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GENÉTICA A Faculdade Multivix está presente de norte a sul do Estado do Espírito Santo, com unidades em Cachoeiro de Itapemirim, Cariacica, Castelo, Nova Venécia, São Mateus, Serra, Vila Velha e Vitória. Desde 1999 atua no mercado capixaba, destacando-se pela oferta de cursos de graduação, técnico, pós-graduação e extensão, com qualidade nas quatro áreas do conhecimento: Agrárias, Exatas, Humanas e Saúde, sempre primando pela qualidade de seu ensino e pela formação de profissionais com consciência cidadã para o mercado de trabalho. Atualmente, a Multivix está entre o seleto grupo de Instituições de Ensino Superior que possuem conceito de excelência junto ao Ministério da Educação (MEC). Das 2109 institu- ições avaliadas no Brasil, apenas 15% conquis- taram notas 4 e 5, que são consideradas conceitos de excelência em ensino. Estes resultados acadêmicos colocam todas as unidades da Multivix entre as melhores do Estado do Espírito Santo e entre as 50 melhores do país. MISSÃO Formar profissionais com consciência cidadã para o mercado de trabalho, com elevado padrão de qualidade, sempre mantendo a credibil- idade, segurança e modernidade, visando à satis- fação dos clientes e colaboradores. VISÃO Ser uma Instituição de Ensino Superior reconheci- da nacionalmente como referência em qualidade educacional. R E I TO R GRUPO MULTIVIX R E I 2 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 3 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 BIBLIOTECA MULTIVIX (Dados de publicação na fonte) Isabel Kirsten Fernandes Genética / Sobrenome, FERNANDES, I. K. - Multivix, 2020 Catalogação: Biblioteca Central Multivix 2020 • Proibida a reprodução total ou parcial. Os infratores serão processados na forma da lei. 4 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 LISTA DE QUADROS UNIDADE 1 Quadro 1: Diferenças e funções da mitose e da meiose 28 UNIDADE 2 Quadro 1: Resumo sobre as anomalias cromossômicas 40 Quadro 2: Causas das anomalias cromossômicas 44 5 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 LISTA DE FIGURAS UNIDADE 1 Figura 1: Longa sequência de DNA, que contém vários genes chamados cromossomos 12 Figura 2: Monge cientista que descobriu as leis da herança: Gregor Mendel 15 Figura 3: Imagem dos cromossomos humanos que se duplicaram durante a preparação para a divisão celular, quando são visualizados ao microscópio óptico de varredura 18 Figura 4: Exemplo de características fenotípicas de indivíduos da mesma espécie porém com diferentes fenótipos 20 Figura 5: O fenótipo para o albinismo é causado por dois alelos recessivos (aa), no qual a síntese de melanina é bloqueada 21 Figura 6: Ilustração da estrutura do DNA, ressaltando a posição da dupla hélice (à esquerda) e os componentes químicos que compõe a fita (à direita) 22 Figura 7: Esquema representativo do ciclo celular 25 Figura 8: Modelo esquemático da mitose para criação de nova imagem. As letras representam as etapas da mitose 26 UNIDADE 2 Figura 1: Exemplo de hereditariedade, ou seja, características transmitidas de geração a geração dentro de uma espécie 32 Figura 2: Configuração estrutural e tipos de cromossomos 33 Figura 3: Coleta e cultivo de líquido amniótico 36 Figura 4: Exemplo de pesquisa com cultivo de células em laboratório nas condições adequadas de trabalho 38 Figura 5: Poliploidia em humanos são letais. Indivíduo com três cópias de cada cromossomo (triploide) 40 Figura 6: Meiose normal, ocorrendo disjunção dos cromossomos em meiose I e II 42 6 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Figura 7: Não ocorre disjunção em meiose I: os cromossomos paterno e materno deslocam-se para a mesma célula-filha 42 Figura 8: Não disjunção na Meiose II. Na separação centromérica, as duas cromátides ou cromossomos-filho, deslocam-se para formar o mesmo gameta 43 Figura 9: Características de uma pessoa com Síndrome de Down 45 Figura 10: Cariótipo com trissomia do cromossomo 21 46 Figura 11: Mão de um paciente com Síndrome de Edwards 46 UNIDADE 3 Figura 1: Características das ervilheiras que foram observadas por Mendel 50 Figura 2: A figura mostra os dois experimentos para a cor das sementes com a geração F1 expressando um fator dominante e a autofecundação gerando uma F2 em que apareceu o fator recessivo 51 Figura 3: A figura mostra as possíveis combinações na formação da semente que ocorreram após a autofecundação 53 Figura 4: As flores de ervilha brancas e vermelhas são homozigotas e quando cruzadas apresentam um heterozigoto rosa 55 Figura 5: Exemplo de codominância em que o heterozigoto expressa a característica dos dois alelos simultaneamente 55 Figura 6: A figura mostra a coloração dos pelos dos camundongos e a condição dupla heterozigota que gera a morte do indivíduo 57 Figura 7: Alguns possíveis símbolos utilizados na construção de genealogias ou heredogramas 58 Figura 8: Genes ligados ao sexo no cromossomo X não são homólogos aos do cromossomo Y 60 Figura 9: A imagem mostra um DNA mitocondrial 62 UNIDADE 4 Figura 1: Representação de um mapa genético, um mapa cromossômico, um mapa físico e um sequenciamento de DNA 67 7 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Figura 2: No primeiro exemplo temos cromossomos homólogos em que dois pares de genes estão distantes em um mesmo cromossomo e segregam na meiose. No segundo caso temos os genes ligados que não segregam na meiose e no terceiro temos a segregação independente dos alelos com os genes separados em cada cromossomo homologo 70 Figura 3: Arranjo cis – os alelos dominantes localizam-se em um dos cromossomos e os alelos recessivos, no respectivo cromossomo homólogo; Arranjo trans – o alelo dominante de um gene e o alelo recessivo do outro gene estão presentes no mesmo cromossomo do par de homólogos 73 Figura 4: A segregação independente na meiose. A. Cromossomos homólogos e genes separados. B. Genes distantes no mesmo cromossomo. C. Os mecanismos de recombinação em alelos próximos localizados no mesmo cromossomo e os gametas gerados com proporção desigual. 76 Figura 5: Crossing-over na meiose 78 UNIDADE 5 Figura 1: Cruzamento de monohíbridos de ervilhas para a cor de ervilha 86 Figura 2: Distribuição normal das frequências de um fenótipo gerado por uma herança multifatorial 91 Figura 3: Comparação entre duas curvas de distribuição com médias iguais e variâncias diferentes. Curva em verde possui maior variância que a em vermelho 92 Figura 4: Distribuição normal das frequências de um fenótipo gerado por uma herança multifatorial, com os desvios gerados pelo genótipo(g) e ambiente (e) 94 Figura 5: Diferença entre a ação gênica aditiva e dominante na formação do fenótipo 96 Figura 6: Vigor híbrido em milho. Observe em A as plantas híbridas possuem um tamanho e em B a diferença a espiga de milho da linhagem híbrida é bem maior 98 Figura 7: Mapeamento de QTLs para o tomate 101 8 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 UNIDADE 6 Figura 1: Bases nitrogenadas do DNA 106 Figura 2: Estrutura dos ácidos nucleicos DNA e RNA 107 Figura 3: Dogma central da biologia molecular 109 Figura 4: Replicação do DNA 110 Figura 5: Processo de tradução 111 Figura 6: Diferentes tipos de mutação gênica 113 Figura 7: Controle transcricional da expressão gênica 118 Figura 8: Técnica de DNA recombinante 122 9 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/20172UNIDADE SUMÁRIO APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 12 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 14 INTRODUÇÃO DA UNIDADE 14 1.1 HISTÓRICO DA GENÉTICA: DE MENDEL AOS DIAS ATUAIS 14 1.2 GENÉTICA E SUA IMPORTÂNCIA 17 1.3 VARIAÇÃO GENÉTICA E SEU SIGNIFICADO BIOLÓGICO 19 1.4 DNA E OS EXPERIMENTOS QUE O DEFINIRAM COMO O MATERIAL GENÉTICO 22 1.5 GENÓTIPO E FENÓTIPO: INTERAÇÃO GENE-AMBIENTE 24 1.6 DIVISÃO CELULAR: MITOSE E MEIOSE 25 2 BASES CROMOSSÔMICAS DA HEREDITARIEDADE 31 INTRODUÇÃO DA UNIDADE 31 2.1 ESTRUTURA E CLASSIFICAÇÃO DOS CROMOSSOMOS 32 2.2 INTRODUÇÃO À CITOGENÉTICA 34 2.3 TÉCNICAS PARA ESTUDO E ANÁLISE DOS CROMOSSOMOS 36 2.4 EFEITOS DOS ERROS DURANTE A DIVISÃO CELULAR NO NÚMERO E ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS 39 2.5 ALTERAÇÕES CROMOSSOMICAS NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS 41 2.6 PRINCIPAIS SÍNDROMES CROMOSSOMICAS 45 3 GENÉTICA MENDELIANA E ESTUDO DAS GENEALOGIAS 49 INTRODUÇÃO DA UNIDADE 49 3.1 OS ESTUDOS DE MENDEL E SUA CONTRIBUIÇÃO PARA A GENÉTICA: PRIMEIRA LEI DE MENDEL 49 3.2. SEGUNDA LEI DE MENDEL: ANÁLISE DA HERANÇA DE DUAS CARACTERÍSTICAS 52 3.3 INTERAÇÃO GÊNICA E EXTENSÕES DO MENDELISMO: CODOMINÂNCIA, DOMINÂNCIA INCOMPLETA, EPISTASIA E GENES LETAIS 54 3.4 HEREDOGRAMAS E O CÁLCULO DAS PROBABILIDADES (REGRA DO “E” E DO “OU”) 57 3.5 HERANÇA LIGADA AO X 60 3.6 HERANÇA MITOCONDRIAL 62 1UNIDADE 3UNIDADE 10 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 4UNIDADE 4 LIGAÇÃO E RECOMBINAÇÃO GÊNICA E MAPAS GENÉTICOS 66 INTRODUÇÃO DA UNIDADE 66 4.1 A IMPORTÂNCIA DOS MAPAS GENÉTICOS; MAPAS GENÉTICOS DOS CROMOSSOMOS 66 4.2 SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE X LIGAÇÃO GÊNICA 69 4.3 FORMAS DE LIGAÇÃO GÊNICA (CIS E TRANS), LIGAÇÃO COMPLETA E PARCIAL 73 4.4 RECOMBINAÇÃO OU PERMUTAÇÃO E SUA RELAÇÃO COM A MEIOSE 75 4.6 FREQUÊNCIA DE RECOMBINAÇÃO E ESTIMATIVA DA DISTÂNCIA ENTRE GENES 81 5 GENÉTICA QUANTITATIVA E HERANÇA MULTIFATORIAL 85 INTRODUÇÃO DA UNIDADE 85 5.1 CONCEITOS E CARACTERÍSTICAS DOS CARACTERES QUALITATIVOS E QUANTITATIVOS 86 5.2 PARÂMETROS ESTATÍSTICOS APLICADOS À GENÉTICA