Fundamentos de Genética

entos , "it'W .......... A5"0CIAÇÃO DE C!!'tEITOI RE>'ltOCRÂFICOS R.espeite <> Jireit<> aut<>ra! Grupo Editorial - - - - - - - - - - - - - - Nacional O GEN 1 Grupo Editorial Nacional reúne as editoras Guanabara Koogan, Santos, Roca, AC Farmacêutica, Forense, Método, LTC, E.P.U. e Forense Universitária, que publicam nas áreas científica, técnica e profissional. Essas empresas, respeitadas no mercado editorial, construíram catálogos inigualáveis, com obras que têm sido decisivas na formação acadêmica e no aperfeiçoamento de várias gerações de profissionais e de estudantes de Administração, Direito, Enferma- gem, Engenharia, Fisioterapia, Medicina, Odontologia, Educação Física e muitas outras ciências, tendo se tornado sinônimo de seriedade e respeito. Nossa missão é prover o melhor conteúdo científico e distribuí-lo de maneira flexível e conveniente, a preços justos, gerando benefícios e servindo a autores, docentes, livrei- ros, funcionários, colaboradores e acionistas. Nosso comportamento ético incondicional e nossa responsabilidade social e ambiental são reforçados pela natureza educacional de nossa atividade, sem comprometer o cres- cimento contínuo e a rentabilidade do grupo. entos , Sexta edição D. Peter Snustad U niversity of Minnesota Michael J. Simmons U niversity of Minnesota Revisão técnica Cláudia Vitória de Moura Gallo Bacharel em Ciências Biológicas, Modalidade Médica pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Mestre em Ciências (Bioquímica) pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Doutora em Biologia Molecular pelo Instituto Jacques Monod, Universidade Paris VII, Paris - França. Professora Associada do Departamento de Genética do Instituto de Biologia Roberto Alcântara Gomes da UERJ. Tradução Cláudia Lúcia Caetano de Araújo JV!édica GUANABARA KOOGAN • Os autores deste livro e a EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. empenharam seus melhores esfor- ços para assegurar que as informações e os procedimentos apresentados no texto estejam em acordo com os padrões aceitos à época da publicação, e todos os dados foram atualizados pelos autores até a data da entrega dos originais à editora . Entretanto, tendo em conta a evolução das ciências da saúde, as mudanças regulamentares governamentais e o constante fluxo de novas informações sobre terapêutica medicamentosa e reações adversas a fármacos, recomendamos enfaticamente que os leitores consultem sempre outras fontes fidedignas, de modo a se certificarem de que as informações contidas neste livro estão corretas e de que não houve alterações nas dosagens recomendadas ou na legislação regulamentadora. Adicionalmente, os leitores podem buscar por possíveis atualizações da obra em http://gen-io.grupogen .com .br. • Os autores e a editora se empenharam para citar adequadamente e dar o devido crédito a todos os detentores de direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo-se a possíveis acertos posteriores caso, inadvertida e involuntariamente, a identificação de algum deles tenha sido omitida. • Traduzido de: PRINCIPLES OF GENETICS, SIXTH EDITION Copyright © 2012, 2009, 2006, 2003, 2000, and 1997 John Wiley & Sons , Inc. All Rights Reserved. This translation published under license. ISBN: 978-1-11812921-0 • Direitos exclusivos para a língua portuguesa Copyright © 2013 by EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. Uma editora integrante do GEN 1Grupo Editorial Nacional Travessa do Ouvidor, 11 Rio de Janeiro - RJ - CEP 20040-040 Tels .: (21) 3543-0770/(11) 5080-0770 1Fax: (21) 3543-0896 www.editoraguanabara.com.br 1www.grupogen .com.br [email protected] , • Reservados todos os direitos. E proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, em quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, dis- tribuição pela Internet ou outros), sem permissão, por escrito, da EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. • Capa: Renato de Mello Editoração eletrônica: ,..-Anthares • Ficha catalográfica S651f 6.ed. Snustad, D . Peter, 1940- Fundamentos de genética I D . Peter Snustad, Michael J. Simmons; tradução Cláudia Lúcia Caetano de Araújo . - 6. ed . -Rio de Janeiro: Guanabara Koogan , 2013 . Tradução de: Principles of genetics ISBN 978-85-277-2277-3 1. Genética humana. I. Simmons, Michael J. II . T ítulo . 13-1493. CDD: 576.5 CDU: 575 icatória AJudy, minha mulher e melhor amiga. D.P.S. A minha família, especialmente a Benjamin. M.J.S. re os Autores D. Peter Snustad é Professor Emérito na University of Min11esota, Twin Cities. Graduado pela Univer- sity of Minnesota e pós-graduado (mestrado e doutorado) pela University of California, Da\ris. Iniciou a carreira de docente no Department of Agronomy and Plant Genetics, em Mi11nesota em 1965, tornou-se membro fundador do novo Department of Genetics em 1966 e transferiu-se para o Department of Plant Biology em 2000. Durante seus 43 anos em Minnesota, ministrou cursos sobre vários temas, desde a biolo- gia geral até a genética bioquímica. Sua pesquisa inicial concentrou-se nas interações entre o bacteriófago T4 e seu hospedeiro, a E. coli. Na década de 1980, passou a pesquisar o citoesqueleto de Arabidopsis e os genes da glutamina sintetase do milho. Dentre outras homenagens, recebeu os prêmios Morse-Amoco e Dagley Memorial para o ensino, e foi eleito para Fellow da America11 Association for the Ad\ra11cement of Science. O amor pela natureza canadense manteve-o próximo à Minnesota. MichaelJ. Simmons é Professor 110 Department of Genetics, Cell Biology a11d Development na Universi- ty of Minnesota, T\vin Cities. Graduou-se em Biologia em St. Vi11ce11t College, em Latrobe, Pe11nsylvania, e co11cluiu o mestrado e o doutorado em Genética na University of Wisconsin, Madison. Dr. Simmons já mi- nistrou vários cursos, entre eles Genética e Genética de Populações. Também orientou muitos estudantes em projetos de pesquisa. No início da carreira recebeu o prêmio Morse-Amoco para o e11sino da University of Min11esota em reconhecimento a suas contribuições para o e11sino u11iversitário. A pesquisa do Dr. Sim- mons concentra-se 110 significado ge11ético de elementos tra11sponíveis no genoma de Drosophila melanogas- ter. Ele atuou em comitês co11sultivos 110 National Institutes of Health e foi membro do corpo editorial da revista Genetics durante 21 anos. Uma de suas atividades favoritas, a patinação artística, é particularmente compatível com o clima de Minnesota. Material Suplementar Este livro conta com o seguinte mate1ial suplementar: • Explicações passo a passo das respostas dos problemas do boxe Resolva! • Todas as respostas da seção Autoavaliação (restrito a docentes) Para ter acesso a esse conteúdo, que é gratuito, o docente ou leitor deve se cadastrar em http:/ / gen-io.grupogen.com.br. Além disso, para que este material específico seja válido, é n ecessário que se informe o código existente na etiqueta colada n a parte interna da capa do livro. *** *O _ __ GEN-10(GEN1 Informação Online) é o repositório de materiais suplementares e de serviços relacionados com livros publicados pelo GEN 1Grupo Editorial Nacional, maior conglomerado brasileiro de editoras do ramo científico-técnico-profissional, composto por Guanabara Koogan, Santos, Roca, AC Farmacêutica, Forense, Método, LTC, E.P.U. e Forense Universitária. Os materiais suplementares ficam disponíveis para acesso durante a vigência das edições atuais dos livros a que eles correspondem. . " Pre ac10 As pesquisas em genética ''êm ª'rançando rapidamen- ~ terapia gênica e aconselhamento genético em todo te. E possível analisar com muitos detalhes o DNA dos ge- o texto. Questões como triagem genética, análise do nomas, mesmo os grandes, estudar as funções de genes perfil de DNA, engenharia ge11ética, clo11agem, pes- individuais por meio de uma série de técnicas impressio- quisa com células-tronco e terapia gênica incitaram nantes, bem como modificar geneticamente organismos de11sos debates sobre as ramificações sociais, jurídicas ~ mediante introdução de genes estranhos ou alterados em e éticas da ge11ética. E importante que os estuda11tes seus genomas. Os métodos de ensino e apre11dizado da sejam incluídos nas discussões sobre essas questões, e genética também estão mudando. Muitos são os recursos este livro garante-lhes os requisitos para tal. eletrônicos para garantir acesso a i11formações e transmi- • Foco no desenvolvimento de habilidades de reflexão, ti-las, mídias novas e atraentes estão sendo desenvolvidas, e11fatizando a análise de dados experimentais e pro- e as salas de aula de diversas i11stituições estão se11do refor- blemas. A ge11ética sempre foi um pouco difere11te de madas para i11corporar estratégias de "aprendizado ativo". outras disciplinas na Biologia em vista da forte ênfase Esta edição de Funda1nentos de Genética foi elaborada para na solução de problemas. Neste texto, a natureza ana- reconhecer esses ava11ços científicos e educacionais. lítica da genética é detalhada de muitas maneiras - o desenvolvimento de princípios i1a genética clássica, a discussão dos experimentos na genética molecular e a Objetivos apresentação dos cálculos na genética de populações. Em todo o livro, enfatiza-se a integração dos dados de Funda1nentos de Genética apresenta um equilíbrio entre observação e experimentais com a análise lógica para o novas informações e conceitos fundamentais. A preparação dese11volvimento de co11ceitos-chave. Cada capítulo tem desta edição foi pautada em quatro objetivos principais: dois grupos de problemas resolvidos - a seção Exercícios, que contém problemas simples de aplicação da análi- • Foco nos princípios básicos da genética, com apresen- se ge11ética básica, e a seção Autoavaliação, que contém tação minuciosa e completa dos importantes concei- problemas mais complexos que integram diferentes tos da genética clássica, molecular e de populações. co11ceitos e téc11icas. Um conjunto de Avaliações adicio- A base sólida é essencial para a compree11são dos nais acompa11ha os problemas resolvidos, de modo que avanços atuais da genética e o reconhecimento de seu os estudantes compreendam melhor os co11ceitos do significado prático. Além disso, a exte11são e a profun- capítulo e dese11volvam a capacidade de análise. Outra didade da cobertura das diferentes áreas da genética - seção, Genômica na Web, aprese11ta questões que podem clássica, molecular e de populações - têm de ser equi- ser respondidas por meio de pesquisa no site do Natio- libradas, e o volume de informações em permanente nal Ce11ter for Biotechnology Informatio11. Nesta seção, expansão na genética tem de ser organizado por um os estuda11tes aprendem a usar o gra11de repositório de modelo forte, mas flexível, de conceitos-cha,re. informações genéticas acessíveis no site e podem aplicar • Foco no processo científico, mostrando como se dá o as informações em problemas específicos. Cada capítu- desenvolvimento dos conceitos científicos a partir de lo co11ta ainda com uma seção, Probl,e1na resolvido, que observações e experimentos. Esta obra apresenta mui- propõe um problema, lista os fatos e conceitos perti- tos exemplos de como os princípios genéticos emer- ne11tes, a11alisa-o e apresenta sua solução. Por fim, outra giram do trabalho de diferentes cientistas. A ciência novidade: os boxes Resolva! gara11tem aos estudantes a é enfatizada como um processo contí11uo de observa- oportunidade de testar a compreensão dos conceitos ção, experimentação e descoberta. estudados. As respostas para as questões apresentadas • Foco na genética humana, incorporando exemplos nos boxes Resolva! estão disponíveis no site http:/ / gen- huma11os e mostrando a rele,rância da genética nas -io.grupogen.com. br. questões relati,ras à sociedade. A experiência mostra que os estudantes têm interesse especial pela genética da sua própria espécie e que, por isso, compree11dem Conteúdo e organização com