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Genética 02 1. Introdução 5 2. Histórico 8 3. Os Experimentos de Mendel 11 Leis de Mendel 13 1ª Lei de Mendel: Lei da Segregação dos Fatores 13 Segunda Lei de Mendel: Lei da Segregação Independente 15 Era Pós Mendel 17 4. Conceitos Basicos 19 Células Haploides e Diploides 19 Cromossomos 20 Loco Gênico 20 Cromossomos Homólogos 20 Genes 20 Alelos 21 Genotipo 21 Fenótipo 21 Fenocópia 21 Alelo Dominante e Recessivo 22 5. Áreas da Genética 24 Genética Clássica 24 Genética Molecular 25 Genética Populacional 25 Genética Quantitativa 26 Ecologia Genética 27 Herança Ligada ao Sexo 27 3 6. Heredrograma 31 Analise de Heredogramas 32 Conclusão 33 7. Referências Bibliográficas 35 04 5 GENÉTICA 1. Introdução Fonte: ivi.net.br1 genética é a Ciência responsá- vel por estudar a função dos ge- nes, a hereditariedade, a variação e a estrutura dos seres vivos. Também é através dela que buscamos compor as leis de transmissão e os mecanis- mos peculiares advindos das gera- ções. Tendo início com o monge austríaco Gregor Mendel, na cha- mada ciência moderna, os primeiros estudos da genética principiaram-se na década de 1860. Mendel perce- beu a existência de “fatores” diferen- ciados, transmitidos para a prole pe- los genitores, ao realizar cruzamen- tos entre linhagens de ervilhas. Os modelos de herança observados por 1 Retirado em ivi.net.br Mendel ajustam-se às amostras de organização dos cromossomos nos gametas no processo da meiose. Aprofundando nas pesquisas, mais tarde, esses “fatores” receberam o nome de genes. Imre Festetics, um nobre hún- garo, foi o primeiro a usar o termo genética antes de Mendel. Sendo o primeiro a descrever os princípios básicos da mutação, ele descreveu também vários preceitos relativos à herança genética. A transmissão de informação em genética, envolve quatro elemen- tos básicos: a desigualdade de estru- turas celulares com várias formas pormenorizando figuras diferentes A 6 GENÉTICA do organismo; um mecanismo que, após copiar, replica a informação re- passando à prole; a técnica super efi- caz de mutação tornando maior a variabilidade; e a eficácia na tradu- ção da herança de informações das proteínas da geração vindoura. A divergência genética entre os indivíduos ou alteração genética, é o procedimento genético essencial para que os fenômenos biológicos sejam estudados. Essa alterabili- dade entre os indivíduos da mesma espécie, pode ser um episódio natu- ral, configurando o polimorfismo genético. Contudo, pode ser também causa de mutações, ou seja, uma re- velação onde cada gene mutante é um elemento genético do processo. Desde as moléculas até as po- pulações é onde o estudo da genética abrange. Localizado nos genes, as moléculas de DNA (ácido desoxirri- bonucleico) são parte estrutural dos cromossomos . São também os ge- nes que carregam as informações necessárias para a sintetização das proteínas. É possível investigar as propriedades biológicas dos orga- nismos de forma geral, à partir da apreciação das variantes dos genes. São motivos de estudo para os geneticistas investigarem a compo- sição genética em uma determinada população, as alterações de uma mesma particularidade, as influên- cias do ambiente sobre os indivíduos e outros modelos, como exemplo, a taxa de reprodução, mutabilidades e até seleção natural. Para compreendermos a evo- lução, usamos a genética como base. A evolutiva transformação verifi- cada nas populações é o resultado das diferentes taxas de mutação, re- produção, seleção e migração con- vertendo-se em herdáveis as novas características. Logo, são também genéticas, a maior parte das explica- ções evolutivas. É nos permitido, aplicar em di- ferentes áreas, as descobertas em pesquisa genética. Destacando aqui a da saúde (aconselhamento gené- tico, genética médica, terapia gené- tica), zoologia (taxonomia molecular animal), em ecologia ( preservação de espécies ameaçadas de extinção e melhoramento genético de espé- cies), dentre outras (epidemiologia genética, taxonomia molecular de microrganismos, tóxico genética, genética forense).Contudo é sempre necessário avaliar quais serão os be- nefícios reais e os prováveis obstácu- los da aplicação desses novos estu- dos no nosso cotidiano, já que ainda há muito a ser pesquisado. 8 GENÉTICA 2. Histórico Fonte: formacao.cancaonova.com2 ostrando que obedeciam a re- gras estatísticas simples, pela primeira vez, em 1866, os moldes de hereditariedade de algumas peculia- ridades existentes em ervilheiras foi estabelecido por Gregor Mendel. O trabalho de Mendel atestou que a aplicação da estatística à genética seria de grande utilidade, se bem que nem todas as características mostrem estes modelos de heredita- riedade mendeliana. Mendel definiu o conceito de alelo como sendo a unidade funda- mental da hereditariedade a partir da sua análise estatística. Esse termo “alelo” tal como Mendel o dis- pôs, demostra a ideia de “gene”, sendo que em nossos dias ele é usado para identificar uma variante de um gene. 2 Retirado em formacao.cancaonova.com Somente após a morte de Mendel seu trabalho teve o devido valor por cientistas que então traba- lhavam em problemas similares. Só aí foi entendido e redescoberto. O marco da “redescoberta de Mendel” foi no ano de 1900, e teve como participantes Hugo de Vries, Carl Correns e Erich von Tschermak, e passaram-se 15 anos para que os princípios básicos da genética cele- bremente a mosca Drosophila mela- nogaster, isto aconteceu exatamente em 1915. Os geneticistas desenvolveram o modelo mendeliano, liderado por Thomas Hunt Morgan e seus cole- gas, que foi amplamente aprovado. Matemáticos desenvolveram, o