além disso, nosso material didático foi desenvolvido por professores especializados nessa modalidade de ensino, em que a clareza e objetividade são fundamentais para a perfeita compreensão dos conteúdos. A UNIVERSO tem uma história de sucesso no que diz respeito à educação a distância. Nossa experiência nos remete ao final da década de 80, com o bem- sucedido projeto Novo Saber. Hoje, oferece uma estrutura em constante processo de atualização, ampliando as possibilidades de acesso a cursos de atualização, graduação ou pós-graduação. Reafirmando seu compromisso com a excelência no ensino e compartilhando as novas tendências em educação, a UNIVERSO convida seu alunado a conhecer o programa e usufruir das vantagens que o estudar a distância proporciona. Seja bem-vindo à UNIVERSOEAD! Professora Marlene Salgado de Oliveira Reitora. Genética 4 Genética 5 Sumário Apresentação da disciplina ................................................................................................ 7 Plano da disciplina .............................................................................................................. 9 Unidade 1 Introdução à genética...................................................................................... 13 Unidade 2 Leis de Mendel.................................................................................................. 33 Unidade 3 Ação gênica....................................................................................................... 55 Unidade 4 Bases cromossômicas da hereditariedade.................................................... 73 Unidade 5 Linkage, crossing-over e mapeamento genético ........................................ 87 Unidade 6 Genética de populações e evolução. ............................................................ 105 Unidade 7 Biotecnologia. .................................................................................................. 129 Considerações finais ........................................................................................................... 145 Conhecendo a autora ......................................................................................................... 147 Referências ........................................................................................................................... 149 Anexos .................................................................................................................................. 151 Genética 6 Genética 7 Apresentação da disciplina Caro aluno, Seja bem-vindo a disciplina Genética. A reprodução é um dos fenômenos mais intrigantes da natureza. O fato de cada ser vivo originar-se de outro, do qual herda a forma, as características e a estrutura desperta interesse dos estudiosos a muito tempo. Genética é a área das ciências biológicas que estuda a transmissão dos caracteres morfológicos, estruturais, fisiológicos, bioquímicos e até de comportamento entre gerações de seres vivos de uma espécie. As aplicações dos dados gerados pelos estudos genéticos envolvem desde o melhoramento genético de muitas espécies de interesse comercial até a promoção do avanço na área da saúde, buscando a melhoria da qualidade de vida do homem. Portanto, o estudo da genética é fundamental para a formação de profissionais que atuam na área das ciências biológicas. Os estudos propostos por esta disciplina, fomentará o aluno a adquirir gradativamente os conhecimentos sobre genética. São muitos conceitos, alguns exclusivos para o estudo na área de genética. Por isso, é necessário se aprofundar aos poucos, em níveis sucessivos de conhecimento, adequando o aprendizado às necessidades da sua realidade acadêmica e profissional. Acredita-se que esta disciplina contribuirá para a sua constante construção acadêmica e profissional. Estaremos à disposição para colaborar, facilitando o processo ensino- aprendizagem, tornando-o cada vez mais dinâmico e prazeroso. Bons Estudos. Genética 8 Genética 9 Plano da disciplina Cada vez mais, as ciências da área biológica trazem informações que visam melhorar a qualidade de vida das pessoas. Este resultado decorre de vários conhecimentos, sobretudo acerca do aprimoramento das condições de saúde e também sobre os mecanismos que regem a vida. Genética é a área das ciências biológicas que estuda a transmissão dos caracteres morfológicos, estruturais, fisiológicos, bioquímicos e até de comportamento entre gerações de seres vivos de uma espécie. O objetivoda disciplina é conhecer os mecanismos de transmissão dos caracteres dos organismos vivos e seus efeitos no desenvolvimento das populações. A disciplina foi dividida em seis unidades, que se encontram subdividida em tópicos, a fim de facilitar a compreensão dos conteúdos. A seguir são apresentadas as unidades com os respectivos objetivos. Unidade 1 – Introdução à Genética Nessa primeira unidade, serão abordados a visão histórica e conceitos básicos acerca da genética. Objetivos da unidade: Conhecer os principais termos utilizados no estudo da genética; Compreender o surgimento deste ramo das ciências biológicas; Entender a evolução dos estudos genéticos; Contribuir para o desenvolvimento de novos conhecimentos acerca da genética. Genética 10 Unidade 2 – Leis de Mendel Nessa segunda unidade serão abordados os trabalhos realizados por Gregor Mendel, que resultaram em leis fundamentais para a Genética. Objetivos da unidade: Conhecer os trabalhos de Gregor Mendel; Identificar as Leis de Mendel; Aplicar os princípios de Mendel. Unidade 3 – Ação Gênica Na terceira unidade serão discutidas as relações genotípicas, fenotípicas e ambientais para os organismos. Objetivos da unidade: Compreender a relação entre genótipo, fenótipo e fatores ambientais; Identificar e conhecer as interações gênicas; Entender a pleiotropia; Analisar a herança quantitativa. Unidade 4 – Bases cromossômicas da hereditariedade Nessa unidade serão discutidos temas acerca da teoria cromossômica da herança genética e a herança ligada ao sexo. Objetivos da unidade: Compreender a ação dos genes na determinação do sexo; Identificar e conhecer os cromossomos sexuais; Genética 11 Entender a herança genética ligada ao sexo; Entender os sistemas de determinação do sexo que não envolve cromossomos sexuais. Unidade 5 – Linkage, Crossing-over e Mapeamento Genético Na unidade cinco serão discutidos temas acerca da ligação entre genes, a permutação gênica e o mapeamento genético. Objetivos da unidade: Compreender a ligação gênica ou Linkage; Entender crossing-over; Compreender o mapeamento genético. Unidade 6 – Genética de populações e Evolução Na unidade seis serão discutidos temas acerca da genética de populações e evolução. Objetivos da unidade: Compreender o Princípio de Hardy-Weinberg; Conhecer a teoria de frequências alélicas; Compreender seleção natural; Entender deriva genética aleatória; Conhecer as principais teorias evolucionistas; Entender os mecanismos de especiação; Conhecer as principais teorias sobre a evolução humana. Genética 12 Unidade 7 – Biotecnologia Nesta unidade serão discutidos temas acerca da genética molecular e suas aplicações. Objetivos da unidade: Compreender biotecnologia; Conhecer técnicas de genética molecular; Entender clonagem e suas aplicações. Bons estudos! Genética 13 Introdução à Genética 1 Genética 14 Caro aluno, Iniciam-se aqui os estudos de Genética, disciplina fundamental para a formação na área nas ciências biológicas. Ao término desta disciplina, espera-se que você tenha apreendido as informações de maneira a oportunizar a construção de novos conhecimentos a fim de desenvolver-se na área biológica. Nessa primeira unidade, serão abordados a visão histórica e conceitos básicos acerca da genética. Objetivos da unidade: Conhecer os principais termos utilizados no estudo da genética; Compreender o surgimento deste ramo das ciências biológicas; Entender a evolução dos estudos genéticos; Contribuir para o desenvolvimento de novos conhecimentos acerca da genética. Plano da unidade: Introdução ao estudo da Genética. Natureza química do material genético. Gene. Divisões celulares – mitose e meiose. Mutação. Genética clássica. Genética molecular. Genética de populações. Bons estudos! Genética 15 Introdução ao estudo de genética Genética é a área da biologia que emergiu para explicar as similaridades e diferenças entre os organismos. Esta ciência estuda a herança que promove as semelhanças entre os indivíduos e também estuda as variações que causam a diferenciação entre os indivíduos. Portanto, a Genética é a área da biologia que estuda a natureza química do material hereditário, o modo de ação deste material e o mecanismo de transmissão através das sucessivas gerações. Natureza química do material genético Os organismos iniciam seu ciclo vital como uma única célula. Entretanto, nos seres multicelulares, esta célula origina um complexo organismo com diversos tipos de células. A estrutura e os processos fisiológicos destes organismos são baseados, em sua maioria, em proteínas. A informação genética para a síntese destas proteínas encontra-se no DNA (ácido desoxirribonucleico). A molécula de DNA (Figura 1) é composta de dois filamentos enrolados em dupla hélice. Cada filamento é composto de cópias repetidas do açúcar desoxirribose e de fosfato. De cada grupo de açúcar-fosfato projeta-se uma base nucleotídica. Há quatro tipos diferentes de bases nos nucleotídeos do DNA: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Na molécula em dupla hélice o arcabouço açúcar-fosfato de cada filamento localiza-se externamente e cada base nucleotídica projeta-se para dentro, fazendo par com o filamento oposto. Sendo que a adenina sempre pareia com a timina (A - T), enquanto que a guanina sempre faz par com a citosina (G – C). As bases que formam os pares são conhecidas como complementares. Genética 16 Figura 1 – Estrutura do DNA. Adaptada de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_simple2_(it).svg?uselang=es Acesso em 04/10/2014, às 15h40. Esta estrutura molecular propicia base para quatro propriedades que caracterizam a informação genética: diversidade de estrutura, habilidade de se replicar, mutabilidade e tradução em forma e função. O processo de replicação do DNA (Figura 2) é baseado na característica complementar dos seus filamentos. Estes filamentos permanecem unidos por pontes de hidrogênio situadas entre os pares de bases específicos. Quando estas ligações são quebradas, os filamentos separados servem de moldes para a síntese de novos filamentos complementares. Os novos filamentos são formados pela incorporação gradativa de nucleotídeos opostos a nucleotídeos nos filamentos moldes. No final do processo de replicação, cada filamento molde é pareado com um novo filamento complementar sintetizado. Assim surgem dois DNA idênticos. Genética 17 Figura 2 – Replicação do DNA. Retirada de http://www.sobiologia.com.br/ Acesso em 04/10/2014, às 15h38. Gene As moléculas de DNA contêm informações fundamentais para orientar as atividades celulares, o desenvolvimento, o funcionamento e o comportamento dos organismos. Estas informações são codificadas em sequências de nucleotídeos dentro das moléculas de DNA do genoma. No genoma, a informação contida no DNA é organizada nas unidades denominadas genes. Cada gene é um trecho de pares de nucleotídeos ao longo de uma molécula de DNA. Ele possui as instruções para a síntese de proteínas. Cada proteína consiste em um ou mais polipeptídeos (cadeias de aminoácidos). A sequência de aminoácidos em um polipeptídeo é especificada por um códon, unidade codificante elementar dentro de um gene composta por três nucleotídeos adjacentes. A formação de um polipeptídeo compreende duas etapas: transcrição e tradução. A primeira etapa consiste em copiar a informação contida no DNAde um gene em uma molécula de RNA (ácido ribonucleico). O RNA é montado gradativamente ao longo de um dos filamentos da dupla hélice do DNA,respeitando o pareamento com os nucleotídeos do filamento de DNA no gene. Este pareamento ocorre pela ação da enzima RNA-polimerase, sendo que o RNA possui a uracila (U) em vez da timina (T). O RNA transcrito se separa do DNA modelo originando o RNA mensageiro ou mRNA. Genética 18 Figura 3 – Transcrição do DNA. Retirado e adaptado de http://www.infoescola.com/biologia/rna/ Acesso em 04/10/2014, às 16h31. A segunda etapa é a tradução, cujo mRNA de um gene atua como molde para a síntese de um polipeptídeo. Cada um dos códons do gene presentes no mRNA especifica a incorporação de um determinado aminoácido na cadeia polipeptídica. Quando o polipeptídeo está pronto, se dissocia do mRNA e desempenha seu papel na célula. Genética 19 Divisões celulares As células eucarióticas contêm seu material hereditário dentro de estrutura delimitada por membrana chamada núcleo. Dentro do núcleo, o DNA encontra-se organizado em cromossomos. Entretanto, parte do DNA situa-se fora do núcleo, dentro de mitocôndrias e cloroplastos. Tomando como base o número de cromossomos, consideram-se dois tipos de células: diploides quando os cromossomos ocorrem em pares (2n) e haploides quando não há pares de cromossomos (n). No ser humano, por exemplo, as células somáticas são diploides e os gametas são haploides. Nas células diploides, os cromossomos de cada par apresentam a mesma sequência de genes, sendo chamados de cromossomos homólogos. O lugar que cada gene ocupa no cromossomo é chamado de lócus gênico. Portanto, os cromossomos homólogos possuem a mesma sequência de lócus gênico. Cada cromossomo pode apresentar dois bastonetes paralelos chamados de cromátides, unidos em um ponto comum chamado centrômero. Os cromossomos podem ser classificados em quatro tipos, de acordo com o comprimento de seus braços cromossômicos, que são as partes do cromossomo separadas pelo centrômero (Figura 4). São eles: a) Cromossomo metacêntrico possui o centrômero no centro, formando dois braços de mesmo tamanho; b) Cromossomo submetacêntrico apresenta o centrômero deslocado da região mediana, originando dois braços de tamanhos diferentes; c) Cromossomo acrocêntrico possui o centrômero próximo a uma das extremidades, formando um braço bem maior do que o outro; d) Cromossomo telocêntrico possui o centrômero em uma das extremidades, apresentando apenas um braço. Genética 20 Figura 4 – Tipos de cromossomos. Retirado e adaptado de http://www.sobiologia.com.br/ Acesso em 12/10/2014, às 11h07. Após a duplicação dos cromossomos da célula eucarionte mãe, as duplicatas devem ser distribuídas igualmente para as células filhas. Entretanto, as organelas como mitocôndria, retículo endoplasmático, complexo de Golgi etc., são repartidos aleatoriamente. Por isso, a cada divisão a célula passa por uma série de fases que constituem o ciclo celular. A progressão das fases é G1→S→G2→M, conforme ilustrado na Figura 5. Durante a fase G1 não há atividade relacionada ao processo de divisão, caracterizando um intervalo (gap) entre fases. A fase S representa o período do ciclo celular no qual o cromossomo é duplicado, ocorrendo síntese de DNA. A fase M é a ocasião em que a célula mãe se divide, compreendendo dois componentes: mitose, processo que distribui os cromossomos duplicados igualmente para as células filhas, e citocinese, processo que separa fisicamente as duas células filhas. Genética 21 Figura 5 – Ciclo celular. Retirado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_celular Acesso em 13/10/2014 às 11h29. G0 é a fase em que a célula permanece na interfase, período entre uma divisão e outra. Mitose: Embora a mitose ocorra de forma contínua, pode ser dividida em quatro fases para melhor entendê-la (Figura 6). São elas: prófase, metáfase, anáfase e telófase. a) Prófase: nesta fase ocorre a formação do fuso e a condensação dos cromossomos duplicados. A formação do fuso é acompanhada pela fragmentação de muitas organelas intracelulares. Entretanto, mitocôndrias e cloroplastos permanecem intactos. Também ocorre o rompimento da membrana nuclear e os microtúbulos formados no citoplasma invadem o espaço nuclear. Genética 22 b) Metáfase: Alguns destes microtúbulos se associam ao cinetócoro, estrutura proteica ligada aos centrômeros dos cromossomos duplicados, caracterizando o início desta fase. Os cromossomos duplicados posicionam-se a meio caminho entre os polos do fuso, na região equatorial da célula, chamada de placa metafásica. c) Anáfase: Nesta fase as cromátides irmãs de cromossomos duplicados são separadas. Cada cromátide irmã de um cromossomo duplicado é ligada a um polo diferente por meio de microtúbulos ligados a seu cinetócoro. As cromátides irmãs separadas são denominadas cromossomos. d) Telófase: Nesta fase os cromossomos se descondensam, o cinetócoro e as fibras cromossômicas desaparecem. Também ocorre a reestruturação das organelas internas. Quando a mitose se completa, as duas células filhas separam-se pela formação de membranas entre elas, caracterizando a citocinese. Figura 6 – Fases da mitose. Retirado e adaptado de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitose_3.jpg, Acesso em 13/10/2014, às 11h40. Genética 23 Meiose: Este processo reduz o estado diploide ao estado haploide da célula, ou seja, diminui a metade o número de cromossomos. A redução no número de cromossomos ocorre de maneira que cada célula haploide resultante recebe um membro de cada par cromossômico. As células haploides se tornam gametas ou se dividem para formar gametas. Portanto a meiose é fundamental para a reprodução entre eucariontes. O processo de meiose envolve duas divisões celulares (Figura 7). A duplicação cromossômica, ligada à síntese de DNA, ocorre antes da primeira divisão (duplicação cromossômica divisão I da meiose divisão II da meiose). Figura 7 – Fases da meiose. Retirado de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Meiose.svg Acesso em 13/10/2014 às 13h25. Genética 24 Meiose I: Esta etapa da meiose é reducional e ocorre nas fases: prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I. A prófase I é dividida em cinco subfases consecutivas: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. Durante o leptóteno os cromossomos duplicados condensam-se na cromatina. À medida que a condensação cromossômica continua, a célula progride para o zigóteno. Nesta subfase da prófase I, os cromossomos homólogos duplicados emparelham-se resultando em cromossomos espessados, caracterizando o paquíteno. Durante o paquíteno identificam-se quatro cromátides,constituindo a tétrade. As cromátides homólogas podem sofrer ruptura e a troca de lugar destas partes, resultando na permutação ou crossing-over. Durante o diplóteno os cromossomos pareados se separam um pouco, mas permanecem em contato íntimo onde fizeram o crossing. Próximo ao final da prófase I, os cromossomos condensam-se ainda mais, a membrana nuclear fragmenta-se. Na