mais facilidade os conceitos complexos quando ilustrados com exemplos humanos. Desse modo, sem- da sexta ediç_ ão_ _ _ _ __ pre que possível, esses exemplos foram usados. l11cluí- mos também discussões do Projeto Genoma Humano, A organização desta edição de Funda1nentos de Genética mapeame11to de ge11es humanos, distúrbios genéticos, é semelha11te à anterior. O conteúdo, porém, foi depu- ••• VIII Fundamentos de Genética rado e atualizado para tornar possível a atualização cui- • Em foco. Os boxes Em foco apresentam tópicos espe- dadosa. Ao selecionarmos o material a ser incluído nesta ciais. O conteúdo desses boxes reforça ou expande edição, tentamos ser abrangentes, mas não enciclopédi- conceitos, técnicas ou habilidades descritos no texto. cos. • O futuro. O conteúdo desses boxes destaca novas e em- O texto foi dividido em 24 capítulos, um a menos polgantes descobertas em genética - com frequência, que a edição anterior. Os Capítulos 1 e 2 apresentam tema de pesquisas correntes. a ciência da genética, aspectos básicos da reprodução • Problema resolvido. Cada capítulo conta com um boxe celular e alguns organismos genéticos-modelo; os Capí- que orienta o estudante na análise e na solução de um tulos 3 a 8 apresentam os conceitos da genética clássica problema que inclua conteúdo importante do capí- e os procedimentos básicos da análise genética de mi- tulo. O boxe lista fatos e conceitos relevantes para o crorganismos; os Capítulos 9 a 13 apresentam os tópicos problema e, depois, explica como resolvê-lo. da genética molecular, entre eles replicação do DNA, • Resolva!Cada capítulo contém dois boxes Resolva!Nes- transcrição, tradução e mutação; os Capítulos 14 a 17 te boxe, há sempre um problema relacionado com os abordam tópicos mais avançados de genética molecular conceitos apresentados no texto, possibilitando a ava- e genômica; os Capítulos 18 a 21 tratam da regulação liação da compreensão de conceitos-chave. A solução, da expressão gênica e da base genética do desenvolvi- passo a passo, de cada problema está disponível no site mento, da imunidade e do câncer; os Capítulos 22 a 24 http:/ /gen-io.grupogen.com.br. apresentam os conceitos de genética quantitativa, de po- • Exercícios. No fim de cada capítulo, apresentamos vá- pulações e evolutiva. rios problemas resolvidos para reforçar os conceitos Como nas edições anteriores, tentamos criar um texto fundamentais apresentados. O objetivo desses exercí- adaptável a diferentes formatos de curso. Muitos profes- cios simples, em uma etapa, é ilustrar a análise genéti- sores preferem apresentar os tópicos da mesma maneira ca básica ou destacar informações importantes. que apresentamos, começando com a genética clássica, • Autoavaliação. Cada capítulo também tem problemas avançando para a genética molecular e terminando com resolvidos mais complexos para ajudar os estudantes a genética quantitativa, de populações e evolutiva. No en- a aprimorarem a capacidade de análise e solução de tanto, o texto foi elaborado de modo que os docentes problemas. Os problemas dessa seção destinam-se a possam apresentar os tópicos em diferentes ordens. Eles integrar diferentes conceitos e técnicas Na análise de podem, por exemplo, começar com genética molecular cada problema, mostramos o passo a passo da solução. básica (Capítulos 9 a 13), depois apresentar a genética • Avaliação adicional. Cada capítulo termina com um con- clássica (Capítulos 3 a 8), passar a tópicos mais avançados junto de questões e problemas de dificuldades variadas, de genética molecular (Capítulos 14 a 21) e terminar o organizados de acordo com a sequência de tópicos no curso com a genética quantitativa, de populações e evolu- capítulo. As questões e os problemas mais difíceis são tiva (Capítulos 22 a 24). Outra opção é inserir a genética identificados por números coloridos. Esses conjuntos quantitativa e de populações entre a genética clássica e a de questões e problemas dão aos estudantes a oportuni- molecular. dade de compreender melhor os conceitos abordados no capítulo e desenvolver a capacidade de análise. • Genômica na web. As informações sobre genomas, Pedagogia da sexta ediç_ã_o _ genes, sequências de DNA, organismos mutantes, sequências de polipeptídios, vias bioquímicas e re- O texto contém recursos especiais destinados a enfati- lações evolutivas estão disponíveis gratuitamente em zar a relevância dos tópicos expostos, facilitar a compre- diversos sites na internet. A consulta a essas infor- ensão de conceitos importantes e ajudar os estudantes a mações faz parte da rotina dos pesquisadores, e nós avaliarem seus conhecimentos. acreditamos que os estudantes devem se familiarizar • Narrahva de abertura do capítulo. Cada capítulo ini- com elas. Com esse objetivo, ao fim de cada capítu- cia-se com um breve texto que destaca o significado lo, foi incluída uma série de questões que podem ser dos tópicos apresentados. respondidas por consulta ao site do National Center • Sumário do capítulo. As principais seções são apresen- for Biotechnology Information (NCBI), patrocinado tadas, de maneira conveniente, na primeira página de pelo National Institutes of Health dos Estados Uni- cada capítulo. dos. • Resumo da seção. Há um breve resumo do conteúdo no • Apêndices. Cada Apêndice apresenta conteúdo técnico início de cada seção principal do texto. Esses resumos útil para análise genética. introdutórios concentram a atenção nas principais • Glossário. , Nesta seção são definidos termos importan- ideias expostas no capítulo. tes. E um ótimo recurso para esclarecer alguns tópicos • Pontos essenciais. Esses recursos estão no fim de cada e se preparar para provas. seção principal de um capítulo. O objetivo é ajudar os • Respostas. As respostas aos itens de número ímpar da alunos a estudarem para as provas e a recapitularem as seção Avaliação adicional podem ser encontradas no principais ideias do conteúdo estudado. fim do livro. Fundamentos de Genética ix Ohio State University- Columbus; Sarah VanVickle-Cha- A radecimentos vez, Washington University in St. Louis; Willem Vermer- ris, University of Florida; Alan S. Waldman, University of Como as anteriores, esta edição de Fundamentos de Gené- South Carolina - Columbia. tica teve muita influência dos cursos em que lecionamos. Muitas pessoas contribuíram para a elaboração e pro- Agradecemos a nossos alunos, pelas opiniões construtivas dução desta edição. Kevin Witt, Editor Sênior, e Michael sobre o conteúdo e o método pedagógico, e a nossos co- Palumbo, Editor Assistente, iniciaram o projeto e deram legas da University ofMinnesota, por compartilharem seu ideias para alguns aspectos do texto. A Dra. Pamela Mar- conhecimento e experiência. Professores de Genética de outras instituições também contribuíram com muitas su- shall, da Arizona State University, sugeriu muitas ma- gestões úteis. Agradecemos especialmente aos revisores neiras de aperfeiçoar a edição anterior, e um grupo de desta e das edições anteriores, destacados a seguir. professores de genética comentou cuidadosamente suas sugestões. Os membros desse grupo foram: Anna Agua- no, Manhattan Marymount College; Robert Fowler, San Jose State University;Jane Glazebrook, University ofMin- Revisores da 6ª edição nesota; Shawn Kaeppler, University of Wisconsin; Todd Ann Aguano, Manhattan Marymount College; Mary Kelson, Brigham Young University- Idaho; e Dwayne A. A. Bedell, University of Georgia; Jonathan Clark, Weber Wise, Mississippi State University. Agradecemos a esses State University; Robert Fowler, Sanjose State University; experientes professores de genética pela contribuição. Cheryl Hertz, Loyola Marymount University; Shawn Ka- Jennifer Dearden e Lauren Morris ajudaram em mui- eppler, University of Wisconsin; Todd Kelson, Brigham tos detalhes logísticos na preparação desta edição, e Lisa Young University - Idaho; Richard D. Noyes, University Passmore pesquisou e conseguiu muitas fotografias no- ofCentralArkansas; Maria E. Orive, UniversityofKansas; vas. Jennifer MacMillan, Editora de Fotografia Sênior, Rongsun Pu, Kean University. coordenou com competência todo o programa de fotos. Somos gratos pela contribuição de todos. Agradecemos a Maureen Eide, Designer Sênior, por criar um novo layout do texto, e a Precision Graphics e Aptara por fazerem as Revisores das edições anteriores ilustrações. Elizabeth Swain, Editora de Produção Sênior, Michelle Boissere, Xavier University of Louisiana; coordenou fantasticamente a produção desta edição; Betty Stephen P. Bush, Coastal Carolina University; Sarah Cra- Pessagno preparou fielmente os originais; Lilian Brady wford, Southem Connecticut State University; Xiongbin fez a leitura de prova e Stephen Ingle preparou o índice Lu, University of South Carolina - Columbia; Valery N. alfabético. Somos muito gratos a todas essas pessoas pelo Soyfer, George Mason University; David Starkey, Univer- excelente trabalho. Agradecemos também a Clay Stone, sity of Central Arkansas; Frans Tax, U niversity of Arizona; Gerente Executivo de Marketing, que envidou seus esfor- Tzvi Tzfira, University of Michigan; Harald Vaessin, The ços para que esta edição chegasse às mãos dos leitores. . , umar10 Capítulo 1 Capítulo 3 Ciência da Genética, 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos Um convite, 2 da Herança, 38 Três grandes marcos da genética, 2 Estudos de Mendel sobre a hereditariedade, 39 Mendel 1Os genes e as regras da herança, 2 Organismo experimental de Mendel, a ervilha, 39 Watso11eCrick1 A estrutura do DNA, 3 Cruzame11tos mono-híbridos 1Os princípios da Projeto Genoma Humano 1Sequenciame11to do dominâ11cia e da segregação, 39 DNA e catalogação dos ge11es, 4 Cruzame11tos <li-híbridos 1O princípio da DNA como material genético, 6 distribuição independente, 42 Replicação do DNA 1Propagação Aplicações dos princípios de Mendel, 44 da informação genética, 6 Método do quadrado de Punnett, 44 Expressão gê11ica 1Uso da informação genética, 6 Método da linha bifurcada, 44 Mutação 1 Mudança na informação ge11ética, 8 Método da probabilidade, 44 Genética e evolução, 1O Teste das hipóteses genéticas, 47 Teste do qui-quadrado, 47 Níveis de análise genética, 10 Ge11ética clássica, 11 Princípios mendelianos em genética humana, 50 Genética molecular, 11 Heredogramas, 50 Genética de populações, 11 Segregação mendeliana em famílias humanas, 51 Aconselhamento genético, 52 Genética no mundo 1 Aplicações da genética nos empreendimentos humanos, 12 Genética na agricultura, 12 Capítulo 4 Ge11ética na medicina, 13 Ge11ética na sociedade, 14 Extensões do Mendelismo, 61 Variação alélica e função gênica, 62 Domi11â11cia incompleta e codominâ11cia, 62 Capítulo 2 Alelos múltiplos, 63 Reprodução Celular, 17 Série alélica, 63 Testando mutações gê11icas para alelismo, 64 Células e cromossomos, 18 Variação entre os efeitos das mutações, 65 Ambiente celular, 18 Funções dos genes na produção Células procarióticas e eucarióticas, 18 de polipeptídios, 66 Cromossomos 1Onde estão localizados Por que algumas mutações são dominantes os ge11es, 20 e outras recessivas?, 67 Divisão celular, 21 Ação gênica 1 Do genótipo ao fenótipo, 69 Mitose, 22 I11fluência do ambie11te, 69 Meiose, 25 Efeitos ambientais sobre a expressão de Meiose I, 26 genes humanos, 70 Meiose II e os resultados da meiose, 30 Penetrâ11cia e expressividade, 70 Ciclos de vida de alguns organismos I11terações gê11icas, 70 genéticos-modelo, 31 Epistasia, 71 Saccharomyces cerevisiae, fermento Pleiotropia, 74 para pão, 31 Endogamia 1 Outro olhar nos heredogramas, 76 Arabidopsis thaliana, uma planta de Efeitos da endogamia, 76 crescimento rápido, 32 Análise genética da endogamia, 77 Mus 1nitsculits, o camundo11go, 32 Medida das relações ge11éticas, 79 xii Fundamentos de Genética Capítulo 5 Capítulo 7 Base Cromossômica do Mendelismo, 88 Ligação, Crossing over e Mapeamento Cromossomos, 89 Cromossômico em Eucariotos, 134 Número de cromossomos, 