QUANTITATIVA 90 5.3 INTERAÇÃO GENÓTIPO X AMBIENTE 93 5.4 HERDABILIDADE 95 5.5 VIGOR HÍBRIDO 97 5.6 MARCADORES GENÉTICOS E SUAS APLICAÇÕES EM GENÉTICA 100 6 BASES MOLECULARES DA HERDABILIDADE 104 INTRODUÇÃO DA UNIDADE 104 6.1 BASES MOLECULARES DA HEREDITARIEDADE (ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLEICOS) 104 6.2 A GENÉTICA E O DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR: REPLICAÇÃO, TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO 108 6.3 MUTAÇÃO GÊNICA: TIPOS, AGENTES MUTAGÊNICOS QUÍMICOS, FÍSICOS E BIOLÓGICOS 112 6.4 REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA: FUNDAMENTOS E SUA RELAÇÃO COM AS MUTAÇÕES E O CÂNCER 117 6.5 TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE E SUA IMPORTÂNCIA NA GENÉTICA 120 6.6 ASPECTOS ÉTICOS NA GENÉTICA 123 5UNIDADE 6UNIDADE 11 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 ATENÇÃO PARA SABER SAIBA MAIS ONDE PESQUISAR DICAS LEITURA COMPLEMENTAR GLOSSÁRIO ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM CURIOSIDADES QUESTÕES ÁUDIOSMÍDIAS INTEGRADAS ANOTAÇÕES EXEMPLOS CITAÇÕES DOWNLOADS ICONOGRAFIA 12 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA Caros alunos, bem-vindos à disciplina de Genética. Ciência a qual ocupa um importante papel em toda área biológica e na vida cotidiana. Portanto, qual- quer estudante da vida animal, vegetal e microbiana deve compreender as bases deste estudo. Já notou a Genética aplicada no dia a dia da sociedade? É só prestar atenção no noticiário, quando relatam casos em que trata-se de solucionar a paternidade duvidosa ou ocorrências para decifrar crimes até mesmo as notícias sobre melhoramento de espécies de cunho econômico, avanços de pesquisas em saúde, entre outros aspectos de interesse humano. Para compreender com clareza, faz-se necessário o conhecimento das ba- ses teóricas e práticas da Genética, assim, iremos entender a relevância do assunto para sociedade em seus diferentes aspectos: biológico, econômico e social. Sobre tudo, de modo muito simples a Genética é a Ciência dos genes, um dos ramos mais promissores da Biologia que abordaremos na sequência da Unidade 1. Com esse conhecimento, você será capaz de descrever os prin- cipais mecanismos de transmissão e variação da hereditariedade e relacioná- -los com informações úteis para sua vida. Bons estudos! FIGURA 1: LONGA SEQUÊNCIA DE DNA, QUE CONTÉM VÁRIOS GENES CHAMADOS CROMOSSOMOS Fonte: Pixabay (2020). UNIDADE 1 > descrever as teorias que embasam a Genética historicamente; > explicar a variação Genética e o seu significado biológico; > definir as etapas e os processos de divisão celular que dão base à Genética. OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 13 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 14 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA INTRODUÇÃO DA UNIDADE Prezado(a) aluno(a), aqui veremos, de antemão, as bases teóricas para o de- senvolvimento da Genética. Para isso, é importante estar atento passo a passo a fim de compreender os conceitos e a progressão da história da Genética uma vez que dedica-se a estudar a herança biológica ou hereditariedade. Ter- mo que implica no conceito de transmissão das características por meio de gametas de geração a geração. As bases fundamentais desta área foram es- tudados em meados de século XIX pelo monge cientista Gregor Mendel por meio do experimento com ervilhas. Como foco principal, iremos compreender o experimento de Mendel com as ervilhas e como a concepção da Genética se sucedeu até os dias atuais. Além do que, estudaremos nesta e nas unidades seguintes, os conceitos primor- diais da Genética bem como sua importância e aplicação no meio profissional e científico, também, veremos as perspectivas futuras desta curiosa e atrativa Ciência. Você pode ver este conteúdo como uma porta que acessa um conhe- cimento pautado na perspectiva histórica, mas completamente contemporâ- nea e futura. Aproveite! 1.1 HISTÓRICO DA GENÉTICA: DE MENDEL AOS DIAS ATUAIS Estudante, norteamos que você assista a esses vídeos introdutórios que contemplam o assunto de um curioso monge-cientista do século XIX, considerado um marco na história da Ciência. Divirta-se! https:// www.youtube.com/watch?v=VMNvjGNycPs e https://www.youtube.com/watch?v=tfjDJE4kWhM 15 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Gregor Johann Mendel, um frade agostiniano foi um pioneiro na história da Genética. Ele dedicou parte de sua vida aos experimentos com as ervilheiras (plantas das ervilhas) e após muito tempo de trabalho e dedicação ele obteve bons resultados. Em 1866 ele fez a publicação de seus experimentos que vie- ram mais tarde a serem conhecidos como os estudos de herança mendeliana. FIGURA 2: MONGE CIENTISTA QUE DESCOBRIU AS LEIS DA HERANÇA: GREGOR MENDEL Fonte: Adaptada de Wikipédia (2020). Mas ele não foi o primeiro experimentador em Genética outras pessoas já fa- ziam experiências com plantas e animais naquela época, mas não obtiveram resultados tão satisfatórios. Tais resultados não bem sucedidos dos outros pesquisadores são explicados por eles considerarem todas as características dos indivíduos ao mesmo tempo. Mendel, entretanto, estudou uma carac- terística de cada vez e, somente quando compreendia como funcionava a transmissão daquela característica é que se dedicava a estudar a outra. Men- del observava sempre se uma regra geral se aplicava a cada uma delas. Este estudioso considerou sua pesquisa baseada na herança biológica a par- tir do cruzamento entre características diferentes de ervilha (Pisum sativum). Não só pelo fato de que o material de estudo apresentava facilidades de culti- vo e ciclo de vida curto, mas também, permitia a obtenção de várias gerações de plantasem pouco tempo. Além de que, as características contrastantes como a cor da semente (verde ou amarela), a forma da vagem (inflada ou sul- cada), a estatura da planta (alta ou baixa), entre outras, eram fatores acessíveis a serem observados. Além disso, as ervilhas eram hermafroditas com possibi- lidade de autofecundação (KLUG, 2010). 16 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Além da planta utilizada o método de trabalho de Mendel merece um desta- que já que a organização de suas experimentações era associada à aplicação das estimativas feitas por estatísticas matemáticas. O Método de Mendel tinha esses diferenciais: 1. a escolha da espécie (organismo modelo); 2. a experimentação de um característica por vez; 3. a aplicação da estatística, estimando matematicamente os resultados obtidos. O trabalho de Mendel contribuiu pra que pela primeira vez fossem compreen- didos padrões hereditários de algumas características existentes nas ervilheiras através de regras estatísticas simples. O que trouxe uma contribuição na aplica- ção da estatística para a Genética. Além disso, Mendel trouxe o conceito de alelo como sendo uma unidade fundamental para os estudos da hereditariedade. Posteriormente, foi descoberto que nem todas as características são compor- tadas pelo padrão de herança mendeliana e o termo alelo (expressando a ideia de gene) é utilizado hoje em dia para uma variante dos genes. Os trabalhos de Mendel não foram reconhecidos e nem compreendidos em sua época e ele morreu sem receber os créditos por suas pesquisas. Somente mais tarde, em 1900, é que seu trabalho foi redescoberto e lhe foi dado o reco- nhecimento merecido. Mais tarde, outros pesquisadores fizeram experimentos seguindo os princípios dos estudos de Mendel e grande destaque se deu a Thomas Hunt Morgan e sua equipe que desenvolveram um modelo genéti- co mendeliano. Morgan estudou a mosca Drosophila Melanogaster e obser- vou que em algumas situações a herança mendeliana não se aplicava perfei- tamente e ficou conhecida como extensões a Genética mendeliana. Depois foram desenvolvidos por outros pesquisadores quadros matemáticos da Gené- tica utilizados para explicar a evolução no estudo das populações. E Watson e Crick, em 1953, descobriram o DNA como a base física da informação genética. 17 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 A aplicação prática dos estudos de Mendel na contemporaneidade reflete, sobretudo, na atuação dos geneticistas em diferentes linhas de pesquisa e inovação. Tais avanços vêm modificando o mundo atual tendo em vista o uso da Genética na área da saúde com o aconselhamento genético, mapeamen- to de doenças, testes de paternidade, além de outras esferas como o da Enge- nharia Genética, Biotecnologia, entre outros. Portanto, é uma Ciência promis- sora para importantes soluções da sociedade (COUTO, 2020). 