metáfase I as fibras polares passam a ocupar a região correspondente ao núcleo. As fibras cromossômicas se associam aos cinetócoros e os cromossomos passam a ocupar a região equatorial da célula. A fase seguinte é a anáfase I, que se caracteriza pelo deslocamento dos cromossomos para os polos da célula, ocorrendo a disjunção cromossômica. Esta fase é continuada pela telófase I, etapa caracterizada pela formação das membranas que separam as células filhas e que reorganizam o núcleo e pela ocorrência da citocinese. Cada célula haploide formada pela meiose I sofre uma segunda divisão, a meiose II. Genética 25 Meiose II: Nesta divisão ocorre a separação das cromátides irmãs. Cada uma delas migra para um polo diferente e passa a ser denominado cromossomo irmão.A meiose II pode ser dividida em quatro fases: prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II. Durante a prófase II os cromossomos condensam-se e se unem a um novo fuso. Passam a se dirigir à região equatorial da célula na metáfase II. Os centrômeros separam-se, e cada cromátide irmã migra para polos opostos durante a anáfase II. Nos polos, durante a telófase II, as cromátides recebem o nome de cromossomos e formam-se os núcleos filhos ao seu redor, com o número haploide de cromossomos. Mutação: Durante a replicação do DNA pode ocorrer mudança em consequência à incorporação incorreta de nucleotídeos na cadeia. Estas alterações têm potencial de alterar ou perturbar a informação codificada nos genes e são denominadas de mutações. Os genes que são alterados pela ocorrência de mutações são chamados genes mutantes. Tais genes causam características diferentes nos organismos, que constituem a base da evolução biológica. Genética clássica: A genética clássica compreende o período antes da descoberta do DNA. Nesta época, os pesquisadores abordavam a genética analisando os resultados de cruzamentos entre linhagens diferentes de organismos. Neste tipo de estudo, os genes são identificados analisando a herança de diferenças de características, como Mendel fez em seu trabalho com as ervilhas. O estudo clássico de genes também pode ocorrer coordenado com estudos da estrutura e do comportamento dos cromossomos. Analisando os padrões de herança, os pesquisadores podem localizar genes em cromossomos específicos por meio do mapeamento cromossômico. Genética 26 Genética molecular: Esta fase é marcada pela descoberta da estrutura do DNA. A análise genética molecular baseia-se no estudo de sequências de DNA, o que permite ao pesquisador definir um gene quimicamente e manipulá-lo. As moléculas de DNA recombinantes podem ser replicadas em bactérias ou em tubos de ensaio. Genética de populações: Os indivíduos de uma população variam em sua constituição genética. O estudo da genética de populações procura documentar esta variabilidade e compreender seu significado, contribuindo para a análise da evolução biológica. Leitura Complementar: Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo os capítulos do livro: BURNS, G. W. & BOTTINO, P. J. Introdução à Genética. In: Genética. 6ª Ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2008. Cap 1, p.1 – 6. BURNS, G. W. & BOTTINO, P. J. Bases citológicas da herança. In: Genética. 6ª Ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2008. Cap 4, p.35 – 58. Na próxima unidade serão estudadas as Leis de Mendel. É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Genética 27 Exercícios - unidade 1 1.Filmagens de divisões celulares realizadas por meio de microscópio revelam que a mitose é um processo continuo, com duração de aproximadamente uma hora. Indique a alternativa que mostra a sequência correta dos eventos do processo mitótico. a) Telófase, anáfase, metáfase e prófase. b) Prófase, anáfase, telófase e metáfase. c) Anáfase, prófase, metáfase e telófase. d) Anáfase, metáfase, telófase e prófase. e) Prófase, metáfase, anáfase e telófase. 2.Um pesquisador analisou quimicamente três amostras de moléculas inteiras de ácidos nucleicos, encontrando os seguintes resultados: Amostra 1 – revelou presença de ribose; Amostra 2 – revelou presença de dupla hélice; Amostra 3 – revelou presença de uracila. Estes resultados mostram que as moléculas analisadas foram, respectivamente: a) DNA, RNA e RNA. b) DNA, DNA e RNA. c) RNA, DNA e RNA. d) RNA, RNA e DNA e RNA. e) RNA, DNA e DNA ou RNA. Genética 28 3.O aminoácido histinina tem o código genético GTA no DNA. Sua transcrição no RNAm será: a) GAA. b) CAU. c) CAT. d) ACA. e) CUT. 4.A meiose é um processo de divisão celular em que o número de cromossomos é reduzido à metade nas células filhas. A divisão reducional ocorre na: a) Meiose I, porque há a separação dos cromossomos homólogos. b) Meiose II, porque a duplicação cromossômica apenas precede a meiose I. c) Meiose II, porque as células formadas são diploides. d) Meiose II, porque ocorre a separação das cromátides irmãs. e) Meiose I, porque cada cromossomo está formado por duas cromátides. 5. Durante a meiose, o pareamento dos cromossomos homólogos é importante porque garante _______. Assinale a opção que apresenta a afirmativa correta. a) A separação dos cromossomos não homólogos. b) A duplicação do dna, indispensável a esse processo. c) A formação de células-filhas geneticamente idênticas à célula-mãe. d) A possibilidade de permuta gênica. e) A menor variabilidade dos gametas. Genética 29 6.A meiose é um processo de divisão celular em que são formadas quatro células com o número de cromossomos reduzido à metade (n cromossomos). Esse processo é dividido em duas etapas (Meiose I e Meiose II), e cada etapa é subdividida em várias fases. Nessas fases, ocorrem vários eventos: I. Iclivagem (quebra) das cromátides homólogas e troca de trechos entre elas; II. deslocamento das cromátides irmãs para polos opostos da célula; III. ocorrência da citocinese e formação das duas células, as quais possuirão n cromossomos cada uma; IV. deslocamento dos cromossomos homólogos para polos opostos da célula; V. emparelhamento dos cromossomos homólogos na placa metafásica (equatorial) da célula. Os eventos I, II, III, IV e V correspondem, respectivamente, às seguintes fases: a) Interfase, Anáfase I, Telófase II, Anáfase II e Metáfase I. b) Prófase I, Anáfase II, Telófase I, Anáfase I e Metáfase I. c) Telófase I, Anáfase II, Citocinese I, Telófase II e Prófase I. d) Anáfase I, Telófase II, Intercinese, Prófase I e Intercinese. e) Intercinese, Telófase II, Anáfase I, Metáfase I e Anáfase II. Genética 30 7.(UFMG) Indique a proposição que completa, de forma CORRETA, a afirmativa abaixo: Por meiose, uma célula ______ com ______ cromossomos formará ______ células ______, com ______ cromossomos cada uma. a) 2n, 20, 02, 2n, 20. b) Diploide, 10, 04, haploides, 05. c) Diploide, 46, 04, haploides, 23. d) n, 10, 02, 2n, 05. e) Haploide, 05, 04, n, 20. 8.(MACK) Uma molécula de RNA mensageiro com 90 bases nitrogenadas apresenta: a) 90 códons e 90 nucleotídeos. b) 30 códons e 90 nucleotídeos. c) 30 códons e 30 nucleotídeos. d) 60 códons e 30 nucleotídeos. e) 30 códons e 60 nucleotídeos. Genética 31 9.Por que durante a meiose uma célula mãe diploide produz quatro células filhas haploides? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 10.Quais são as principais diferenças entre mitose e meiose? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 32 Genética 33 ___________________________________________________________________ Leis de Mendel 2 Genética 34 Nessa segunda unidade, serão abordados os trabalhos realizados pelo monge Gregor Mendel. Tais trabalhos resultaram em leis fundamentais para a Genética, conhecidas como Leis de Mendel. Objetivos da unidade: Conhecer os trabalhos de Gregor Mendel; Identificar as Leis de Mendel; Aplicar os princípios de Mendel. Plano da unidade: Estudos de Mendel. Primeira lei de Mendel. Segunda lei de Mendel. Aplicações dos princípios de Mendel. Heredogramas. Variação alélica. Bons estudos! Genética 35 Estudos de Mendel No século XIX, o monge austríaco Gregor Mendel (1822-1884) realizou experimentações com diversas espécies de plantas cultivadas em seu jardim. Entretanto, o trabalho com as ervilhas foi o que obteve maior sucesso, sendo completado em 1864. No ano seguinte, Mendel apresentou seus resultados à comunidade científica. Sua publicação permaneceu despercebida até 1900, quando três pesquisadores, o holandês Hugo de Vries (1848 – 1935), o alemão Carl Correns (1864 – 1933) e o austríaco Erich Von Tschermack (1871 – 1962) a redescobriram. O sucesso do trabalho de Mendel se deve a escolha do material experimental, a ervilha de jardim, e ao método empregado na organização das experimentações associado à aplicação de tratamento estatístico dos dados coletados. As ervilhas são facilmente cultivadas. As pétalas de sua flor ficam bem fechadas, impedindo que os grãos de pólen saiam ou entrem. Esta característica induz a autofertilização da planta. Como resultado, as linhagens individuais de ervilhas apresentam pouco ou nenhuma variação genética de uma geração para outra, por isso são consideradas linhagens puras. Mendel obteve várias linhagens puras diferentes de ervilhas, cada uma com sua característica distinta. Ele focou seus estudos nas diferenças contrastantes entre as plantas que eram iguais em outras características, como a altura das plantas ou a cor de suas sementes por exemplo. Primeira lei de Mendel: Em um de seus experimentos, Mendel realizou a fertilização cruzada entre plantas altas e baixas para investigar como a altura era herdada. Estas plantas constituíram a geração parental (P). As sementes resultantes deste cruzamento foram semeadas no ano seguinte, produzindo híbridas uniformemente altas, independentemente da forma como foi feito o cruzamento (masculina alta e Genética 36 feminina baixa ou masculina baixa e feminina alta), caracterizando a geração de descendentes (F1). A seguir, Mendel deixou que houvesse autofecundação entre os indivíduos híbridos altos da F1. Analisando os descendentes (F2), Mendel constatou que dentre 1.064 descendentes, 787 eram plantas altas e 277 eram plantas baixas, uma proporção de 3:1. A partir destes resultados, Mendel deduziu que os descendentes híbridos da F1 possuíam um fator genético latente para originar plantas baixas, que denominou de recessivo. Entretanto, este fator foi mascarado pela expressão de outro fator para originar plantas altas, que chamou de dominante. Mendel realizou novos experimentos, similares ao descrito anteriormente, para estudar a herança de outras seis características. Para todas as características estudadas, Mendel obteve F2 com a proporção de 3 variedades dominantes para 1 recessiva. Estes resultados indicaram que cada característica estudada era controlada por um par de fatores hereditários, chamados na atualidade de genes. Suas formas dominante e recessiva são chamadas de alelos. Assim, Mendel propôs que cada uma das linhagens parentais utilizadas em seus experimentos levava duas cópias idênticas de um gene. Estas cópias são atualmente denominadas diploides e homozigotas. Também propôs que as duas cópias eram reduzidas a uma. Esta proposição pode ser explicada por meio do estudo da divisão celular. Tal estudo demonstra que após a meiose os gametas originados são haploides. Mendel ainda reconheceu que o número diploide de genes seria restaurado quando os gametas se unissem para formar o zigoto. Ele compreendeu que se os gametas originassem de plantas geneticamente diferentes, o zigoto híbrido herdaria dois alelos diferentes, um da mãe e outro do pai, resultando em uma prole heterozigota. Quando o indivíduo heterozigoto se reproduzir, cada um de seus alelos dominante ou recessivo teria a mesma chance de entrar em um gameta. Mendel utilizou símbolos para representar os fatores hereditários que ele postulou. O alelo recessivo foi representado pela letra minúscula (a) e o dominante pela letra maiúscula (A). Assim, as linhagens puras são representadas AA e aa. Considerou-se que a constituição alélica de cada linhagem é seu genótipo e que o aspecto físico de cada linhagem é seu fenótipo, conforme representado da Figura 8. Genética 37 Como a geração P é formada por linhagens puras com características distintas cada genitor contribui igualmente para a F1 que origina indivíduos heterozigotos com genótipo Aa. Entretanto, o fenótipo da F1 é o mesmo do genitor que contribuiu com o alelo dominante A. Durante a meiose, os indivíduos da geração F1 produzem dois tipos de gametas, A e a, em proporções iguais devido à segregação alélica. Na autofecundação, os dois tipos de gametas produzidos pelos heterozigotos podem produzir quatro tipos diferentes de zigotos AA, Aa, aA e aa. Contudo, três destes genótipos apresentam o mesmo fenótipo. Portanto, na geração F2, a característica estudada aparece na proporção de 3:1. Figura 8 – Representação gráfica da Primeira lei de Mendel. Retirada e adaptada de http://educacao.globo.com/biologia/assunto/hereditariedade/leis-de-mendel.html, Acesso em 24/10/2014, às 17h57. Genética 38 Importante! Com base em suas análises, Mendel descreveu dois princípios básicos: Princípio da Dominância: Em um heterozigoto, um alelo pode mascarar a presença do outro. Princípio da Segregação: Em um heterozigoto, dois alelos diferentes segregam-se um do outro durante a formação de gametas. Importante! PRIMEIRA LEI DE MENDEL (Monoibrismo): Cada caráter é determinado por um par de fatores que se separam na formação dos gametas. Segunda lei de Mendel: Mendel continuou seus estudos com plantas que diferiam em duas características ao mesmo tempo, como por exemplo a cor e a textura da semente (Figura 9). O objetivo deste experimento era observar se as duas características eram herdadas independentemente. As sementes de F1 eram todas amarelas e lisas, caracterizando alelos dominantes. Mendel cultivou e permitiu a autofecundação destas plantas. A seguir ele classificou as sementes e as contou pelo fenótipo, obtendo a proporção de: 9/16 sementes lisas e amarelas; 3/16 sementes lisas e verdes; 3/16 sementes rugosas e amarelas; 1/16 semente rugosa e verde. Genética 39 Figura 9 – Representação gráfica da Segunda Lei de Mendel. Retirada de http://www.brasilescola.com/biologia/segunda-lei-mendel.htm, Acesso em 24/10/2014, às 18h40. A análise deste resultado demonstra que a textura da semente não depende da cor que ela apresenta e vice-versa. Mendel realizou experimentos similares com outras combinações de características e em cada caso observou que os genes segregavam independentemente. Estes resultados o conduziramao terceiro princípio básico. Importante! Princípio da Distribuição Independente: Os alelos de genes diferentes segregam-se independentemente uns dos outros. Importante! SEGUNDA LEI DE MENDEL (Diibrismo): Na formação dos gametas, o par de fatores responsável por uma característica separa-se independentemente de outro par de fatores responsável por outra característica. Genética 40 Aplicações dos princípios de Mendel Método do quadrado de Punnett O método do quadrado de Punnett é denominado em homenagem ao geneticista britânico R. C. Punnett. Este método pode ser aplicado em situações que envolvem um ou dois genes usando o princípio da dominância para determinar os fenótipos associados. Conforme a Figura 9. Método da linha bifurcada: Este método é utilizado para prever o resultado de cruzamento envolvendo dois ou mais genes. Coloca-se a prole em um diagrama de linhas ramificadas. Como exemplo, considera-se o cruzamento de plantas heterozigotas para três genes, um para altura da planta (Dd), outro para cor da semente (Gg) e o terceiro para textura da semente (Ww). Este cruzamento triíbrido (Dd Gg Ww X Dd Gg Ww) pode ser dividido em três cruzamentos monoibridos (Dd X Dd, Gg X Gg e Ww X Ww), pois todos os genes se distribuem independentemente. Sabe-se que o fenótipo surgirá em proporção 3:1 para cada gene. Utilizando o método da linha bifurcada, podem-se combinar estas proporções separadas em proporção fenotípica geral para a prole do cruzamento. Como demonstra a Figura 10. Genética 41 Figura 10 – Representação gráfica do Método da linha bifurcada. Método da Probabilidade: Considerando-se a segregação mendeliana, quando um heterozigoto produz gametas, metade contém um alelo e a outra metade contém o outro alelo. Se houver o cruzamento Aa X Aa, a chance de que um zigoto seja AA é a probabilidade de que cada um dos gametas que se unem contenha A, ou 1/2 X 1/2= 1/4, pois os dois gametas são produzidos independentemente. O mesmo ocorre para o zigoto aa. Entretanto, a chance de um heterozigoto Aa é de 1/2 , pois existem duas maneiras de surgir resultado heterozigoto: quando A vir do ovócito e a do espermatozoide, ou vice-versa. Cada um desses eventos tem uma chance em quatro de ocorrer. Portanto, a probabilidade total de ocorrer prole heterozigota é 1/4 + 1/4 = 1/2. A distribuição de probabilidade dos genótipos do cruzamento Aa X Aa é de 1/4 AA, 1/2 Aa e 1/4 aa. Conclui-se que a prole terá 3/4 fenótipo dominante e 1/4 fenótipo recessivo. A utilização deste método apresenta enfoque mais prático para prever o resultado de cruzamentos. Como exemplo,considera-se o cruzamento entre Genética 42 indivíduos heterozigotos para quatro genes diferentes, cada um se distribuindo independentemente. Como saber que parte da prole será homozigota para todos os quatro alelos recessivos? Para obter a resposta desta pergunta, observa-se um gene de cada vez. Para o primeiro gene, a parte da prole que será homozigota recessiva é 1/4 . Isto se repetirá para os outros três genes. Assim, pelo princípio da distribuição independente, a parte da prole que será homozigota recessiva quádrupla é 1/4 X 1/4 X 1/4 X 1/4= 1/256. Continuando o raciocínio, como saber que fração da prole será homozigota para todos os quatro genes? Para responder a esta indagação, deve-se primeiro verificar quais genótipos satisfazem a questão. Para cada gene existem dois tipos de homozigotos, o dominante AA e o recessivo aa. Juntos constituem a metade da prole. Assim, a fração da prole que será homozigota para todos os quatro genes será 1/2 X 1/2 X 1/2 X 1/2 = 1/16. Agora se utiliza o cruzamento entre Aa Bb X Aa Bb para saber que parte da prole apresentará o fenótipo recessivo para pelo menos um gene. Neste cruzamento, três genótipos satisfariam a esta condição: A_ BB, aa B_ e aa bb. A probabilidade para A_ bb é 3/4 X 1/4 = 3/16, para aa B_ é de 1/4 X 3/4 = 3/16 e para aa bb é de 1/4 X 1/4 = 1/16. A soma das probabilidades correspondentes a cada genótipo é 7/16. Este resultado corresponde à parte da prole que apresenta fenótipo recessivo para ao menos um gene. Heredogramas Heredogramas são representações gráficas da herança de uma ou mais características genéticas em uma família. Para organizar o heredograma utilizam-se símbolos (Figura 11). Os homens são representados pelo quadrado e as mulheres pelo