89 Ligação, recombinação e crossing over, 135 Cromossomos sexuais, 89 Evidências iniciais da ligação Teoria cromossômica da hereditariedade, 90 e recombinação, 135 Evidências experimentais que associam Crossing over como base física a herança de genes aos cromossomos, 91 da recombinação, 137 Não disjunção como comprovação da teoria Evidências de que o crossing over causa cromossômica, 91 recombinação, 139 Base cromossômica dos princípios de segregação e Quiasmas e o momento do crossingover, 139 distribuição independente de Mendel, 93 Mapeamento cromossômico, 140 Genes ligados ao sexo em seres humanos, 96 Crossing over como medida de Hemofilia, distúrbio da coagulação sanguínea distância genética, 140 ligado ao X, 97 Mapeamento de recombinação com um Discromatopsia, um distúrbio da visão cruzamento-teste de dois pontos, 141 ligado ao X, 98 Mapeamento de recombinação com um Genes no cromossomo Y humano, 98 Genes nos cromossomos X e Y, 99 cruzamento-teste de três pontos, 142 Frequência de recombinação e distância Cromossomos sexuais e determinação do sexo, 99 no mapa genético, 145 Determinação do sexo em seres humanos, 99 Determinação do sexo em Drosaphila, 100 Mapeamento citogenético, 147 Determinação do sexo em outros animais, 100 Localização de genes com o auxílio das deleções e duplicações, 147 Compensação de dose de genes ligados ao X, 102 Distância genética e distância física, 149 Hiperativação de genes ligados ao X em machos de Drosophila, 102 Análise de ligação em seres humanos, 150 Inativação de genes ligados ao X em Recombinação e evolução, 152 fêmeas de mamíferos, 102 Significado evolutivo da recombinação, 152 Supressão da recombinação por inversões, 152 Controle genético da recombinação, 154 Capítulo 6 Variação no Número e na Estrutura dos Capítulo 8 Cromossomos, 109 Técnicas citológicas, 110 Genética de Bactérias e seus Vírus, 163 Análise de cromossomos mitóticos, 11 O Vírus e bactérias em genética, 164 Cariótipo humano, 111 Genética dos vírus, 165 Variação citogenética 1Considerações gerais, 112 Bacteriófago T 4, 165 Poliploidia, 113 Bacteriófago lambda, 166 Poliploides estéreis, 114 Genética das bactérias, 169 Poliploides férteis, 114 Genes mutantes em bactérias, 170 Poliploidia e poli tenia tecido-específica, 116 Transferência gênica unidirecional Aneuploidia, 118 em bactérias, 171 Trissomia em seres humanos, 118 Monossomia, 120 Mecanismos de troca genética em bactérias, 171 Deleções e duplicações de segmentos Transformação, 172 cromossômicos, 121 Conjugação, 174 Plasmídios e epissomos, 178 Rearranjos da estrutura do cromossomo, 124 Fatores F' e sexodução, 181 Inversões, 125 Transdução, 182 Translocações, 125 Cromossomos compostos e translocações Significado evolutivo da troca genética robertsonianas, 127 em bactérias, 186 ••• Fundamentos de Genética XIII Capítulo 9 Múltiplas DNA polimerases e revisão, 241 O primossomo e o replissomo, 244 DNA e a Estrutura Molecular Replicação por círculo rolante, 245 dos Cromossomos, 193 Aspectos específicos da replicação de Funções do material genético, 194 cromossomos eucarióticos, 247 Ciclo celular, 247 Comprovação de que as informações genéticas Múltiplos réplicons por cromossomo, 247 são armazenadas no DNA, 194 Duas ou mais DNA polimerases em uma única Comprovação de que o DNA é o mediador da forquilha de replicação, 249 transformação, 194 Duplicação de nucleossomos nas forquilhas de Comprovação de que o DNA contém as informações replicação, 250 genéticas no bacteriófago T2, 195 Telomerase 1 Replicação das terminações do Comprovação de que o RNA armazena as cromossomo, 251 informações genéticas em alguns vírus, 197 Comprimento do telômero e envelhecimento Estruturas do DNA e do RNA, 198 em seres humanos, 252 Natureza das subunidades químicas no DNA e no RNA, 198 Estrutura do DNA 1 A dupla hélice, 198 Capítulo 11 Estrutura do DNA 1 Formas alternativas da dupla hélice, 204 Transcrição e Processamento Estrutura do DNA 1 Super-hélices do RNA, 260 negativas in vivo, 205 Transferência de informações genéticas 1 Estrutura do cromossomo em O dogma central, 261 procariotos e vírus, 206 Transcrição e tradução, 261 Estrutura do cromossomo em eucariotos, 207 Cinco tipos de moléculas de RNA, 263 Composição química de cromossomos Processo de expressão gênica, 263 eucarióticos, 208 Um mRNA intermediário, 263 Uma grande molécula de DNA Aspectos gerais da síntese de RNA, 265 por cromossomo, 209 Transcrição em procariotos, 267 Três níveis de empacotamento do DNA em RNA polimerases 1 Enzimas complexas, 267 cromossomos eucarióticos, 209 Iniciação de cadeias de RNA, 268 Centrômeros e telômeros, 212 Alongamento de cadeias de RNA, 268 Sequências repetidas de DNA, 215 Término das cadeias de RNA, 268 Transcrição, tradução e degradação de mRNA concomitantes, 269 Capítulo 10 Transcrição e processamento de RNA Replicação do DNA e em eucariotos, 271 dos Cromossomos, 222 Cinco RNA polimerases/ cinco conjuntos de genes, 271 Características básicas da replicação Iniciação de cadeias de RNA, 274 de DNA in vivo, 223 Alongamento da cadeia de Replicação semiconservativa, 223 RNA e acréscimo de caps de metilguanosina Origens únicas de replicação, 226 na extremidade 5', 276 Visualização de forquilhas de replicação por Término por clivagem da cadeia e o acréscimo autorradiografia,229 de caudas poli (A) 3', 277 Replicação bidirecional, 230 Edição de RNA 1 Alteração das informações Replicação de DNA em procariotos, 232 contidas nas moléculas de mRNA, 278 Síntese contínua de um filamento e síntese Genes interrompidos em eucariotos 1 descontínua do outro, 233 , , Exons e 1ntrons, 279 Fechamento covalente de cortes no DNA Alguns , genes eucarióticos muito grandes, 280 por DNA ligase, 234 Introns 1 Significado biológico?, 281 Iniciação da replicação do DNA, 234 Iniciação de cadeias de DNA com iniciadores Remoção de sequências de íntrons por de RNA, 236 recomposição de RNA, 281 Desenrolamento de DNA com helicases, proteínas Recomposição do precursor de tRNA 1 Atividades de ligação ao DNA e topoisomerases, 237 específicas de nuclease e ligase, 282 291 metabólicas. 369 Mutações supressoras que produzem tRNA com Produção in vitro de moléculas de DNA reconhecimento do códon alterado. 353 moldes de mRNA. 344 Colinearidade entre a sequência codificadora de um gene e seu produto polipeptídico. 336 Mutação 1Um processo reversível. 378 Mutações induzidas. 349 Componentes necessários para a síntese proteica 1 Reparo dependente de luz. 338 Mutação 1 Efeitos fenotípicos. 335 Análise de proteínas por técnicas Western blot. 31 O Conversão gênica 1Síntese de reparo do DNA Três nucleotídios por códon. 379 Mutações induzidas por substâncias químicas. 340 Polipeptídios 1Vinte subunidades diferentes de Mutação em seres humanos 1 Bloqueios em vias aminoácidos. 382 Mutação 1Somática ou germinativa. 291 eficientes para estudos genéticos. 349 Componentes necessários à síntese proteica 1 Outros mecanismos de reparo do DNA. 379 Mutações induzidas por elementos genéticos Análise molecular de DNA. 291 globina humana. 382 doenças humanas hereditárias. 313 Um código quase universal. 372 Amplificação de moléculas de DNA recombinantes em vetores de clonagem. 284 não adaptativo. 312 Capítulo 14 Um código degenerado e ordenado. 355 Considerações gerais. 333 Análise de DNA por hibridizações Southern bwt. 384 . amplificação Reconhecimento de códons por tRNA 1A hipótese e clonagem de genes. 312 Códons de iniciação e de término. 382 Expansão de repetições de trinucleotídios e Análise de RNA por hibridizações Northern blot. 315 Técnicas de Genética Molecular. 315 Técnicas básicas para identificação. 349 Ribossomos. 290 Geralmente prejudiciais e recessivas. 368 da oscilação. 294 Localização das mutações nos genes pelo Beadle e Tatum 1 Um gene . 282 Mutação 1Espontânea ou induzida. 355 Código genético. 332 identificar genes de interesse. 381 transponíveis.uma enzima. 328 Rastreamento de bibliotecas de DNA para Mutações induzidas por radiação. 377 Base molecular da mutação. 347 Síntese proteica 1 Tradução. 336 Recomposição de pré-mRNA 1 Mutação 1 Geralmente um processo aleatório. 367 Interações códon-tRNA. 309 Recombinação 1Clivagem e reunião das Propriedades do código genético 1 moléculas de DNA. 341 Proteínas 1Estruturas tridimensionais Mutações letais condicionais 1Instrumentos complexas. 315 A descoberta das endonucleases de restrição. snRNA. 374 Amplificação das sequências de DNA pela reação Recombinação. 296 Avaliação da mutagenicidade de substâncias químicas 1 Teste de Ames. 298 Reparo por excisão. 324 Construção de bibliotecas genômicas. PAC e YAC. 323 em cadeia da polimerase (PCR). 373 Capítulo 13 Clonagem de grandes genes e segmentos de Mutação. snRNP e espliceossomo. 352 RNA transportador. 335 (RT-PCR). 342 Gene 1 Um polipeptídio colinear. 294 teste de complementação. Reparo do DNA e genomas em BAC. 333 Análise de RNA por PCR com transcriptase reversa Mutação 1 Características básicas do processo. 316 recombinantes. 324 bibliotecas de DNA. RNA e proteínas. 300 Doenças humanas hereditárias com defeitos Tradução 1A síntese de polipeptídios usando no reparo do DNA. 297 Mecanismos de reparo do DNA. • XIV Fundamentos de Genética Recomposição autocatalítica. 375 Mutação 1 Origem da variabilidade genética Construção e rastreamento das necessária para a evolução. 303 Mecanismos de recombinação do DNA. 339 Efeitos das mutações nos genes da Estrutura das proteínas. 297 Visão geral da síntese proteica. 325 Construção de bibliotecas de cDNA. 339 Capítulo 12 Mutações com efeitos fenotípicos 1 Tradução e Código Genético. 310 associada à recombinação. 358 Decifrando o código. 429 Transformação genética com transpósons. 505 Terapia gênica humana. 490 Genomas procarióticos. 480 Sequências expressas. 404 Capítulo 17 Mapas citogenéticos. 417 Elementos semelhantes a retrovírus. 485 Proteína fluorescente verde como repórter da Retrovírus. 448 Óperon lactose em E. 430 Transpósons e organização do genoma. 387 Hormônio do crescimento humano. 460 sítios de clivagem por enzima de restrição. 416 Elementos P e disgenesia híbrida em Drosophila. 465 Mutações knockout em camundongo. 457 Indução. 388 em ovos fertilizados e transfecção de células-tronco embrionárias. Fundamentos de Genética XV Análise molecular de genes e cromossomos. 426 Transpósons como mutágenos. 402 por inibição da expressão gênica. 490 Bioinformática. 478 Sequenciamento do genoma humano. 477 Projeto genoma humano. 448 Óperons 1 Unidades de expressão gênica de regulação coordenada. 459 Mapas fisicos de moléculas de DNA baseados em Proteínas com aplicação industrial. 467 e físicos de cromossomos. coli ! Indução e Análise do perfil de DNA. 465 Correlação de mapas genéticos. 423 Significado genético e evolutivo dos Bactéria viva com genoma sintetizado quimicamente.421 Elementos transponíveis em seres humanos. 398 Genética reversa 1Análise de processos biológicos Genômica 1 Considerações gerais. 487 Genômica comparativa. 417 Retrovírus e retrotranspósons. 467 Mapas de polimorfismo do comprimento do fragmento de restrição (RFLP) e repetição curta em série (STR). 479 Projeto HapMap humano. 41 O Elementos IS. 410 Transpósons compostos. 461 Sequências nucleotídicas de genes Animais transgênicos 1 Microinjeção de DNA e cromossomos. 492 Genomas de cloroplastos e mitocôndrias. 507 Aplicações forenses. 462 Genômica. 440 Controle positivo e negativo da Doença de Huntington. 494 Evolução do genoma em mamíferos. 408 Elementos transponíveis 1 Considerações gerais. 439 em Procariotos. 387 Animais e vegetais transgênicos. 424 elementos transponíveis. 457 Repressão catabólica. 416 Elementos Ac e Ds no milho. 475 Clonagem de genes pela posição no mapa. 507 Testes de paternidade. 459 transcrição do óperon lac. citológicos Inserções de T-DNA e transpósons. 406 Elementos Genéticos Transponíveis. 403 Interferência por RNA. 482 Microarranjos e chips gênicos. 