re- censeamento da genética de popula- M 9 GENÉTICA ções, lançando esclarecimentos ge- néticos para o estudo da evolução, juntamente com o trabalho experi- mental. Apesar de todo o conheci- mento, Mendel não tinha ciência da natureza física dos genes. O trabalho de Watson e Crick Em 1953, indicou que os ácidos nucleicos, especifica- mente o DNA, era a base física da in- formação genética, especificamente o DNA, a despeito de alguns vírus possuírem genomas de RNA. No entanto, a descoberta da estrutura do DNA, não mostrou, de imediato, o processo de codificação da sequência de milhares de proteí- nas de um organismo nas cadeias de nucleotídeos do DNA. Entretanto, somente no começo da década de 1960, esta descoberta crítica para o surgimento da moderna Biologia Molecular foi alcançada por Mars- hall Nirenberg, que viria, assim como Watson e Crick cinco anos an- tes, receber o Nobel em 1968. O ma- nuseio controlado do DNA (enge- nharia genética) pode modificar as características dos organismos e até alterar sua hereditariedade. Onde vários experimentado- res, que também faziam cruzamen- tos com plantas e com animais falha- ram, Mendel teve sucesso e o fra- casso desses pesquisadores, deve-se ao fato de diferente de Mendel, eles não estudarem uma característica por vez, outrossim, tentarem enten- der a herança em bloco, ou seja, le- vando em conta todas as caracterís- ticas do indivíduo ao mesmo tempo. Apenas depois de elucidar o meca- nismo de transmissão de certa ca- racterística ou peculiaridade, é que Mendel, verificando se as regras va- liam também nesse caso, dedicava- se a outra. Mendel teve sucesso devido também a algumas particularidades do método que usava: a escolha de características constantes, a escolha do material e o tratamento dos re- sultados. Estimando matematica-mente os resultados obtidos, além de ele ter escolhido ervilhas para re- alizar suas experiências, espécie com ciclo de vida muito curto, flores hermafroditas e que sabemos, per- mite a autofecundação, possuidoras de características variadas e o mé- todo utilizado na organização dos experimentos associados à aplicabi- lidade da estatística. Décadas mais tarde, após uma série de avanços, ficou evidente a descoberta que o material genético é composto – ADN (ácido desoxirri- bonucleico). Adquiridas e hereditárias: es- sas são as características presentes em um ser vivo e devem ser agrupa- das nessas duas categorias. 11 GENÉTICA 3. Os Experimentos de Mendel Fonte: br.pinterest.com3 ertencente ao mesmo grupo do feijão e da soja, a ervilha é uma planta herbácea leguminosa que em sua reprodução surgem vagens con- tendo sementes. Por ser uma planta de ciclo reprodutivo curto, que pro- duz muitas sementes e fácil de culti- var, sua escolha como material de experiência não foi desproposital. Dotadas de características de fácil comparação, já existiam muitas variedades disponíveis desde os tempos de Mendel. Podemos citar como exemplo, a diversidade de flo- res púrpuras ser contrastada com a que produzia flores brancas; da mesma forma que as de sementes li- sas ser equiparada com a que produ- zia sementes rugosas, entre outras coisas. 3 Retirado em br.pinterest.com O estame e pistilo, componen- tes envolvidos na reprodução sexu- ada do vegetal, é outra vantagem dessas plantas, pois protegidas pelas pétalas, ficam encerrados no inte- rior da mesma flor favorecendo a au- topolinização e, consequentemente, a autofecundação, originando com as mesmas características das plan- tas genitoras, os descendentes. Fonte: amigopai.wordpress.com P 12 GENÉTICA Mendel, a partir da autopolini- zação, produziu e separou diversas linhagens puras de ervilhas para as particularidades que ele pretendia estudar. Destacamos como exemplo o fato de que, para cor de flor, plan- tas de flores de cor de púrpura irre- medialvelmente produziam como descendentes plantas de flores púr- puras, o mesmo verificando com o cruzamento de plantas de flores brancas. Sete características nas plantas de ervilhas foram estudadas por Mendel: cor da semente, cor da flor, aspecto externo da semente, posição da flor no caule, altura da planta e cor e forma a vagem. Mendel realizou um diferente tipo de cruzamento, logo após con- seguir linhagens puras: Usou os es- tames de uma flor procedente de se- mente verde, cortou e depositou pó- len de uma planta proveniente de se- mente amarela, nos defeitos dessa flor. Na estima de uma planta que dava apenas frutos verdes, foi intro- duzido pólen de uma planta que dava apenas frutos amarelas, fa- zendo assim o cruzamento de duas plantas puras que foram denomina- das como a geração dos genitores, ou geração parental (P). Mendel analisou, que todas as sementes originadas desses cruza- mentos eram amarelas, após repro- duzir o mesmo método por algumas vezes, – a cor verde havia aparente- mente “desaparecido” nos descen- dentes híbridos (resultantes do cru- zamento das plantas), que Mendel chamou de F1 (primeira geração fi- lial). Concluiu, então, que a cor ama- rela “dominava” a cor verde. Cha- mou o caráter cor amarela da se- mente de dominante e o verde de re- cessivo. Logo após, Mendel, fazendo germinar as sementes que obtive- ram em F1 viu surgir as plantas e as flores. Teve a grata surpresa após deixar que se autofertilizassem; em proporção menor que as de cor ama- rela, a cor verde das sementes reapa- receu na F2 (segunda geração filial): para 2.001 verdes, surgiram 6.022 sementes amarelas o que conduzia a proporção 3:1. Concluiu que o que ocorreu é que ela não tinha se manifestado e que na verdade, a cor verde das se- mentes não havia “desaparecido” nas sementes da geração F1, pois se- gundo Mendel era apenas “domi- nado” pela cor amarela já que era de caráter recessivo. Desta forma, acabou por con- cluir que dois fatores determinava a cor das sementes, amarela ou verde, cada um determinando o surgi- mento de uma cor. Para representar esses fatores era necessário definir 13 GENÉTICA uma simbologia. Optou pela letra v minúscula que é inicial de verde, simbolizando o fator recessivo e V maiúscula para cor amarela, o fator dominante. Uma dúvida, porém, pairava no ar: Como explicar o sumiço da cor verde na geração F1 e o seu reapare- cimento na geração F2? A partir do conhecimento de que cada um dos fatores se separava durante a forma- ção das células reprodutoras os ga- metas, é que a resposta surgiu. Sendo assim, entendemos que o ma- terial hereditário passa de uma gera- ção para a outra. Nos esquemas abaixo podemos acompanhar os procedimentos adotados por Men- del no tocante ao caráter cor da se- mente em ervilhas. Fonte: docplayer.com.br Relacionado em F2, como re- sultado, Mendel conseguiu um fruto de cor verde para cada três frutos de cor amarela. Ainda assim, repetindo a téc- nica, os resultados eram sempre os mesmos em F2, a proporção de três dominantes para uma recessiva. Leis de Mendel 1ª Lei de Mendel: Lei da Segre- gação dos Fatores A formulação da 1ª lei de Men- del surgiu com a comprovação das hipóteses de dominância e recessivi- dade nas variadas experiências rea- lizadas por ele: foi descoberto de que são dois os fatores que se separam na formação dos gametas que deter- minam cada característica, onde ocorrem em dose simples”, ou seja, para cada gameta encaminha-se apenas um fator, seja ele masculino ou feminino. Mendel não sabia do que era constituído e nem onde se localizavam esses fatores. Com o advento dos trabalhos de Mendel no ano de 1900, emergiu a problemática de onde os fatores hereditários estavam e como eles se segregavam. O pesquisador norte americano Walter S. Sutton, en- quanto estudava a formação dos ga- metas em gafanhotos em 1902, ob- servou surpreso, a semelhança entre os fatores imaginados por Mendel e o comportamento dos cromossomos homólogos, separados durante a meiose. A partir da ideia hipotética de que pares de fatores hereditários se localizavam em pares de cromos- somos homólogos, viu-se que, era le- vado à segregação dos fatores a se- 14 GENÉTICA paração dos homólogos. Hodierna- mente, há o amplo conhecimento de que Mendel se referia aos genes (do grego genos, originar, provir), e que realmente estão localizados nos cro- mossomos, como Sutton havia dito. As diferentes formas sob as quais um gene pode se apresentar são de- nominados alelos. A cor amarela e a cor verde da semente de ervilha, por exemplo, são determinadas por dois alelos, isto é, duas diferentes formas do gene para cor da semente. Exemplo da primeira lei de Mendel em um animal Analisando a aplicação da pri- meira lei de Mendel em um animal, aproveitando para aplicar a termi- nologia modernamente usada em Genética. Para o experimento, foi se- lecionada a cor da pelagem de co- baias, que pode ser preta ou branca. De acordo com uma convenção lar- gamente aceita, representaremos por B o alelo dominante, que condi- ciona a cor preta, e por b o alelo re- cessivo, que condiciona a cor branca. Uma técnica simples de com- binar os gametas produzidos pelos indivíduos de F1 para obter a consti- tuição genética dos indivíduos de F2 é a montagem do quadrado de Pun- net. Este consiste em um quadro, com número de fileiras e de colunas que correspondem respectivamente, aos tipos de gametas masculinos e femininos formados no cruzamento. O quadrado de Punnet para o cruza- mento de cobaiasheterozigotas é: Fonte: docplayer.com.br Características adquiridas – São aquelas que resultam da ação de agentes do meio ambiente (cicatriz / ausência de determinada parte do corpo / atrofia dos músculos). Características hereditárias – São aquelas determinadas por uni- dades denominadas genes (do grego genos, originar) encontradas nor- malmente nos cromossomos das cé- lulas. Tais características são herda- das dos ancestrais e transmitidas aos descendentes por meio da repro- dução. As características que um indi- víduo já apresenta ao nascer são chamadas de congênitas e podem ser hereditárias ou adquiridas. As más-formações que uma criança apresenta ao nascer pelo fato de ter sido infectada na vida intrauterina pelo vírus da rubéola são exemplos de características congênitas adqui- ridas. 15 GENÉTICA Segunda Lei de Mendel: Lei da Segregação Independente. Após os experimentos realiza- dos com as ervilhas, levando em consideração um caráter fenotípico por vez, Mendel passou a realizar ex- perimentos considerando dois ca- racteres ao mesmo tempo, num só cruzamento. Um dos experimentos mais conhecidos, foi o cruzamento de ervilhas considerando a forma e cor ao mesmo tempo. Assim, Men- del cruzou ervilhas amarelas e lisas puras (para as duas características) com ervilhas verdes e rugosas puras (para as duas características). Fonte: docplayer.com.br O cruzamento gerou uma F1 de 100% de ervilhas amarelas lisas. Cruzando a F1 entre si (autofecun- dação), obteve-se uma F2 com qua- tro fenótipos distintos. O fenótipo amarela lisa e verde rugosa são os mesmo dos parentais, contudo os fenótipos amarelos ru- gosa e verde lisa são novos. Mendel conclui que havia independência na transmissão dos caracteres, ou seja, os caracteres da cor e da forma da er- vilha não estão ligados. A segunda lei de Mendel ou lei da segregação independente ou ainda, lei da herança independente é compreendida por: Em relação um ao outro, os genes são transmitidos aos gametas de modo totalmente in- dependente, para dois ou mais ca- racteres, formando tantas combina- ções gaméticas quantas possíveis, com igual probabilidade. Dois, três ou mais caracteres são abrangidos na segunda lei de Mendel, se auto denominando: diibridismo, triibridismo e poliibri- dismo. Levando em conta a lei da se- gregação independente, os quatro gametas - AB, Ab, aB e ab – são ge- rados do genótipo AaBb. Sendo assim, cada um dos ga- metas adquiridos durante o pro- cesso terá um gene do primeiro ge- nótipo e um gene do segundo genó- tipo, em todas as combinações pos- síveis, obrigatoriamente. Linkage Quando dois ou mgenais genes estão localizados no mesmo cromos- somo, ocorre o Linkage. Como esses genes permanecem juntos durante o processo de formação dos gametas, eles não sofrem segregação indepen- dente. 