círculo. A linha horizontal que une o círculo e o quadrado representa a reprodução. A prole é colocada abaixo dos genitores, começando à esquerda pelo primeiro filho e continuando pela ordem do nascimento para a direita. Pessoas que apresentam uma determinada característica genética são indicadas por cor ou sombreamento. As gerações são indicadas em números romanos e cada indivíduo é representado por número arábico depois do número romano. Genética 43 Figura 11 – Símbolos utilizados em heredogramas. Retirado de http://www.infoescola.com/genetica/genealogia/, Acesso em 26/10/2014, às 17h21. Genética 44 Variação alélica Em experimentos realizados por outros pesquisadores verificou-se que as proporções fenotípicas propostas por Mendel nem sempre ocorriam. Apesar disto, as proporções genotípicas são as mesmas. Ausência de dominância, herança intermediária ou codominância: Quando não há relação de dominância ou recessividade entre os alelos de um gene, surge heterozigoto com fenótipo intermediário. Assim, a proporção genotípica é igual à fenotípica, pois cada genótipo manifesta um fenótipo diferente (Figura 12). Cruzamento AB X AB Proporção genotípica 1 AA 2 AB 1 BB Proporção fenotípica 1 A 2 AB 1 B Figura 12 – Proporções fenotípica e genotípica no cruzamento heterozigoto. As flores de Mirabilis jalapa são vermelhas e brancas. No cruzamento entre as plantas com flores vermelhas (VV) e as com flores brancas (BB) que são homozigóticas, surge na geração F1 o fenótipo intermediário róseo (VB), heterozogótica. Quando se cruzam os indivíduos com flores róseas (VB), originam- se na F2 indivíduos com flores vermelhas, com flores róseas e com flores brancas, na proporção de 1:2:1 respectivamente. Alelos múltiplos ou polialelia Polialelia ocorre quando há mais de dois alelos para cada lócus. Para exemplificar, apresenta-se o estudo sobre a herança da cor do pelo em coelhos. Existem quatro fenótipos para esse caráter: aguti (c+), chinchila (cch), himalaio (ch) e albino (c). Para cada um destes fenótipos há um alelo determinante, com a seguinte relação de dominância: c+ é dominante sobre todos os outros, cch é dominante sobre ch e c, ch é dominante sobre o alelo c que é recessivo em relação a todos os demais alelos. Assim, a ordem de dominância entre os alelos é c+ > cch > ch > c. Genética 45 Na Figura 13 observam-se as combinações possíveis entre os alelos para obtenção do genótipo e do fenótipo correspondente. Genótipo Fenótipo c+c+, c+cch, c+ch, c+c Aguti cchcch, cchch, cchc Chinchila chch, chc Himalaio cc Albino Figura 13 – Proporções fenotípica e genotípica para polialelia. No ser humano, existem diversos sistemas de classificação dos grupos sanguíneos. O sistema ABO é um caso de herança com polialelia. Os alelos envolvidos são IA, IB e i Dependendo da formação dos pares de alelos, são obtidos tipos diferentes de grupos sanguíneos: grupo A, grupo B, grupo AB e grupo O (Figura 14). O alelo i é recessivo em relação aos alelos IA e IB. Assim, o indivíduo homozigoto recessivo (ii) pertence ao grupo O. Quando os alelos IA e IB encontram- se no mesmo indivíduo, ambos se manifestam. Portanto, o genótipo IAIB resulta no fenótipo apresentado no grupo AB, caracterizando um caso de co-dominância. Os alelos IA e IB propiciam a síntese de antígenos denominados aglutinogênios, localizados na membranadas hemácias. O alelo IA codifica o aglutinogênio A e o IB codifica o aglutinogênio B. No plasma há anticorpos chamados aglutininas(anti-A e anti-B), que combatem os antígenos. Os indivíduos do grupo A possuem, no plasma, aglutinina anti-B e os do grupo B possuem aglutinina anti-A. Os indivíduos do grupo AB não possuem aglutininas, entretanto os do grupo O possuem as duas aglutininas (anti- A e anti-B). Genética 46 Grupo sanguíneo Genótipo Aglutinogênio Aglutinina A IAIA, IAi A Anti-B B IBIB, IBi B Anti-A AB IAIB AB Nenhuma O ii Nenhum Anti-A e Anti-B Figura 14 – Grupos sanguíneos. Nas hemácias humanas pode ocorrer outro antígeno chamado fator Rh. Os indivíduos que possuem o fator são considerados Rh positivo (Rh+) e os que não apresentam o fator são denominados Rh negativo (Rh-). O anticorpo anti-Rh só é produzido se o indivíduo Rh- receber o sangue de outro indivíduo Rh+. Alelos letais: Em 1905, Cuénot, pesquisador francês, realizou experimentos, com o objetivo de estudar a herança da cor do pelo de camundongos. Ele verificou que todos os camundongos amarelos eram heterozigotos e que os agutis eram homozigotos recessivos. Ao cruzar indivíduos amarelos entre si, Cuénot obteve sempre a proporção fenotípica de 2 amarelos para 1 agutis (2:1), diferentemente da proporção mendeliana esperada de 3:1. Assim, Cuénot propôs que o espermatozoide com gene dominante (A) não fecundava o óvulo com gene A. Posteriormente, outros estudiosos verificaram que o indivíduo AA chegava a se formar, mas morria antes do nascimento. Dessa maneira, propôs-se que o gene AA era letal. Portanto, mesmo esse gene sendo dominante para a cor do pelo, é recessivo para a letalidade, pois apenas a homozigose determina a morte do indivíduo. No ser humano, alguns alelos letais existem, como por exemplo; na doença de Tay-Sachs ou idiotia amaurótica infantil cujos indivíduos afetados apresentam paralisia, cegueira e morte por volta do segundo ano de vida. Nesse caso, o indivíduo afetado é homozigoto recessivo (ss) e os indivíduos normais são SS ou Ss. Outra patologia associada aos alelos letais é a acondroplasia, tipo de nanismo em que a cabeça e o tronco são normais, mas os membros superiores e inferiores são curtos. Os homozigotos AA apresentam a doença e morrem antes de nascer. Os Genética 47 indivíduos heterozigotos (Aa) apresentam a anomalia, mas nascem e conseguem sobreviver. Já os indivíduos homozigotos aa são normais. Há ainda o braquidactilismo, cujos indivíduos afetados apresentam os dedos das mãos curtos. Os indivíduos normais são bb e os afetados são BB, que morrem ao nascer, ou Bb que conseguem sobreviver apesar da anomalia. Leitura Complementar: Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo o artigo: NEVES, D. R.; et al. Mapeamento do sistema de grupos sanguíneos ABO em Rondonópolis – MT. Biodiversidade - V.13, N.2, 2014 - p. 48- 55. Na próxima unidade serão abordados pleiotropia, interação gênica, epistasia e poligenia. É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Genética 48 Exercícios - unidade 2 1.Em determinada raça animal, a cor preta é determinada pelo alelo dominante M e a marrom pelo alelo m; o alelo B condiciona padrão uniforme e o b, presença de manchas brancas. Esses dois pares de alelos autossômicos segregam- se independentemente. A partir do cruzamento Mmbb X mmBb, a probabilidade de nascer um filhote marrom com manchas é: a)1/16. b) 3/16. c) 1/4. d) 1/2. e) 3/4. 2.A palavra fenótipo indica a manifestação no indivíduo de suas características: a) Ambientais. b) Funcionais apenas. c) Herdáveis e não herdáveis. d) Hereditárias, congênitas e adquiridas. e) Estruturais, funcionais e comportamentais. Genética 49 3.Algumas pessoas demonstram uma transpiração excessiva mesmo em condições ambientais normais. Esse caráter é determinado por um gene dominante S. Como será o genótipo de uma pessoa normal? a) ss. b) SS. c) Ss. d) S. e) s. 4.A primeira lei de Mendel refere-se à disjunção dos fatores hereditários que, atualmente, trata-se de genes, os quais segregam: a) Durante a meiose da gametogênese. b) Justificando as heterozigoses. c) Nas células diploides. d) Em função dos fenótipos. e) No ato da fecundação. Genética 50 5.Leia as afirmações abaixo relativas à transmissão dos caracteres na reprodução sexuada. I – Os caracteres são transmitidos dos pais para os filhos devido a informações contidas no sangue dos pais, que se concentram no esperma do homem e nas excreções vaginais da mulher; II – Os caracteres são transmitidos dos pais para os filhos devido a informações contidas no interior das células reprodutoras masculinas e femininas, chamadas gametas, que se unem na fecundação; III – Os cromossomos existem aos pares nas células e os genes ocupam um lugar definido no cromossomo, chamado locus gênico, assim, os genes também existem aos pares. Os pares de cromossomos semelhantes são chamados cromossomos homólogos, e os pares de genes que ocupam um mesmo locus nestes cromossomos são chamados genes alelos. Das afirmações acima está (estão) correta (s): a) I, apenas. b) II e III, apenas. c) III, apenas. d) II, apenas. e) I, II e III. Genética 51 6.De acordo com a primeira lei de Mendel confira as afirmações abaixo e marque a que apresentar informações incorretas. a. Em cada espécie de ser vivo o número de cromossomos é constante, e isso ocorre porque na formação dos gametas esse número é reduzido à metade e depois, na fecundação, restabelece-se o número inicial. b.Cada caráter é determinado por um par de fatores que se separam na formação dos gametas, indo um fator do par para cada gameta. c. Quando os alelos de um par são iguais, fala-se em condição heterozigótica (para a qual Mendel usava o termo puro), e quando os alelos são diferentes, fala-se em condição homozigótica (para a qual Mendel usava o termo hibrido). d.Um mesmo caráter pode apresentar duas ou mais variáveis, e a variável de cada caráter é denominada fenótipo. e. O termo genótipo pode ser aplicado tanto ao conjunto total de genes de um indivíduo como a cada gene em particular. 7. (FUC-MT) Cruzando-se ervilhas verdes vv com ervilhas amarelas Vv, os descendentes serão: a) 100% vv, verdes; b) 100% VV, amarelas; c) 50% Vv, amarelas; 50% vv, verdes; d) 25% Vv, amarelas; 50% vv, verdes; 25% VV, amarelas; e) 25% vv, verdes; 50% Vv, amarelas; 25% VV, verdes. Genética 52 8. Um gato da cor marrom foi cruzado com duas fêmeas. A primeira fêmea era da cor preta, e teve sete filhotes da cor preta e seis filhotes da cor marrom. Já a outra fêmea, também era da cor preta, e teve 14 filhotes, sendo todos eles da cor preta. A partir desses cruzamentos marque a opção que contém os genótipos do macho, da primeira e da segunda fêmea respectivamente. a) Aa, aa, aa. b) AA, aa, aa. c) aa, AA, aa. d) (aa, Aa, AA. e) Aa, AA, Aa. 9.Duas linhagens de camundongos, uma de pelagem preta e outra de pelagem cinza, foram cruzadas, e toda a prole tinha pelagem preta. Preveja o resultado do entrecruzamento da prole. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 53 10.A característica que está segregando no heredograma seguinte é devida a um alelo dominante ou recessivo? Genética 54 Genética 55 Ação Gênica 3 Genética 56 Na terceira unidade serão discutidas as relações genotípicas, fenotípicas e ambientais para os organismos. Objetivos da unidade: Compreender a relação entre genótipo, fenótipo e fatores ambientais; Identificar e conhecer as interações gênicas; Entender a pleiotropia; Analisar a herança quantitativa. Plano da unidade: Influência do ambiente. Interações gênicas. Pleiotropia. Herança quantitativa ou poligenia: Bons estudos! Genética 57 Influência ambiental O estudo da genética, até o início do século XX, baseou-se em deduções que partiram da análise de fenótipos. Estas análises mostraram que os genes não atuam isoladamente, mas sim no contexto ambiental e também podem atuar associados a outros genes. Dessa maneira, conclui-se que um determinado gene pode influenciar várias características diferentes. O gene deve funcionar no contexto de ambientes biológicos e físicos. Na pesquisa de genética humana observam-se dois exemplos da influência do ambiente sobre o fenótipo. Fenilcetonúria (PKU) é um distúrbio recessivo do metabolismo de aminoácidos. Indivíduos homozigotos para o alelo mutante acumulam substâncias tóxicas no sistema nervoso central, o que pode prejudicar a capacidade mental. Quando estes indivíduos ingerem o aminoácido fenilalanina na sua dieta, ele é metabolizado em substâncias tóxicas, resultando na manifestação da doença. Entretanto, quando há uma dieta pobre em fenilalanina, os indivíduos que apresentam genótipo para a doença não a desenvolvem, e geralmente amadurecem sem graves distúrbios mentais. Neste exemplo, o fator ambiental dieta pode ser manipulado para modificar o fenótipo evitando transtorno maior. Outro fator que pode influenciar a expressão fenotípica de genes é o ambiente biológico. O padrão de calvície em humanos é um exemplo. Neste caso, o fator biológico relevante é o sexo. O padrão de calvície relaciona-se a um alelo que é expresso diferentemente nos dois sexos. Nos homens, tanto homozigotos quanto heterozigotos para este alelo desenvolvem calvície. Já nas mulheres, somente as homozigotas podem se tronar calvas. A expressão deste alelo é detonada pelo hormônio masculino chamado testosterona. Genética 58 Interações gênicas: As interações gênicas podem ser agrupadas em duas categorias: interações não epistáticas e interações epistáticas. Interações não epistáticas: A partir dos estudos com o cruzamento em galinhas, realizados por Bateson e Punnett, surgiram as primeiras evidências de que uma característica pode ser influenciada por mais de um gene. Estes pesquisadores utilizaram em seus experimentos tipos diferentes de galinhas domésticas (Figura 15) que apresentavam tipos diferentes de cristas. Havia galinhas com crista do tipo rosa, ervilha e simples. O cruzamento entre galinhas com cristas rosa e ervilha resultou no surgimento de galinhas com crista do tipo noz. Figura 15 – Retirado de http://vivendociencias.blogspot.com.br/2013/11/interacoes- genicas.html, acesso em 27/10/2014, às 11h39. Eles descobriram que o tipo de crista é determinado por dois genes que segregam independentemente, R e P, cada um com dois alelos. As galinhas com crista rosa possuem genótipo RRpp e as com crista ervilha tem genótipo rrPP. A F1 resultante apresenta genótipo RrPp e fenótipo com crista do tipo noz. Genética 59 Se houver o entrecruzamento com os indivíduos da F1, todos os quatro tipos de cristas surgiriam na proporção de: 9/16 noz (R-P-), 3/16 rosa (R-pp), 3/16 ervilha (rrP-) e 1/16 simples (rrpp).Conforme mostra a Figura 16. Geração P Rosa RRpp X Ervilha rrPP Gametas Rp rP Geração F1 Noz RrPp X Noz RrPp Geração F2 RP Rp rP rp RP Noz RRPP Noz RRPp Noz RrPP Noz RrPp Rp Noz RRPp Rosa RRpp Noz RrPp Rosa Rrpp rP Noz RrPP Noz RrPp Ervilha rrPP Ervilha rrPp rp Noz RrPp Rosa Rrpp Ervilha rrPp Simples rrpp Figura 16 – Representação gráfica do experimento de Bateson e Punnett. Este experimento com as galinhas demonstrou que dois genes que segregam independentemente podem afetar uma característica. Genética 60 Interações epistáticas: Quando dois ou mais genes influenciam uma característica, um alelo de uma delas pode ter um efeito predominante sobre o fenótipo. O alelo que apresenta a característica predominante é dito epistático em relação aos outros genes envolvidos. O termo epistasia origina-se da palavra grega para “sobrepujante”. Portanto, a epistasia é o fenômeno que ocorre quando há um gene que inibe a ação de outro que não é seu alelo e está situado em cromossomo não homólogo. Epistasia dominante: A epistasia dominante ocorre quando o alelo dominante de um par inibe a ação de alelos de outro par. O estudo sobre a herança da cor da pelagem em cavalos demonstra um exemplo de epistasia dominante. O alelo W inibe a manifestação da cor e é dominante sobre seu alelo w, que permite a manifestação da cor. O gene B determina pelos pretos e seu alelo b, pelos marrons. Quando o gene W encontra-se no genótipo, o fenótipo é pelos brancos, pois ele é dominante e inibe a ação de outro gene de outro par. O gene W é epistático, enquanto que os alelos B e b são hipostáticos. Quando há o cruzamento de cavalos heterozigotos para os dois pares de genes, obtêm-se a proporção fenotípica de 12:3:1, característica da epistasia dominante. Conforme mostra a Figura 17. Genética 61 Geração P Branco WwBb X Branco WwBb Geração F1 WB Wb wB wb WB Branco WWBB Branco WWBb Branco WwBB Branco WwBb Wb Branco WWBb Branco WWbb Branco WwBb Branco Wwbb wB Branco WwBB Branco WwBb Preto wwBB Preto wwBb wb Branco WwBb Branco Wwbb Preto wwBb Marrom wwbb Figura 17 – Representação gráfica da epistasia dominante. Epistasia recessiva duplicada: A epistasia recessiva duplicada ocorre quando o par de alelos recessivos (aa) de um lócus inibe a ação de genes de outro par de cromossomos homólogos (B e b) e, ao mesmo tempo, o par de alelos bb inibe a ação dos alelos A e a. Portanto, o par de alelos aa é epistático sobre B e b, e o par bb é epistático sobre A e a. Nos casos de epistasia recessiva duplicada, quando ocorre no genótipo os pares aa e bb, os fenótipos serão iguais. Quando os dois alelos dominantes estão presentes juntos (A_B_), eles se complementam, resultando em outro fenótipo. A herança da surdez congênita nos seres humanos é um exemplo de epistasia recessiva duplicada. Essa anomalia resulta da homozigose dos genes recessivos d ou e, que interagem na determinação desse caráter. São necessários dois alelos dominantes D e E para a audição normal. A proporção esperada do cruzamento de híbridos é 9:7 (Figura 18). Genética 62 Geração P Ouvinte DdEe X Ouvinte DdEe Geração F1 DE De dE de DE Ouvinte DDEE Ouvinte DDEe Ouvinte DdEE Ouvinte DdEe De Ouvinte DDEe Surdo DDee Ouvinte DdEe Surdo Ddee dE Ouvinte DdEE Ouvinte DdEe Surdo ddEE Surd ddEe de Ouvinte DdEe Surdo Ddee Surdo ddEe Surdo ddee Figura 18 – Representação gráfica da epistasia recessiva duplicada. Pleiotropia: Pleiotropia é caracterizada pela ação de um gene influenciando vários fenótipos. O gene parafenilcetonúria (PKU) em seres humanos é um exemplo. O efeito primário de mutações recessivas neste gene resulta na acumulação de substâncias tóxicas no cérebro. Contudo, essas mutações interferem também na síntese de melanina, clareando a cor dos cabelos. Dessa maneira, indivíduos com PKU frequentemente possuem cabelo castanho-claro ou louro. Herança quantitativa ou poligenia: A poligenia é um tipo especial de interação gênica em que os fenótipos são contínuos. Os genes que participam da herança quantitativa são denominados poligenes. Cada um contribui com uma parte no fenótipo. Cada par de poligenes situa-se em um par de cromossomos homólogos. A herança da cor da pele no ser humano é um exemplo. Neste caso envolvem- se dois pares de alelos localizados em cromossomos não homólogos (N e n; B e b). Genética 63 Os aleos N e B determinam a síntese de grande quantidade de melanina nas células da pele, enquanto que os alelos n e b determinam a síntese de pouca melanina. Assim, os indivíduos NNBB possuem muita melanina e são negros. Já os indivíduos nnbb possuem pouca melanina na pele e são brancos. Entre estes fenótipos existe uma gama de classes fenotípicas. No cruzamento entre indivíduos mulatos médios, ambos heterozigotos para os dois genes ocorre a seguinte distribuição (Figura 19): Geração P Mulato médio NnBb X Mulata média NnBb Geração F1 NB Nb nB nb NB Negro NNBB Mulato escuro NNBb Mulato escuro NnBB Mulato médio NnBb Nb Mulato escuro NNBb Mulato médio NNbb Mulato médio NnBb Mulato claro Nnbb nB Mulato escuro NnBB Mulato médio NnBb Mulato médio nnBB Mulato claro nnBb nb Mulato médio NnBb Mulato claro Nnbb Mulato claro nnBb Branco nnbb Figura 19 – Representação gráfica da polialelia. Este resultado indica a proporção de 1:16 negro, 4:16 mulatos escuros, 6:16 mulatos médios, 4:16 mulatos claros e 1:16 branco. Portanto, o fenótipo varia continuamente entre os extremos de negros e brancos, havendo o maior número de indivíduos com fenótipos intermediários. Genética 64 Nos casos de herança quantitativa, observou-se que existe um padrão de distribuição fenotípica na prole resultante do cruzamento entre heterozigotos que obedece ao desenvolvimento do binômio de Newton (p+q)n, sendo n o número de poligenes.Utilizando o binômio de Newton pode-se construir o triângulo de Pascal (Figura 20). Nºde poligenes Coeficientes binominais Total de combinações 0 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 4 3 1 3 3 1 8 4 1 4 6 4 1 16 5 1 5 10 10 5 1 32 6 1 6 15 20 15 6 1 64 7 1 7 21 35 35 21 7 1 128 8 1 8 28 56 70 56 28 8 1 256 Figura 20 – Representação gráfica do triângulo de Pascal. Genética 65 Quando se deseja saber a proporção fenotípica na prole de heterozigotos, por exemplo, para três pares de alelos (seis poligenes), utiliza-se a linha correspondente ao número 6 do triângulo de Pascal. Como destacado na Figura 20. Assim obtêm-se a proporção de 1:64, 6:64, 15:64, 20:64, 15:64, 6:64 e 1:64. Leitura Complementar: Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo capítulo do livro: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Extensões do mendelismo. In: Fundamentos de Genética. 