431 Capítulo 18 Capítulo 16 Regulação da Expressão Gênica Aplicações da Genética Molecular. 485 síntese proteica. 461 Vegetais transgênicos 1 O plasmídio TI de Capítulo 15 Agrobacterium tumefaciens. 513 . 445 Diagnóstico molecular de doenças humanas. 440 expressão gênica. 512 Produção de proteínas eucarióticas Interações proteína-DNA que controlam a em bactérias. 476 Caminhadas e saltos no cromossomo. 480 Ensaios de RNA e proteína da função genômica. 409 Elementos transponíveis em bactérias. 411 Elemento Tn3. 406 Mapas fisicos e bancos de clones. 453 repressão catabólica. 500 Uso de tecnologia do DNA recombinante para Expressão de genes constitutivos. induzíveis e identificar genes humanos e diagnosticar repressíveis. 501 doenças humanas. 421 Retropósons. 503 Fibrose cística. 4 77 Mapeamento do genoma humano. 493 Evolução do genoma em gramíneas cereais. 492 Genomas eucarióticos. 415 Transpósons de "cortar e colar" em eucariotos. 588 lmprinting.a. 532 Base genética do câncer. 568 Controle citoplasmático da estabilidade do RNA mensageiro. 584 Remodelagem da cromatina. 540 pRB. 564 Homólogos em vertebrados de Regulação da Expressão Gênica genes de invertebrados. 567 Transcrição de DNA controlada. 577 em eucariotos. 558 controle da tradução. 5 77 Sequências de DNA implicadas no controle da Oncogenes. 581 Fontes de RNA de interferência curtos Genes supressores tumorais. 546 Capítulo 22 Herança de Características Capítulo 20 Complexas. 563 Análise genética do desenvolvimento Capítulo 19 em vertebrados. 527 Clonagem reprodutiva. 526 O camundongo 1 Mutações por inserção aleatória e Mecanismos de regulação da expressão mutações knockout gene-específicas. 590 Ativação e inativação de cromossomos inteiros. 555 Repressão. 536 Oncogenes celulares mutantes e câncer. 521 Especificação de tipos celulares. 514 Genes de efeito matemo. 579 Vias de RNAi. 536 Rearranjos cromossômicos e câncer. 532 Retrovírus indutores de tumor Proteínas implicadas no controle da transcrição 1 e oncogenes virais. 545 Vias genéticas da carcinogênese. 552 Fatores genéticos e ambientais influenciam as Perspectiva genética sobre o desenvolvimento. 576 Controle molecular da transcrição Câncer e morte celular programada. 584 transcricionalmente ativo. 575 hormônios. 527 Alterações genéticas na diferenciação das Recomposição alternativa de RNA. 530 Câncer 1 Uma doença genética. 579 por interferência por RNA. 543 pBRCAl e pBRCA2. 599 . 590 Inativação de cromossomos X em mamíferos. 578 transcrição. 561 Mecanismos reguladores pós-tradução. 554 e atenuação. 590 Hiperativação de cromossomos X em Drosüphil. 529 Base Genética do Câncer. 564 em Eucariotos. 541 pAPC. 598 Controle Genético do Desenvolvimento Características complexas. 574 Temperatura 1 Os genes do choque térmico. 539 dois eventos de Knudson. 585 Metilação do DNA. 536 Cânceres hereditários e a hipótese de Expressão gênica e organização da cromatina. 575 Moléculas sinalizadoras 1 Genes que respondem a As muitas formas de câncer. 542 phMSH2.xvi Fundamentos de Genética Óperon de triptofano em E. 559 Formação de órgãos. 533 Homólogos celulares de oncogenes virais 1 Regulação pós-transcricional da expressão gênica Os proto-oncogenes. 528 Capítulo 21 Indução da atividade de transcrição por fatores ambientais e biológicos. 515 Determinação dos eixos dorsoventral e Atenuação. 520 Segmentação do corpo. 599 Quantificação de características complexas. 530 Câncer e ciclo celular. 527 Estudos com células-tronco de mamíferos. 515 anteroposterior. 566 Dimensões da regulação gênica eucariótica. 541 p53. 546 Hipoativação de cromossomos X em Caenorhabditis. 582 Eucromatina e heterocromatina. 555 Regulação da expressão gênica por Atividade gênica zigótica no desenvolvimento. 565 gênica eucariótica 1 Considerações gerais. 539 Papéis celulares das proteínas supressoras Organização molecular do DNA de tumor. coli 1 Repressão Atividade gênica materna no desenvolvimento. 553 características quantitativas. 599 Animal. 528 células imunes de vertebrados. 578 Fatores de transcrição. 582 e microRNA. 623 origens humanas. 661 Relação entre frequências genotípicas e frequências alélicas 1 O princípio de Apêndice A 1 Regras da Probabilidade. 623 Apêndice B 1 Probabilidades Binomiais. 617 O que é uma espécie?. 644 Hipótese dos fatores múltiplos. 633 Créditos das Fotos. 673 Seleção natural. 671 Uso das frequências alélicas no Apêndice D 1 Evidências de um RNA aconselhamento genético. 657 Personalidade. 648 Loci de característica quantitativa. 614 de proteínas. 644 Análise de características quantitativas. 606 Evolução molecular. 602 Teoria da evolução de Darwin. 631 de Número Ímpar. 625 Apêndice C 1 Hibridização in Situ. 603 Genética evolutiva. 652 Variação na evolução das sequências parentes. 604 Variação dos fenótipos. 675 Seleção natural no nível do gene. 614 Taxas de evolução molecular. 624 Exceções ao princípio de Hardy-Weinberg. 646 Herdabilidade em sentido restrito. 642 Estatística em genética quantitativa. 623 Variação da sequência de DNA e Estimativa das frequências alélicas. 603 Variação genética em populações naturais. 604 Variação da estrutura cromossômica. 627 Mensageiro Instável. 605 Variação da estrutura das proteínas. 628 Respostas dos Problemas Deriva genética aleatória. 643 A média e a classe modal. 644 A variância e o desvio padrão. 61 7 Especiação. 616 Evolução molecular e evolução fenotípica. 728 Seleção balanceadora. 660 Seres humanos e grandes primatas. 670 Aplicações do princípio de Hardy-Weinberg. 731 . 635 Índice Alfabético. 669 Hardy-Weinberg. 607 Moléculas como "documentos da história Seleção artificial. 653 Genética quantitativa de características Teoria neutra da evolução molecular. 650 Correlação de fenótipos quantitativos entre Relógio molecular. 628 Conceito de aptidão. 631 Efeitos do tamanho da população. 655 ln teligência. 649 Correlações entre parentes. 601 Genética Evolutiva. 622 Evolução humana no registro fóssil. 661 Teoria das frequências alélicas. 632 Glossário. 657 Modos de especiação. 615 Variação na evolução das sequências de DNA. 599 Características de limiar. 605 Variação das sequências nucleotídicas. 608 evolutiva". 628 Apêndice E 1Taxas Evolutivas. 648 Previsão de fenótipos. 633 Balanço mutação-seleção. 658 Capítulo 23 Evolução humana. 602 Surgimento da teoria evolutiva. 653 Interpretação das correlações entre parentes. 635 Créditos das Ilustrações. 703 Populações em equilíbrio genético. 730 Balanço mutação-deriva. 660 Genética de Populações. 646 Herdabilidade em sentido amplo. 654 comportamentais humanas. 677 Alterações aleatórias das frequências alélicas. 610 Filogenias moleculares. 643 Distribuições de frequência. 646 Partição da variância fenotípica. •• Fundamentos de Genética XVII Vários genes influenciam as características Capítulo 24 quantitativas. . . . Dois mentores do Projeto Genoma Humano tiveram seu próprio DNA decod ificado. e o custo dessa análise não é ma is exorbitante.serviu de alicerce para todas as pesquisas futuras sobre o genoma humano.impressionante em escopo e sign ificado . todas as atividades de uma célula de- pendem dele. Toda vez que a célula se divide. ganhou forma e._ DNA como material genético Genoma individual Genética e evolução Cada um de nós é constituído de trilhões de células. o conteúdo de DNA dessas célu- las .. a análise do DNA humano tomou um novo rumo. produziu uma análise abrangente de amostras de DNA humano colhidas de um pequeno número de doadores anôn imos._ Um convite >. Assim. na última década do século 20. que têm papel Genética no mundo 1 Aplicações da genética importante em determinar quem somos.. Em 2007. e. Ilustração digital do ácido desoxirribonucleico (DNA). conhecer o DNA é conhecer a célula.é conservado. e A e 1enc1a enética PANORAMA . A tecnologia para análise de genomas completos avançou mu ito.que chamamos de genoma . Portanto. o Projet o Genoma Humano. Níveis de análise genética com alguns centímetros de comprimento..Três grandes marcos da genética . em um sentido mais amplo. que as células usam para se manter vivas. Esse trabalho . e cada uma dessas células contém filamentos muito finos. em 2001. como seres huma- nos empreendimentos humanos nos e como pessoas. . talvez em breve seja possível que cada um de nós tenha o próprio genoma analisado . Em última análise. Na verdade. uma cruzada mund ial.. conhecer o organismo ao qual essa célula pertence. Em face da importância do DNA. Esse genoma é um conjunto essencial de instruções. não devem surpreender os grandes esforços feitos para est udá-lo até os mínimos deta - lhes. seu DNA é replicado e distribuído igualmente entre as duas células-filhas. Na verdade. na verdade uma bibliot eca completa de informações. Esses filamentos intracelulares impor- tantíssimos são compostos de DNA.uma possibilidade que certa- mente influenciará nossas vidas e mudará o que pensamos sobre nós mesmos. os geneticistas reconheceram que resolver as questões e os problemas no fim do capítulo. Atual- mais de cem anos. ninguém sabia ao certo o que era o material he. outra forma desse gene limita o crescimento a cerca de meio REGRAS DA HERANÇA metro. cada gene. um monge que descobriu como os traços genéticos século 19. Terceiro. por exemplo. esse material tinha de satisfazer três requisitos.1). Como au- sem ser transmitidas dos pais para os filhos. Embora a genética tenha se desenvolvido durante o Mendel propôs que as ervilhas têm duas cópias de século 20. foi elucidada e a genética teve seu grande momento de Aqui são enfatizados os grandes temas que transpassam a esclarecimento. Até meados do tes para que você os compreenda com clareza. este livro destina-se a ensinar os transmissão das características dos organismos dos pais fundamentos de genética. A genética é uma ciência relativamente jovem dos estudos da hereditariedade até os estudos de genomas . Atualmente. ainda que só uma vez em um grande período. Três randes marcos da . Mendel fez sua pesquisa inovadora em relativa obscuridade. Em um período relativamente curto. inclusive o nosso próprio. A análise cuidadosa Em geral. que avançam progressivamente. Neste livro examinaremos os o levaram a postular a existência de fatores hereditários avanços da genética durante sua breve história . em 1953. e alguns diriam de comando.assim como a era preciso que se replicasse de modo que as cópias pudes.2 Fundamentos de Genética Um convite O tema deste livro é a genética. Durante cimento adquirido ao estudar biologia e química básica.para observar a he- rança das características pela prole. altura da planta. como se replica. a estudar suas ilustrações e a reditário.foi surpreendente. A genética começou com o estudo do mecanismo de Como indica o título. Uma forma do gene para altura. marcos: (1) a descoberta de regras que governam a heran. escreve- taque. enet1ca As raízes da genética estão na pesquisa de Gregor Men.por exemplo. Ele estudou a herança de diferentes carac- são herdados. sua origem está baseada no trabalho de Gre. precisava mu.surgiu apenas no início do século 20. os geneticistas se perguntaram qual seria o para outros será algo totalmente novo. Essas cópias podem ser iguais ou diferentes. Para alguns leitores será uma revisão do conhe- plicar as diferenças existentes entre os indivíduos.. o Projeto Genoma com características diferentes-por exemplo. a estrutura do DNA que você leia este capítulo sem se prender aos detalhes. No entanto. (2) a identificação Cada um deles foi associado a uma característica diferen- do material responsável por essa herança e a elucidação te . os geneticistas aprenderam a analisar o DNA de nos faz humanos e o que distingue cada um de nós como genomas completos. um monge morávio que viveu no del. . os genética. Então.pouco responsáveis pelas características que estudara. diferentes formas. Essas descobertas grande impacto sobre nós. como codifica D NA. mas cresceu em es. pesquisa. mos este livro para explicar a você a ciência da genética. era