16 GENÉTICA Sendo assim, quando num par de cromossomos homólogos cada um dos cromossomos apresentar: Um gene dominante e um gene recessivo, denomina-se trans; Um cromossomo apresentar apenas genes dominantes e o outro apenas genes recessivos denomina-se cis. Outra ocasião que o Linkage pode acontecer é quando determina- dos genes estão tão próximos em um mesmo cromossomo que a separa- ção deles pelo processo de crossing- over não se dá, ou se dá de forma muito excepcional. O crossing-over ou permutação, contrário ao lin- kage, ocorre durante a meiose quando os cromossomos formam pares e trocam (permutam) segmen- tos entre as duas cromátides homó- logas, em qualquer ponto do cro- mossomo. A frequência de permuta entre dois genes é a porcentagem de gametas recombinantes e varia de 0% a 50%, sendo igual a metade da porcentagem de células em que ocorre a permuta. Nem todas as cé- lulas meióticas apresentam permuta para dois genes considerados. A fre- quência de permutação é determi- nada por meio dos resultados obti- dos no cruzamento teste. Mapas Genéticos Para determinar a posição e a distância média e relativa dos genes em um cromossomo, há os mapas genéticos, partindo-se de dois prin- cípios fundamentais: Os genes se portam de modo linear ao longo dos cromosso- mos; A permutação acontece em qualquer localização do cro- mossomo, diante disso, quanto maior a distância entre dois genes, maior será a pro- babilidade de ocorrer permuta entre eles. Por outro lado, en- tre genes próximos diminui a probabilidade de permuta. Na ligação gênica, a frequência do crossing-over é o que determina a frequência dos gametas, e conse- quentemente a frequência dos des- cendentes. Essa frequência é pro- porcional a distância entre esses ge- nes, genes ligados, dessa forma se pode concluir que: Quanto maior a distância maior a frequência de gametas recombinantes. Tomando por unidades de Morgan, se um gene tem 18 u.m de distância do outro, a taxa de crossing- over será de 18%. Considerando três genes A, B e C que se encontram em linkage, a porcentagem de gametas com re- combinantes entre: A e B é de 18%; B e C é de 24%; A e C é de 42%. 17 GENÉTICA Esses são dados fundamentais para determinar a disposição dos três genes no cromossomo. A taxa de crossing-over é proporcional à dis- tância entre os genes, portanto 1% de gametas recombinantes (cros- sing) representa uma unidade de distância no mapa genético, em ho- menagem a Morgan responsável por tais conceitos. Quanto maior a taxa de cros- sing-over, maior é a distância, dessa forma, os locus A e C são os mais dis- tantes, já que 42% dos gametas são recombinantes. Os locus A e B são os mais próximos, já que existem 18% de gametas com recombinação entre os mesmos. Era Pós Mendel Em 1910, Thomas Hunt Mor- gan mostrou que os genes resi- dem em cromossomos especí- ficos. Mais tarde, ele mostrou que os genes ocupam locais es- pecíficos no cromossoma. Com esse conhe-cimento, Morgan e seus alunos começa- ram o primeiro mapa cromos- sômica da mosca da fruta. Em 1928, Frederick Griffith mostrou que os genes podem ser transferidos. Em 1941, George Wells Beadle e Edward Lawrie Tatum mos- traram que mutações em ge- nes causavam erros em etapas específicas nas vias metabóli- cas. Isto mostrou que os genes específicos codificam para proteínas específicas, formu- lando a hipótese “um gene, uma enzima”. Oswald Avery, Colin Munro MacLeod e Maclyn McCarty mostraram em 1944 que o DNA contém a informação do gene. Em 1953, James D. Watson e Francis Crick demonstraram como era formada a estrutura molecular do DNA. Esta des- coberta estabeleceu o dogma central da biologia molecular, o que indica que as proteínas são traduzidas a partir de RNA e transcritas a partir do DNA. Desde então, este dogma tem sido quebrado por exceções, como a transcrição reversa em retrovírus. Em 1972, Walter Fiers e sua equipe da Universidade de Ghent foram os primeiros a determinar a sequência de um gene. Richard J. Roberts e Phillip Sharp descobriram em 1977 que os genes podem ser dividi- dos em segmentos. Isto levou à ideia de que um gene pode ori- ginar várias proteínas. Em 1998 a primeira sequência do genoma de um eucarionte multicelular, Caenorhabditis ele-gans, foi codificado. 