4ª Ed. Rio de janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. Cap. 4., p. 67 – 87. Na próxima unidade será abordada teoria cromossômica da herança e herança ligada ao sexo. É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Genética 66 Exercícios - unidade 3 1.Em genética, o fenômeno da interação gênica consiste no fato de: a) Uma característica provocada pelo ambiente, como a surdez por infecção, imitar uma característica genética, como a surdez hereditária. b) Vários pares de genes não alelos influenciarem na determinação de uma mesma característica. c) Um único gene ter efeito simultâneo sobre várias características do organismo. d) Dois pares de genes estarem no mesmo par de cromossomos homólogos. e) Dois cromossomos se unirem para formar um gameta. 2.Em certas aves, a cor da plumagem depende de dois pares de alelos autossômicos com segregação independente. O alelo P condiciona a produção de pigmento e a plumagem é colorida; o alelo recessivo p não leva à produção de pigmentos e a plumagem é branca. O alelo C inibe a manifestação da cor e a plumagem é branca; o alelo recessivo c permite a manifestação da cor. A maior frequência de descendentes com plumagem branca é esperada a partir do cruzamento de: a) PPCC x ppcc. b) PPcc x ppcc. c) PPCc x Ppcc. d) PpCc x Ppcc. e) PpCc x ppcc. Genética 67 3.A cor da pele humana é consequência do efeito cumulativo de mais de um gene, de modo que cada gene contribui igualmente para o fenótipo. O gráfico que representa a proporção fenotípica nesse tipo de herança é: a) b) Genética 68 c) d) e) Genética 69 4.Nos seres humanos, há um tipo de surdez que tem determinação genética autossômica: dois genes não alelos dominantes D e E interagem de modo que, na falta de qualquer um dos dois, o indivíduo será surdo. Ocorrendo um casamento entre um homem ouvinte homozigoto para os dois loci, com uma mulher heterozigota também para os dois loci, é correto afirmar que se tiverem filhos e filhas: a) Todos os meninos e meninas serão ouvintes. b) Todos os meninos e meninas serão surdos. c) Somente os meninos serão surdos. d) Somente as meninas serão surdas. e) Metade dos filhos, independentemente do sexo, serão surdos. 5.Pares de genes, com segregação independente podem agir, conjuntamente, na determinação de uma mesma característica fenotípica. Este fenômeno e conhecido como ______. Marque a alternativa que completa CORRETAMENTE a lacuna. a) Interação gênica b) Epistasia c) Poligenia d) Dominância completa e) Pleiotropia Genética 70 6.(ACAFE-SC) Os fenótipos para a forma dos frutos da abobra podem ser: discoide, esférica ou alongada. A forma discoide dos frutos da abobra e condicionada pelo genótipo A_B_; a forma alongada por aabb. Do cruzamento de abobras discoide, ambas heterozigotas esperam que nasçam: a) somente abobras discoides. b) 50% AaBb e 50% aabb. c) abobras discoides, esféricas e alongadas. d) 75%A_B_ e 25% a_B_. e) somente abobras discoides heterozigotos. 7.(UNIFOR-CE) Na moranga, a cor dos frutos deve-se às seguintes combinações de genes: B_aa = amarelo B_A_ = branco bbA_ = branco bbaa = verde Estas informações permitem concluir que o gene. a) A e epistático sobre seu alelo. b) B é epistático sobre A e sobre a. c) a é hipostático em relação a A. d) b é hipostático em relação a B. e) A é epistático sobre B e sobre b. Genética 71 8.(CESGRANRIO-RJ) Suponha-se que a cor de pele humana seja condicionada por apenas dois pares de genes autossômicos (A e B) dominantes, qual a probabilidade de um casal de mulatos médios, ambos com genótipos AaBb, ter um filho branco. a) 1/16 b) 4/16 c) 5/16 d) 6/16 e) 8/16 9.Um pesquisador cruzou paineiras de flores pink com paineiras de flores brancas. Os descendentes (F1) foram cruzados entre si, produzindo sempre as seguintes frequências fenotípicas na geração F2: a) Qual o tipo de herança da cor da flor da paineira? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética72 b) Indique as possibilidades de se obterem em um cruzamento: I. apenas flores de cor branca; ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ II. apenas flores de cor rosa médio. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 10.Numa dada planta, o gene B condiciona fruto branco e o gene A condiciona fruto amarelo, mas o gene B inibe a ação do gene A. O duplo recessivo condiciona fruto verde. Considerando que tais genes apresentam segregação independentemente um do outro, responda: a) Como se chama esse tipo de interação? ___________________________________________________________________ b) Qual a proporção fenotípica correta entre os descendentes do cruzamento de plantas heterozigotas para esses dois pares de genes? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 73 Bases Cromossômicas da Hereditariedade 4 Genética 74 Nesta unidade serão discutidos temas acerca da teoria cromossômica da herança genética e a herança ligada ao sexo. Objetivos da unidade: Compreender a ação dos genes na determinação do sexo; Identificar e conhecer os cromossomos sexuais; Entender a herança genética ligada ao sexo; Entender os sistemas de determinação do sexo que não envolve cromossomos sexuais. Plano da unidade: Cromossomos, genes e sexo. Teoria cromossômica da hereditariedade. Determinação genética do sexo. Outros mecanismos de herança ligados ao sexo. Bons estudos! Genética 75 Cromossomos, genes e sexo: Cada espécie apresenta um conjunto característico de cromossomos localizados no núcleo da célula. O número de cromossomos de uma espécie é quase sempre um múltiplo par de um número básico (n). Nos seres humanos n = 23 cromossomos, esse número de cromossomos é encontrado nos ovócitos e espermatozoides, formando o genoma haploide. A maioria das células somáticas é diploide (2n), pois possuem duas unidades de cada cromossomo desse conjunto. Em algumas espécies o número de cromossomos pode caracterizar o sexo do indivíduo. Em outras espécies, como o ser humano, ambos os sexos apresentam o mesmo número de cromossomos. Entretanto, o cromossomo Y que caracteriza o sexo masculino faz par com o cromossomo X durante a meiose. Portanto, os cromossomos X e Y são cromossomos sexuais e todos os outros cromossomos do genoma são autossomos. Teoria cromossômica da hereditariedade: Em 1909, o biólogo americano Thomas H. Morgan iniciou experimento com um tipo de mosca denominada Drosophila melanogaster. Este tipo de mosca se adequava as pesquisas de Morgan porque se reproduziam rapidamente e prolificamente, e também pelo baixo custo de criação. Além disso, possui apenas quatro pares de cromossomos, sendo um par de cromossomos sexuais. Morgan demonstrou com seu experimento que a mutação de cor de olho era herdada junto com o cromossomo X. Sua pesquisa iniciou-se com a descoberta de macho mutante que tinha olhos brancos, diferentemente de olhos vermelhos encontrados em moscas selvagens. Quando este macho era cruzado com fêmea selvagem, toda a prole apresentava olhos vermelhos. Quando essa prole foi entrecruzada, Morgan verificou um padrão especifico de segregação: todas as fêmeas e a metade dos machos tinham olhos vermelhos e a outra metade dos machos possuíam olhos brancos. Este resultado sugeriu que a herança da cor dos olhos era ligada ao cromossomo sexual. Conforme demonstra a Figura 21. Genética 76 P X X x X Y w+ w+ w Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos brancos F1 X X x X Y w+ w w+ Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos vermelhos F2 X X X X X Y X Y w+ w+ w+ w w+ w Fêmea de olhos vermelhos Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos vermelhos Macho de olhos brancos Figura 21 – Representação gráfica do experimento de Morgan. Determinação genética do sexo: Existem dois grupos de mecanismos de determinação do sexo nos animais. O grupo que envolve apenas os cromossomos sexuais e o grupo que não envolve os cromossomos sexuais. Sistema XY: Nos cariótipos de um homem e uma mulher normais o par de cromossomos 23 é diferente. Os cromossomos que diferem nos dois sexos denominam-se heterossomos ou cromossomos sexuais, e os cromossomos que são idênticos nos dois sexos chamam-se autossomos ou cromossomos autossômicos. Genética 77 No sistema de determinação do sexo conhecido como Sistema XY, o sexo feminino é definido pela presença de dois cromossomos sexuais iguais XX e o sexo masculino é definido pela presença de dois heterossomos diferentes XY. Neste sistema a fêmea é o sexo homogamético, pois produz apenas um tipo de gameta. O macho é heterogamético, pois produz dois tipos de gametas. Portanto, o sexo dos descendentes é determinado pelos gametas masculinos. Os cromossomos sexuais emparelham-se na meiose. Como os cromossomos X e Y diferem na forma e no tamanho, seu emparelhamento é parcial. Assim, há uma região homóloga, onde há emparelhamento entre o cromossomo X e o cromossomo Y e uma região não homóloga, onde não há emparelhamento entre os cromossomos sexuais. Os genes que se encontram na região não homóloga do cromossomo X apresentam uma herança ligada ao sexo ou herança ligada ao X. Neste caso, os machos possuem apenas um cromossomo X, não havendo alelos dos genes localizados na região não homóloga desse cromossomo, por isso são denominados hemizigóticos. As fêmeas podem ser homozigóticas ou heterozigóticas, pois apresentam dois cromossomos X que se emparelham completamente. Os genes recessivos situados na região não homóloga do cromossomo X expressam-se, na maioria das vezes, nos machos. Nas fêmeas os genes recessivos manifestam-se apenas em homozigose. A hemofilia A é uma doença caracterizada pela ausência de uma das proteínas que agem na coagulação do sangue e é determinada por um gene recessivo ligado ao X. Veja o exemplo na Figura 22 que representa o cruzamento entre uma mulher heterozigota para hemofilia (XHXh ) e um homem normal (XHY). Genética 78 XHXh Mulher normal (portadora do gene para hemofilia). x XHY Homem normal Gametas XH Y XH XHXH Mulher normal XHY Homem normal Xh XHXh Mulher normal (portadora do gene para hemofilia). XhY Homem hemofílico Figura 22 – Representação gráfica do cruzamento entre mulher heterozigota para hemofilia e homem normal. Esse cruzamento resulta em todas as mulheres normais, sendo metade delas heterozigotas para hemofilia. Já os homens poderão ser normais ou hemofílicos em proporções iguais. Os genes localizados na região não homóloga do cromossomo Y são denominados de gene holândricos e condicionam herança restrita ao sexo ou herança ligada ao Y, que ocorre exclusivamente nos machos. Genética 79 Sistema de determinação do sexo que não envolve cromossomos sexuais: Em alguns insetos, como as formigas, o sexo não é determinado pelos cromossomos sexuais, mas pelo número de conjuntos de cromossomos. As fêmeas são diploides, originam-se da fecundação de um óvulo por um espermatozoide. Os machos são haploides, originam-se de óvulos não fecundados que se dividem e formam o indivíduo. Nas abelhas, os óvulos fecundados podem originar as operárias que são estéreis ou a rainha que é fértil. Esta diferenciação dependerá da quantidade e da qualidade do alimento recebido pela larva durante seu desenvolvimento. Nos répteis o sexo pode ser determinado por meio de cromossomos sexuais ou pela ação do meio ambiente, cuja temperaturaé o fator mais comum. Outros mecanismos de herança ligados ao sexo Há variações fenotípicas relacionadas ao sexo que envolve genes situados em quaisquer autossomos, ocorrendo tanto no sexo feminino quanto no masculino. Entretanto, esses genes podem expressar-se de maneira distinta em cada sexo, principalmente devido à ação de hormônios sexuais. A herança com efeito limitado ao sexo caracteriza-se pela manifestação do gene em apenas um dos sexos mesmo o gene ocorrendo em ambos. A hipertricose auricular, ou seja, aumento excessivo de pelos nas orelhas exemplifica este mecanismo cujo gene aparece em ambos os sexos, mas apenas nos homens a característica se manifesta. Nos casos em que a herança genética é influenciada pelo sexo há variação de dominância e recessividade de alelos em função do sexo. A calvície no ser humano é caracterizada pelo alelo C1, alocado em cromossomo autossômico dominante nos homens e recessivo nas mulheres. Deste modo, o mesmo genótipo manifesta- se diferentemente em cada um dos sexos. A Figura 23 ilustra este exemplo. Genética 80 Figura 23 - Representação gráfica da manifestação genética da calvície em ambos os sexos. Leitura Complementar: Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo capítulo do livro: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Base cromossômica do mendelismo. In: Fundamentos de Genética. 4ª Ed. Rio de janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. Cap. 5, p. 88 – 108. Na próxima unidade será abordada ligação, permutação e mapeamento genético É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. GENÓTIPO FENÓTIPO HOMEM MULHER C1C1 Calvo Calva C1C2 Calvo Não calva C2C2 Não calvo Não calva Genética 81 Exercícios - unidade 4 1.(UFPB) Fazendo-se um estudo sobre uma determinada doença, observou-se que todos os homens afetados, casados com mulheres normais, tinham filhas sempre afetadas e filhos sempre normais. Esses dados indicam que o tipo de herança envolvido na transmissão da doença é: a) autossômica recessiva. b) autossômica dominante. c) ligada ao sexo, com gene dominante localizado no cromossomo X. d) ligada ao sexo, com gene localizado no cromossomo Y. e) ligada ao sexo, com gene recessivo localizado no cromossomo X. 2.(Unifor – CE) As frases a seguir referem-se à determinação do sexo na espécie humana. I. O sexo é primariamente determinado, no momento da fecundação, pelo tipo de cromossomo sexual do espermatozóide. II. A presença do cromossomo Y é que determina as características masculinas. III. Um indivíduo com apenas um cromossomo X (X0) tem fenótipo feminino. Pode-se afirmar que, destas frases: a) Apenas I é correta. b) Apenas II é correta. c) Apenas I e II são corretas. d) Apenas II e III são corretas. e) I, II e III são corretas. Genética 82 3.A hemofilia é caráter ligado ao sexo. Um homem hemofílico é casado com uma mulher normal, cujo pai era hemofílico. Qual a probabilidade do primeiro filho do casal ser menino e hemofílico? a) 1/2 b) 1/4 c) 1/8 d) 1/16 e) 1/32 4.Um casal normal para a visão das cores e para a coagulação tem uma filha normal e um filho daltônico e hemofílico. Sendo os dois caracteres recessivos e ligados ao sexo, pode-se afirmar corretamente que: a) tanto o pai quanto a mãe são portadores dos dois genes recessivos. b) apenas o pai é portador dos sois genes recessivos. c) apenas a mãe é portadora dos dois genes recessivos. d) o pai é portador do gene para daltonismo e a mãe é portadora do gene para hemofilia. e) o pai é portador do gene para hemofilia e a mãe é portadora do gene para daltonismo. 5.Existem mais homens calvos que mulheres. A explicação para esse fato biológico é que: a) Os homens cuidam menos dos cabelos que as mulheres. b) As mulheres por possuírem cabelos mais compridos produzem substâncias que estimulam o fortalecimento das raízes capilares. c) É um caso de herança genética influenciada pelo sexo e a testosterona combinada à ação do gene para a calvície, faz cair o cabelo em certa etapa da vida. d) É um caso de herança restrita ao sexo. e) Não existem mulheres calvas. Genética 83 6.(FATEC-SP) Do casamento de um homem normal com uma mulher normal nasceram: Um menino daltônico com sangue tipo A; Um menino normal com sangue tipo O; Um menino daltônico com sangue tipo AB; Uma menina normal com sangue tipo B; e Uma menina normal com sangue tipo O. Sabendo-se que o daltonismo é uma herança ligada ao sexo e que o lócus gênico para o sistema ABO encontra-se em um autossomo, pode-se afirmar que: a) Apenas o pai possui o gene para o daltonismo, sendo que pai e mãe têm sangue tipo AB. b) O pai e a mãe possuem o gene para o daltonismo, o pai tem sangue tipo A, e a mãe tem sangue tipo B ou vice-versa. c) Apenas a mãe possui o gene para o daltonismo, o pai tem sangue tipo A, e a mãe tem sangue tipo B ou vice-versa. d) Apenas a mãe possui o gene para o daltonismo, o pai tem sangue tipo AB, e a mãe tem sangue tipo O ou vice-versa. e) Apenas a mãe possui o gene para o daltonismo, o pai tem sangue tipo AB, e a mãe tem sangue tipo A ou vice-versa. Genética 84 7.A espécie humana apresenta um par de cromossomos sexuais de forma diferenciada em homens e mulheres. A este par de cromossomos estão relacionadas algumas características genéticas estudadas pela herança ligada ao sexo. A respeito dessa teoria genética, assinale a alternativa CORRETA. a) As mulheres têm dois cromossomos sexuais iguais, denominados cromossomos X, enquanto os homens apresentam apenas um cromossomo X, acompanhado de um cromossomo menor, o cromossomo Y. b) O daltonismo é causado por um gene localizado no cromossomo X na sua região homóloga ao Y. Essa anomalia afeta mais os homens porque neles basta um gene para condicioná-la, enquanto as mulheres necessitam de dois genes. Apenas filhas de casal onde mulher e homem são daltônicos podem apresentar a anomalia. c) A hemofilia é uma anomalia condicionada por um gene recessivo localizado no cromossomo Y. Dessa forma, apenas os homens podem apresentar a anomalia. d) Algumas anomalias da espécie humana, como o daltonismo e a hemofilia, localizam-se no cromossomo Y. e) Genes encontrados no cromossomo Y condicionam a herança restrita ao sexo, característica exclusiva dos indivíduos do sexo feminino. Genética 85 8.