tores. Ele descobriu que esses genes existem em hereditário em seres humanos e outros organismos. a ciência que estuda o material hereditário. completos . como são herdadas. cor da flor ou textura de sua estrutura. Como geneticistas atuantes e professores. várias décadas. vimento. quentes. Segundo. ça de características nos organismos. xas eram cruzadas com plantas altas. Ela também possibilita discernir o que o tempo. que cultivava no jardim do mos- revelada quando James Watson e Francis Crick elucida- teiro. Os muitos detalhes da teoria e prática da gené- pesquisadores descobriram como o DNA funciona como tica virão depois. oferecendo detalhes suficien- para os filhos.exige esforço. que explicaremos com mais detalhes nos capítulos subse- dar. A genética também é uma das ciências que tem e expressa informações e como se altera. Com manter saudáveis. recompensado com um bom conhecimento de genética. mo-lo a ler cada capítulo. a atividade e o comportamento das células e dos Este capítulo introdutório apresenta um panorama do organismos aos quais pertencesse. permite que MENDEL 1 OS GENES E AS as ervilhas alcancem mais de 2 metros de altura. em toda a biologia. Por meio de aplicações na inauguraram uma nova fase da genética na qual os fenô- agricultura e na medicina. isto é. Nosso conselho é material hereditário. para ex. gor Mendel (Figura 1. O avanço - indivíduos. Seu método incluía o intercruzamento de plantas ram a estrutura do DNA. ajuda a nos alimentar e a nos menos poderiam ser explicados em nível molecular. esperamos que o esforço de estudar este livro seja preciso que codificasse informações para guiar o desenvol. o conhecimento e a compreensão da ciência de Mendel possibilitou o discernimento de padrões. isto é. Mendel estudou vários genes nas ervilhas do jardim. e (3) a análise abrangente do material da semente. Convida- século 20. tanto que agora ocupa posição de des. copo e significado. Primeiro. o que agora chamamos de alelos. Todos nós sabemos que o aprendizado . A base molecular da hereditariedade foi terísticas em ervilhas. Nessa história destacam-se três grandes mente chamamos esses fatores de genes. plantas bai- Humano dedica-se à análise detalhada do DNA humano. o ensino e a escrita . desoxirribose). e exploraremos algumas ramificações das ideias de Mendel no Capítulo 4. os genes . uma das cópias é aleatoriamente RNA ou no DNA. no DNA.isto é. Em 1900. o açúcar constituinte é a ribose. Base nitrogenada bridização e. e Mendel passou a dedicar-se a outras atividades. WATSON E CRICK 1 A ESTRUTURA DO DNA A redescoberta do artigo de Mendel deflagrou um sem-número de estudos sobre a herança em vegetais.3) deduziram o modo de organização dos nucleotídios Mendel enfatizou que os fatores hereditários . o artigo finalmente veio à tona e a ciência da genética nasceu. • FIGURA 1. • FIGURA 1. Mendel também Fosfato constatou que alelos de diferentes genes são herdados de modo independente uns dos outros. são A. o modelo H pioneiro de análise criado por Mendel foi aplicado a muitos tipos de organismos. Assim. por sua base nitrogenada. é a desoxirribose. com notável sucesso. uma base nitrogenada (nesse caso.são elementos distintos. tanto de uma única célula. Rapidamente. ponentes: um grupo fosfato. Sem Açúcar dúvida. no ácido desoxirribonucleico. denominada zigoto. C e timina (T). nem todos os resultados encaixam-se exatamen. inclusive da hereditariedade em seres humanos. revista da so- ciedade científica da cidade em que Mendel viveu e tra- balhou. Diferentes alelos de um gene podem ser reunidos na mesma planta por hi. bases são adenina (A). guanina (G). Demonstrou-se que os genes eram constituídos de moléculas complexas denominadas ácidos nucleicos. ou RNA. 16 anos depois da sua morte. . essa pergunta foi finalmente respondida. Nos Capítulos 5.as estruturas celu- lares onde residem os genes. A grande pergunta que todos se faziam era "O que é um gene?" Em meados do século 20. restauração de duas cópias durante a fertilização consti. Analisaremos a pesquisa de Mendel e suas aplicações ao estudo da herança. nos anais da Sociedade de História Natural de Brno. O grande avanço no estudo dos ácidos nucleicos ocor- tuem a base das regras da herança descobertas por Men. No ácido ribonucleico. separados durante a produção de gametas. A redução nas cópias de genes de duas e três deles são comuns aos dois tipos de moléculas de para uma durante a formação do gameta e a subsequente ácido nucleico. adenina). com a produção cila (U). Capítulo 1 1 Ciência da Genética 3 surgiram novos conhecimentos sobre o comportamento e a propriedade dos genes.2). a coexistência de alelos em uma plan- ta não compromete sua integridade. 1. ou DNA. (2) uma molécula de fosfato. G. que dá origem o DNA quanto o RNA têm quatro tipos de nucleotídios.2 Estrut ura de um nucleotídio. Encontraram-se exceções. a novas plantas. Portanto. que tem proprie- dades químicas ácidas. No Durante a reprodução. citosina (C) e ura- nos (espermatozoide) na fertilização. e e. Os ácidos nucleicos são formados de blocos estruturais elementares denominados nucleotídios (Figura 1. No RNA. 6 e 7 veremos como os princípios de herança de Mendel estão relacionados com o comportamento dos cromossomos . quando elas foram investigadas com mais detalhes. um nucleotídio é distinguido do outro incorporada a cada célula sexual ou gameta. O artigo não teve muita repercussão. no Capítulo 3. depois. e (3) uma molécula nitrogenada. Os game. que tem propriedades químicas ligeiramente básicas. um açúcar (nesse caso. reu em 1953 quando James Watson e Francis Crick (Figura del. Essas descobertas foram publicadas em 1866. os quatro tipos de tas femininos (ovócitos) unem-se aos gametas masculi. ani- mais e microrganismos.A molécula tem três com- te nos princípios de Mendel. Cada nucleotídio tem três componentes: ( 1) uma molécula de açúcar.1 Gregor Mendel. em princípio. B. . e G necessárias para analisar todos os genes do organis- faz par com C. . Se os geneticistas na primeira metade do século 20 so- Assim. O RNA. do DNA . as bases formam de bases das moléculas de DNA. Não fossem elas extremamente delgadas (cerca de um centésimo de milionésimo de centímetro). 7 bilhões de pares de nucleotídios de DNA huma- . é constituído de nucleotídios unidos um ao outro em uma cadeia. . e seu comprimento total ultrapas- sa 1O cm. pois agora de DNA são complementares.. A.. as moléculas de RNA geralmente são unifilamentares. Essa sequência de bases é que distingue um gene nharam forma os projetos para identificar sequências do outro. . inclusive em de DNA eram constituídas de duas cadeias de nucleotí. Molécula de DNA apresentada como dupla genoma humano. as duas cadeias de uma molécula to de todos os genes do organismo .isto é. ... Perto do fim do uma sequência linear característica dessa cadeia especí. A faz par com T.. No entanto. no en- tanto. culminaram na publicação de dois longos artigos sobre o t ídios complementares.. . seres humanos.de O paradigma de todos os programas de sequen- bases e ' e G GG ' hidrogênio ciamento é o Projeto Genoma Humano. Em 2001..deve. ele está presente em muitos genomas e às vezes A é abundante. Portanto.. um organismo é denominada genoma. no DNA. como o DNA.e mais. Os artigos relatavam o sequenciamen- hélice. No entanto. Pares( de . Algumas contêm centenas de milhões de pares de nucleotídios. um cientista e empre- • FIGURA 1.. G G G e e Pontes ·· . todos esses esforços estrutura de uma molécula de DNA constituída de cadeias de nucleo.4 DNA. é possível prever a sequência de uma cadeia nucle. As bases nitrogenadas não participam dessas interações.. e grande parte do trabalho seria financiada por seus governos. Representação bidimensional da financiamento público. o sequenciamento químicas fracas . seus sonhos tornaram-se realidade quando ga- fica. SEQUENCIAMENTO DO DNA ções são formadas por interações químicas entre o fos- E CATALOGAÇÃO DOS GENES fato de um nucleotídio e o açúcar de outro nucleotídio. . 11 e 12. século. As liga. Essas cadeias são unidas por atrações no DNA de um organismo . A ideia açúcar-fosfato inicial era de que o Projeto Genoma Humano contasse com a colaboração de pesquisadores de diferentes paí- ses. Nesse sentido. .. sário.. Nós examinaremos as estruturas do DNA e do RNA em detalhes no Capítulo 9.. logo se desenvolveu paralelamente ao projeto com drogênio entre as bases pareadas.. uma base para cada açúcar da cadeia principal. Essas moléculas helicoidais podem ser extraordinaria- mente grandes. . Watson e Crick propuseram que as moléculas de bases de DNA em vários organismos.48). A identificação da sequência de bases dios ( Figura 1. A coleção de moléculas de DNA característica de bases. to de 2. .4 Fundamentos de Genética Uma molécula de DNA bifilamentar costuma ser de- nominada dúplex. os geneticistas da segunda metade desse século bases. criando uma configuração em hélice (Figura 1.. uma cadeia de nucleotídios é constituída de uma nhavam em identificar o material de que os genes são cadeia principal de açúcar-fosfato à qual estão fixadas as feitos. Watson e Crick reconheceram que os nucleo. iniciado por Craig Venter. . . De sonhavam com métodos para identificar a sequência uma extremidade da cadeia até a outra... Os genes da maioria dos organismos são constituídos de DNA. molécula bifilamentar unida por pontes de hi.denominadas pontes de hidrogênio ... Capítulos 10. um projeto com financiamento B privado.4A). Nem sempre é clara a função desse DNA não gênico.3 Francis Crick e James Watson. ao contrário do DNA. embora em alguns vírus sejam constituídos de RNA. o se- otídica em uma molécula de DNA bifilamentar a partir quenciamento do genoma equivale ao sequenciamen- da outra. sería- mos capazes de vê-las a olho nu. PROJETO GENOMA HUMANO 1 tídios estão unidos um ao outro em uma cadeia. e investiga- remos o significado genético dessas macromoléculas nos • FIGURA 1.. um esforço mundial para identificar a sequência de aproximadamente três bi- Cadeia principal de lhões de pares de nucleotídios no DNA humano. Em razão dessas regras de pareamento de mo. Watson e Crick descobriram que os dois filamentos de um dúplex de DNA se enrolam um do outro. . oferecer as informações entre determinados pares de bases. sabemos que parte do DNA não contém genes... . bacté- rias.gov .5 Um pesquisador depositando as amostras em um se- quenciador de DNA automático.000 e 40. exploramos as maneiras como os pesquisadores usaram esses organismos-modelo para • FIGURA 1. no fim 1. é denominado genõmica.agora denominadas genes-para explicar a herança das características genéticas • Os al. Por exemplo.ncbi. .nih. agrícola ou comercial.5). da robótica e da informática (Figura guns desses recursos. National Institutes of Health dos EUA. Center far Biotechnology Information (NCBI). Análises mais recentes apontaram um menor número de genes. protistas e animais . Os projetos atuais de sequenciamento foram além dos organismos-modelo e estudam diversos vegetais.sequências de genes e proteínas. truir e examinar enormes bancos de dados contendo se. quências completas de nucleotídios de todos os genomas vel molecular e estudar simultaneamente uma enorme sequenciados até hoje e são continuamente atualizados. vamos nos sequenciados. Embo- lária e do parasito de que ele é portador foram ambos ra hoje existam muitos bancos de dados úteis. o site do NCBI dispõe de recursos que podem originou na análise das sequências de DNA que com. cerca de 20. do ála. estrutura e possível função.eotídios no DNA do genoma humano • O sequenciamento do DNA de um genoma fornece os dados para identificar e catawgar todos os genes de um arganismo.eotídios • O DNA é o material hereditário em todas as formas de vida. fungos.também foram sequenciados. PONTOS ESSENCIAIS • Gregor Mendel propôs a existência de partículas. uma macromolécula constituí- da de duas cadeias comp!.disponíveis gratuitamente na