1.2 GENÉTICA E SUA IMPORTÂNCIA Avanços da Genética – Saiba mais sobre atualidades e terapia gênica com a leitura do artigo. COUTO, E. C. et al. O uso atual da Genética na prevenção, tratamento e cura de doenças. Rev. Interd. Ciên. Saúde, v. 4, n.1, p. 47- 56, 2017. Disponível em: file:///C:/Users/emilianaverges/ Downloads/4939-24094-1-PB.pdf. Após a aceitação dos trabalhos de Mendel perante a comunidade acadêmica, no início do século XX, novas dúvidas pairavam sobre os cientistas, como: O que são e onde se localizam os fatores hereditários? O que ocorre biologica- mente para separar esses fatores na formação dos gametas? Os fatores mendelianos, atualmente denominados de alelos são versões di- ferentes de um gene, informações hereditárias inscritas no DNA dos cromos- somos. No núcleo de cada uma de nossas células, por exemplo, há 23 tipos de cromossomos, cada um com milhares de genes, totalizando mais de 20 mil genes presentes em cada célula humana. Cada gene possui uma posição definida em um cromossomo a qual é denominada loco gênico (SNUSTAD, 2018; GRIFFITHS et al., 2019). Um gene pode apresentar-se em diferentes versões, chamado alelos. Por exemplo, o fator mendeliano que faz a planta de ervilha ser alta (A) é o alelo dominante do gene responsável pela estatura da planta. O alelo para a forma anã (a) é o alelo recessivo desse mesmo gene. Indivíduos com um par de ale- los idênticos (AA ou aa), que Mendel denominava puros, recebem atualmente a denominação de homozigóticos. Indivíduos com um par de alelos diferen- 18 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA tes (Aa) que Mendel denominava de híbridos são atualmente chamados de heterozigótico. FIGURA 3: IMAGEM DOS CROMOSSOMOS HUMANOS QUE SE DUPLICARAM DURANTE A PREPARAÇÃO PARA A DIVISÃO CELULAR, QUANDO SÃO VISUALIZADOS AO MICROSCÓPIO ÓPTICO DE VARREDURA Fonte: Adaptada de Klung et al., 2020. Gene: são unidades da hereditariedade, o conjunto de instruções bioquímicas que diz às células como produzir determinadas proteínas. A Genética é central para a vida de todos já que ela influencia as caracterís- ticas físicas, a personalidade, inteligência e suscetibilidade da pessoa a inú- meras doenças. Ela é importante na agricultura, na indústria farmacêutica e na Medicina. É central para o estudo da Biologia já que todos os organismos usam sistemas genéticos semelhantes. A variação genética é o alicerce da evolução e é crítico para compreender todas as formas de vida. 19 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 O estudo da Genética pode ser, de modo geral, dividido em genética da trans- missão, genética molecular e genética populacional. 1.3 VARIAÇÃO GENÉTICA E SEU SIGNIFICADO BIOLÓGICO Como pode haver variação genética uma vez que todos os membros de uma mesma espécie tem o conjunto de genes semelhantes? A resposta está jus- tamente no fato de que os genes existem sob formas diferentes chamadas alelos. Quando tratamos a nível população, para cada determinado gene pode haver de um a muitos alelos diferentes. Contudo, a maior parte dos or- ganismos vivos apresenta apenas um ou dois conjuntos de cromossomos por célula, qualquer organismo individual pode ter apenas um ou dois alelos por gene. Ao longo de um cromossomo é onde encontra-se os alelos de um gene. Uma vez que ocorre variação alélica é automaticamente refletida na variação hereditária (KLUNG et al., 2010). Para entender alguns exemplos, de antemão, compreenda os seguintes conceitos: Fenótipo: (do grego phenos, evidente, e typos, características) são as características observáveis de um ser vivo, sejam elas, físicas, bioquímicas ou comportamentais. Genótipo: (do grego genos, origem, e typos, característica) refere-se ao conjunto de genes de um indivíduo. 20 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA FIGURA 4: EXEMPLO DE CARACTERÍSTICAS FENOTÍPICAS DE INDIVÍDUOS DA MESMA ESPÉCIE PORÉM COM DIFERENTES FENÓTIPOS Fonte: Plataforma Deduca (2020). Quando uma característica é encontrada em uma população com duas ou mais expressões diferentes e separadas é chamado de fenótipo. Por exemplo: “Olhos azuis” e “olhos castanhos” são fenótipos, bem como o “tipo sanguíneo A” ou “tipo sanguíneo O”. Esses referidos fenótipos alternativos em geral são codificados por alelos de genes. Um exemplo clássico é o albinismo em humanos, envolvendo fenótipos do caráter da pigmentação da pele. Em geral, as células do tecido epitelial pro- duzem um pigmento chamado melanina, substância que dá cor a nossa pele. Entretanto, os albinos, que não possuem nenhum pigmento em sua pele ou cabelo, são encontrados em todas as raças. A diferença entre a pele pigmentada e não pigmentada é causada por alelos diferentes de um gene que codifica uma enzima envolvida na síntese de me- lanina. Por convecção, os alelos de um genesão designados por letras. Os ale- los recessivos são (a) e os alelos dominantes são (A). Logo, o alelo que codifica a forma normal de uma enzima é chamado de A e a forma inativa é chamado de a. A constituição alélica de um organismo é o seu genótipo, que é a base hereditária do fenótipo. 21 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FIGURA 5: O FENÓTIPO PARA O ALBINISMO É CAUSADO POR DOIS ALELOS RECESSIVOS (AA), NO QUAL A SÍNTESE DE MELANINA É BLOQUEADA Fonte: Wikipédia (2020). O artigo a seguir relata sobre uma doença genética chamada de Acondroplasia, ou doença de Parrot. Causada por um tipo de variação genética: a mutação. Leia sobre o curioso relato de caso em: https://www.dtscience.com/wp-content/ uploads/2015/11/Acondroplasia-%E2%80%93- Relato-de-Caso-Cl%C3%ADnico.pdf. O vídeo abaixo é um documentário que aborda a diversidade genética (biodiversidade brasileira): https://www.youtube.com/watch?v=cwy8ksSEKFk 22 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 1.4 DNA E OS EXPERIMENTOS QUE O DEFINIRAM COMO O MATERIAL GENÉTICO A longa macromolécula de DNA é uma composição química espiralada que forma uma dupla hélice. Cada fita da hélice é um polímero linear composto de subunidades chamadas nucleotídeos. Estes nucleotídeos, composto por quatro diferentes, contém as bases nitrogenadas abreviadas por A (adenina), G (guanina), T (timina) e C (citosina). Essas bases quando combinadas formam sequências de aminoácidos das proteínas (GRIFFITHS et al., 2019). FIGURA 6: ILUSTRAÇÃO DA ESTRUTURA DO DNA, RESSALTANDO A POSIÇÃO DA DUPLA HÉLICE (À ESQUERDA) E OS COMPONENTES QUÍMICOS QUE COMPÕE A FITA (À DIREITA) Açúcar (desoxirribose) Nucleotídeo Fosfato Par de bases complementares (timina-adenina) Fonte: Adaptada de Klung et al., 2010. Existe uma relação de complementaridade entre adenina e timina e entre guanina e citosina fundamental para a função gênica, que é base tanto para a replicação do DNA quanto para a replicação gênica. Para entender na íntegra o papel do DNA na hereditariedade faz-se neces- sário aprofundar o tema sobre os experimentos clássicos que direcionam os estudos científicos até os dias atuais. Para isso, leia: 23 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Aprofunde-se no assunto e saiba mais sobre o trabalho de pesquisadores que trouxeram evidências de que o DNA é o material genético além de esclarecer como o DNA pode codificar uma enorme quantidade de informações. Leia: Experimentos Clássicos: DNA como material genético. • https://pt.khanacademy.org/science/biology/ dna-as-the-genetic-material/dna-discovery- and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the- genetic-material/ Nestes outros links apresentam-se vídeos bem importante para conhecer os experimentos clássicos de Genética: • h t t p s : / / w w w . y o u t u b e . c o m / watch?v=SnBI7U0v0FM • https://pt.khanacademy.org/science/biology/ dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and- structure/v/establishing-dna-as-transformation- principle • https://pt.khanacademy.org/science/biology/ dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and- structure/v/the-discovery-of-the-double-helix- structure-of-dna • http://www.scielo.br/pdf/epec/v12n1/1983-2117- epec-12-01-00083.pdf • https://www.youtube.com/channel/UCLB8u- Du1zKE6oxdRXTSAsw 24 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 1.5 GENÓTIPO E FENÓTIPO: INTERAÇÃO GENE- AMBIENTE Somente os genes não podem determinar a composição de um certo orga- nismo em sua totalidade. Um dos fatores fundamentais na equação da com- posição da vida é o ambiente. Este, por sua vez, exerce grande influência a ação gênica sob diferentes maneiras. Certamente, o ambiente fornece a base para os processos de síntese controlados pelos genes. Em uma mesma espécie, as variações são também resultado das diferenças genéticas que não podem ser modificadas por qualquer mudança de cunho ambiental. O poder determinativo dos genes é demonstrado pelas diferen- ças nas quais um alelo é normal e outro anormal. Para compreender como os genes e o ambiente interagem, com base na Genética e no conhecimento sobre os genes, entende-se que quando um organismo passa de um estágio de desenvolvimento para outro, seus genes interagem com o seu ambiente a cada momento. Esta interação propriamente dita entre genes e ambiente determina o que os organismos são. No âmbito de experimentos biológicos, é necessário saber a constituição genética que ele herda de seus genitores quanto à sequência histórica dos ambientes a que ele foi exposto. Cada um, tem uma trajetória desde a sua concepção até a morte. Um exemplo de experimento científico que ilustra o tema é o da mosca das frutas (Drosophila melanogaster), uma vez que, de- senvolve-se normalmente a 25ºC. Quando a temperatura é elevada para 37°C no início do seu estágio de desenvolvimento de pupa, a mosca adulta estará perdendo parte do padrão normal das veias em suas asas. Porém, essa mu- dança repentina de temperatura for administrada 24 horas depois, o padrão de veias se desenvolverá normalmente. Este é um modelo no qual os genes e o ambiente determinam em conjunto as características de um organismo. “Um único genótipo pode produzir fenótipos diferentes, dependendo do ambiente no qual os organismos se desenvolvem. O mesmo fenótipo pode ser produzido por genótipos diferentes, dependendo do ambiente.” (GRIFFITHS et al., 2019) 25 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 1.6 DIVISÃO CELULAR: MITOSE E MEIOSE Precisamos compreender que a nível celular, para a formação de indivíduo é necessário que suas células se dividam para a constituição do ser como um todo. Ocorre uma pressão seletiva para que a célula cresça e se divida, uma vez que é em via deste processo que irá se formar um indivíduo. Identificamos em organismos multicelulares a presença de dois tipos de células: as somá- ticas e as reprodutoras. Para as células somáticas, na Biologia, denominamos o processo de mitose, no qual a célula-mãe dá origem a duas células-filhas, com o número idêntico de cromossomos da célula-mãe. FIGURA 7: ESQUEMA REPRESENTATIVO DO CICLO CELULAR G1 Síntese de DNA S G2 MMitose CÉLULA COM CROMOSSOMOS NO NÚCLEO CÉLULA COM CROMOSSOMOS DUPLICADOS Fonte: Adaptada de Maluf e Riegel, 2011. Neste processo, cada cromossomo foi replicado e consiste em duas cromátides idênticas. Essas cromátides-irmãs são mantidas ao longo do seu comprimen- to por proteínas coesivas. Durante a mitose, essas proteínas são clivadas e as cromátides-irmãs se separam e tornam-se cromossomos-filho independentes, os quais são puxados para os polos opostos da célula pelo fuso mitótico. 