18 19 GENÉTICA 4. Conceitos Basicos Fonte: www.estudopratico.com.br4 Células Haploides e Di- ploides élulas que apresentam apenas um conjunto cromossômico são chamadas de células haploides. O número de cromossomos presentes em um conjunto cromos- sômico é representado pela letra n, essas células são simbolizadas apenas por n. Nas células haploides, o cromossomo fica afastado, ou seja, não ocorre a formação de par com 4 Retirado em www.estudopratico.com.broutro cromossomo, esse fato faz com que ele receba o nome de cromossomos homólogos. É possível identificar nos seres humanos 46 cromossomos, sendo metade do pai e metade da mãe (23 de cada). Em células que são responsáveis pela formação de tecidos e órgãos, há 46 cromos- somos, e nos gametas há somente 23 cromossomos (um conjunto cro- mossômico), pois, os gametas são considerados células haploides. C 20 GENÉTICA Após a fecundação, é restabelecido a quantidade de cromossomos daquela espécie, por isso é necessário ter gametas haploides. Por isso os gametas são haploides, pois se eles fossem diploides, haveria duplicação da quantidade de cromossomos no indivíduo ou na espécie ao fim de cada fecundação. Como o próprio nome sugere, células diploides possuem dois conjuntos cromos- sômicos. Nessas células, os cromossomos perma-necem em pares, consequente-mente, há a presença dos cromossomos homó- logos, que são aqueles que se caracterizam por possuir mesma forma, tamanho e genes. Essas células são identi-ficadas como 2n (2 conjuntos cromossômicos). As células diploides nos seres humanos são as formadoras de tecidos e órgãos (somáticas), as quais apresentam 46 cromossomos, ou seja, 23 pares. Desse modo, se n = 23 temos que 2n = 46. Cromossomos Estrutura núcleo proteica situada no núcleo e observada durante as divisões celulares, e onde se situam os genes nucleares. Loco Gênico Local no cromossomo onde se localiza um determinado gene. Fonte: brasilescola.uol.com.br Cromossomos Homólogos São cromossomos que possuem a mesma morfologia e são portadores dos mesmos genes. Aparecem aos pares nas células diploides, sendo um de origem materna e outro de origem paterna. Genes Os genes são partes contínuos do DNA, encarregados por reunir dados determinantes da produção de proteínas que atuarão no desenvolvimento das características de cada ser vivo. Eles são reconhecidos como a unidade pratica da herança. Os genes alelos são aqueles que ocupam os mesmos lócus em cromossomos homólogos e estão abrangidos na definição de um mesmo caráter. Eles são incumbidos pela definição de determinado atributo, por exemplo, cor do pelo nos coelhos, possuem alternâncias, promovendo traços distintos, por 21 GENÉTICA exemplo pelo marrom ou branco. Além disso, ocorrem aos pares, sendo um de origem materna e outro de origem paterna. Alelos Alelos são fragmentos homó- logos de DNA, formas variações de um mesmo gene e representam a mesma característica de forma diversa. Dessa maneira: Alelo recessivo é representado por letra minúscula, enquanto o dominante é representado pela maiúscula. Na representação de um alelo, não importa se for recessivo ou dominante, devem ser sempre representados pela mesma letra. Genotipo O genótipo é a constituição genética de um indivíduo prove- niente de ancestrais comuns, defini as características da espécie. Diferentes genótipos podem dar origem ao mesmo fenótipo, a partir de efeitos de dominância e recessividade. Fenótipo O fenótipo é o resultado aparente e direto dos dados proveniente do DNA, representa formas alternativas de expressão de um mesmo caráter que pode ser controlado por um ou vários genes. O fenótipo pode ser influenciado pelo ambiente o qual o indivíduo é exposto, provocando modificações das características entre integrantes da mesma espécie, porém esse fato não leva a modificação genética, impossibilitando que essas características adquiridas sejam transmitidas geneticamente. A não ser que seja influenciada por constituição genética, neste caso, alterações (ex. mutações) poderão ser transmitidas (hereditárias) caso alcancem os cromossomos sexuais. Fenótipo = Genótipo + Ambiente. Fenocópia O fenótipo é o conjunto de características visíveis de um organismo: cor do cabelo e olhos, formato das orelhas e nariz, altura, grupo sanguíneo, entre outros. Consideramos que o fenótipo é em parte a expressão visível do genótipo, definindo o patrimônio genético do organismo composto de diferentes genes hereditários. De qualquer forma, o fenótipo pode também ser fortemente influenciado pelo meio ambiente: a pele pode escurecer sob o efeito do sol ou um membro perdido após um acidente, além de mudanças corporais 22 GENÉTICA produzidas pela alimentação e prática de atividade física. Alelo Dominante e Recessivo Ser dominante ou recessivo é como um alelo pode ser definido. Alelos dominantes são aqueles que conseguem apresentar um caráter por si só. Alelos recessivos são aqueles que só apresentam esse caráter aos pares. Para facilitar o entendimento a respeito de recessividade e domi- nância, faz-se necessário o uso do seguinte exemplo: O albinismo é uma condição que inibe a produção da melanina (confere pigmentação à pele, aos olhos e aos cabelos dos mamíferos. A falta de melanina dá origem a uma condição denominada albinismo) . Nesse exemplo, o alelo dominante será representado por A e o recessivo por a. A condição do albinismo é determinada pelo par de alelos recessivos, ou seja, são necessários dois alelos recessivos (um da mãe e outro do pai) para que a condição seja manifestada. Chamamos o albinismo de herança recessiva. Uma pessoa com um fenótipo normal, deve apresentar alelos homozigotos dominantes (AA) ou alelos heterozigotos (Aa), a condição do albinismo só se manifesta em homozigotos recessivos (aa). Através disso, verifica-se que somente um alelo dominante já é responsável pela produção de melanina. Tal fato não significa que uma pessoa com dois alelos dominantes tenha uma pele mais clara que um que tenha heterozigotos, significa somente que ambos são capazes de produzir melanina. 