(UNICENTRO) O daltonismo consiste na incapacidade de se distinguir nitidamente as cores verde e vermelha. O termo origina-se do sobrenome do naturalista inglês John Dalton, portador dessa anomalia. O daltonismo é determinado por um gene recessivo ligado ao cromossomo sexual X. Se um homem normal para daltonismo se casar com uma mulher normal cujo pai é daltônico, qual será a probabilidade do casal ter uma filha daltônica? a) 0%. b) 12,5%. c) 25%. d) 50%. e) 100%. 9..A cor do pêlo dos gatos depende de um par de genes alelos situados no cromossomo X. Um deles é responsável pela cor preta e o outro pela cor amarela. Existe um terceiro gene autossômico (não localizado nos cromossomos sexuais) que é responsável pela cor branca. Com essas informações, explique por que o pêlo de uma gata pode ter três cores, enquanto o pêlo de um gato só pode ter duas cores. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________ Genética 86 10.Na espécie humana existe um gene raro que causa a displasia ectodérmica anidrótica, que é uma anomalia caracterizada pela ausência das glândulas sudoríparas. Esse gene se localiza no cromossomo sexual X. Algumas mulheres, portadoras desse gene em heterozigose, ficam com a pele toda manchada, formando um mosaico de manchas claras e escuras, quando se passa um corante sobre a pele. a) Explique a formação dessas manchas do ponto de vista genético. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Por que esse mosaico não pode aparecer em um homem? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 87 Linkage, Cossing-over e Mapeamento Genético 5 Genética 88 Nesta unidade, serão discutidos temas acerca da ligação entre genes, a permutação gênica e o mapeamento genético. Objetivos da unidade: Compreender a ligação gênica ou Linkage; Entender crossing-over; Compreender o mapeamento genético. Plano da unidade: Linkage ou ligação gênica. Crossing-over. Mapeamento genético. Bons estudos! Genética 89 Linkage ou ligação gênica A ligação entre os genes é caracterizada quando esses genes se localizam em um mesmo cromossomo e durante a meiose transmitem-se como uma unidade. Os primeiros geneticistas pensaram em um modelo linear de organização cromossômica. Entretanto, sabiam que a ligação não era absoluta. Suas experiências demonstraram que os genes do mesmo cromossomo podiam ser separados durante a meiose e que podiam se recombinar. Para explicar esse fenômeno, levantou-se uma hipótese a partir da observação citológica dos cromossomos em configurações de pares. Essa hipótese era que durante a meiose, quando os cromossomos homólogos formam pares, uma troca física de material separava e recombinava os genes. Nos pontos de troca, os dois cromossomos homólogos eram cruzados, sugerindo que cada um teria sido quebrado e reunido a seu par. Os geneticistas passaram a utilizar o termo crossing- over (Figura 24) para descrever o processo de troca entre os cromossomos pareados. Figura 24 – Crossing-over. Retirado de http://liderbiologia.blogspot.com.br, acessado em 28/04/2015 às 08:32 h. Genética 90 A intensidade da ligação gênica pode ser medida utilizando a frequência de recombinação. Genes fortemente ligados raramente se recombinam enquanto que genes que apresentam ligação com baixa intensidade recombinam-se com maior frequência. Crossing-over: Crossing-over resulta em gametas recombinantes entre cromossomos homólogos. Esse fenômeno ocorre durante a prófase da primeira divisão meiótica, quando os cromossomos duplicados formam pares. Há quatro cromátides homólogas, porém apenas duas encontram-se envolvidas no crossing em um determinado ponto. Entretanto, as outras duas cromátides podem fazer crossing em pontos diferentes. O resultado da recombinação entre genes aparece na geração seguinte. Figura 25 – Crossing-over. Retirado de http://www.sobiologia.com.br, acessado em 28/04/2015 às 09:05 h. Genética 91 Observando a Figura 25 pode-se analisar que quando há crossing-over, surgem, além dos gametas AB e ab chamados de parentais e esperados para célula diíbrida, outros dois gametas Ab e aB. Esses gametas são denominados recombinantes. Mapeamento genético Genes ligados podem ser mapeados em um cromossomo. Os mapas genéticos são representações gráficas das distâncias entre genes e de suas posições relativas em um cromossomo. Essa distância é calculada a partir da porcentagem de permutações ou taxa de crossing-over entre eles. Para ilustrar o procedimento de mapeamento pode-se realizar cruzamento teste de dois pontos. Cruzamento teste de dois pontos Morgan (1866-1945) e seus colaboradores realizaram diversos estudos, um deles teve o objetivo de analisar a herança dos caracteres: cor do corpo e tipo de asa da mosca drosófila. Para este experimento Morgan realizou cruzamentos entre machos birrecessivos (ppvv) que apresentavam a cor preta e asas vestigiais e fêmeas heterozigotas (PpVv) com a cor cinza e asas normais. PpVv x ppvv F1 41,5% PpVv 41,5% ppvv 8,5% Ppvv 8,5% ppVv Cor cinza Asa normal Cor preta Asa vestigial Cor cinza Asa Vestigial Cor preta Asa normal Figura 26 – Representação do experimento de Morgan em drosófilas. Genética 92 A porcentagem dos descendentes encontrada no experimento reflete a porcentagem dos gametas das fêmeas diíbridas, visto que os machos birrecessivos produzem somente o gameta pv. O indivíduo diíbrido produziu gametas em proporções diferentes, indicando a presença de ligação gênica com permutação. Os gametas que ocorreram em maior porcentagem indicam que são parentais (PV e pv), os gametas que ocorreram em porcentagens menores são recombinantes (Pv e pV). A porcentagem de permutações resulta da soma das porcentagens dos gametas recombinantes. Neste caso foi de 17%. A unidade de medida para as distâncias entre genes é a unidade Morgan. Esta unidade é igual a 1% de crossings, ou seja, representa a distância linear ao longo do cromossomo para o qual se observa frequência de 1% de recombinação. Portanto, 1% de crossing-over pode ser expresso como 1 centimorgan (1 cM). Para se obter um mapa genético é necessário considerar que quanto maior for a taxa de recombinação gênica, maior será a distância entre os genes e vice-versa. Contudo, vale lembrar que quanto maior a distância entre os genes maior a possibilidade de haver crossing-over. Pode-se também utilizar o procedimento de mapeamento de recombinação com dados de cruzamentos testes envolvendo mais de dois genes. O método mais comum é o cruzamento teste triibrido. Cruzamento teste de três pontos O cruzamento em drosófilas pode ser exemplo. Os pesquisadores C. B. Bridges e T. M. Olbrycht realizaram o cruzamento entre machos do tipo selvagem (sc+ ec+ cv+) da mosca com fêmeas homozigotas (sc ec cv) para três mutações recessivas ligadas ao cromossomo X: cerdas em escudo ou scute (sc), olhos equinos ou echinus (ec) e asas sem nervuras transversais ou crossveinless (cv). A seguir, eles entrecruzaram a F1 e produziram F2 cuja prole foi contada e classificada. Genética 93 A F1 apresentou fêmeas com as três mutações recessivas em um de seus cromossomos X e com os alelos tipo selvagem no outro cromossomo X. Os machos alocaram as três mutações recessivas em seu único cromossomo X. A prole de F2 apresentou oito classes com fenótipos diferentes, duas parentais com um número maior de indivíduos e seis recombinantes com um número menor de indivíduos (Figura 27). Entretanto, para entender quais crossings estavam envolvidos na produção de cada tipo recombinante, deve-se determinar como os genes são ordenados no cromossomo. ClasseGenótipo do cromossomo X Fenótipo Número observado 1 sc ec cv Cerdas em escudo Olhos equinos Asas sem nervuras transversais 1.158 2 sc+ ec+ cv+ Tipo selvagem 1.455 3 sc ec+ cv+ Cerdas em escudo 163 4 sc+ ec cv Cerdas em escudo Asas sem nervuras transversais 130 5 sc ec cv+ Cerdas em escudo Olhos equinos 192 6 sc+ ec+ cv Asas sem nervuras transversais 148 7 sc ec+ cv Cerdas em escudo Asas sem nervuras transversais 1 8 sc+ ec cv+ Olhos equinos 1 Total 3.248 Figura 27 – representação da F2 resultante do cruzamento triibrido. Genética 94 Determinação da ordem de genes: sc – ec – cv; ec – sc – cv; ec – cv – sc. Outras possibilidades são iguais a uma destas, pois as pontas do cromossomo não podem ser distinguidas. Sabe-se que crossing duplo com menos frequência do que crossing simples. Portanto, entre as seis classes recombinantes, as duas raras representam os cromossomos com crossing duplo. No exemplo ilustrado com a Figura 27, as classes 7 (sc ec+ cv) e 8 (sc+ ec cv+), cada uma com apenas uma mosca, representam as classes com crossing duplo. Ao comparar essas classes com as classes parentais 1 (sc ec cv) e 2 (sc+ ec+ cv+), verifica-se que o alelo echinus (ec) foi trocado em relação ao scute (sc) e crossveinless (cv). Consequentemente, o gene echinus (ec) localiza-se entre os outros dois. Desse modo, a sequência correta é sc – ec – cv. Cálculo da distância entre os genes Após obter a ordem dos genes, podem-se determinar as distâncias dos genes adjacentes. No caso descrito das moscas, para obter o comprimento da região entre os genes scute (sc) e echinus (ec), identifica-se as classes recombinantes em que ocorreu crossing-over entre esses genes. Há quatro classes recombinantes: 3 (sc ec+ cv+) e 4 (sc+ ec cv) que apresentaram crossing simples entre scute (sc) e echinus (ec), 7 (sc ec+ cv) e 8 (sc+ ec cv+) que apresentaram crossing duplo entre scute (sc) e echinus (ec) e entre echinus (ec) e crossveinless (cv). As frequências dessas quatro classes podem ser utilizadas para estimar o número médio de crossing-over entre scute (sc) e echinus (ec), como ilustra a Figura 28. Genética 95 Classe 3 Classe 4 Classe 7 Classe 8 163 + 130 + 1 + 1 = 295 = 0,091 Total 3.248 Figura 28 – Cálculo do número médio de crossing-over entre os genes scute (sc) e echinus (ec). Pode-se concluir que a cada 100 cromossomos originados a partir da meiose nas fêmeas da F1, 9,1 tinham crossing-over entre scute (sc) e echinus (ec). Portanto, a distância entre eles é de 9,1 cM. Do mesmo modo, pode-se calcular a distância entre echinus (ec) e crossveinless (cv). Quatro classes recombinantes apresentavam crossing-over nessa região: 5 (sc ec cv+) e 6 (sc+ ec+ cv) que apresentaram crossing simples entre echinus (ec) e crossveinless (cv), 7 (sc ec+ cv) e 8 (sc+ ec cv+) que apresentaram crossing duplo entre scute (sc) e echinus (ec) e echinus (ec) e crossveinless (cv). A frequência dessas classes pode ser calculada conforme a Figura 29. Assim, conclui-se que echinus (ec) e crossveinless (cv) encontram-se distantes 10,5 cM. Classe 5 Classe 6 Classe 7 Classe 8 192 + 148 + 1 + 1 = 342 = 0,105 Total 3.248 Figura 29 – Cálculo do número médio de crossing-over entre os genes echinus (ec) e crossveinless (cv). Genética 96 Combinando os dados das duas regiões, obtém-se o seguinte mapa: scute (sc) – 9,1 - echinus (ec) – 10,5 - crossveinless (cv) O cruzamento de três pontos é importante, pois torna possível detectar crossing-overs duplos e determinar se as permutações em regiões adjacentes são independentes. A partir do conceito de independência, calcula-se a frequência esperada de crossing-overs duplos multiplicando as frequências de crossing-over para as duas regiões cromossômicas adjacentes. No experimento de Bridges e Olbrycht, a região I do mapa apresentou frequência de crossing-over de 0,091 e na região II de 0,105. Portanto, a frequência esperada de crossing-overs duplos no intervalo entre scute (sc) e crossveinless (cv) seria de 0,091 x 0,105 = 0,0095. Entretanto, a frequência observada foi de 2 / 3.248 = 0,0006. Os crossing-overs duplos foram menos frequentes do que o número esperado. Este resultado sugere que houve interferência, ou seja, um crossing-over inibia a ocorrência de outro próximo. O grau de interferência é medido pelo cálculo do coeficiente de interferência (c), ilustrado na Figura 30. No caso do experimento de Bridges e Olbrycht, c = 0,0006 / 0,0095 = 0,063. c = frequência observada de crossing-overs duplos frequência esperada de crossing-overs duplos Figura 30 – Cálculo do coeficiente de interferência. O nível de interferência (I) é calculado pela fórmula: I = 1 – c. Utilizando os dados do exemplo, pode-se obter como resultado I = 0,937. Neste caso, como o coeficiente de coincidência é próximo de zero, a interferência era muito forte. Se o coeficiente de coincidência fosse igual a 1, isto significaria ausência de interferência, ou seja, crossing-overs seriam independentes. Genética 97 Leitura Complementar: Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo capítulo do livro: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Ligação, crossing-over e mapeamento cromossômico em eucariontes. In: Fundamentos de Genética. 4ª Ed. Rio de janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. Cap. 7, p. 134 – 168. Na próxima unidade será abordada genética das populações e evolutiva. É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Genética 98 Exercícios - unidade 5 1. (Fuvest – SP) Os genes X, Y e Z de um cromossomo têm as seguintes frequências de recombinação: GENES FREQUÊNCIA DE RECOMBINAÇÃO X e Y 15% Y e Z 30% Z e X 45% Qual é a posição relativa desses três genes no cromossomo? a)ZXY b)XYZ c)YZX d)XZY e) YXZ 2.(UEPB) Os genes A, B, C e D estão no mesmo cromossomo e apresentam as seguintes frequências de recombinação: A – C = 5% A – B = 17% B – D = 18% C – D = 30% A – D = 35% A sequência mais provável destes genes no cromossomo é: a) A – D – C – B b) C – D – B – A c) A – B – C – D d) A – C – B – D e) C – B – D – A Genética 99 3.(UNIRIO) Um cruzamento entre dois indivíduos, com os genótipos DdEe x ddee, originou 42 descendentes com genótipo DdEe, 160 Ddee, 168 ddEe e 40 ddee. Sobre os genes D e E podemos concluir que: a) Estão ligados e há permuta entre eles. b) Estão ligados e não há permuta entre eles. c) Segregam-se independentemente e há permuta entre eles. d) Segregam-se independentemente e não há permuta entre eles. e) Não estão ligados, logo se segregam independentemente. 4.(MACK) Analisando-se dois pares de genes em ligamento fatorial (linkage) representados pelo híbrido BR/br, uma certa espécie apresentou a seguinte proporção de gametas: BR = 48,5% br = 48,5% Br = 1,5% bR = 1,5% Pela análise dos resultados, pode-se concluir que a distância entre os genes B e R é de: a) 48,5 morganídeos. b) 97 morganídeos. c) 1,5 morganídeos. d) 3 morganídeos. e) 50 morganídeos. Genética 100 5.Na espécie humana, a miopia e a habilidade para a mão esquerda são caracteres condicionados por genes recessivos que se segregam de forma independente. Um homem de visão normal e destro, cujo pai tinha miopia e era canhoto, casa-secom uma mulher míope e destra, cuja mãe era canhota. Qual a probabilidade de esse casal ter uma criança com fenótipo igual ao do pai? a) 1/2. b) 1/4. c) 1/8. d) 3/4. e) 3/8. 6.Quando dois pares de genes estão no mesmo par de cromossomos homólogos, dizemos que ocorre _______. Marque a alternativa que preencha CORRETAMENTE a lacuna. a) Ligação gênica, podendo os genes ligados ir para gametas diferentes em consequência da segregação independente. b) Segregação independente dos genes, os quais obrigatoriamente irão para gametas diferentes. c) Segregação independente dos genes, podendo se juntar no mesmo gameta por permutação. d) Ligação gênica, podendo os genes ligados ir para gametas diferentes por meio do crossing-over. e) Segregação independente dos genes, podendo se juntar no mesmo gameta por comutação. Genética 101 7. Os gens a e b encontram-se em um mesmo cromossoma, sendo a distância entre eles de 17 unidades. A frequência de gametas AB formados por um indivíduo AB/ab é de: a) 8,5% b) 17% c) 34% d) 41,5% e) 83% 8. Cruzando-se um heterozigoto para dois pares de genes AaBb com um duplo recessivo aabb, obteve-se: a) 43 % - indivíduos AaBb b) 43 % - indivíduos aabb c) 7% - indivíduos Aabb d) 7% - indivíduos aaBb Tratando-se, evidentemente, de um caso de ligação fatorial, pode-se dizer que: a) o heterozigoto é Ab/aB e a distância entre os dois genes é de 7 unidades. b) o heterozigoto é AB/aB e a distância entre os dois genes é de 7 unidades. c) o heterozigoto é Ab/aB e a distância entre os dois genes é de 14 unidades. d) o heterozigoto é AB/ab e a distância entre os dois genes é de 14 unidades. e) não se pode saber a constituição do heterozigoto, mas a distância entre os dois genes é de 14 unidades. Genética 102 9.Uma mosca-das-frutas fenotipicamente tipo selvagem heterozigota para os genes que controlam a cor do corpo e tamanho da asa foi cruzada com um macho mutante homozigoto com corpo preto (b) e asa svestigiais (vg).O cruzamento produziu a seguinte prole: corpo cinza, asas normais 126; corpo cinza, asas vestigiais 24; corpo preto, asas normais 26; corpo preto, asas vestigiais 124. a) Estes dados indicam ligação entre os genes para cor do corpo e tamanho da asa? ___________________________________________________________________ b) Qual a frequência de recombinação? ___________________________________________________________________ c) Diagrame o cruzamento, mostrando o arranjo dos marcadores genéticos nos cromossomos. 10.Em Drosófila, os genes vg (asas vestigiais) e cn (olhos cinabar) estão situados em 67,0 e 57,0, respectivamente, no cromossomo 2. Uma fêmea de uma linhagem homozigota de moscas vestigiais foi cruzada com um macho de uma linhagem de moscas cinabar. Os híbridos F1 eram fenotipicamente tipo selvagem (asas longas e olhos vermelho-escuros). a) Quantos tipos diferentes de gametas as fêmeas F1 poderiam produzir e em que proporções? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 103 b) Se essas fêmeas forem cruzadas com machos cinabar, vestigial, que tipos de prole você esperia e em que proporções? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 104 Genética 105 Genética de Populações e Evolução 6 Genética 106 Nesta unidade, serão discutidos temas acerca da genética de populações e evolução. Objetivos da unidade: Compreender o Princípio de Hardy-Weinberg; Conhecer a teoria de frequências alélicas; Compreender seleção natural; Entender deriva genética aleatória; Conhecer as principais teorias evolucionistas; Entender os mecanismos de especiação; Conhecer as principais teorias sobre a evolução humana. Plano da unidade: Genética de populações. Evolução. Especiação. Evolução Humana. Bons estudos! Genética 107 Genética de populações A população natural é objeto de estudo da genética de populações. Esta população consiste do conjunto de indivíduos que compartilham de um pool de genes quando se reproduzem entre si. O pool de genes é definido como o total de informações genéticas encontradas nos membros reprodutivos da população. Os alelos no pool interagem entre si e com o ambiente, resultando na seleção dos genes. Em 1908, Hardy e Weinberg independentemente desenvolveram um conceito matemático para descrever a relação entre frequências alélicas e frequências genotípicas. Este conceito é denominado Princípio de Hardy-Weinberg e serve de fundamento para o estudo da genética de populações. Princípio de Hardy-Weinberg Hardy e Weinberg concluíram que se não houver fator evolutivo atuando sobre a população que satisfizesse certas condições, a frequência dos alelos e dos genótipos permaneceriam constante. As condições necessárias para que uma população se mantenha em equilíbrio são: O número de indivíduos deve ser grande; Os cruzamentos devem ocorrer ao acaso; Ausência de mutação, migração e seleção. Genética 108 Cálculo das frequências: O princípio de Hardy-Weinberg pode ser usado para calcular a frequência gênica sob diversas condições. Supondo que em uma população um determinado gene tenha dois alelos A e a, que ocorrem com a frequência de p e q respectivamente. Considerando a reprodução aleatória dos seus membros, a probabilidade de um dos gametas levar para a geração seguinte A é p e a probabilidade de que leve a é q. A frequência dos indivíduos formados pela união desses alelos é calculada como o produto das frequências dos alelos que se uniram. Desse modo, a probabilidade de resultar em homozigoto AA na população é p x p = p2 e a probabilidade de produzir homozigoto AA é q x q = q2. Para os heterozigotos Aa a probabilidade é p x q. Entretanto, há duas possibilidades, uma do espermatozoide A unir-se ao ovócito a e outra do espermatozoide a unir-se ao ovócito A. Cada evento ocorre com a probabilidade p x q, sendo iguais tais probabilidades conclui- se que a probabilidade total de formar Aa é 2pq (Figura 31). Figura 31 – Representação das probabilidades do princípio de Hardy-Weinberg Genótipo Frequência AA p2 aa q2 Aa 2pq Genética 109 A soma das frequências será sempre 100%, obedecendo a seguinte fórmula: p2 + 2pq + q2 = 1 A importância do princípio de Hardy-Weinberg para as populações naturais baseia-se na construção de um modelo para o comportamento dos genes. Desse modo, podem-se estimar frequências gênicas e genotípicas ao longo das gerações e compará-las com as obtidas na prática. Se a população estiver em equilíbrio, a frequência se manterá constante nas sucessivas gerações. Entretanto, se na prática os valores obtidos forem significativamente diferentes dos valores esperados peloprincípio de Hardy- Weinberg, conclui-se que a população está evoluindo, pois não se encontra em equilíbrio gênico. Os principais fatores que afetam o equilíbrio gênico são a mutação, a migração, a seleção e a deriva gênica. Fatores que afetam a frequência gênica Mutação: processo pelo qual um alelo se transforma em outro na geração subsequente. O efeito das mutações nas frequências gênicas depende da adaptabilidade que os indivíduos portadores delas apresentarem tanto para a sobrevivência como para a reprodução, no meio ambiente da espécie. Portanto, pode-se considerar que a variabilidade genética tem relação direta com as mutações. Contudo, a mutação não é fator primordial para alterar o sentido da evolução, pois ocorre em proporções muito pequenas de mutações espontâneas. A evolução resulta da ação de outros fatores mais poderosos como a seleção natural. A dominância e a recessividade são fatores que atuam sobre genes mutantes prejudiciais aos indivíduos. Os genes recessivos são ativos somente no estado homozigótico, enquanto que os dominantes também atuam no estado heterozigótico. Sabendo-se que as taxas de mutação são semelhantes, os genes recessivos prejudiciais são mantidos em maior quantidade no pool de genes da Genética 110 população que os dominantes, desde que os heterozigóticos portadores desses genes não manifestem qualquer inferioridade em relação aos homozigóticos normais. Portanto, a variabilidade genética tem, na prevalência dos heterozigotos, o principal fator para a permanência nas populações. Os heterozigotos adaptam-se melhor ao meio, o que possibilita a conservação de alelos prejudiciais aos indivíduos no estado homozigótico. Migração: os indivíduos de uma população podem mudar de território, ou seja, migrar, carregando seus genes. Este movimento migratório pode ser de saída ou de emigração, ou de incorporação à outra população, chamado de imigração. As migrações podem alterar a constituição gênica de uma população e perturbar o estado de equilíbrio de Hardy-Weinberg. Entretanto, se a população que recebeu imigrantes reproduzir-se aleatoriamente por uma geração, o equilíbrio de Hardy-Weinberg será restabelecido. Seleção natural: definido por Charles Darwin como processo que muda as características físicas e comportamentais de uma espécie. Darwin concluiu que os indivíduos produziam mais prole do que o ambiente era capaz de suportar, levando a competição pela sobrevivência. Desse modo, os organismos que sobrevivem e se reproduzem transmitem às gerações seguintes as características que favorecem a sobrevida e a reprodução, até que se tornam prevalentes na população. Há três tipos de seleção: direcional, disruptiva e estabilizadora. A seleção direcional é aquela que favorece valores de uma característica em uma extremidade de sua distribuição. Esta situação revela alterações ambientais, sendo selecionados os organismos melhor adaptados a esse novo meio. É utilizada na agricultura, na criação de plantas e animais de forma artificial a fim de melhorar suas características. A seleção disruptiva é aquela que favorece valores extremos de uma característica em detrimento dos valores intermediários. Para que seja eficaz, os acasalamentos preferencialmente ocorrem entre indivíduos com os mesmos valores extremos da característica ou quando houver divisão geográfica ou ecológica da população. Genética 111 A seleção estabilizadora conserva a distribuição de uma característica mediante favorecimento de valores intermediários. Este processo ocorre quando valores intermediários de uma característica relacionando-se a alta adaptabilidade e valores extremos associam-se a baixa adaptabilidade. Deriva genética aleatória: é definido como processo de mudança aleatória nas frequências alélicas. Embora seja mecanismo evolutivo, este processo não produz adaptação. Para Darwin a seleção natural desempenha papel fundamental no processo evolutivo. Entretanto, reconheceu que processos aleatórios podem interferir na evolução. Em seus estudos, Darwin destaca que as características são herdadas pela prole, porém esta não é réplica exata dos seus genitores. No século XX, Wright, Fischer e Kimura investigaram os princípios mendelianos associados à imprevisibilidade na transmissão de uma característica dos genitores para a geração seguinte. Estes pesquisadores concluíram que a relação entre os mecanismos mendelianos e a aleatoriedade influencia o processo evolutivo. Todas as populações sofrem deriva genética, entretanto a suscetibilidade da população a deriva genética aleatória está diretamente ligada ao seu tamanho. Quanto menor for a população mais rápido e incisivo será o seu efeito. Durante os períodos que ocorre a deriva genética aleatória os alelos sofrem aumento ou diminuição de suas frequências resultando na sua fixação ou na sua perda nas gerações seguintes. A conservação de um alelo na população depende do tamanho da mesma. Em populações pequenas poucas gerações já são suficientes até que ocorra a fixação alélica. Em populações maiores este efeito é mais demorado. O princípio do fundador é um caso extremo de deriva gênica. É um fenômeno evolutivo definido como o estabelecimento de uma nova população constituída a partir de uma população ancestral pequena. Esta redução ocorre por diminuição drástica da população quer seja por migração ou outro fator físico ou geográfico. Nestas condições, os indivíduos que iniciaram a nova população contém somente uma pequena fração da variação genética total da população original. Genética 112 Evolução Desde a antiguidade discute-se acerca da evolução das espécies. Inicialmente o fixismo era ideia bastante difundida, afirmava que as espécies não sofriam modificações com o passar do tempo. Com base neste raciocínio, todos os seres vivos que existem atualmente já existiam no passado e teriam sido criados por Deus, sem sofrer quaisquer alterações. Portanto, não havia evolução. Com o avanço dos estudos paleontológicos, mostrou-se que as espécies de hoje não são as mesmas que existiram no passado e que seres diferentes já existiram e extinguiram-se. Com base nestes estudos, alguns cientistas passaram a afirmar que ocorriam mudanças, entretanto, não conheciam os mecanismos evolutivos. Lamarckismo: No século XIX, o naturalista francês Jean-Baptiste Lamarck formulou as principais ideias sobre evolução. Na publicação intitulada Philosophie Zoologique (1809) afirmou que existiam transformações nas espécies no sentido de maior complexidade em decorrência a fatores externos. O meio ambiente influenciava o organismo promovendo a necessidade de modificações. Segundo Lamarck, tais mudanças ocorriam mediante dois princípios: Lei do uso e desuso: de acordo com as necessidades estimuladas pelo meio, o organismo passava a utilizar com maior frequência determinados órgãos, promovendo seu maior desenvolvimento em relação aos outros. Se o órgão fosse pouco exigido atrofiava-se. Como exemplo, Lamarck utilizou a análise do pescoço da girafa. Segundo o estudioso, havia inicialmente girafas com pescoço curto que se esticavam para alcançar o alimento em árvores altas. Mediante ao esforço constante para se alimentar, o pescoço foi aumentando progressivamente. A cada geração de girafas, o pescoço apresentava-se maior do que na geração anterior. Assim, Lamarck conclui que o uso levou ao aumento no comprimento do pescoço da girafa (Figura 32 A). Genética 113 Lei da herança dos caracteres adquiridos: características adquiridas durante a vida pelo uso ou desuso de estruturas seriam transmitidas às gerações seguintes. Lamarck equivocou-se em alguns aspectos de sua teoria principalmente pela qualidade tecnológica da época. O uso e o desuso não provocam modificações que podem ser transmitidas aos descendentes.As características adquiridas durante a vida não podem ser repassadas às sucessivas gerações porque somente alterações genéticas podem ser herdadas. Contudo, Lamarck contribuiu para o desenvolvimento da genética evolutiva por ter sido o primeiro a perceber que o meio poderia promover alterações nos seres vivos. Suas ideias alavancaram novos estudos sobre os mecanismos evolutivos. Darwinismo: Charles Darwin (1809 – 1882) tentou explicar como a evolução ocorria. Ao contrário de Lamarck, Darwin afirmava que a evolução não acontecia em direção à complexidade, mas em razão da luta constante por sobrevivência porque apenas os seres mais aptos sobreviviam e passavam suas características aos seus descendentes. Este processo foi batizado por Darwin de seleção natural e considerou-o o principal mecanismo evolutivo (Figura 32 B). Darwin também afirmava que todos os seres vivos compartilhavam de um ancestral comum. Entretanto, Darwin não possuía conhecimentos profundos acerca dos mecanismos da hereditariedade, portanto não sabia explicar convincentemente como as características eram passadas para as gerações seguintes. Genética 114 Figura 32 – (A) Lamarckismo; (B) Darwinismo. Retirada de http://pt.wikipedia.org, Acesso em 04/06/2015, às 15h55. Neodarwinismo ou teoria sintética da evolução ou teoria moderna da evolução: No século XX, pesquisadores reinterpretaram a teoria de Darwin com base nos conhecimentos modernos de genética e outras áreas da biologia. Esta associação entre o Darwinismo e conceitos atuais de genética moderna fez surgir o Neodarwinismo ou teoria sintética da evolução ou teoria moderna da evolução. De acordo com a teoria sintética da evolução, os principais mecanismos que promovem variabilidade nos seres vivos são reunidos em duas categorias. A mutação e a recombinação gênica são fatores que tendem a aumentar a variabilidade genética da população. Já a deriva genética, a migração e a seleção natural são fatores que atuam sobre a variabilidade estabelecida na população. Genética 115 Especiação Espécie é termo aplicado a um grupo de organismos que compartilham algumas características. Estes organismos se reproduzem entre si, ou são potencialmente entrecruzáveis e não trocam genes com outros grupos. A especiação é processo de formação de novas espécies. Ocorre em virtude das diferenças que surgem nos genes de populações diferentes da mesma espécie. Este fenômeno ocasiona isolamento reprodutivo, consequentemente ao aparecimento de espécies distintas. Há dois processos envolvidos na especiação: a anagênese e a cladogênese. A anagênese compreende processos pelos quais uma característica surge ou se modifica em uma população ao longo do tempo. A mutação e a permutação são exemplos de eventos anagênicos. A seleção natural atua sobre a variabilidade genética da população, selecionando os indivíduos melhor adaptados as condições do meio ambiente. A cladogênese compreende processos responsáveis pela geração de duas ou mais populações que não podem trocar genes entre seus indivíduos. A ruptura da população original ocorre em função do fenômeno da deriva genética, do surgimento de barreiras geográficas e mesmo da ocorrência de mutações. Se permanecerem separadas, cada população evolui, modificando-se ao longo do tempo, originando-se uma nova espécie. Genética 116 Pode-se classificar a especiação, baseando-se em aspectos geográficos: Especiação alopátrica: ocorre por isolamento geográfico ocasionado por barreira geográfica, como por exemplo, o mar ou cadeias de montanhas. Tais barreiras impedem que indivíduos de diferentes populações se cruzem. Depois de certo tempo, as diferenças entre os seres das populações são tão divergentes que, mesmo colocados em contato, não se reproduzem entre si. Desse modo, cada espécie segue seu caminho evolutivo de modo independente. É considerado como mecanismo bastante geral de especiação. Uma evidência da especiação alopátrica pode ser observada em ilhas, em que uma espécie acaba se diferenciando na aparência e ecologia. O exemplo mais clássico são os dos tentilhões observados por Darwin nas ilhas Galápagos, que se diferenciam principalmente pela forma do bico que é adaptada ao tipo de alimentação de cada uma das espécies. Figura 33 – Representação da especiação dos tentilhões de Galápagos. Retirada de http://pt.wikipedia.org, Acesso em 04/06/2015 às 16h02. Genética 117 Especiação simpátrica: ocorre sem que haja separação geográfica. Populações de uma mesma espécie ocupam o mesmo território, mas não há cruzamento entre elas devido a barreira reprodutiva. Esta barreira ocorre por mecanismos distintos. Os mecanismos de isolamento pré-zigóticos impedem que os membros de grupos diferentes produzam prole híbrida, ou seja, evitam a fecundação. Podem ser classificados como: Isolamento sazonal ou temporal: há diferenças nas épocas reprodutivas; Isolamento ecológico ou de hábitat: quando as populações vivem em áreas diferentes na mesma região geral; Isolamento etológico ou sexual: há padrões de comportamento diferentes. Tais comportamentos envolvem a produção e recepção de estímulos que conduzem ao processo reprodutivo. Esses estímulos são específicos de cada espécie; Isolamento mecânico: há diferenças nos órgãos reprodutores que impedem a cópula. Mortalidade gamética: quando fenômenos fisiológicos impedem a sobrevivência de gametas masculinos de uma espécie no sistema genital feminino de outra espécie. Os mecanismos de isolamento pós-zigóticos impedem que prole híbrida transmita seus genes para descendentes. São classificados como: Mortalidade do zigoto: quando ocorre a fecundação entre gametas de espécies diferentes o zigoto poderá ser pouco viável, morrendo em decorrência ao desenvolvimento embrionário irregular; Inviabilidade do híbrido: quando há indivíduos resultantes do cruzamento entre espécies diferentes, estes se denominam híbridos interespecíficos. Mesmo que possam ser férteis, os zigotos híbridos têm viabilidade reduzida ou são inviáveis por sua inferioridade adaptativa ou menor eficiência para a reprodução; Genética 118 Esterilidade do híbrido: pode ocorrer pela presença de gônadas anormais ou por problemas decorrentes de meiose anômala. Quaisquer destas circunstâncias poderiam impedir que populações coexistentes no mesmo território trocassem genes. Especiação parapátrica: ocorre quando duas populações de uma mesma espécie diferenciam-se e ocupam áreas contíguas, porém ecologicamente diferentes. Devido ao contato das áreas habitadas, é possível o intercruzamento gerando híbridos. Essas áreas são chamadas áreas híbridas e tornam-se barreira ao fluxo gênico entre as novas espécies. Especiação peripátrica: ocorre quando genes que podem não estar ativados antes da reprodução sexual são ativados a fim de permitir a sobrevivência de uma população pequena separada da população original. Após várias gerações, estes novos genes se tornam fortes dentro da população ocasionando o surgimento de uma nova espécie. A especiação peripátrica difere da alopátrica por dois parâmetros, isolamento geográfico e populações pequenas. Figura 34 – Comparação de especiações. Retirada de http://pt.wikipedia.org, Acesso em 04/06/2015, às 16h38. Genética 119 Evolução humana Em 1859, Darwin propôs em sua teoria evolutiva que os seres humanos evoluíram de organismos mais primitivos. Suas ideias provocaram controvérsia, contudo estimulou o avanço de novos estudos acerca deste tema. Atualmente, evolução humana é assunto que ainda gera muita discussão. Observe a classificação da espécie humana na Figura 35. Reino Animalia Filo Chordata Subfilo Vertebrata Classe Mammalia Ordem Primata Subordem AntropoideaSuper família Homonoidea Família Hominidae Gênero Homo Espécie Homo sapiens Figura 35 – classificação da espécie humana. A espécie humana pertence ao subfilo dos vertebrados, na classe dos mamíferos. Este grupo evoluiu em diversas linhas, originando ordens distintas. Uma destas linhas evoluiu para características que permitiram aos mamíferos subir em árvores. Este grupo de mamíferos é chamado primata, caracterizando-se por apresentar cinco dedos nas patas, polegar disposto em ângulo de 90º em relação aos demais dedos, grande mobilidade dos membros superiores e inferiores em relação ao tronco, visão tridimensional, comportamento social. O grupo dos primatas pode ser dividido em duas subordens: prossímios e antropoides. Os prossímios são representados pelos