26 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA FIGURA 8: MODELO ESQUEMÁTICO DA MITOSE PARA CRIAÇÃO DE NOVA IMAGEM. AS LETRAS REPRESENTAM AS ETAPAS DA MITOSE (a) (b) (d) Duas células (c) (e) Fonte: Adaptada de Maluf e Riegel, 2011. Pesquise com base no livro de Maluf e Riegel, 2011 o aprofundamento do conhecimento. 27 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Caro aluno, assista a este vídeo explicativo para facilitar o esclarecimento sobre divisão celular: mitose e meiose: https://www.youtube.com/ watch?v=Xy1iqpxQBDY. Por outro lado, as células reprodutivas forma-se por meio da meiose, que é um processo de divisão celular em que a célula de origem forma quatro ou- tras com a metade dos cromossomos da célula inicial. A gametogênese (pro- cesso de formação de gametas) o número de cromossomos se reduz à me- tade (N) pois quando um óvulo e um espermatozoide se unem para formar um zigotoele deve ter o mesmo número de cromossomos que as células dos pais. O processo ao todo, resulta na formação de quatro células geneticamen- te diferentes da célula-mãe e entre si. A meiose está envolvida na evolução dos seres vivos e na adaptação das espécies, pois ocorre recombinação dos genes, o que faz compreender alguns pontos chaves da evolução, além de constituir-se na base citológica dos mecanismos de transição dos caracte- res hereditários. Entende-se a meiose como um processo onde ocorrem duas divisões nucleares seguidas, sem haver um período S entre elas, ocorrendo assim à redução do número de cromossomos da célula. 28 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA QUADRO 1: DIFERENÇAS E FUNÇÕES DA MITOSE E DA MEIOSE MITOSE MEIOSE Célula-mãe se divide em duas e gera duas células-filhas com um número igual de cromossomos. Célula-mãe gera quatro células filhas com a metade do número de cromossomos. Ocorre em células somáticas. Ocorre em células reprodutivas. Células-filhas são geneticamente idênticas. Células-filhas têm combinações de genes. Fases da divisão: Prófase Metáfase Anáfase Telófase Fases da divisão: Prófase I e II Metáfase I e II Anáfase I e II Telófase I e II Função da mitose: Crescimento e regeneração de tecidos, cicatrização, formação de gametas em vegetais, divisões do zigoto durante o desenvolvimento embrionário. Função da meiose: Diversidade genética por meio da reprodução sexual, formação dos gametas em animais, formação dos esporos nos vegetais. Fonte: Elaborado pela autora (2020). Os vídeos abaixo foram selecionados por ilustrarem de uma forma muito didática a meiose e mitose. Não deixe de acessar: • https://www.youtube.com/watch?v=ofjyw7ARP1c • https://www.youtube.com/watch?v=nMEyeKQClqI • https://www.youtube.com/watch?v=czMmSBaVI4I • https://www.youtube.com/watch?v=L61Gp_d7evo • h t t p s : / / w w w . y o u t u b e . c o m / watch?v=n2cQP_260TM • https://www.youtube.com/watch?v=Dl5T_zFebfw 29 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 CONCLUSÃO A Genética é o estudo dos genes em todos os níveis, das moléculas até as po- pulações. A Genética tornou-se mais acessível porque os conhecimentos fazem parte do nosso cotidiano, facilitando assim, compreender o código que os sis- temas vivos utilizam na transmissão de informações de geração para geração. Esta ciência possui implicação em diversas áreas, como por exemplo, a com- paração de sequências de DNA pode que esclarecer parentesco; a da utili- dade forense, estabelecendo a paternidade e compreendo alguns eventos históricos; estudos sobre doenças hereditárias que difere de outros distúrbios em sua capacidade de previsão; a possibilidade de detecção pré-sintomática; o potencial da terapia gênica em corrigir anomalias; a aplicação na agricul- tura, tanto tradicional quanto biotecnológica. Além de que as informações do Projeto Genoma Humano tem enorme potencial, mas devem ser tratadas cuidadosamente. Compreendemos que as bases da Genética foram iniciadas pelo trabalho de Gregor Mendel em meados do século XIX. A visão mendeliana foi inovadora porque integrou uma análise matemática aos resultados dos cruzamentos de ervilhas. Portanto, nos dias atuais, entender os princípios básicos da herança dos genes contribui para a formação da ação da cidadania, uma vez que a Genética faz parte no dia a dia de nossa sociedade. OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 30 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA > comparar as estruturas e a classificação dos cromossomos; > apreciar as técnicas de estudos de análise dos cromossomos; > diferenciar as síndromes, os erros e as alterações cromossômicas, bem como suas consequências. UNIDADE 2 31 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 2 BASES CROMOSSÔMICAS DA HEREDITARIEDADE INTRODUÇÃO DA UNIDADE Os genes são as unidades da hereditariedade, o conjunto de instruções bio- químicas que diz às células, as unidades básicas da vida, como produzir deter- minadas proteínas. Estas proteínas são a base de características específicas. Uma proteína de coagulação sanguínea ausente, por exemplo, causa a doen- ça hereditária hemofilia. Um gene é composto da molécula de ácido desoxir- ribonucleico, mais conhecida por DNA. Certas características são determinadas grande parte por genes. A maioria das características, por outro lado, tem consideráveis componentes ambientais. O conjunto completo de informações genéticas de um organismo, incluindo os genes codificantes de proteína e outras sequências de DNA, constitui o genoma. Outro avanço ainda mais significativo da genética é a genômica, que conside- ra muitos genes ao mesmo tempo. Esta só foi possível uma vez que os pesqui- sadores começaram a decifrar os genomas em 1995, a partir de uma bactéria comum (GRIFFITHS et al., 2019; KLUG et al., 2010). Por inúmeras vezes, ressaltamos a Genética de outras Ciências Biológicas pelo modo com que afeta consideravelmente nossas vidas. Além de que exerce um forte impacto sobre nossa saúde pois lida com a herança de doenças ou a sua suscetibilidade a ela. Sobretudo, estudar Genética é compreender também a História, Política, Economia e Psicologia em específico a Bioética. Portanto, esta Ciência deve ser vista com atenção, devido sua relevância na vida social. 32 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FIGURA 1: EXEMPLO DE HEREDITARIEDADE, OU SEJA, CARACTERÍSTICAS TRANSMITIDAS DE GERAÇÃO A GERAÇÃO DENTRO DE UMA ESPÉCIE Fonte: Plataforma Deduca (2020). 2.1 ESTRUTURA E CLASSIFICAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Para iniciar o entendimento do conteúdo, assista ao trecho deste documentário sobre genes e cromossomos: https://www.youtube.com/ watch?v=jcPPP-eygOA. O fato de que o ser humano é um organismo multicelular que se origina por multiplicações sucessivas de uma única célula (célula ovo ou zigoto), além de se reproduzir por meio de células (espermatozoide paterno e óvulo materno) já é indício de que as formações genéticas são necessárias ao seu desenvol- 33 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA vimento e à reprodução deve estar contida ao nível celular. Pra entender de fato a divisão celular, estudaremos a matéria-prima: o cromossomo. Cromossomos são novelos condensados de cromatina dentro do núcleo ce- lular e visíveis durante a mitose ou meiose. Este núcleo celular, por sua vez, é o responsável por desempenhar o papel da transmissão de informação Analise a figura a seguir para compreender estruturalmente como funciona a dispo- sição de um cromossomo. FIGURA 2: CONFIGURAÇÃO ESTRUTURAL E TIPOS DE CROMOSSOMOS Metacêntrico Submetacêntrico Acrocêntrico Telocêntrico Centrômero Braço Braço Fonte: Adaptada de Felgueiras (2018). Entende-se genes como partes de estruturas maiores chamadas cromossomos, que também incluem proteínas nas quais o DNA se enrola. Uma célula humana tem 23 pares de cromossomos. Vinte e dois pares são autossomos ou cromosso- mos somático, aqueles que determinam características somáticas e não diferem entre os sexos. Os outros cromossomos, o X e o Y, são cromossomos sexuais ou heterossomos, são aqueles que determinam o sexo e também as características somáticas. O cromossomo Y possui genes que determinam se o indivíduo é do sexo masculino. Nos humanos, mulheres são XX e homens XY. Quando há falta de pequenas partes de um cromossomo ocorre um efeito gra- ve na saúde, pois muitos genes podem ser deletados. Para realizar análises de ordem cromossômica, os geneticistas usam arranjos chamados cariótipos que ordenam os pares de cromossomos dos maiores até os menores.Os cromosso- mos são empregados em técnicas para identificar padrões diferentes de desta- ques o que pode variar dependendo do enfoque da pesquisa (Figura 3). 