internet em dos genomas e sua diversificação durante a história da http:/ /www. publi- Todos os projetos de sequenciamento de DNA causa. No Capítulo 15. Esse enfoque da genética. incentivaremos a visita ao site do NCBI. e assim por diante. genomas. ampliar o conhecimento genético. de cada capítulo. as tentativas de sequenciamento concentraram-se em microrganis- mos especialmente favoráveis à pesquisa genética. A princípio. vegetais. Os genomas de muitos outros microrganismos . os genomas do mosquito transmissor da ma. Alguns alvos desses projetos de sequen. Eles contêm as se- é possível estudar com relativa facilidade os genes em ní. quantidade de genes.são inestimáveis repositórios vida na Terra. proteínas. que ajudará a responder às perguntas específicas.500. ser usados para pesquisar itens específicos de interesse põem um genoma. Capítulo 1 1 Ciência da Genética 5 no. ao longo de todo o livro. Agora tica. que têm o RNA como material hereditário • O Projeto Genoma Humano identificou a sequência de nucl. Os pesquisadores atualmente são capazes de cons. concentrar no banco de dados montado pelo National mo e da ascídia. Os esforços agora se concentram em estudar como os genes influen- ciam a miríade de características dos seres humanos. . bioquímica e biologia molecular. Os bancos de da- outros apenas nos ajudam a compreender a organização dos do NCBI . apresentaremos al- ciamento de DNA. quências de DNA para resolver dúvidas genéticas. e.ementares de nucl.elos. animais e micróbios. Grande parte desse trabalho foi realizado sob os auspícios do Projeto Genoma Humano ou de pro- jetos intimamente ligados a ele. formas alternativas dos genes. mantido pelos ciamento têm significado médico. Em muitas partes deste livro. são responsáveis pelas diferenças hereditárias entre os indivíduos • James Watson e Francis Crick elucidaram a estrutura do DNA. que se Além disso.000 genes. A análise desse DNA por computador sugeriu que o genoma humano continha entre 30. de informações sobre genes. exceto alguns tipos de vírus. Esses genes foram catalogados por localização. cações e outros dados importantes nos campos da gené- ram uma transformação fundamental na genética. assim como os genomas da abelha. Isso se tor. artigos de pesquisas nou possível graças aos avanços da tecnologia de sequen. As informações são codificadas em se- Moléculas constituídas de centenas de milhões de pares quências de nucleotídios nas moléculas de DNA do ge- de nucleotídios são duplicadas com poucos erros ou até noma. com o tempo. INFORMAÇÃO GENÉTICA Também é transmitido dos pais para a prole na repro- dução. os grupos de organismos possam se O processo de replicação do DNA não ocorre espon- adaptar às d iferentes circunstâncias. Quando essas ligações se rompem. . enquanto um com T e G com C. Os dois filamentos da molécula parental estão orientados em sentidos opostos (ver setas). a informação flui do DNA para o RNA e. Nesses moléculas bifilamentares de DNA (Figura 1. inclusive os papéis de diferentes REPLICAÇÃO DO DNA 1 PROPAGAÇÃO enzimas. novos filamentos. Esses fila. A replicação do DNA é extraordinariamente exata. é catalisada por enzimas. A transmissão fiel do material genético de uma As moléculas de DNA contêm informações que dirigem célula ou um organismo para outro depende da capa. as atividades celulares e guiam o desenvolvimento. Esses filamentos separam-se e novos filamentos são sintetizados usando-se como molde o filamento parental. de uma molécula dupla de DNA ori- o desenvolvimento. cada filamento-molde faz par com um filamento recém- informações para orientar as atividades celulares e guiar -sintetizado. DA INFORMAÇÃO GENÉTICA O material genético de um organismo é transmitido da EXPRESSÃO GÊNICA 1 USO DA célula-mãe para as células-filhas durante a divisão celular. A incor- O material genético de todos os organismos celulares é poração segue as regras de pareamento de bases. o menor genoma mesmo sem erros. genitalium tem 482 genes. para as proteínas. Como a maioria dos processos bioquímicos. Esse material tem de ser capaz de se replicar de a sequência de nucleotídios de um filamento que está modo que as cópias possam ser transmitidas de uma cé. precisa conter do filamento-molde. foram produ- zidas duas molécu las de DNA bifilamentar idênticas.2 bilhões de pares de nucleotídios.500 genes. de nucleotídios. e tem de ser capaz de se modificar de modo ginal são criadas duas moléculas duplas idênticas. que. conhecido é o do Mycoplasma genitaliurn:. taneamente. Em contrapartida. filamentos separados servem de molde para a síntese de Cada gene é um trecho de pares de nucleotídios ao lon- 1\ A=T A= T A=T A=T L A= T C•G C•G C•G C•G ( C•G G:C G:C G:C G:C) G:C C•G C:G C•G C•G< C•G A=T A=T A=T A=T A=T 1 T=A T=A T=A T=A 1 T=A A=T )ir A= T A=T )ir A=T + A= T G:C G:C ) G:C T=A T=A T=A C•G C•G ( C•G A=T A=T L A=T T=A T=A G:C) G:C Molécula de Separação dos Síntese de novos Duas moléculas-filhas DNA parental filamentos parentais filamentos complementares de DNA idênticas • FIGURA 1. No fim do processo de replicação. 580. Nós analisaremos os detalhes da replicação do DNA.6). a atividade e o comportamento dos organismos. pela incorporação gradual de nucleotídios opostos aos nucleotídios dos filamentos usados como molde. vidade e o comportamento dos organismos constituídos tar. Esses novos filamentos são montados depois. . Assim. as informações contidas mentos são mantidos unidos por ligações de hidrogênio no DNA são organizadas em unidades que chamamos de relativamente fracas entre pares de bases específicos -A genes. Um M. sendo sintetizado é ditada pela sequência de nucleotídios lula para outra e dos pais para a prole. no Capítulo 1 O. o DNA. enet1co Em biologia. Quando a replicação é concluída. o genoma humano é reza complementar dos filamentos que constituem as composto de 3.6 Replicação do DNA. os espermatozoide humano tem cerca de 20. a ati- cidade de replicação das moléculas de DNA bifilamen.6 Fundamentos de Genética DNA como material . Entre os organismos celulares. por essas células. Assim. e em todos os outros genomas.070 pares O processo de replicação do DNA baseia-se na natu. A maior códon do gene. Em primeiro lugar. podem ter centenas de milhares de proteí- são denominadas polipeptídios. que geral. Essas cadeias 20. Assim como a genômica. o fluxo da informação no DNA de um gene são copiadas em uma molécula de segue na ordem DNA ~ RNA ~ polipeptídio. agora presente na sequência do mRNA. está claro que a cidos. no entanto. denominada RNA mensageiro. genitalium é constituída de genes. Capítulo 1 1 Ciência da Genética 7 go de uma molécula de DNA. o RNA é usado como molde para a no DNA. mas relacionados.é denomi- Assim. síntese de um polipeptídio. em um sentido amplo. especifica a incorporação de um aminoácido específico ao contrário da maior parte do DNA de seres humanos à cadeia polipeptídica. As vezes. usadas para estudar os genes e os produtos gênicos. ele também afeta denominado transcrição. humano é verdadeiramente enorme. com cerca de por uma ou mais cadeias de aminoácidos. Essas unidades codifican. Quando o poli- dos genomas em muitas partes deste livro. o número de proteínas no proteoma especificada por uma sequência de unidades codifican. produzidas por associação de polipeptídios codificados cidos de comprimento. constituído de RNA ( Figura 1.7). dissocia-se do mRNA. Cada códon especifica tídios e entre diferentes proteínas. Cada polipeptídio tem uma sequência ca. O estudo de todas as proteínas nas células . Por fim. Os seres humanos. as sequências de aminoácidos em seus polipep- adjacentes. e o RNA propriamente dito é o intensamente o conteúdo e a estrutura dos genomas de transcrito. os um gene é a tradução. Durante esse processo tral da biowgi. Alguns polipeptídios são associar-se de maneiras complexas para produzir diferen- curtos .500 genes. Se o número de genes no genoma A sequência de aminoácidos em um polipeptídio é humano é grande. Cada correspondentes aos 23 cromossomos da célula. te dizer que a maioria dos genes contém as instruções O conjunto de todas as diferentes proteínas de um or- para a síntese de proteínas.isto é. nado proteõmica. Em mRNA. tem papel importante nas atividades de alguns ti- sequência de nucleotídios de um filamento de DNA no pos de vírus. inclusive o genoma humano. Alguns polipeptídios são alterados pela gene? Essa questão é central em genética.a molecular. é alterado por naremos o impacto da transcrição reversa sobre os geno- adição. a síntese de DNA.apenas alguns aminoácidos de comprimento tes proteínas. ou apenas específica pode conter milhares de genes diferentes. . Por enquanto é suficien. sobretudo no peptídio está pronto. a maior parte do DNA humano não é gênica. para A expressão de informações genéticas para produzir os polipeptídios.o único cromossomo O segundo estágio na expressão da informação de desse organismo. constituídos de DNA. inclusive do vírus causador da síndrome de gene. por meio um polipeptídio é um processo dividido em dois estágios de um intermediário. a proteômi- das para orientar a síntese de um polipeptídio. ( Figura 1. . as informações codificadas em um gene são usa. informação passa dos genes. Assim. Exami- molde de DNA e. terminado gene pode codificar vários polipeptídios di- lipeptídios. denominadas códons. para pesquisar bancos de dados e analisar sequências esses polipeptídios geralmente estão todos relacionados de aminoácidos. Esse processo. e esses polipeptídios podem racterística de aminoácidos. parte do DNA do M. genitalium. Cada proteína é formada ganismo é o proteoma. por diferentes genes.8). O RNA é montado gradualmente ao longo de um quência que geralmente é considerada como o dogma cen- dos filamentos do dúplex de DNA. denominado transcrição sequência de nucleotídios do RNA é determinada pela reversa. Nesse estágio. e. as interações entre esses polipep- até mesmo milhares de códons. pelo desenvolvimento de programas de computador um gene pode codificar vários polipeptídios. ferentes. o grande tamanho do proteoma humano é que um de- sociados a uma miríade de maneiras para formar po. a incorporação de um aminoácido em um polipeptídio. uma se- RNA. e Uno RNA pareia com A no DNA. e nós a abor. Em vários capítulos veremos as de montagem. compostos de aminoácidos. dos em uma molécula de DNA . todos os genes estão situa. Um aminoácido é acrescentado . C no RNA pareia com G é invertida . um formato tridimensional preciso e. ca tornou-se possível graças a avanços nas tecnologias mente é denominado produto gênico. ou AIDS. e dendo da maneira de uso das informações codificantes. Uma molécula de DNA lécula pronta. na. pela existência de alguma sequência comum de aminoá. O processo que produz essa molécula de RNA é imunodeficiência adquirida. as funções dessas moléculas complexas . tes elementares em um gene. em alguns organismos.ou seja. de cada vez. Assim. são trinucleotídios posição. o mRNA do gene genes estão situados em 23 diferentes moléculas de DNA serve de molde para a síntese de um polipeptídio. G no circunstâncias em que a primeira parte dessa sequência RNA pareia com C no DNA. evidentemente. A partir de todas essas considerações. Em um espermatozoide humano. Um gene típico pode conter centenas ou tídios constituintes. o transcrito de RNA separa-se de seu muitos organismos. então. o polipeptídio é sintetizado gradual- Nós investigaremos a composição gênica e não gênica mente pela leitura ordenada dos códons. da sequência.milhares de aminoá. depen. A mo.enquanto outros são enormes . contém todas as informações necessárias para a uma célula de M. as informações contidas Assim. Os 20 tipos diferentes de nas diferentes em seu proteoma. Uma explicação para aminoácidos encontrados na natureza podem ser as. mas no Capítulo 17. dobra-se em Capítulo 15.sua com- tes elementares. deleção ou modificação de nucleotídios. geralmente a metioni- daremos nos Capítulos 11e12. A no RNA pareia com T no DNA. Outra razão é que as proteínas podem ser . executa sua Como é organizada e expressa a informação em cada função na célula. retirada do primeiro aminoácido. .8 Fundamentos de Genética ] á se acreditou que todos..... .