társios, lêmures e lorises. Os antropoides são representados pelos macacos e seres humanos e se diferenciam Genética 120 dos demais primatas por apresentar encéfalo mais desenvolvido e são subdivididos em três linhas evolutivas. A linha evolutiva que inclui o homem é a da Superfamília Hominoidea. Esta Superfamília se divide em Família Hominidae que reúne o ser humano e seus ancestrais fósseis mais próximos. Os primeiros hominídeos destacaram-se dos demais primatas por desenvolverem a postura ereta ou bípede. Tais hominídeos apoiavam-se e deslocavam-se com os membros posteriores que, a seguir, passaram a se denominar membros inferiores. Desse modo, os membros anteriores tornaram-se livres para executar outras funções diferentes as relacionadas ao deslocamento e passaram a se chamar membros superiores. A partir das novas funções os membros inferiores tornaram-se mais longos do que os superiores. O aparecimento de novas características permitiu aos hominídeos a ocupação dos campos e savanas, trocando o modo de vida nas árvores das florestas pelas atividades ligadas ao solo. Outras mudanças ocorreram como o aumento da massa encefálica e consequente aumento do volume do crânio, a face mais achatada e com a arcada dentária em forma de U com caninos menores. O estudo de fósseis fornece dados importantes sobre a evolução humana. Os fósseis mais antigos, datados de 4 a 5 milhões de anos, que se encontram ligados à linha evolutiva do homem, foram encontrados no Leste da África e receberam o nome de Ardipithecus ramidus. Posteriormente, outro fóssil de cerca de 3 a 4 milhões de anos foi encontrado e chamado de Australopithecus afarensis. Estima-se que este hominídeo medisse cerca de 1 a 1,5 m de altura. Supõe-se que neste período havia várias espécies de hominídeos coexistindo no mesmo hábitat. Essas espécies podem ser divididas em dois grandes grupos: os Australopithecus, caracterizados por apresentar o encéfalo menor e dentes pré- molares e molares maiores, e os Homo, que apresentavam encéfalo maior e dentes pré-molares e molares menores. Estudos mostraram que o gênero Homo surgiu há cerca de 2,4 milhões de anos. A primeira espécie denominou-se Homo habilis. Nesta espécie o volume craniano era maior e há indícios que apresentavam maior habilidade com as mãos do que os Australopithecus. Homo habilis produzia alguns instrumentos rudimentares a partir de pedras e ossos. Parte de sua alimentação consistia de carne de animais abandonada por predadores carnívoros. Genética 121 Entre 1,9 e 1,5 milhão de anos atrás surgiu o Homo ergaster que apresentava forma do corpo e proporções dos membros semelhantes aos dos seres humanos modernos. Esta espécie migrou para a Ásia originando o Homo erectus. O Homo erectus iniciou populações arcaicas de seres humanos na Europa, na Ásia e na África. Os mais conhecidos seres humanos arcaicos eram os Neandertais que viveram exclusivamente na Europa e na Ásia entre 200 mil e 30 mil anos atrás. Os Neandertais existiram em uma época de clima muito frio. Eram nômades, caçadores e viviam em grupos. Utilizavam fogo tanto para se aquecer como também para descongelar e cozinhar os alimentos. A pele dos animais era usada para produzir roupas e abrigo. Os Neandertais foram os primeiros hominídeos a enterrar seus mortos, o que indica mudança no comportamento social. Estudos baseados em análise do DNA de ossos fossilizados de Neandertais sugerem que eles não contribuíram com material genético para o aparecimento do Homo sapiens. Supõe-se que os seres humanos modernos evoluíram simultaneamente na Europa, Ásia e África de populações arcaicas ou evoluíram provavelmente da África e migraram para os outros continentes. Esta migração ocorreu provavelmente devido ao aumento no número de indivíduos das populações, que os levou a procurar novos territórios para a caça. Esta espécie apresentava grande capacidade adaptativa ao meio. O Homo sapiens evolui, ampliando sua capacidade de invenção, sua criatividade, linguagem, organização social, cultura chegando ao que se conhece atualmente. Genética 122 Leitura Complementar Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo capítulos do livro: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Genética de populações. In: Fundamentos de Genética. 4ª Ed. Rio de janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. Cap. 26, p. 772 – 795. SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Genética evolutiva. In: Fundamentos de Genética. 4ª Ed. Rio de janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. Cap. 27, p. 796 – 823. É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Genética 123 Exercícios - unidade 6 1.(UFPI) Em 1908, os cientistas Hardy e Weinberg formularam um teorema cuja importância está no fato dele estabelecer um modelo para o comportamento dos genes nas populações naturais. Se os valores das frequências gênicas de uma população, observada ao longo de gerações, forem significativamente diferentes dos valores esperados através da aplicação do teorema, pode-se concluir corretamente que: a) a população estudada é infinitamente grande, inviabilizando a aplicação do teorema. b) não houve a atuação dos fatores evolutivos sobre a população. c) a população encontra-se em equilíbrio genético. d) a população está evoluindo, uma vez que as frequências gênicas foram alteradas. e) os cruzamentos nessa população ocorrem ao acaso. 2.(UFFRJ) De acordo com a Teoria de Hardy-Weimberg, em uma população em equilíbrio genético as frequências gênicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações. Para tanto, é necessário que: a) a população seja infinitamente grande, os cruzamentos ocorram ao acaso e esteja isenta de fatores evolutivos, tais como mutação, seleção natural e migrações. b) o tamanho da população seja reduzido, os cruzamentos ocorram ao acaso e esteja sujeita a fatores evolutivos, tais como mutação, seleção natural e migrações. c) a população seja infinitamente grande, os cruzamentos ocorram de modo preferencial e esteja isenta de fatores evolutivos, tais como mutação, seleção natural e migrações. Genética 124 d) a população seja de tamanho reduzido, os cruzamentos ocorram de modo preferencial e esteja sujeita a fatores evolutivos, tais como mutação, seleção natural e migrações. e) a população seja de tamanho reduzido, os cruzamentos ocorram de modo preferencial e esteja isenta de fatores evolutivos, tais como mutação, seleção natural e migrações. 3.(MACKENZIE-SP) Se numa população humana em equilíbrio genético, as frequências dos genes IA, IB e i que condicionam o tipo de sangue são iguais, concluímos que nessa população existem: a) mais pessoas do tipo A. b) mais pessoas do tipo O. c) mais pessoas do tipo AB. d) igual número de pessoas do tipo A e do tipo B. e) igual número de pessoas de cada tipo (A, B, AB e O). 4.(UFMT) Leiaas afirmações abaixo que contêm informações sobre a Teoria da Evolução: I - Lamarck afirmou que os seres vivos descendem de ancestrais comuns. Sustentou que o caminho particular da progressão é guiado pelo ambiente e que um ambiente em mudança altera as necessidades do organismo, ao que o organismo responde mudando seu comportamento e, consequentemente, usando alguns órgãos mais que os outros; II - Darwin afirmou que as formas de vida inferiores surgiram continuamente a partir da matéria inanimada, por geração espontânea, e progridem inevitavelmente em direção a uma maior complexidade e perfeição, através de "poderes conferidos pelo supremo autor de todas as coisas"; III - A Origem das Espécies, de Darwin, contém duas teses básicas: os organismos vivos descendem, com modificações, a partir de ancestrais comuns, e Genética 125 que o principal agente de modificação é a seleção natural sobre a variação individual. Com relação às afirmações acima, assinale a alternativa correta: a) I e II estão corretas. b) I e III estão corretas. c) Somente I está correta. d) Somente III está correta. e) Todas as afirmativas estão corretas. 5.(UFSM-RS) Os fatores evolutivos responsáveis pelo aumento da variabilidade genética das populações são: a) seleção natural e deriva gênica. b) mutação e recombinação. c) seleção e mutação. d) seleção e recombinação. e) deriva e recombinação. 6.Correlacione os fenômenos enumerados com os algarismos arábicos 1, 2, 3 e 4 às definições ou aos conceitos, expressos nas afirmativas de I a IV. a) 1:Evolução. b) 2: Mutação. c) 3: Adaptação. d) 4: Especiação. Genética 126 I - Modificações nas frequências gênicas das populações através do tempo, orientadas pela seleção natural. II - Modificação ao acaso nos genes ou cromossomos, acarretando variação genética. III - Modificações de estruturas e funções em um grupo, que favorecem sua sobrevivência. IV - Determinada pelo isolamento reprodutivo, que pode ter como causa o isolamento geográfico. A alternativa correta é: a) i-4; II-2; III-3, IV-1. b) I-3; II-1; III-2, IV-4. c) I-2; II-3; III-4, IV-1. d) I-1; II-2, III-3, IV-4. e) I-1; II-3, III-4; IV-2. 7.A teoria sintética ou teoria moderna da evolução considera três fatores evolutivos principais, que são: a) Uso e desuso, transmissão das características adquiridas e seleção natural. b) Uso e desuso, seleção natural e migração. c) Mutação gênica, uso e desuso e migração. d) Mutação gênica, uso e desuso e seleção natural. e) Mutação gênica, recombinação gênica e seleção natural . Genética 127 8.Frente às mudanças que ocorrem em um determinado ambiente, têm maior sucesso adaptativo as espécies: a) com maior variabilidade genética. b) com menor variabilidade genética. c) que não apresentam nenhuma variabilidade genética. d) que não respondem às alterações no meio ambiente. e) que mantêm constantes suas proporções gênicas e genotípicas. 9.Em um povoado isolado, em equilíbrio de Hardy-Weinberg, 16% dos indivíduos apresentam o fenótipo produzido por um gene autossômico recessivo. A porcentagem de heterozigotos nessa população deve ser igual a: a) 16% b) 32% c) 36% d) 48% e) 64% 10.(UFR-RJ) Numa determinada ilha existia uma população animal com indivíduos possuidores de uma característica normal e indivíduos possuidores de uma característica recessiva, numa proporção de 10:1, respectivamente. Mas um desastre ambiental provocou a morte de todos os indivíduos com a característica recessiva, alterando de forma brusca a frequência do gene recessivo na população da ilha. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 128 ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ a) Após o desastre pode-se afirmar que a frequência do gene recessivo será zero? Justifique sua resposta. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Qual o nome dado a essa alteração brusca na frequência gênica? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 129 Biotecnologia 7 Genética 130 Nesta unidade serão discutidos temas acerca da genética molecular e suas aplicações. Objetivos da unidade: Compreender biotecnologia; Conhecer técnicas de genética molecular; Entender clonagem e suas aplicações. Plano da unidade: Introdução. Genética molecular. Construção e triagem de bibliotecas de DNA. Manipulação in vitro de sequências de DNA clonado. Clonagem de organismos multicelulares. Terapia Gênica. Bons estudos! Genética 131 Introdução Biotecnologia é o conjunto de técnicas que permite a seleção, a manipulação e a modificação de organismos vivos a fim de obter produtos específicos. A utilização dessas técnicas ocorre desde a antiguidade, com o objetivo de selecionar organismos que apresentassem características interessantes ao homem do ponto de vista alimentar, medicinal, ornamental ou econômico. Um exemplo é a produção de pães e bebidas fermentadas de forma artesanal. Atualmente, são utilizados técnicas e materiais mais modernos que ampliaram e potencializaram a produção. Estudos nas áreas de microbiologia e biologia molecular possibilitaram a produção de medicamentos e alimentos industrializados. A insulina produzida a partir de bactérias geneticamente modificadas destaca-se como exemplo do avanço biotecnológico. Na agricultura, também se encontra avanços na produção a partir do desenvolvimento de novas tecnologias. A reprodução assexuada é outro exemplo de seleção de indivíduos. Por meio desse procedimento desenvolveram-se diferentes plantas utilizadas na alimentação humana. Outra técnica bastante utilizada é a reprodução seletiva. Nesta técnica os indivíduos que apresentam características específicas são estimulados ao cruzamento entre si, excluindo-se os demais. O objetivo dessa técnica é o melhoramento do material genético resultando em produtos com maior qualidade. Entretanto, a descoberta da estrutura e das propriedades do DNA por Watson e Crick em 1953 é considerada marco fundamental para o desenvolvimento da biotecnologia. A genética e a biologia molecular se desenvolveram em ritmo acelerado, incorporando técnicas de manipulação do DNA in vitro à biotecnologia, iniciando a Engenharia Genética. Genética 132 Genética molecular Em 1970, Smith e Nathans descobriram as enzimas de restrição em bactérias. Esta descoberta possibilitou avanço nas técnicas de manipulação de DNA. Nas bactérias, as enzimas de restrição cortam trechos específicos do DNA denominados sítios de restrição. Sua funçãobiológica é proteger o material genético de bactérias da invasão por DNA exógenos. Já foram caracterizadas e purificadas cerca de 400 enzimas de restrição diferentes. Uma de suas características é o reconhecimento de sequências de DNA que são palíndromos, ou seja, sequências de pares de nucleotídeos que são lidas de modo igual para frente ou para trás a partir de um eixo central de simetria. Contudo, destaca-se outra característica útil de algumas enzimas de restrição. Tais enzimas cortam os dois filamentos de uma dupla hélice em pontos diferentes, ou seja, fazem cortes desencontrados. Diferentemente de outras que cortam ambos os filamentos no mesmo local. A natureza palindrômica dos sítios de restrição justifica a produção de segmentos de DNA com pontas unifilamentares complementares a partir de cortes desencontrados. Estes fragmentos de DNA resultantes que apresentam pontas unifilamentares complementares farão pontes de hidrogênio umas com as outras e poderão ser reunidas, sob condições apropriadas para a renaturação, utilizando a enzima DNA-ligase. A enzima de restrição catalisa a clivagem de uma sequência específica de pares de nucleotídeos independente da fonte de DNA. Assim, a enzima de restrição produzirá fragmentos com as mesmas pontas unifilamentares complementares. Uma molécula de DNA contendo segmentos de DNA de fontes diferentes é denominada DNA recombinante. A capacidade de construir moléculas recombinantes de DNA é a base da tecnologia que revolucionou a biologia molecular nas últimas décadas. As diversas aplicações de técnicas de DNA recombinante necessitam não apenas da construção de moléculas de DNA recombinante, mas também da amplificação destas moléculas recombinantes, ou seja, a produção de clones destas moléculas. Na prática, insere-se o gene ou a sequência de DNA de interesse em um vetor de clonagem especialmente escolhido. Os vetores de clonagem possuem três componentes essenciais: uma origem de replicação, um gene Genética 133 marcador dominante selecionável e pelo menos um sítio de clivagem de enzima de restrição. As pesquisas para a construção de moléculas de DNA recombinante suscitaram amplas discussões. Assim, o National Instituites of Health (NIH) estabeleceu orientações específicas sob as quais poderiam ser feitas pesquisas de vários tipos sobre DNA recombinante. Essas orientações destacam proteções físicas e biológicas para a construção de moléculas de DNA recombinante. As proteções físicas incluem a utilização de técnicas estéreis, cabines de contenção e laboratórios projetados para evitar que vetores contendo moléculas de DNA recombinante escapem para ecossistemas naturais. A proteção biológica envolve o uso de organismos com genótipos enfraquecidos, especialmente construídos, como vetores em experimentos de clonagem. Tais organismos devem ser incapazes de sobreviver em condições que existam em qualquer ecossistema natural. Construção e triagem de bibliotecas de DNA A construção de uma biblioteca de DNA genômico compõe a primeira etapa na clonagem de um gene de um organismo. Esta biblioteca de DNA é um conjunto de clones de DNA contendo coletivamente todo o genoma. Algumas vezes, cromossomos individuais de um organismo são isolados e usados para construção de bibliotecas de DNA específicas de cromossomo. As bibliotecas de DNA específicas facilitam a pesquisa de um gene sabe por que está situado em determinado cromossomo, especialmente em organismos como os seres humanos com genomas grandes. Após a construção, as bibliotecas são amplificadas por replicação. Os genomas de plantas e animais superiores são muito grandes. Um exemplo é o genoma humano que possui 3 x 109 pares de nucleotídeos. Desse modo, o procedimento mais poderoso de triagem é a seleção genética, que consiste em procurar uma sequência de DNA na biblioteca que possa restaurar o fenótipo tipo selvagem de um organismo mutante. Genética 134 Outra técnica utilizada é a hibridação in situ, que é a união de sondas conhecidas de DNA marcadas com corantes com os genes dos cromossomos. Essas sondas são feitas a partir dos produtos do gene: proteínas ou o RNAm. As sondas feitas a partir de proteínas utiliza o código genético de algumas proteínas que já tem suas sequências de aminoácidos determinadas. Desse modo, constrói-se em laboratório uma molécula de cadeia simples de DNA, que replicada em meio com corantes fluorescentes ou com fósforo radioativo resulta na sonda para aquele determinado gene. As sondas feitas a partir de RNAm utilizam esta molécula porque é a transcrição de um gene. Este RNAm é isolado e transferido para um meio que contém nucleotídeos e uma enzima chamada transcriptase reversa. Esta enzima faz com que de uma molécula de RNAm seja formada uma molécula de cadeia simples de DNA, que é denominada DNA complementar. Multiplicada em meio que contenha fósforo radioativo ou compostos fluorescentes, o DNA complementar constitui a sonda empregada para localizar o gene no cromossomo. Manipulação in vitro de sequências de DNA clonado A tecnologia de DNA recombinante contribui para o desenvolvimento de pesquisas biológicas e médicas e também para suas aplicações práticas como a obtenção de insulina humana. Este hormônio é fundamental para o metabolismo do açúcar. Sua síntese é determinada geneticamente, portanto indivíduos que não apresentam o alelo para esse hormônio são portadores de uma das formas de diabetes cuja produção de insulina pela pessoa não ocorre. Atualmente, é possível produzir insulina humana. Clona-se o gene humano em bactérias e estimulando-o a entrar em atividade para obter quantidade considerável do hormônio, que é isolado