23 24 GENÉTICA 5. Áreas da Genética Fonte: guiadoestudante.abril.com.br5 Genética Clássica brangendo técnicas e metodo- logias prévias a biologia mole- cular, a Genética clássica foi pro- vida. Posteriormente a descoberta da relação entre a sequência de ba- ses no DNA e a sequência correspon- dente de aminoácidos, na proteína e de ferramentas básicas da engenha- 5 Retirado em guiadoestudante.abril.com.br ria genética, desempenhando fun- ção de clivagem (corte) da molécula de DNA em pontos específicos, em reconhecimento a determinadas se- quências de nucleotídeos, houve au- mento da investigação científica em genética. Algumas ideias da genética clássica foram abandonadas ou mo- dificadas devido ao aumento do co- nhecimento trazido por descobertas A https://loremipsum.io/ https://loremipsum.io/ 25 GENÉTICA de índole molecular, embora algu- mas ideias ainda permaneçam intac- tas, como a hereditariedade mende- liana. O estudo dos padrões de here- ditariedade continuam ainda a ser um método muito útil no estudo de doenças genéticas,como a Neurofi- bromatose. Genética Molecular Baseada na genética clássica, a genética molecular foi fundada, tendo uma visão limitada à estrutura e função dos genes ao nível molecu- lar. A genética molecular utiliza al- gumas metodologias da genética clássica. Ela recebe esse nome para que ela seja diferenciada de outras áreas da genética como: ecologia ge- nética e a genética populacional. O estudo da mutação e varia- ção de cepas de bactérias, faz parte da sua área de estudo. Um detalhe relevante é que na genética molecu- lar, utiliza-se informações a respeito da molécula para estabelecer os pa- râmetros e padrões que envolvem futuras gerações. O estudo de características de organismos unicelulares e multice- lulares que são estáveis ao longode diversas divisões celulares mas que não envolvem mudanças na sequên- cia de DNA do organismo, ou seja, características passadas de pais para filhos e que não estão especifica- mente relacionadas a mudanças na sequência do DNA dá-se o nome de epigenética. Autores acreditam que em condições moleculares, a vida pode ser determinada, como o agregado de recursos que os polinucleótidos de RNA utilizam e continuam a usar para perpetuar a eles próprios. Esta definição baseia-se em trabalho diri- gido para conhecer a origem da vida, estando associada à hipótese do RNA. Genética Populacional A genética populacional é um campo bem preciso da biologia que abrange a formação genética das po- pulações e as modificações nessa formação que acarretam e influen- ciam diversos aspectos. Nesse campo da genética tam- bém vistos as manifestações de ade- quação, formação de espécies, clas- sificação de populações e formação da população. A variedade genética de uma população que se desenvolve aleato- riamente tem como consequência em uma disseminação de igualdade de genótipos após uma geração. Essa disseminação é denominada de equilíbrio de Hardy-Weinberg. O sistema de Hardy-Weinberg mostra 26 GENÉTICA que a concepção sexual tem a altera- ção genética regular geração após geração, no qual não há forças evo- lutivas em processo além das impos- tas pela própria reprodução. Assim, o modelo de Hardy-Weinberg prevê que a soma das frequências alélicas (p+q) seja igual a 1, e a soma das fre- quências genotípicas (p² + 2pq + q²) seja também 1, o que indica a viabi- lidade dos indivíduos que possuem os alelos em estudo. Em populações naturais, no entanto, a formação genética do grupo de genes de uma população consegue transformar ao longo dos anos. A causa fundamental de toda mudança é a alteração genética, mas suas contribuições são lentas e so- mente a mutação em si não res- ponde pelas transformações rápidas na genética de uma população. As- sim, em populações naturais, a fre- quência quantitativa dos genótipos pode ser mudada por recombinação, imigração de genes e eventos de mu- tações. A migração deve ser compre- endida como qualquer introdução de genes de uma população para ou- tra, fazendo com que a população re- sultante tenha uma frequência inter- mediária ao valor das populações original e imigrante. A deriva genética acontece como produto de mudanças aleató- rias no transporte de alelos de uma geração para a outra principalmente em pequenas populações formadas, por exemplo, como conclusão de condições adversas ambientais ou a separação geográfica de um subcon- junto da população. A genética populacional vê a seleção natural como uma capaci- dade ou possibilidade de sobrevi- vência e concepção em um ambiente próprio. As ações de seleção natural sobre um certo alelo podem ser ca- nalizáveis. Um alelo pode observar um avanço seletivo e se desenvolver pelo grupo de genes, ou ele pode sig- nificar uma desvantagem seletiva, e fazer a espécie desaparecer a partir dele. Nos dias de hoje, a variação genética no meio das populações e espécies pode ser considerada ao ní- vel das séries de nucleotídeos em DNA (análise do genoma) e as se- quências de aminoácidos das prote- ínas (de análise do proteoma). As va- riações genéticas entre as espécies podem ser usadas para inferir a his- tória evolutiva, na base de que os pa- rentes mais próximos terão conjun- tos de genes que são mais similares. Genética Quantitativa A Genética Quantitativa es- tuda o posicionamento das qualida- des adquiridas pelos genes, estu- dando-as de forma estatística. Tais 27 GENÉTICA estudos se baseiam em característi- cas quantitativas, tais quais são exi- bidas parcialmente não genéticas, também conhecidas como "efeito do meio". A principal e não menos im- portante equação da Genética Quan- titativa é a que demonstra matema- ticamente como o ambiente influen- cia o fenótipo: F = G + E Sendo: F fenótipo; G genótipo; E ambiente Visto para o modelo básico, mas se nos aprofundarmos, pode- mos dizer que a genética ou genótipo pode ser composta por três fatores: 1. Efeitos genéticos aditivos (A) 2. Efeitos genéticos devido à do- minância (D) 3. Efeitos