--- --.. . . .7 Expressão do gene humano HBB que cod ifica o polipeptídio [3-globina da hemoglobina. Tradução .. em vez disso.. . A tradução é iniciada por um códon de iniciação.- . Essas alterações têm o Gene HBB Cromossomo humano 11 --. . pesquisas recen- INFORMAÇÃO GENÉTICA tes mostraram que essa ideia não é correta.. .. ee .. cadeias de DNA em crescimento. . . Tir His 1 1 2 3 144 145 146 Polipeptídio p-globina humana • FIGURA 1. . · G «... Na transcrição reversa o RNA é usado como molde para a síntese de DNA. G -----------//---------. de erros de incorporação dos nucleotídios às genes que os produzem nos Capítulos 11 e 19..... .--.--. .e G G • ee · e G • e..--.. No entanto..- / Transcrição reversa • FIGURA 1..= t Lis i=:::r Tir l==t His (Término) <ví-4~ ~ Retirada da metionina (Met) terminal - Vai l==tHis ):::::::::l ~ ---------//--------. Durante a tradução. . .. -.--- --.. um filamento do DNA do HBB (aqui o filamento inferior destacado) serve como molde para síntese de um filamento complementar de RNA. ...8 O dogma central da biologia molecular mostrando o mecanismo como a informação genética é propagada (por replicação do DNA) e expressa (por transcrição e tradução). .G G G G e . ~ . ou quase todos... .. Gene Transcrito Polipeptídio (DNA) (RNA) (aminoácidos) Transcricão • ... Concluída a tradução..... o mRNA (RNA mensageiro) resu ltante é usado como molde para sintetizar o polipeptídio [3-globina. Há uma frequência baixa..--.:ai• ç ': ç ç · JRIDJ l~ffi B81~1 tJfcf- V V Região não Códon de Códons trincas especificadores de aminoácidos Códon de traduzida 1n1c1acao • terminação da tradução <víA~ da tradução ~ Tradução Aminoácidos Polipeptídio Meti=:::r Val l==tHis J=i ---------//--------. .--. .... . Durante a transcrição (1 ª etapa). seus produtos A replicação do DNA é um processo de extraordinária pre- finais são moléculas de RNA que desempenham papéis cisão.'. mas importantes nas células.. ..íA~ tr'" Transcrição mRNA .--- --...--...--- --.. Muitos genes não codificam polipeptídios.--. .... . que não especifica a incorporação de nenhum aminoácido. Nós analisaremos esses RNA e os mensurável.--- -. Depois de sofrer modificações.. Esse processo é chamado de tradução (2ª etapa).. .. . r ' Lis'. que especifica a incorporação do aminoácido metionina (Met).----------//---------..--. .... DNA -. e concluída por um códon de terminação. a metionina inicial é removida (3ª etapa) para produzir o polipeptídio [3-globina maduro. mas não é perfeito. .• • ... cada códon de trinucleotídio no mRNA especifica a incorporação de um aminoácido à cadeia polipeptídica... . os gen es MUTAÇÃO 1 MUDANÇA NA codificavam polipeptídios. • FIGURA 1. os genes mutantes podem se disseminar em tradução do gene mutante produzem um polipeptídio [3-globina con- uma população. Com bases no gene da [3-globina (HBBA.pode evoluir com o tempo. cada filamento de uma mo/.ca. essas ficadas nos genes. as pessoas que têm hemácias falciformes desenvolvem uma doença grave. os processos de reparo geralmente deixam alelo mutante pode se disseminar. de modo que ele espe. Essa alteração mum em algumas populações humanas. As células falciformes não transportam oxigê. que ·--------------·l 1 tem 146 aminoácidos de comprimento.ex de DNA do gene é usado como molde para a síntese de um filamento compl. Em vista dessa maior químicas. você pode se perguntar tendo o aminoácido vali na (centro. O gene mutante (HBB 5. de DNA. Nós investigaremos a natureza e as causas de mutações como essa no Capítulo 13. à direita) responsável pela doença falciforme é resultado da substituição de um único par de variabilidade no material genético dos organismos. as moléculas de DNA são da. Essa alteração aparentemente insignificante tem efeito t l prejudicial sobre a estrutura das células que produzem e t t armazenam hemoglobina .ementar de RNA • Na maioria dos genes.filamentar serve de molde para a síntese de um filamento compkmentar • Na expressão da informação genética.. à esquerda). PONTOS ESSENCIAIS • Na replicação do DNA. à direita) em vez das células discoides normais (embaixo. um filamento de um dúpl.. Esses tipos de alterações são chamados de muta- ções. um dos genes do genoma humano codifica o polipep. sangue. Há incontáveis gerações.9). acima.. Os 146 aminoácidos da ~globina correspondem e e . acima. Portanto.as hemácias. causador da malária. Trechos de nucleotídios podem ser excluídos. Por exem. . • Polipeptídio -Acido glutâmico . A transcrição e a o tempo. As células falciformes causam uma forma grave de anemia. à direita) na posição em que a [3-glo- por que o gene mutante da í3-globina é relativamente co. Essa mutação. Embora a lesão induzida por esses agentes possa sobrevivência. 13-globina normal mutante da célula terísticas diferentes nos organismos (Figura 1.introduz [3-globina humana. . -Valina- cifica a incorporação de valina ao polipeptídio í3-globina. e a mutação resultante foi transmitida aos seus descendentes. Por exemplo. têm mais filhos que outras pessoas. Portanto. os genes mutantes determinam carac. O sexto desses códons especifica a incorporação de ácido glutâmico ao polipep- tv-<N:"f tídio. enquanto as pessoas que têm duas Hemácias Hemácias cópias da versão não mutante desse gene têm hemácias discoides falciformes . normais mutantes nio com eficiência no corpo.. é um constituinte da hemoglobina. bina normal contém ácido glutâmico (centro. na verdade tão grave que pode levar à morte. discoides. agora disseminada em algumas populações f Q Tradução humanas. Pessoas que têm duas cópias da versão mutante do gene da í3-globina têm t t hemácias falciformes.. o par de nucleotídios no meio desse códon foi alterado de A:T para T:A. As vezes.nesse duplicados ou rearranjados na estrutura geral da molécula caso. como a constituição genética de uma população . à desse gene são menos suscetíveis à infecção pelo parasito esquerda). . a proteína que transporta oxigênio no G • G DNA . alterou o sexto códon... t 2µrn t 2µrn Transporte normal Doença a doença falciforme está relacionada com uma mutação de oxigênio falciforme no gene da í3-globina. pessoas têm maior chance de sobrevivência nos ambien- nificadas por radiação eletromagnética ou por substâncias tes em que há ameaça de malária.écula (o RNA transcrito) que se torna um RNA mensageiro (mRNA) • A informação codificada em um mRNA é traduzida em uma sequência de aminoácidos em um polipeptídio • As mutações são capazes de alterar a sequência de DNA de um gene • A variabilidade genética criada por mutação é a base da evolução biowgi. mRNA 1G ft1t 1 0Ap. ou interromper as informações codi. a população humana . Os genes alterados pela ocorrência de mutações são genes mutantes. Mutação tídio conhecido como í3-globina.écula bi. e o ser reparada. Capítulo 1 1 Ciência da Genética 9 potencial de alterar. a síntese de RNA (transcrição) gera uma mo/.9 A natureza e a consequência de uma mutação no gene da O processo de mutação tem outro aspecto . presente no sangue. na linhagem germinativa 1 f 0 Transcríção de algum indivíduo desconhecido. Assim sendo. Verifica-se que de um único aminoácido resulta na formação de hemácias falciformes pessoas que têm um alelo mutante e outro não mutante (embaixo. e a 146 códons no gene da í3-globina. Esse polipeptídio. falciforme HBB 5 plo. Gene da Gene da 13-globina Com frequência. Esse exemplo indica cicatrizes. à esquerda). vida) da National Science Foundation dos EUA. Em quase to- das as espécies. nós vemos seus efeitos como dife- renças entre os organismos. Organismos te importante do estudo da evolução. As linhagens de ervilhas de Camundongo Mendel tinham diferentes genes mutantes. Carpa As ideias de Darwin e Wallace revolucionaram o pensamento científico. filogenia. que significa "a origem das tribos". Vaca A medida que as mutações se acumulam no DNA ao lon- Rato go de muitas gerações. Os biólogos usam com sequências de DNA muito semelhantes descen. os pesquisadores conseguem estabelecer e fossilizados para discernir as relações evolutivas entre as as relações históricas entre os organismos (Figura 1. espécies. Nós analisaremos a base genética da evolução Chamamos essas relações de árvore filogenética. Níveis de análise . uma proteína os seres vivos em razão da descendência de um ances. ao menos parte da variação observável . é possível interpretar essas Hoje. surgiram as téc- nicas de sequenciamento do DNA. exceto de ainda estava em curso e a ciência da genética ain- pelas posições das três espécies de peixes. Galinha Sapo tem base genética. quências do gene do citocromo b. Estas técnicas tor- nam possível ver semelhanças e diferenças entre os ma- teriais genéticos de diversos organismos. o trabalho de Mendel sobre hereditarieda.. transmissão e disseminação de genes mutantes em grupos de organismos • Os dados da sequência de DNA tornam possível estudar o processo histórico da evolução. que participa do metabolismo energético. enet1ca Os geneticistas abordam sua ciência de diferentes pontos fatizando como as características são herdadas quando de vista . No entanto. dando destaque à constituição antigo de análise genética segue os passos de Mendel. do de processos históricos..isto é. combi- tes têm um ancestral comum mais remoto. Truta propuseram que essa variação torna possível modificar a Cobitídeos espécie . dados obtidos do estudo de fósseis}. Charles Da- rwin e Alfred Wallace. Essa árvore é compatível com ou- tras informações (p.. palavra derivada do grego que as sequências de nucleotídios no DNA são resulta. ao passo que pesquisas. Um terceiro tipo de aná- . como o programa "Tree of Life" (árvore da organismos com sequências de DNA menos semelhan. e seguiram um ções de sequências de DNA.10Árvore filogenética mostrando as relações evolutivas pectiva histórica na Biologia e deram credibilidade ao entre 11 vertebrados diferentes. e Crick e de um grupo de pessoas que trabalharam nos A análise genética é feita em diferentes níveis. Essa árvore foi construída compa- conceito da existência de um parentesco entre todos rando-se as sequências do gene para o citocromo b. assim como Gambá as pessoas de diferentes grupos ancestrais. de uma molécula de DNA ou de há hibridização de diferentes linhagens de organismos.. Na verdade. os cobitídeos da não nascera. Supondo-se modo simplificado. ambos contemporâneos de Mendel. O tipo mais vários projetos genomas. novo rumo quando. .10). no fim do século. As pesquisas sobre evolução biológica estão mais próximos da carpa que da truta. Os 11 animais diferentes tral comum. molecular do material genético. evoluir . Em meados do século 19. Ba leia-azul ' . Essa discrepância ressalta foram estimuladas quando as descobertas de Mendel a necessidade de cuidado ao interpretar os resultados das compara- vieram à tona no início do século 20.1O Fundamentos de Genética Genética e evolu -ao A genética tem muito a contribuir para o estudo científico Ba1e1 •a-rorqual comum da evolução.com o tempo. • FIGURA 1.. quando essas ideias foram foram posicionados na árvore de acordo com a semelhança das se- propostas. Eles introduziram uma pers. ex. en.de um gene. a construção de árvores filogenéticas é uma par- semelhanças e diferenças à luz do tempo. Seguindo nados aos dados anatômicos obtidos em organismos vivos essa lógica. PONTOS ESSENCIAIS • A evolução depende da ocorrência. os abundantes dados dos projetos genomas e de outras dem de um ancestral comum recente. ou de nos Capítulos 23 e 24. Outro tipo de análise genética segue os passos de Watson uma população de organismos. ecular. os geneticistas dedicaram-se a essa geneticistas aprenderam.e prever a natureza do polipeptídio codi- GENÉTICA CLÁSSICA ficado pelo gene. sequências reguladoras e sequências não codificantes . e. neticista definir um gene quimicamente. Capítulo 1 1 Ciência da Genética 11 lise genética imita Darwin e Wallace. os mas alternativas de genes. Também é útil no esforço de compreender a Com a descoberta da estrutura do DNA. por exemplo . A abordagem mais básica é identificar controle de características e de mutação. Todos esses níveis de aná. os geneticistas podem localizar genes em cromos. em locais específicos. mo únicas. pítulos 22. Em uma tarde é possível gerar miligramas diferenças de características. a população está evo- luindo. A análise ge. GENÉTICA DE POPULAÇÕES somos específicos. a constituição genética são. As apropriadas. Então.procedimento denominado mapeamento cromossômi. de um determinado gene em laboratório. talvez eles tenham co. sequenciamento e mani- pulação do DNA e PM exame dos produtos da expressão gênica • Na análise genética de populações. resse por terem importância agrícola ou médica. Em caso afirmativo. então. Em suma. como Mendel fizera pedaços de genes. Mediante análise dos padrões de he- rança. Análises mais detalhadas permitem A genética também pode ser estudada em toda popula- localizar genes em posições específicas nos cromossomos ção de organismos. são determinadas por for. E possível retirar genes inteiros. com o tempo. Eles aprenderam até mesmo a podem dificultar a análise da herança. Essa abordagem da análise genética elevou. 