34 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Assista a este curioso vídeo sobre a inativação do cromossomo X e a epigenética: https://www. youtube.com/watch?v=4cifVDF5_2w. 2.2 INTRODUÇÃO À CITOGENÉTICA A compreensão do funcionamento celular revela como trabalha um corpo e como ele se desenvolve a partir de uma célula até trilhões de células, isto engloba também, se há algo errado à nível celular quando ocorre alguma doença. A Citogenética fornece o estudo dos cromossomos, sua estrutura e herança. Além de subsidiar os meios para tratar as condições como diagnós- ticos clínicos, mapeamento genético, a Citogenética do câncer, diagnóstico pré-natal, entre outras formas de ciência nas interpretações cromossômicas. Acesse o livro “Genética Humana”, capítulo 1, As Bases Moleculares da Hereditariedade, disponível em sua biblioteca virtual e aprofunde-se no conhecimento da Citogenética. As células compartilham de características que alimentam o desempenho das funções básicas da vida, como por exemplo, a reprodução, crescimento, resposta à estímulos, e uso de energia. Existem especializações nas células corpóreas como proteínas contráteis em uma célula muscular e a hemoglo- bina que preenche as hemácias. 35 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Portanto, as células possuem constituintes químicos, uma vez que são com- postas de moléculas que tendem a formar macromoléculas que servem como combustíveis para as células. Quando há desequilíbrio ou anormalida- de de determinadas moléculas ocorrem doenças hereditárias, por exemplo, no caso de gene que codifica uma enzima e sofre mutação, o resultado pode ser o excesso ou escassez do produto da reação bioquímica específica que a enzima catalisa. Para a análise do cariótipo deve ocorrer, em primeiro lugar, uma preparação dos cromossomos a partir de um determinado tecido humano. A escolha deste tecido depende do tipo de paciente e do propósito da análise a ser feita. Quando há um diagnóstico pré-natal são utilizadas células do líquido amnió- tico, os aminiócitos, material placentário e do cordão umbilical (Figura 4). Mais a diante, a escolha do tecido e do procedimento depende de certos cri- térios estabelecidos pelos geneticistas. Outros tecidos fetais como placenta, pele, pulmão, também podem ser utilizados para avaliação citogenética. Para pacientes adultos, o tecido mais utilizado é o sangue periférico, entretanto, também podem ser usados, dependendo do caso, biópsia de pele ou de ová- rios, medula óssea, ou a biópsia do próprio tumor. Devido ao fato de que os tecidos utilizados para análise citogenética não cor- rem significativamente mitoses espontâneas, é necessário que haja uma cul- tura de células para a preparação dos cromossomos. As técnicas de cultura de tecidos vêm se desenvolvido como parte integrante de pesquisas cromos- sômicas. Estudos têm buscado avanço na eficiência de técnicas para análise dos cromossomos (MALUFF e RIEGEL, 2011). 36 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FIGURA 3: COLETA E CULTIVO DE LÍQUIDO AMNIÓTICO Fluido amniótico com células do feto Agulha da seringa São retirados mais ou menos 20 mL de líquido Líquido amniótico Células do feto Células As células são separadas do �uido por centrifugação As células crescem por meio de cultura As células são analisadas para ver�car problemas metabólicos Faz-se o cariótipo para veri�car anomalias cromossômicas O DNA é analisado para ver�car mutações Fonte: Adaptada de Borges-Osório e Robinson (2013). 2.3 TÉCNICAS PARA ESTUDO E ANÁLISE DOS CROMOSSOMOS Os cromossomos condensados em uma célula humana em divisão são pron- tamente analisados na metáfase ou na prometáfase. Nesses estágios os cro- mossomos são visíveis ao microscópio como uma dispersão cromossômica e cada cromossomo pode ser visto constituído de suas cromátides-irmãs, uni- das pelo centrômero. Além de seu tamanho, grande parte dos cromossomos podem ser diferen- ciados pela localização do centrômero. É visível como contrição primária, um marco citogenético, dividindo o cromossomo em dois braços: um curto (p) e um longo (q). 37 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Acesse o site FCiências e entenda detalhadamente sobre as técnicas para estudo e análises de cromossomos: https://www. fciencias.com/2014/07/13/tecnicas-de-analise- cromossomica/. É fundamental compreender que as diferentes técnicas para análises citoge- néticas são instrumentos de obtenção do diagnóstico do cromossomo. Uma vez, compreendido como anomalia, ou dano genético, é responsabilidade da Bioética analisar afundo os efeitos dos erros cromossômicos, além de buscar soluções preventivas e curativas. Desta forma-se o conhecimento científico é aplicado à sociedade a fim do bem-estar e saúde. As regras básicas para o manuseio e o sucesso do cultivo celular: • meio de cultura adequado com nutrientes específicos para cada tipo de amostra; • ambiente ideal para o trabalho – sala fechada sem trânsito de pessoas, desinfectada e todo o manuseio do material deve ser dentro da capela de fluxo laminar (Figura 5); • todos os produtos devem ser estéreis e de preferência descartáveis (frascos, tubos e pipetas); • estufa de CO2 ou estufa bacteriológica comum, regulada a 37ºC. 38 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FIGURA 4: EXEMPLO DE PESQUISA COM CULTIVO DE CÉLULAS EM LABORATÓRIO NAS CONDIÇÕES ADEQUADAS DE TRABALHO Fonte: Adaptada de Flickr (2020). Baixe o seguinte artigo para leitura: A inclusão de novas técnicas de análise citogenética aperfeiçoou o diagnóstico cromossômico da síndrome de Turner: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0004- 27302009000900010&script=sci_arttext. 39 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 2.4 EFEITOS DOS ERROS DURANTE A DIVISÃO CELULAR NO NÚMERO E ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS Um cariótipo humano é anormal se o número de cromossomos não for 46, ou se cromossomos individuais tiverem material genético extra, ausente ou re- arranjado. Os cromossomos anormais são a cauda mais frequente de abortos espontâneos contribuindo com pelo menos 50% deles. Para que o desenvolvimento aconteça de maneira correta é essencial à esta- bilidade do número de cromossomos. Qualquer modificação dos genes dis- postos nos cromossomos, tanto na estrutura quanto em número, pode alte- rar a expressão gênica produzindo um indivíduo fenotipicamente inviável ou anormal (MALUF; RIEGEL, 2011). Cada cromossomo é uma fita de DNA linear e contínua que contém um nú- mero variável de genes. A partir deste conhecimento, entende-se que qual- quer tipo de alteração pode trazer consequências graves ao fenótipo do portador, pelo aumento ou diminuição de cópias dos genes presentes nos cromossomos envolvidos. Logo, certas alterações são incompatíveis com a vida (MALUF; RIEGEL, 2011). Grande parte das alterações geram abortos espontâneos ou então possíveis con- sequências de anomalias no fenótipo. Isto depende de vários fatores: sua nature- za, o desequilíbrio do genoma, os genes específicos afetados e sua probabilidade de transmissão para as gerações seguintes. Portanto, a Genética possui um sério desafio que é a previsão de resultados, principalmente pré-natal. A perda do material codificante é mais grave do que o ganho deste material. Logo, as monossomias dos cromossomos autossômicos são todas inviáveis para a vida. Enquanto as trissomias dos cromossomos 13, 18 e 21 podem vir à vida (MALUF; RIEGEL, 2011). Vejamos oquadro a seguir com as principais anomalias cromossômicas: 40 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 QUADRO 1: RESUMO SOBRE AS ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS Tipo de Anomalia Definição Poliploidia Conjuntos extras de cromossomos Aneuploidia Um cromossomo extra ou faltando Monossomia Um cromossomo ausente Trissomia Um cromossomo extra Deleção Parte de um cromossomo faltando Duplicação Parte de um cromossomo presente duas vezes Inversão Segmento de cromossomo invertido Translocação Dois cromossomos juntam os braços longos ou trocam partes Fonte: Adaptado de Maluf e Riegel (2011). FIGURA 5: POLIPLOIDIA EM HUMANOS SÃO LETAIS. INDIVÍDUO COM TRÊS CÓPIAS DE CADA CROMOSSOMO (TRIPLOIDE) 1 2 3 54 6 7 8 9 1110 12 13 14 15 1716 18 19 20 21 2322 Fonte: Adaptada de Wikicommons (2020). 41 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Para aprofundar no conteúdo, acesse os sites: http: //www.pcs.uem.br/drgenetica/cariotipo/ resultados/alteracoes-cromossomicas https://ddd.uab.cat/pub/edlc/edlc_a2009nEXTRA/ edlc_a2009nExtrap2260.pdf 2.5 ALTERAÇÕES CROMOSSOMICAS NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS Alterações cromossômicas numéricas: são aquelas que correspondem ao acréscimo ou à perda de um ou mais cromossomos, e são classificadas em: euploidias e aneuploidias. As aneuploidias significam “conjunto não bom” e o erro meiótico que cauda aneuploidia é chamado de não-disjunção. Na meiose, os homólogos se se- param, e cada um dos gametas resultantes recebe apenas um membro de cada par cromossômico. Na não-disjunção, um par cromossômico falha em se separar na anáfase da primeira ou segunda divisão da meiose. Isto produz um espermatozoide ou ovócito que tem duas cópias de um determinado cro- mossomo, ou nenhuma e não o normal de uma cópia (KLUG et al., 2010). 