e purificado para a utilização em seres humanos. Essa insulina é idêntica à sintetizada pelo pâncreas humano, o que elimina o risco de reação alérgica pelo diabético. Genética 135 Clonagem de organismos multicelulares A clonagem de organismos multicelulares pode ser realizada interferindo-se em processos naturais de reprodução ou trabalhando-se a partir de células somáticas que normalmente não atuam nos mecanismos reprodutivos. Clonagem a partir de mecanismos normais de reprodução: Em plantas, o procedimento mais usado é a produção de indivíduos por reprodução assexuada. Figura 36 – Reprodução assexuada em plantas. Retirada de https://en.wikipedia.org/wiki/Asexual_reproduction Acesso em 21/06/2015 às 18h56. Genética 136 No caso de animais, são selecionados os que apresentam as características desejadas, faz-se a coleta de sêmen e ovócitos e promove-se a fecundação no laboratório. Assim que o zigoto se forma e que se iniciam as primeiras divisões celulares, as células são separadas artificialmente e implantadas em fêmeas para completar o desenvolvimento embrionário. Esse processo resulta em gêmeos idênticos. Clonagem a partir de células somáticas: O caso da ovelha Dolly é exemplo amplamente divulgado de clonagem a partir de células somáticas. Figura 37 - Ovelha Dolly empalhada no Royal Museum of Scotland, em Edinburgo. Retirado de https://pt.wikipedia.org/wiki/Histórico_do_estudo_do_DNA Acesso em 21/06/2015 às 19h05. Nesse caso, retirou-se o material genético do ovócito de uma ovelha da raça blackface. A célula diploide retirada da glândula mamária de uma ovelha adulta da raça finndorset foi fundida ao ovócito desprovido de material genético nuclear. O ovócito agora com o núcleo diploide recebido da célula somática foi estimulado a Genética 137 iniciar o desenvolvimento embrionário. Posteriormente, o embrião com poucas células foi introduzido no útero de uma “mãe de aluguel”. Para que a ovelha Dolly nascesse foram produzidos 277 embriões. Entretanto, Dolly apresentou sinais de envelhecimento precoce, sendo sacrificada em 2003em função das complicações de saúde. A mesma equipe de pesquisadores que clonou Dolly produziu a ovelha transgênica Polly. Por meio da clonagem transgênica, isolou-se o DNA da glândula mamária de uma ovelha adulta e o DNA humano a partir de células sanguíneas. Do DNA humano foi isolado o gene de um dos fatores importantes para ocorrer a coagulação do sangue e que é ausente nos hemofílicos. Esse gene foi adicionado ao DNA da ovelha. O DNA modificado foi introduzido às células mamárias da ovelha que foram cultivadas em laboratório. Posteriormente, o núcleo dessas células foi removido e introduzido em um ovócito do qual foram retirados os cromossomos. Seguidamente, essa célula modificada foi submetida a uma descarga elétrica desencadeando o desenvolvimento embrionário. O embrião foi introduzido no útero de outra ovelha onde se desenvolveu até o nascimento da Polly em meados de 1997. Essa ovelha produz o fator de coagulação, que é liberado em seu leite. Desse modo, pessoas que não produzem esse fator poderiam obtê-lo através da alimentação. Genética 138 Figura 38 – Clonagem a partir da célula somática. Retirado de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Clonagem_portugues.svg, Acesso em 21/06/2015, às 19h. Outra questão é a análise do DNA mitocondrial. Se a clonagem for realizada apenas com a transferência de núcleo diploide para o ovócito desprovido de material genético nuclear, o DNA mitocondrial será o do ovócito e o clone não será completo devido ao material genético das mitocôndrias. Quando ocorre fusão entre a célula diploide e o ovócito desprovido de DNA nuclear, o DNA mitocondrial é em parte do ovócito e em parte da célula somática. Assim, o clone será completo. Testes de maternidade podem ser feitos pala análise do DNA mitocondrial, pois as mitocôndrias dos descendentes são herdadas apenas da mãe. Genética 139 Terapia gênica A terapia gênica consiste em substituir o alelo que causa doença pelo alelo normal. Estudos nesta área encontram-se restritos a células somáticas. As principais doenças tratadas por meio de terapia gênica são causadas por apenas um gene, como ocorre na fibrose cística, imunodeficiência humana, talassemia, anemia falciforme, hemofilia A, fenilcetonúria, hipercolesterolemia e distrofia muscular. Leitura Complementar: Aprofunde seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nesta unidade lendo capítulo do livro: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Aplicações de Genética Molecular. In: Fundamentos de Genética. 4ª Ed. Rio de janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. Cap. 17, p. 511 – 544. É hora de se avaliar! Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Genética 140 Exercícios – unidade 7 1.(UFES) Os conhecimentos envolvendo a "clonagem" têm proporcionado à humanidade grandes avanços e sua utilização em vegetais tem sido mais fácil e menos controversa que em animais, por que: a) os mecanismos de regulação gênica nos vegetais são mais simples, devido ao seu menor grau de complexidade. b) os embriões resultantes da clonagem em vegetais são mais resistentes às modificações ambientais. c) os vegetais apresentam, em sua maioria, a capacidade de propagação vegetativa, o que facilita a continuidade do processo. d) a regulação hormonal da reprodução nos vegetais é mais facilmente controlada pelos cientistas. e) os vegetais produzem maior número de embriões por indivíduo, o que diminui a perda, em caso de rejeição. 2.(UFF-RJ) Ao se injetar o núcleo de uma célula diferenciada de uma rã em um ovo de outra rã, não fertilizado e cujo núcleo tenha sido removido, ocorrerá: a) a morte da célula-ovo, uma vez que o núcleo injetado proveniente da célula diferenciada contém DNA cuja composição de bases nitrogenadas é diferente da célula-ovo. b) a morte da célula-ovo, uma vez que o núcleo injetado não contém determinados genes, removidos durante a diferenciação. c) a formação de um clone de células não diferenciadas, uma vez que o núcleo injetado não possui alguns genes, removidos durante a diferenciação. Genética 141 d) a formação de um girino normal a partir do ovo, uma vez que o núcleo injetado contém toda a informação (DNA) necessária à formação do girino. e) a expulsão do núcleo injetado por meio de exocitose realizada pela célula-ovo. Lei a o texto a seguir e responda as questões 3 e 4. A sequência indica de maneira simplificada os passos seguidos por um grupo de cientistas para a clonagem de uma vaca: I. Retirou-se um óvulo da vaca Z. O núcleo foi desprezado, obtendo-se um óvulo anucleado; II. Retirou-se uma célula da glândula mamária da vaca W. O núcleo foi isolado e conservado, desprezando-se o resto da célula; III. O núcleo da célula da glândula mamária foi introduzido no óvulo; IV. anucleado. A célula reconstituída foi estimulada a entrar em divisão; V. Após algumas divisões, o embrião foi implantado no útero da vaca Y, “mãe de aluguel”. O embrião se desenvolveu e deu origem ao clone. 3.(ENEM) Considerando-se que os animais Z, W e Y não têm parentesco, pode- se afirmar que o animal resultante da clonagem tem as características genéticas da vaca. a) Z, apenas b) W, apenas c) Y, apenas d) Z e da W, apenas e) Z, W e Y Genética 142 4.(ENEM) Se a vaca Y, utilizada como "mãe de aluguel", for a mãe biológica da vaca W, a porcentagem de genes da "mãe de aluguel" presente no clone será: a) 0 % b) 25 % c) 50 % d) 75 % e) 100 % 5.(CEFET-MG) Apesar dos grandes avanços biotecnológicos, no mundo contemporâneo, ainda não se pode: a) Sequenciar os nucleotídeos do DNA humano. b) Inserir genes humanos nas células bacterianas. c) Gerar seres humanos imunes a doenças parasitárias. d) Escolher embriões com características geneticamente melhores. e) Analisar as chances de uma pessoa vir a ter uma doença genética. 6.(MACK) A melhor forma de combate à dengue é o ataque aos mosquitos transmissores. Pesquisadores conseguiram obter mosquitos machos de A. aegypti, modificados geneticamente, que foram soltos em algumas regiões de alta incidência da doença para serem cruzados com fêmeas existentes nesses locais. Com isso pretendeu-se obter descendentes: a) Geneticamente modificados, resistentes ao vírus causador da doença. b) Geneticamente modificados, não hematófagos. c) Estéreis e, assim, não dando origem a novas gerações do mosquito. d) Machos, geneticamente modificados, que não cruzarão com as fêmeas. e) Fêmeas geneticamente modificadas e estéreis. Genética 143 7.(PUC-PR) O primeiro organismo transgênico foi obtido por volta de 1981, quando genes de coelhos foram injetados em ovos de camundongos que se desenvolveram no útero de fêmeas dessa espécie. Os camundongos que nascidos desses ovos apresentaram hemoglobina de coelho em suas hemácias, por que: a) RNA mensageiro do coelho injetado no ovo passou a conduzir a síntese de proteínas nessa célula. b) DNA do coelho injetado no ovo se incorporou a um cromossomo e foi transmitido de célula a célula através de mitoses. c) DNA do coelho injetado no ovo foi transcrito para o RNA ribossômico que conduziu a síntese de proteínas nessa célula. d) RNA mensageiro do coelho injetado no ovo se incorporou a um cromossomo e foi transmitido de célula a célula através de mitoses. e) DNA do coelho injetado no ovo se incorporou a um cromossomo e passou a conduzir a síntese de proteínas nessa célula. 8.(UFCE) No início de 1997, o mundo foi surpreendido com a informação de que cientistas escoceses haviam clonado uma ovelha adulta. Partindo de células de glândulas mamárias de uma ovelha da raça Finn Dorset, a equipe do Dr. Iam Wilmutconseguiu gerar uma ovelha, à qual deram o nome de Dolly, geneticamente igual à ovelha doadora. O feito dos pesquisadores escoceses só foi possível por que: a) Usaram células mamárias que, nos mamíferos, são células ainda não diferenciadas. b) Fecundaram células mamárias com espermatozoides da mesma raça de ovelha. c) A diferenciação de uma célula envolve uma irreversível modificação de seu material genético. d) Em qualquer célula, todos os genes funcionam ininterruptamente durante toda a vida do organismo. e) Sendo diploides, as células mamárias têm todos os genes para a formação de um novo organismo. Genética 144 9.Uma das primeiras experiências de terapia genética foi realizada com indivíduos hemofílicos, cujo gene para o fator VIII de coagulação era defeituoso. Na terapia foram retiradas células da pele do paciente. Estas células receberam cópias do gene normal para o fator VIII e foram posteriormente reintroduzidas no indivíduo. Os resultados mostraram um aumento significativo na produção do fator VIII nos indivíduos tratados. Supondo que o indivíduo tratado venha a ter filhos com uma mulher cujos genes para o fator VIII sejam defeituosos, existe possibilidade de nascimento de uma criança não hemofílica? Justifique sua resposta. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 10.(Unicamp) No início deste ano, pesquisadores anunciaram o nascimento da ovelha Dolly, considerada o primeiro clone de mamífero gerado artificialmente. Um dos objetivos dessa pesquisa é a melhoria da pecuária, através da formação de rebanhos homogêneos. Clones, no entanto, ocorrem naturalmente no cotidiano, lembra o geneticista Ademar Freire Maia em um artigo do Boletim "Germinis" do Conselho Federal de Biologia, de maio/junho de 1997. a) Qual seria a desvantagem biológica de um rebanho de clones? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Dê um exemplo de clone que ocorre naturalmente. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Genética 145 Considerações finais Caro aluno, Chega-se ao final dos estudos da disciplina Genética. Entende-se que esta disciplina compreende parte do alicerce construído por você ao longo de sua jornada acadêmica. Como foi dito no início, o estudo da Genética envolve transmissão dos caracteres morfológicos, estruturais, fisiológicos, bioquímicos e até de comportamento entre gerações de seres vivos de uma espécie. Espera-se que a proposta da disciplina tenha atingido o seu objetivo em facilitar a aprendizagem significativa por você de novos conhecimentos acerca da genética. E que a partir deste ponto você desperte inquietação por novos saberes na área das ciências biológicas. Genética 146 Genética 147 Conhecendo a autora Renata de Mattos Duarte Mestre em Psicologia pela Universidade Salgado de Oliveira – UNIVERSO, Especialista em Anatomia Humana pelo Instituto Brasileiro de Medicina de Reabilitação – IBMR, Graduada em Ciências Biológicas pela UNIVERSO e em Fisioterapia pela Universidade Estácio de Sá – UNESA. Possui 18 anos de carreira como fisioterapeuta, atuando na área de ortopedia e traumatologia, correção postural, hidroterapia e neurologia. Há 16 anos trabalha no ensino superior nos diversos cursos da área da saúde. Na UNIVERSO, atua há 15 anos como docente nos cursos: Ciências Biológicas, Educação Física, Enfermagem, Fisioterapia, Nutrição e Psicologia, nos campi Niterói e São Gonçalo. Possui experiência docente em tutoria de EAD. Genética 148 Genética 149 Referências BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética Humana. 3ª ed. Porto Alegre: Ed. Artmed, 2013. BURNS, G. W.; BOTTINO, P. J. Genética. 6ª ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 1991. HARTL, D. L.; CLARK, A. G. Princípios de genética de populações. 4ª ed. Porto Alegre: Ed. Artmed, 2010. KLUG, W. S.; CUMMINGS, M. R.; SPENCER, C. A., PALLADINO, M. A. Conceitos de Genética. 9ª ed. Porto Alegre: Ed. Artmed, 2010. PIERCE, B. A. Genética: um enfoque conceitual. 3ª ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2011. SANDERS, M.; BOWMAN, J. Análise genética: uma abordagem integrada. São Paulo: Person Education do Brasil, 2014. SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 4ª ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2010. VARGAS, L. R. B. (Org.). Genética Humana. São Paulo: Person Education do Brasil, 2014. Genética 150 Genética 151 A nexos Genética 152 Gabaritos Unidade 1 1)e 2)c 3)b 4)a 5)d 6)b 7)c 8)b 9) Durante a meiose, a duplicação cromossômica precede os dois eventos da divisão meiótica. Se o número de cromossomos na célula mãe diploide é 2n, após a duplicação a célula possuirá 4n cromátides. Na primeira parte da meiose, os cromossomos homólogos formam pares e são separados para células filhas diferentes, cada uma receberá 2n cromátides. Na segunda parte da meiose, o centrômero que une as duas cromátides se divide. As cromátides são separadas em células diferentes. Cada uma destas quatro células resultantes contem n cromátides, agora chamados de cromossomos. 10)Na mitose, um evento de divisão segue a duplicação cromossômica. Na meiose, dois eventos de divisão seguem a duplicação cromossômica. Além disso, durante a primeira divisão meiótica, os cromossomos homólogos pareiam-se. As duas células filhas resultantes da mitose são idênticas entre si e com relação à célula mãe. As quatro células produzidas durante a meiose não são idênticas entre si nem à célula mãe. Quando a célula diploide sofre mitose, as duas células derivadas também são diploides. Quando uma célula diploide sofre meiose, as quatro células derivadas dela são haploides. Genética 153 Unidade 2 1)d 2)e 3)a 4)a 5)b 6)c 7)c 8)d 9) As duas linhagens são homozigotas para alelos diferentes do gene que controla a cor da pelagem (G para preta e g para cinza). O alelo G é dominante porque todos os animais da F1 são pretos. Quando esses camundongos, com genótipo Gg são endocruzados, os alelos G e g irão segregar um do outro para produzir uma população F2 que consiste em três genótipos (GG, Gg e gg) na proporção de 1:2:1. Entretanto, devido à dominância do alelo G, os genótipos GG e Gg apresentarão o mesmo fenótipo (pelagem preta). Assim a proporção fenotípica na F2 será 3 pretos e 1 cinza. 10) Ambos os afetados têm dois genitores não afetados, o que não é consistente com a hipótese de que a característica é devida a um alelo dominante. Assim, a característica ocorre por um alelo recessivo. Genética 154 Unidade 3 1)b 2)a 3)a 4)a 5)a 6)c 7)e 8)a 9) a) Herança quantitativa. Toda vez que vemos um gráfico, onde os fenótipos extremos aparecem em menor número do que os fenótipos intermediários, temos uma distribuição padrão, típica de herança quantitativa. b) I cruzamento entre indivíduos brancos: aabb x aabb. II cruzamento entre um indivíduo pink e um branco: AABB x aabb. 10) a) Epistasia dominante. b) 12 brancos 3 amarelos:1 verde Genética 155 Unidade 4 1)c 2)e 3)b 4)c 5)c 6)c 7)a 8)a 9) Osgenes para preto e para amarelo estão no cromossomo X. Como os gatos do sexo masculino têm apenas um cromossomo X, só poderão ter um dos genes ligados ao sexo, preto ou amarelo, além do gene autossômico. As fêmeas, que possuem dois cromossomos X, podem ter os dois alelos para cor, além do gene autossômico para a cor branca. 10) a) A mulher que é heterozigota para esse gene, em função da inativação ao acaso de um dos cromossomos X, apresentará regiões da pele em que o gene normal será ativo e outras regiões em que o gene anormal será o gene ativo. b) Os homens só têm um cromossomo X, que é sempre funcional e portador de apenas um dos dois genes. Se o cromossomo X do homem tiver o gene em questão, toda sua pele estará comprometida, caso contrário toda sua pele será normal. Genética 156 Unidade 5 1)b 2)d 3)a 4)d 5)e 6)d 7)d 8)d 9) a)Sim. b) A frequência de recombinação = (24 + 26) / (126 + 24 + 26 + 124) = 0,167. c) ♀ bb+vgvg+ X bbvgvg ♂ bb+vgvg bbvgvg bb+vgvg bbvgvg+ 126 124 24 26 10) a) As fêmeas F1 que são cnvg+ / cn+vg, produzem quatro tipos de gametas: 45% cnvg+, 45% cn+vg, 5% cn+vg+, 5% cnvg. b) 45% olhos cinabar, asas normais; 45% olhos marrom-avermelhados, asas vestigiais, 5% olhos marrom-avermelhados, asas normais, 5% olhos cinabar, asas vestigiais. Genética 157 Unidade 6 1)d 2)a 3)d 4)b 5)b 6)d 7)a 8)d 9) Nessa populacão temos 500 indivíduos e, consequentemente, 1000 genes (2 genes para`cada indivíduo). A quantidade de genes v é 80 X 2 = 160 nos indivíduos vv e 40 X 1 = 40 indivíduos Vv. O total de genes v é, portanto, de 160 + 40 = 200. Como, no total, há 1000 genes, a frequência de v é de 20%. A frequência de genes V é, então, de 80%. 10) a)Não, pois os genes recessivos podem estar presentes nos indivíduos normais heterozigotos. b)Deriva gênica. Unidade 7 1)c 2)d 3)b 4)c 5)c 6)c 7)b Genética 158 8)e 9) Não há possibilidade de nascer uma criança não hemofílica, pois ambos os pais são hemofílicos e a terapia genética altera somente células somáticas e os gametas são produzidos por células da linhagem germinativa. 10) a) Um rebanho de clones seria constituído de indivíduos geneticamente idênticos e igualmente suscetíveis ao impacto ambiental. b) Clonagem natural pode ser observada na formação dos gêmeos univitelinos, mitose em amebas e bipartição bacteriana, entre outros exemplos.