genéticos devido à epistasia (I) Temos que: Genótipo = A+D+I Daí podemos reescrever a equação descrita a anteriormente F é fenótipo; G é genótipo; A é efeitos genéticos aditivos D é efeitos genéticos da domi- nância I é efeitos genéticos da epista- sia E é o ambiente. Este é o conceito que constitui o modelo expandido. Ecologia Genética Para compreensão de como os organismos interagem com o meio ambiente, utiliza-se a genética eco- lógica. Ademais, ela estuda como é a evolução fenotípica em populações naturais. A pesquisa é voltada em características de significância eco- lógica - ou seja, caracteres relaciona- dos à aptidão, plasticidade fenotí- pica e norma de reação que afetam a sobrevivência e reprodução (por exemplo, tempo de floração, tole- rância a seca, padrão de coloração e razão sexual). Estudos feitos com frequência com insetos e organismos que pos- suem curto tempo de duração, mas que possuem taxa alta de evolução. Herança Ligada ao Sexo A herança ligada ao sexo é re- ferente aos genes que que ficam nos cromossomos sexuais e estão envol- vidos na construção de um caráter. Nos seres humanos, a letra Y representa o cromossomo sexual masculino (possui poucos genes) en- quanto o X representa os cromosso- mos sexuais femininos (possui grande quantidade de genes). Quase não há recombinação entre os genes onde os cromossomos 28 GENÉTICA XY revelam áreas homólogas peque- nas nas extremidades. Seguindo o padrão da herança referente ao sexo, os genes que ficam no cromossomo X têm alelo equiva- lente no cromossomo Y. Desse modo, enquanto a he- rança autossômica ocorre somente nos cromossomos autossômicos, a herança ligada ao sexo é algo que se relaciona somente com os cromos- somos sexuais. Os tipos de herança ligada ao sexo são: Herança ligada ao cromos- somo X; Herança restrita ao sexo; Herança influenciada pelo sexo. Hemofilia É o nome que se dá a várias do- enças genéticas hereditárias que im- pede o corpo de controlar sangra- mentos. Algumas deficiências gené- ticas podem fazer com que a coagu- lação do sangue diminua, compro- metendo assim a coagulação sanguí- nea. Quando um vaso sanguíneo é rompido, o coágulo não se forma, e o vaso continua a sangrar por um bom tempo. Se caso ocorrer um corte na pele, esse sangramento poderá ser externo, mas se for a órgãos, múscu- los ou articulações, o sangramento será interno. A pessoa que sofre desta doença é chamada de hemofí- lico, existem três tipos de hemofilia: Hemofilia A: Ou hemofilia clássica, é caracterizada pela falta de globulina anti-hemofílica. Hemofilia B: Ou doença de Christmas, é caracterizada pela falta do fator hemofílico B. Hemofilia C: É definido por um gene autossômico dominante que não está relacionada com o sexo, e é caracterizado pela falta do fator denominado PTA. A hemofilia, por mais que seja uma doença adquirida antes do nas- cimento ou mesmo posterior a tal, no primeiro mês de vida, geralmente hereditária, ela poderá surgir em fa- mílias que não tenham caso de com- provado de hemofilia. Não existe cura para a hemofilia, existe um tra- tamento com aplicações de injeções regulares de coagulação. Existem al- guns hemofílicos que criam anticor- pos inibidores que são contra os fa- tores que são dados através do trata- mento, contudo o hemofílico pode levar uma vida normal. A cor dos olhos em drosó- fila A maioria das drosófilas tem os olhos da cor vermelha,mas algu- mas delas têm os olhos brancos. As fêmeas apresentam dois cromossomos X, e o macho um X e um Y (apenas um X). Portanto a fê- mea pode ser considerada como ho- mozigota e heterozigota, e o macho hemizigóticos (seres com apenas um 29 GENÉTICA gene para a determinação de um ca- ráter). Morgan concluiu que o gene que determinava a cor dos olhos es- tava presente no cromossomo X. Sendo que um gene dominante (B) é responsável pela cor vermelha dos olhos, e o gene recessivo (b) respon- sável pela cor branca dos olhos, os genótipos e fenótipos podem ser re- presentados da seguinte forma. Fonte: docplayer.com.br Daltonismo É a incapacidade de distinção das cores, principalmente a verde e a vermelha, enxergando-se, no lugar delas, as cores cinza, amarela ou azul. É causada por um gene reces- sivo d que está ligado ao cromos- somo X, e seu dominante D permite a visão normal das cores. Para a mu- lher ser daltônica ela precisa ter dois genes recessivos (dd), e o homem para ser daltônico só precisa de um gene recessivo (d). Em consequência disso o daltonismo atinge mais os homens do que as mulheres, porque como sabemos a mulher tem dois cromossomos X e o homem um X e um Y, e são estes os cromossomos que transmitem as características hereditárias. Logo se uma mulher herda de seu pai ou de sua mãe um cromos- somo X com daltonismo ela terá ou- tro cromossomo X para compensar a anomalia, porém ela será portadora e poderá transmitir seus filhos. Se um homem receber um cromossomo X com daltonismo ele não terá outro X para compensar. Uma mulher só poderá ser daltônica quando seu pai for daltônico e sua mãe for, pelo me- nos, portadora do alelo para o dalto- nismo. A distrofia muscular de Duchene Essa distrofia é uma grave do- ença provocada por um gene reces- sivo defeituoso, que está relacionado com o cromossomo X. Pelo mesmo motivo do daltonismo, é também mais frequente nos homens. Tal pa- tologia pode se manifestar em uma idade média de 3 ou 4 anos, apresen- tada por um enfraquecimento dos músculos, que dificulta alguns movi- mentos físicos da criança, como cor- rer e subir escada, o problema se agrava, e no início da adolescência, podendo causar paralisia e morte. 