42 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FIGURA 6: MEIOSE NORMAL, OCORRENDO DISJUNÇÃO DOS CROMOSSOMOS EM MEIOSE I E II Normal Normal Normal Meiose I Meiose II (a) Fonte: Adaptada de Maluf e Riegel (2011). FIGURA 7: NÃO OCORRE DISJUNÇÃO EM MEIOSE I: OS CROMOSSOMOS PATERNO E MATERNO DESLOCAM-SE PARA A MESMA CÉLULA-FILHA Não disjunção Normal Normal Meiose I Meiose II (b) Fonte: Adaptada de Maluf e Riegel (2011). 43 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA FIGURA 8: NÃO DISJUNÇÃO NA MEIOSE II. NA SEPARAÇÃO CENTROMÉRICA, AS DUAS CROMÁTIDES OU CROMOSSOMOS-FILHO, DESLOCAM-SE PARA FORMAR O MESMO GAMETA Normal Normal Não disjunção Meiose I Meiose II (c) Fonte: Adaptada de Maluf e Riegel (2011). As euploidias são alterações que envolvem todo o genoma, originando células que contêm um múltiplo exato de 23 cromossomos em seu núcleo, ou seja, um conjunto haploide a mais nas células, além do conjunto normal básico de cromossomos. Na espécie humana a ocorrência de euploidias é incompatível com a vida. Alterações cromossômicas estruturais: são aquelas que o material genético está em falta, extra ou invertido dentro de um cromossomo, ou partes combi- nadas ou trocadas de homólogos (translocações) (KLUG et al., 2010). 44 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 QUADRO 2: CAUSAS DAS ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS Anomalias numéricas Causas Poliploidia Erro na divisão celular (meiose ou mitose) no qual todos os pares de cromátides não se separam na anáfase. Múltipla fertilização. Aneuploidia Não disjunção (na meiose ou mitose) levando a perda ou cromossomo extra. Anomalias Estruturais Causas Deleções e duplicações Translocação Crossing entre um cromossomo que tem inversão pericêntrica e seu homólogo não-invertido. Translocação Troca entre cromossomos não-homólogos. Inversão Quebra e reunião de fragmento no mesmo cromossomo, mas com orientação errada. Dicêntrico e acêntrico Crossing entre um cromossomo com uma inversão paracêntrica e seu homólogo não invertido. Cromossomo em anel Um cromossomo perde telômeros e as pontas de fundem para formar um círculo. Fonte: Elaborado pela autora (2020). Pesquise e aprofunde-se no conteúdo ao ler os capítulos 7 e 8 do livro de Maluf e Riegel, 2011. 45 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 2.6 PRINCIPAIS SÍNDROMES CROMOSSOMICAS Existem dois tipos de anomalias cromossômicas: a primeira diz respeito a al- terações estruturais dos cromossomos, que são os pedacinhos dos genes que, juntos, formam o nosso DNA. Neste caso, o DNA do bebê apresenta pequenas falhas ou inversões em sua estrutura. A segunda é aquela que diz respeito às modificações numéricas, isto é, quando faltam ou sobram cromossomos. É importante frisar, neste caso, que alterações cromossômicas são diferentes das congênitas. Se no primeiro caso, o que ocorre é uma alteração nos genes, no segundo, a doença é hereditária, ou seja, transmitida dos pais para o filho. As mais comuns são: a Síndrome de Down, a Síndrome de Turner e a Síndro- me de Klinefelter. Contudo, existem outras como: Síndrome de Patau (Trisso- mia do 13), Síndrome de Edwards (Trissomia do 18) e entre outras. Vejamos a seguir o detalhamento de duas síndromes cromossômicas: Síndrome de Down ou Trissomia do 21: Ocorre uma mutação causada pela trissomia do cromossomo 21, isto é, os indivíduos portadores dessa síndrome possuem um cromossomo a mais no par 21 autossômico. A normalidade é conter cariótipo com 46 cromossomos, no entanto, esses apresentam 47. Esta alteração determina características como dobra extras nas pálpebras, chama- da prega epicântica, e a face achatada, estatura baixa, poucos pelos, língua grande que se projeta de lábios grossos. As mãos têm um padrão anormal de sulcos, articulações são frouxas, entre outras características. FIGURA 9: CARACTERÍSTICAS DE UMA PESSOA COM SÍNDROME DE DOWN Fonte: Plataforma Deduca (2020). 46 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FIGURA 10: CARIÓTIPO COM TRISSOMIA DO CROMOSSOMO 21 1 2 3 54 6 7 8 9 1110 12 13 14 15 1716 18 19 20 21 2322 Fonte: Adaptada de Wikicommons (2020). Trissomia do 18 – Síndrome de Edwards: A maioria das pessoas afetadas não sobrevive até o nascimento. As principais anomalias associadas incluem de- feitos cardíacos, um fígado deslocado, retardo de crescimento e mãos estra- nhamente fechadas. Visivelmente, a cabeça é achatada e estreita, orelhas de implantação baixa e de forma anormal boca e face pequena, impressões di- gitais incomuns ou ausentes. Grande parte dos casos está associada a não disjunção na meiose II durante a formação do ovócito. FIGURA 11: MÃO DE UM PACIENTE COM SÍNDROME DE EDWARDS Fonte: Adaptada de Wikicommons (2020). 47 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Realize a leitura do artigo a seguir e entenda mais sobre os detalhes desta síndrome: http://www. scielo.br/pdf/rpp/v31n1/19.pdf. CONCLUSÃO Esta unidade objetivou-se a apresentar uma reflexão sobre a Citogenética e o estudo das anomalias cromossômicas e seus efeitos sobre os fenótipos. Além de comparar as estruturas e a classificação dos cromossomos e estudar a apli- cação das técnicas em análises dos cromossomos. Desta forma, notamos os erros e as alterações cromossômicas na diferenciação das síndromes, bem como as consequências. Logo, notamos o quanto a Genética tem relevância no que tange a saúde das pessoas. Visto que esta ciência permitiu o avanço na área médica, atuando com prevenção, aconselhamento genético, tratamento de doenças e outras intervenções. OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 48 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017GENÉTICA > explicar as Leis de Mendel e suas aplicações na Genética; > esquematizar as interações gênicas e extensões do mendelismo; > diferenciar os estudos de heredograma, e a herança ligada ao sexo e mitocôndria. UNIDADE 3 49 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 3 GENÉTICA MENDELIANA E ESTUDO DAS GENEALOGIAS INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade abordará primeiramente os estudos de Mendel e suas contribui- ções para a Genética. Falaremos da Primeira e Segunda Lei explicando com detalhes como a escolha da espécie favoreceu para que as observações de Mendel pudessem ter resultados tão bem-sucedidos. O princípio da segrega- ção independente afirma que os genes que codificam diferentes característi- cas se separam de forma independente quando os gametas são formados. A segregação independente se baseia na separação aleatória dos pares homó- logos dos cromossomos na anáfase I da meiose; ela ocorre quando os genes que codificam duas características estão localizados em diferentes pares de cromossomos A Lei da Segregação e a Lei da Segregação Independente con- tinuam sendo válidas ainda que a descoberta dos genes e seus alelos fosse descoberta um período posterior a Mendel. Outro assunto importante que essa unidade abordará são as extensões ou variações do mendelismo em que são estudados os casos de codominância, dominância incompleta, epistasia e genes letais. 3.1 OS ESTUDOS DE MENDEL E SUA CONTRIBUIÇÃO PARA A GENÉTICA: PRIMEIRA LEI DE MENDEL Na unidade anterior, apresentamos a vocês quem foi Gregor Mendel e qual foi seu pioneirismo na Genética. Agora vamos estudar a Primeira Lei de Mendel de fato. Mendel fez experimentos com ervilhas da espécie Pisum sativum e as esco- lheu como organismo modelo pelos seguintes motivos: é uma planta de fácil cultivo com produção de muitas sementes, curto ciclo de vida o que possi- bilita observar as gerações em um espaço de tempo relativamente curto, a ervilheira possuía ainda características variadas, bem visíveis e distintas, fácil polinização artificial, capacidade de autofecundar-se e plantas hermafroditas 50 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 (KLUG et al., 2010; MALUF; RIEGEL, 2011; BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013; GRIFFITHS et al., 2019). FIGURA 1: CARACTERÍSTICAS DAS ERVILHEIRAS QUE FORAM OBSERVADAS POR MENDEL Fonte: Adaptada de Magalhães (2018). O experimento e seus resultados estão resumidos nos tópicos abaixo e foram realizados com base em Klug et al. (2010), Maluf e Riegel (2011), Borges-Osório e Robinson (2013) e Griffiths et al. (2019). Obtenção das linhagens puras Para conseguir plantas que produzissem somente sementes de uma deter- minada cor (verde ou amarela) ele realizou vários cruzamentos via autofecun- dação até que conseguiu obtê-las. Imagine que ele plantou as sementes e es- perou um ciclo de colheita até que a planta produzisse novamente os grãos. 51 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA FIGURA 2: A FIGURA MOSTRA OS DOIS EXPERIMENTOS PARA A COR DAS SEMENTES COM A GERAÇÃO F1 EXPRESSANDO UM FATOR DOMINANTE E A AUTOFECUNDAÇÃO GERANDO UMA F2 EM QUE APARECEU O FATOR RECESSIVO vv VV × Vv Geração P Geração F1 Vv Vv × Autofecundação Vv Vv Vv vv Geração F2 Fonte: Adaptada de Viveiros (2015). Geração Parental e 1° geração de filhos A partir dessas plantas que produziam sementes somente verdes ou somen- te amarelas ele cruzou a geração parental (geração P) usando a parte mascu- lina de uma planta com semente amarela e a feminina de uma planta com semente verde (ele cortou a outra parte ou fecundou antes que abrisse as duas partes para evitar a autofecundação). O resultado foi que Mendel obteve uma geração F1 com 100% de sementes amarelas. Segunda geração de filhos Em seguida, Mendel realizou uma autofecundação entre os indivíduos da ge- ração F1, obtendo uma geração F2 com proporção de três ervilhas amarelas para uma ervilha verde (75% amarelas e 25% verdes). A partir da observação deste fenômeno, Mendel pôde concluir que as ervilhas amarelas tinham um fator de dominância sobre as ervilhas verdes. Em seguida, observando individualmente outras características, da planta ele pôde concluir que, em todas as características, uma apresentava dominância sobre a outra. 52 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Conclusão e Postulado O cruzamento de duas características puras resulta em descendentes com genótipo híbrido, mas que se assemelha fenotipicamente ao genitor dominante. A herança de características é governada por um par de fatores hereditários que se segregam durante a formação dos gametas onde ocorrem em doses simples. Ao testar um fator por vez ele chama de herança por monohibridismo. Após a compreensão moderna da ciência e a descoberta dos genes podemos escrever desta maneira: O gene é o responsável por definir a coloração da ervilha, podendo ser representado em duas versões: verde ou amarelo. Essas duas versões de um gene são chamadas de alelos que estão localizados em algum lugar específico em um cromossomo denominado de lócus. A maioria dos organismos é diploide apresentando pares de cromossomos homólogos nas suas células, que contém duas cópias do mesmo gene. Um organismo em que estas duas cópias dos genes são idênticas é um organismo homozigótico, no que diz respeito àquele gene (homozigoto AA ou aa). Um organismo em que o mesmo gene é representado por alelos diferentes, é um organismo heterozigótico (Aa). Um dos alelos é dominante sobre o outro e se expressará no fenótipo. 3.2. SEGUNDA LEI DE MENDEL: ANÁLISE DA HERANÇA DE DUAS CARACTERÍSTICAS Mendel continuou a realizar os seus experimentos e dessa vez ao invés de es- tudar os eventos isolados, ele testou duas características por vez a coloração e o formato por exemplo. O seu objetivo era testar as chances de ocorrência de dois eventos independentes. O experimento da geração F2 e segundo postulado de Mendel foi escrito com base em Klug et al. (2010), Maluf e Riegel (2011) Borges-Osório e Robinson (2013) e Griffiths et al. (2019). Ele testou o cruzamento de plantas de linhagens puras que apresentavam se- mentes com os caracteres dominantes: Amarelo Liso e os caracteres recessivos, Verde Rugosa F1. E obteve toda geração 100% de sementes Amarelo e Lisa. 53 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA A Geração F2 foi novamente obtida por autofecundação e seus descendentes geraram quatro tipos de sementes. FIGURA 3: A FIGURA MOSTRA AS POSSÍVEIS COMBINAÇÕES NA FORMAÇÃO DA SEMENTE QUE OCORRERAM APÓS A AUTOFECUNDAÇÃO Geração P Sementes lisas, amarelas Sementes rugosas, verdes RRYY rryy × RY ry Fertilização A Métodos Sementes lisas, amarelas RrYy RY ry Ry rY Gametas Gametas Geração F1 Autofertilização B RRYY RrYy RRYy RrYY RrYy rryy Rryy rrYy RrYY rrYy RrYy rrYY RRYy Rryy RRyy RrYy RY ry Ry rY RY ry Ry rY Resultados Geração F2 C Razão Fenotípica 9 lisas e amarelas: 3 lisas e verdes: 3 rugosas e amarelas: 1 rugosa e verde Fonte: Adaptada de Pierce (2017). 54 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Conclusão Com este experimento Mendel pôde observar que na formação dos gametas os fatores responsáveis (genes) pelos dois caracteres testados (cor e textura) distribuíram-se de forma independente e tal fato permitiu o maior número de combinações. Em um gameta o gene dominante poderia tanto estar acompanhado do gene dominante quanto do recessivo. Levando-se em consideração que num cruza- mento os gametas masculinos e femininos unem-se de forma aleatória e dessa união podem resultar indivíduos com características distintas dos pais. A NationalGeographic disponibilizou um pequeno documentário muito interessante, recriando os estudos de Mendel sobre os Princípios da Hereditariedade. Acesse: https://www.youtube.com/ watch?v=tRFN7lSmhFg 3.3 INTERAÇÃO GÊNICA E EXTENSÕES DO MENDELISMO: CODOMINÂNCIA, DOMINÂNCIA INCOMPLETA, EPISTASIA E GENES LETAIS A interação gênica refere-se à situação de dois ou mais pares de alelos esta- rem envolvidos na expressão de uma característica. No exemplo clássico do cruzamento da ervilha (Mirabis jalapa) tanto a colora- ção branca quanto a coloração vermelha são de plantas duplamente homozi- gotas. A planta que produz flores rosa apresentam alelos heterozigotos. 55 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA FIGURA 4: AS FLORES DE ERVILHA BRANCAS E VERMELHAS SÃO HOMOZIGOTAS E QUANDO CRUZADAS APRESENTAM UM HETEROZIGOTO ROSA Fonte: Adaptada de Genética (2020). Neste caso podemos dizer que não houve expressão de dominância a nível fe- notípico, ou seja, a dominância é incompleta. Quando a flor rosa que contém os dois alelos é autofecundada ela produz indivíduos com as três qualidades de cores de flores. A cor rosa é expressa, pois, somente a expressão de dois genes para cor vermelha seria capaz de sintetizar quantidade suficiente da enzima catalizante da síntese do pigmento vermelho nas flores. Quando a interação alélica de um gene não resulta em dominância. Sendo que os indivíduos heterozigóticos apresentam os fenótipos relacionados aos dois alelos ao mesmo tempo. FIGURA 5: EXEMPLO DE CODOMINÂNCIA EM QUE O HETEROZIGOTO EXPRESSA A CARACTERÍSTICA DOS DOIS ALELOS SIMULTANEAMENTE Fonte: Adaptado de Aragão (2018). 56 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 O sistema ABO é um exemplo de codominância pesquise este fenômeno nos livros didáticos citados, nas referências disponíveis na biblioteca virtual. A epistasia é um exemplo de interação gênica. Neste tipo de interação a simples presença de um gene inibe a presença do outro gene. Um gene A estando pre- sente é o suficiente para uma indeterminação quanto à presença do b já que ele não se expressa em nível fenotípico. Se o gene epistático for dominante ele aparece em um alelo se for recessivo ele necessita dos dois para se manifestar. ALELOS LETAIS Quando uma combinação alélica homozigótica gerada em um descendente é responsável pela morte do individuo, seja em estados embrionários ou em outro estágio do desenvolvimento, os genes são chamados de alelos letais. Como a expressão deste alelo numa prole é de 25% se ocorrer uma perda da prole em algum estágio do seu desenvolvimento podemos inferir a presença de alelos letais. 57 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA FIGURA 6: A FIGURA MOSTRA A COLORAÇÃO DOS PELOS DOS CAMUNDONGOS E A CONDIÇÃO DUPLA HETEROZIGOTA QUE GERA A MORTE DO INDIVÍDUO AA Rato cutia AAy Rato amarelo AAy Rato amarelo AyAy Rato morto Ay Ay A A Fonte: Adaptada de Wikipedia (2020). Neste documentário são tratadas todas as questões da herança com o título genética baseada em evidência. Acesse: https://www.youtube.com/ watch?v=VXMxed9fXDQ 3.4 HEREDOGRAMAS E O CÁLCULO DAS PROBABILIDADES (REGRA DO “E” E DO “OU”) Pra se obter a descrição do histórico de incidência, ascendência e descendência de alguma característica familiar utiliza-se o heredograma ou genealogia que é um tipo de diagrama ou gráfico que se assemelha a uma árvore genealógica. Em seres com ciclo de vida curto em que se pode observar uma geração in- teira é feito cruzamentos-testes. No ser humano ou em outros animais isso não seria possível, pois, o ciclo é tão longo que extrapola o período de vida do pesquisador. A prole também é pouco numerosa o que diminui a robustez 58 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 das análises. Uma solução encontrada pode ser analisar o histórico familiar quanto à herança de alguma característica. Nesse levantamento é eu repre- senta o heredrograma. Para construir um heredrograma é necessário: I. Sexo feminino geralmente é representado por um círculo e sexo masculi- no por um quadrado, quando o sexo é indefinido é um losango. II. Posicionar as primeiras gerações mais acima da árvore e seus descen- dentes mais para baixo. III. Posicionar o casal lado a lado com o homem que geralmente é repre- sentado por um quadrado na esquerda e a mulher que geralmente é representada por um círculo à direita. IV. Posicionar os filhos da direita para esquerda conforme for a ordem de nascimento. V. As linhas horizontais simples correspondem ao casamento comum e as duplas indicam casamento consanguíneo. VI. Linhas verticais que saem de um casal indicam os filhos. VII. A cada geração que anterior é marcada por algarismos romanos, en- quanto indivíduos de cada uma são marcados por algarismos árabes, sempre da esquerda para a direita. VIII. A cor dos quadrados ou tipo e preenchimento indicam os caracteres estudados. FIGURA 7: ALGUNS POSSÍVEIS SÍMBOLOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DE GENEALOGIAS OU HEREDOGRAMAS Homem Mulher Sexo desconhecido ou não especificado Pessoa não afetada Pessoa afetada com traço Portador obrigatório (carreia o gene, mas não tem o traço) Portador assintomático (não afetado neste momento, mas pode exibir o traço posteriormente) Múltiplas pessoas (5) Pessoas falecidas 59 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Homem Mulher Sexo desconhecido ou não especificado Probando (primeiro membro da família afetado que recebe atenção do geneticista) P História familiar de pessoa desconhecida Família – pais e as três crianças: um menino e duas meninas em ordem de nascimento Adoção (ramificações incluem as pessoas adotadas; a linha pontilhada indica os pais adotivos, a linha contínua indica os pais