30 31 GENÉTICA 6. Heredrograma Fonte: www.biologianet.com6 os seres humanos, espécie a qual não se realiza experimen- tos de cruzamentos dirigidos, a he- rança dos caráteres adquiridos é de- terminada por meio de análises his- tóricas das gerações em que deter- minadas características se manifes- tam. Ao biólogo que estuda gené- tica, ele consegue determinar se a característica manifestada é ou não hereditária através das análises his- tóricas. O heredograma é o método utilizado para fazer esse levanta- mento, esse método também é cha- mado arvore genealógica. Neste método, cada indivíduo é representado por um símbolo que indica as suas características parti- culares e sua relação de parentesco com os demais. 6 Retirado em www.biologianet.com Sexo masculino - quadrado, Sexo feminino - círculo. Casamento - traço horizontal que une os dois membros do casal. Filhos de um casamento - tra- ços verticais unidos ao traço horizontal do casal. Fonte: www.sobiologia.com.br A montagem de um heredo- grama obedece a algumas regras: Quando for casal - homem à esquerda, e a mulher à direita, sempre que for possível. N 32 GENÉTICA 32 Filhos – Posicionamento por ordem de nascimento, da es- querda para a direita. Geração – representadas por algarismos romanos (quanto menor o algarismo, mais velha é a geração). Analise de Heredogramas A análise dos heredogramas pode permitir se determinar o pa- drão de herança de uma certa carac- terística (se é autossômica, se é do- minante ou recessiva, etc.). Permite, ainda, descobrir o genótipo das pes- soas envolvidas, se não de todas, pelo menos em parte delas. Quando um dos membros de uma genealogia manifesta um fenótipo dominante, e não conseguimos determinar se ele é homozigoto dominante ou heterozi- goto, habitualmente o seu genótipo é indicado como A_, B_ou C_, por exemplo. A primeira informação que se procura obter, na análise de um he- redograma, é se o caráter em ques- tão é condicionado por um gene do- minante ou recessivo. Para isso, devemos procurar, no heredograma, casais que são fe- notipicamente iguais e tiveram um ou mais filhos diferentes deles. Se a característica permaneceu oculta no casal, e se manifestou no filho, só pode ser determinada por um gene recessivo. Pais fenotipicamente iguais, com um filho diferente deles, indicam que o caráter presente no fi- lho é recessivo! Uma vez que se descobriu qual é o gene dominante e qual é o reces- sivo, vamos agora localizar os homo- zigotos recessivos, porque todos eles manifestam o caráter recessivo. De- pois disso, podemos começar a des- cobrir os genótipos das outras pes- soas. Devemos nos lembrar de duas coisas: 1ª. Em um par de genes alelos, um veio do pai e o outro veio da mãe. Se um indivíduo é homozigoto reces- sivo, ele deve ter recebido um gene recessivo de cada ancestral. 2ª. Se um indivíduo é homozigoto recessivo, ele envia o gene recessivo para todos os seus filhos. Dessa forma, como em um “quebra-cabe- ças”, os outros genótipos vão sendo descobertos. Todos os genótipos de- vem ser indicados, mesmo que na sua forma parcial (A_, por exem- plo). Fonte: www.infoescola.com Em uma árvore desse tipo, as mulheres são representadas por cír- culos e os homens por quadrados. 33 GENÉTICA 33 Os casamentos são indicados por li- nhas horizontais ligando um círculo a um quadrado. Os algarismos ro- manos I, II, III à esquerda da genea- logia representam as gerações. Estão representadas três gerações. Na pri- meira há uma mulher e um homem casados, na segunda, quatro pes- soas, sendo três do sexo feminino e uma do masculino. Os indivíduos presos a uma linha horizontal por traços verticais constituem uma ir- mandade. Na segunda geração ob- serva-se o casamento de uma mu- lher com um homem de uma irman- dade de três pessoas. Conclusão Podemos concluir que heredi- tariedade é um fenômeno que repre- senta a condição de semelhança existente entre ascendentes (gera- ção parental) e descendentes (gera- ção filial), através da contínua trans- ferência de instruções em forma de código (as bases nitrogenadas), ins- critas no material genético (molé- cula de ácido desoxirribonucleico), orientando a formação, desenvolvi- mento e manutenção de um ser vivo. Uma característica hereditária pode permanecer inativa de uma ge- ração para a outra, o que não signi- fica a sua exclusão, mas a dormência circunstancial de um ou vários genes para uma dada característica. Con- tudo, não impedindo que um porta- dor de genótipo oculto transmita aos seus descendentes um fenótipo que ficou escondido. Este acontecimento ocorre com frequência em animais e plan- tas. Nos seres humanos é mais ní- tido quando observamos a aparência física superficial como: a pigmenta- ção dos olhos ou da pele. Assim, pais com olhos castanhos podem ter fi- lhos com olhos claros, verdes ou azuis, herança de seus avós ou ante- cedentes. Sobre as relações de dominân- cia e recessividade se estabelecem em células diploides (2n), na espécie humana em células somáticas, por meio de genes alelos semelhantes ou distintos, ou seja, células que pos- suem bagagem cromossômica dupli- cada, formada por cromossomos ho- mólogos, um de origem materna e outro paterna. Contendo em seus segmentos informações que codifi- cam diferentes ou semelhantes pa- drões para uma mesma caracterís- tica.34 34 35 GENÉTICA 35 7. Referências Bibliográficas Anthony J. F. Introdução À Genética. 6. Ed Rio De Janeiro: Guanabara Koogan, C1998 856 Avers, C. J. Genetics. 2. Ed. Boston : Pws Publishers, 1984. Beiguelman, B. Dinâmica Dos Genes Nas Famílias E Nas Populações. 2. Ed. Ribei- rão Preto: Sbg, 1995. Borges-Osorio, M. R.; Robinson, W. M. Genética Humana. 2. Ed. Porto Alegre: Ar- tmed, 2002. 459p. 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