biológicos) Gêmeos Consanguinidade (acasalamento entre parentes) Fonte: Adaptada de Pierce (2017). Na figura 7 foram apresentados alguns símbolos possíveis em uma genea- logia. Quando estudamos o homem buscamos compreender a transmissão de uma determinada anomalia ou característica ao longo das gerações. E a análise do heredograma irá fornecer a informação se esse fenótipo fornece a expressão de alelos dominantes ou recessivos ou ainda se a herança é autos- sômica ou ligada ao sexo. 60 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Regra do “e” / “ou” bem explicada, disponível em: https://cutt.ly/oydo4D7 3.5 HERANÇA LIGADA AO X Nos animais existem os pares de cromossomos homólogos que são conheci- dos como autossomos e um par de cromossomos não homólogos chamados heterossomos representados por X e Y. Enquanto os autossomos referem se a genes que formam características ligadas aos dois sexos os heterossomos restringem as características ligadas ao seu sexo. Os genes localizados nos cromossomos sexuais determinam a formação dos órgãos reprodutores, testículos e ovários. Lembrando que o cromossomo Y é exclusivamente masculino e o cromossomo X existe em dose dupla na mu- lher e o homem em dose simples. FIGURA 8: GENES LIGADOS AO SEXO NO CROMOSSOMO X NÃO SÃO HOMÓLOGOS AOS DO CROMOSSOMO Y Genes de Herança ligada ao sexo Genes de herança parcialmente ligada ao sexo Genes de herança restrita ao sexo X Y Fonte: Adaptada de Herança (2020). 61 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA Este é um belo resumo de herança ligada ao X fornecido por esse site internacional colaborativo Khan academy. Acesse: https://www.youtube.com/ watch?v=-L9jQxPZI1U Se o gene alterado está no cromossomo X e o caractere da herança é reces- siva, eles sempre vão se manifestar nos homens já que os mesmoscontém um cromossomo X não cotendo um gene para a característica normal. Nas mulheres as características recessivas podem se apresentar mais leves. Doença de Fabry recessiva ligada o X e Síndrome de Rett herança dominante ligada ao X. O risco de um filho ser afetado quando sua mãe carrega um gene alterado em um de seus cromossomos X é de 50% e 50% das filhas é de serem porta- doras do gene com defeito e, consequentemente, passar a seus filhos e filhas. 62 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 3.6 HERANÇA MITOCONDRIAL FIGURA 9: A IMAGEM MOSTRA UM DNA MITOCONDRIAL Fonte: Adaptada de Wikicommons (2020). Acredita-se que o DNA mitocondrial tenha surgido pelo evento da endossim- biose em uma célula eucariótica, a partir do englobamento de uma célula procariótica. A composição química do DNA mitocondrial é a mesma do DNA nucelar a di- ferença está na combinação das bases que formam um código genétipo pró- prio além de uma ampla região não codificadora que acredita-se que regula a transcrição e replicação deste DNA. Na maioria dos casos as heranças mitocon- driais provem de origem materna, pois está presente no óvulo. As mitocôndrias de origem paterna estão localizadas numa porção da cauda do espermatozoi- de que é eliminado por uma reação química na maioria das vezes não pene- trando o óvulo. Pesquisas recentes relataram que essa possibilidade de o óvulo englobar mitocôndrias masculinas é possível, mas são situações mais raras. Por vir geralmente do gameta materno chama-se de herança haploide. O DNA mitocondrial é utilizado em estudos de linhagens e evolução dos orga- nismos vivos por apresentar uma alta taxa de substituições de base (taxa evolu- tiva). A identificação do genoma e variabilidade genética entre as populações são testadas pelas técnicas de Enzimas de Restrição (RFLP), clonagem, ampli- ficação por PCR com digestão de endonucleases e sequenciamento genético. 63 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA A quantidade de expressão do traço da herança vai depender de quantos ovócitos recebeu mitocôndrias com o gene contendo a mutação de DNA, podendo ter traços mais fortes e mais suaves da doença. A identificação da doença pode ser dificultada por esse aspecto já que nem todas as células ou partes do corpo estão com a anomalia. Os homens que possuem a mutação do DNA mitocondrial possuem um risco baixíssimo de passar a doença para seus descendentes já as mulheres possuem 100% de chance. As doenças mitocondriais incluem doenças degenerativas e neoplásicas já que afetam o próprio processo e função das mitocôndrias nas células que in- cluem a respiração celular e ganho energético. A patologia será tanto mais grave quanto maior for a heteroplasmia, ou seja, maior a percentagem de DNA mitocondrial mutado. Os sites a seguir apresentam manuais médicos que demonstram anomalias e doenças cromossômicas. • h t t p s : / / w w w . m s d m a n u a l s . c o m /p t - b r / prof issional/pediatria/disfun%C3%A7%C3%B5es- m e t a b% C 3 % B 3 l i c a s - h e r e d i t % C 3 % A1 r i a s / dist%C3%BArbios-da-fosforila%C3%A7%C3%A3o- oxidativa-mitocondrial • https://www.msdmanuals.com/pt-br/profissional/ d i s t % C 3 % B A r b i o s - n e u r o l % C 3 % B 3 g i c o s / transtornos-de-movimento-e-cerebelares/ doen%C3%A7a-de-parkinson • https://dle.com.br/biologia-molecular-genetica- humana/mitocondriopatias Estes outros vídeos falam da variabilidade genética nas populações: • h t t p s : / / w w w . y o u t u b e . c o m / w a t c h? v = - O5PQB1CMZw • https://www.youtube.com/watch?v=cwy8ksSEKFk 64 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 CONCLUSÃO Esta unidade objetivou-se a apresentar um evento muito importante para a Genética que foram os experimentos de Mendel e os postulados que fo- ram obtidos como resultado de seus estudos. As Leis da Segregação e da Se- gregação Independente ainda são muito utilizadas e fornecem a base para Genética Moderna. Apresentamos também alguns exemplos de padrões de herança que embora se utilize dos conceitos de segregação são eventos di- ferenciados dos que Mendel testou. A interação alélica que mostra que dois ou mais pares de genes podem estar dando aspecto a uma determinada ca- racterística. Foram apresentadas neste sentido a dominância incompleta e a codominância mostrando características intermediárias nos fenótipos. Ainda foram mostrados os exemplos de epistasia que ocorrem quanto à presença de um gene impede a manifestação de seu alelo ou pode ocasionar a morte do indivíduo em qualquer estágio de vida nos genes letais. Apresentamos a montagem de um heredograma ou genealogia e seu funcionamento e uti- lidade para estudar doenças hereditárias humanas. Apresentamos também padrões de herança que podem ser autossômicas recessivas e dominantes ligadas ao cromossomo X e mitocondriais. OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 65 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA > apontar a importância dos mapas genéticos e dos mapas cromossômicos; > descrever os mecanismos de ligação e recombinação gênica; > explicar os fatores que compõem os mapas genéticos e sua importância. UNIDADE 4 66 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA 4 LIGAÇÃO E RECOMBINAÇÃO GÊNICA E MAPAS GENÉTICOS INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade abordará os mecanismos de transmissão da herança genética comparando os padrões mendelianos em que em que os genes se encon- tram em cromossomos homólogos com outro mecanismo de transmissão em que os genes diferentes se encontram no mesmo cromossomo, situação conhecida como ligação genica. Sendo que o trabalho mais reconhecido so- bre ligação gênica se deve a Morgan e seu discípulo Sturtevant que relaciona- ram os desvios da segregação independente à presença dos genes no mes- mo cromossomo e propuseram a utilização da frequência de recombinação desses genes para a realização do mapeamento genético. Genes ligados não obedece estritamente ao princípio de Mendel da segrega- ção independente; em vez disso, eles tendem a ser herdados juntos. Esta ten- dência requer uma nova abordagem para compreender sua herança e prever os tipos de descendentes produzidos. Uma informação crítica necessária para prever os resultados desses cruzamentos é o arranjo dos genes nos cromosso- mos; para isso será necessário pensar na relação entre genes e cromossomos. Para compreender a herança dos genes ligados é preciso fazer a conexão con- ceitual entre os genótipos em um cruzamento e o comportamento dos cro- mossomos na meiose. 4.1 A IMPORTÂNCIA DOS MAPAS GENÉTICOS; MAPAS GENÉTICOS DOS CROMOSSOMOS O mapa genético de uma espécie é um modelo artificial que representa o uma organização linear de um grupo de genes ou marcadores genéticos. 67 GENÉTICA MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 O artigo abaixo explica os detalhes do mapeamento genético em plantas. CARNEIRO, M. S.; VIEIRA, M. L. C. Mapas genéticos em plantas. Bragantia, Campinas, v. 61, n. 2, p. 89- 100, ago. 2002. Disponível em: http://www.scielo. br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0006- 87052002000200002&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 8 fev. 2020. Para a construção de um mapa genético de ligação é necessário que os ge- nes ou marcadores genéticos sejam de herança simples. As seguintes etapas devem ser seguidas para a construção de um mapa de ligação ou mapa genético. FIGURA 1: REPRESENTAÇÃO DE UM MAPA GENÉTICO, UM MAPA CROMOSSÔMICO, UM MAPA FÍSICO E UM SEQUENCIAMENTO DE DNA Fonte: Adaptada de Wikicommons (2020). 68 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 GENÉTICA
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