23 e 24. a abordagem molecular de análise genéti- geralmente é denominado era da genética clássica. Nesse tipo de análise. Portanto. os genes são estudados por avaliação da variabilidade entre indivíduos de um grupo de Mganismos. mais de um gene geneticistas aprenderam como manipular os genes mais influencia uma característica e. enfocando popula. verificar se essas frequências se modificam tulos 3 a 8. Du. Essas diferenças tor- e cromossomos de uma geração para a próxima.na prole dos cruzamentos. ou menos à vontade. a genética en. temperatura sibilitou aos pesquisadores estudar fenômenos genéti- e nutrição . a comparação com outras sequências possibilitam . nética molecular tem origem no estudo das sequências ções inteiras de organismos.produzem um efeito. muitas nam as pessoas geneticamente distintas. PONTOS ESSENCIAIS • Na análise genética clássica. em algumas ocasiões. Essas moléculas de DNA "recombinantes" po- os genes são identificados pelo estudo da herança das dem ser replicadas em células bacterianas ou até mesmo diferenças de características . transferir genes de um organismo para outro. a expressão e a mutação de genes em nível as características complexas são de considerável inte- molecular. Essas complicações cos com muitos detalhes. Muitas vezes. muitos capítulos deste livro.o mecanismo de seu significado. dem ter alelos diferentes de um gene. a genética clássica não está limitada à dos membros de uma população varia. Nós -se a um novo nível quando se tornou possível sequen. Também buscam documentar essa variabilidade e compreender estuda a natureza do material genético .ervilhas altas e ervilhas em tubos de ensaio aos quais são acrescentadas enzimas baixas. os genes são estudados PM acompanhamento da herança de características em cruzamentos entre diferentes linhagens de um Mganismo • Na análise genética mol. era possível estudar a do corpo ou a suscetibilidade a doenças.sequências codificantes. de uma molécula de DNA e inseri-los em seu trabalho sobre ervilhas. os genes são estudados PM isolamento. a avaliação da variabilidade genética em uma população é a base para o estudo da evolução GENÉTICA MOLECULAR biológica. No entanto. Apresentamos as frequências de alelos específicos em uma população as características essenciais da genética clássica nos Capí. O conhecimento de uma sequência de DNA e lise genética fazem parte da rotina das pesquisas atuais. portamento dos cromossomos. O período anterior à descoberta da estrutura do DNA No entanto. Os rante esse tempo. tificar os componentes internos do gene .por exemplo. . como o tamanho trou em uma nova fase. Os geneticistas análise da transmissão de genes e cromossomos. As vezes. Nós apre- A abordagem clássica de estudo dos genes também sentamos exemplos de análise genética molecular em pode ser coordenada com estudos da estrutura e do com. de DNA. E possível iden- descreveremo-los resumidamente aqui. ao ge- embora os encontremos em diferentes partes deste livro. a cortar as moléculas de DNA ciência analisando resultados de cruzamentos entre di. discutiremos a análise genética de populações nos Ca- ciar com facilidade as moléculas de DNA. em outra. herança de características complexas. e essa manipulação habilidosa pos- as condições ambientais . ca é muito mais que o estudo das sequências de DNA. as entidades celulares que contêm os genes. Como esses estudos enfatizam a transmissão de genes alelos diferentes de muitos genes. talvez até mes- vezes são denominados exercícios de genética de transmis. replicação. Indivíduos de uma população po- . ou ferentes linhagens de organismos. Em outras palavras. de genética molecular. as espécies tranhos são denominados OGM . Variedades de alto rendimento de trigo. Avanços da Angus Beef master Simental Charolês • FIGURA 1. Todos os tipos de genes poten- algumas dessas aplicações nos Capítulos 14. Outros projetos agricultura. Esse pro- Por ocasião do surgimento das primeiras civilizações. a dades de milho cultivadas atualmente nos EUA têm um aparência e o comportamento do gado bovino foram mo. e a criar animais. de sequenciamento do genoma de vegetais e animais dimentos humanos em todo o mundo. nesses projetos. 15. As linhagens de gramínea selvagem chamada teosinto (Figura 1. Esses projetos de mapeamento foram tam o trabalho de geneticistas de muitos países. com a segurança do consumo de alimentos genetica- A partir da década de 1980. as técnicas clássicas de mente modificados. que descende de uma uma proteína tóxica para muitos insetos.11 Raças de gado de corte. A vez maior.12 Fundamentos de Genética Genética no mundo 1Aplicações da genética nos emP-reendimentos humanos A genética é relevante em muitos lugares fora do labora.11 ). produz seu próprio inseticida. -mendeliana dos fundamentos da genética teve efeitos Vegetais e animais alterados pela introdução de genes es- marcantes. Depois de milhares de gerações. cromossomos de várias espécies foram elaborados para apontar genes de interesse agrícola. Criadores de vegetais e animais também estão empre- gando técnicas de genética molecular para introduzir GENÉTICA NA AGRICULTURA genes de outras espécies em vegetais e animais. Assim. Esta seção apresenta alguns destaques. Também há uma preocupação de melhoramento de vegetais e animais foram comple.12). dos pela teoria genética . milho que têm o gene para toxina BT são resistentes ao dou tanto que não cresce mais sem ser cultivado pelo ser ataque da broca-do-milho. Nós abordaremos ainda estão em curso. dades agrícolas. pliar o material genético de muitos tipos de seres vivos. Hoje é muito usado para am- e animais por cruzamento seletivo. Essa aplicação pré. arroz e muitos outros vegetais foram desenvolvidas ses africanos e europeus relutaram em cultivar o milho por criadores para alimentar uma população humana cada BT ou em comprar o milho BT cultivado nos EUA. 23 e cialmente úteis estão sendo identificados e estudados 24. resistência a doenças possibilitava aos criadores elaborar O significado e o escopo internacional da genética são estratégias para incorporar determinados alelos às varie- evidentes nas revistas científicas modernas. O desenvolvimento e o uso de OGM têm provoca- te na agricultura. Técnicas de reprodução seletiva também foram relutância é motivada por vários fatores. paí- milho.e em alguns casos. 16. que apresen. e o milho. gene da bactéria Bacillus thuringiensis. suplantadas . Por exemplo.13).continuam a ter papel importan. . grama e flores de jardim. A localização de ge- A análise genética moderna começou na clausura de um nes para características como produtividade de grãos ou mosteiro europeu. como de árvores des corporações agrícolas. mu. os cesso de modificar a constituição genética de um organis- seres humanos já haviam aprendido a cultivar vegetais mo foi inicialmente desenvolvido com espécies de teste.agora esclareci. conflitos de interesses de pequenos fazendeiros e gran- suínos e ovinos. entre eles os aplicadas a animais como gado bovino de corte e leiteiro. Esse gene codifica dificados (Figura 1. O milho BT é um exemplo. mes prejuízos no passado (Figura 1. como as borboletas e as abelhas. que o milho BT possa destruir espécies de insetos não mentadas . Mapas genéticos detalhados dos tório de pesquisa. bem como à horticultura. hoje é um empreendimento mundial. na medicina e em muitos outros empreen. Por exemplo.organismos geneticamen- domesticadas de vegetais e animais tornaram-se muito te modificados.por técnicas daninhos. o milho BT Os programas de reprodução seletiva . bem como as preocupações de sombra. Muitas varie- diferentes de seus ancestrais selvagens. do controvérsia em todo o mundo. um inseto que causou enor- humano. Também já sabiam melhorar vegetais como a mosca-das-frutas. Também incessantes e culminaram com o sequenciamento com- são evidentes na miríade de aplicações da genética na pleto do genoma de algumas espécies. B. a rastreá-las nas famílias e a prever as chances de um um laboratório hospitalar pode pesquisar. A partir desse trabalho. Archibald Garrod. em recém-nascidos. é de apenas 1 em 10. Broca-do-milho. Ostrinia nubilalis. exemplo. Hoje alguns hospitais de sangue ou material colhido da bochecha com swab. Hoje. teosinto (esquerda). do DNA estão prontamente disponíveis. No Capítulo 22 exploraremos técnicas usadas born Errors of Metabolism (Erros Inatos do Metabolismo) . publicou um livro intitulado In. têm profissionais conhecidos como conselheiros genéticos. genética molecular garantiram os métodos e o material especializados em orientar as pessoas acerca dos riscos para a transformação profunda da agricultura. Por exemplo.12 Espigas de milho (direita) e seu ancestral. nas décadas seguintes. Comparação de caules de milhos resistente (em cima) e suscetível (embaixo) à broca-do-milho. são individualmente bastante raras na maioria das popu- GENÉTICA NA MEDICINA lações humanas. no Capítulo 3. os de herdar ou transmitir doenças genéticas. os genes mutantes também contribuem para enfermida- balho de Mendel. como as que Garrod estudou. lo 21 examinaremos a base genética do câncer. por e bioquímico britânico. um distúrbio do metabolismo lista de doenças causadas por genes mutantes. um alelo mutante do gene BRCAl que causa forte pre- . Discorrere- estrategistas políticos estão lutando com as implicações mos sobre alguns aspectos do aconselhamento genético dessas novas tecnologias.5 cm • FIGURA 1. para avaliar os riscos genéticos de características comple- Nesse livro. e.13 Uso agrícola de um vegetal geneticamente modificado em agricultura. e no Capítu- metabólicas podem estar associadas a alelos mutantes. médico des humanas mais prevalentes .A planta resistente expressa um gene para uma proteína inseticida derivada do Bacillus thuringiensis. novos métodos de detecção de genes mutantes em indiví- bios humanos hereditários. Agora os exames diagnósticos com base na análise médicos aprenderam a diagnosticar doenças genéticas. Em 1909. O estudo dos aminoácidos. dessas doenças começou logo após a redescoberta do tra. A. foi Os avanços da genética molecular estão fornecendo identificado e catalogado um grande número de distúr. em amostra determinado indivíduo herdá-las. alimentando-se do caule do milho. Capítulo 1 1 Ciência da Genética 13 6.cardiopatia e câncer. As doenças genéticas. Por exemplo. No entanto. Garrod documentou como as anormalidades xas como a suscetibilidade a cardiopatias.000. A B • FIGURA 1. a in- A genética clássica apresentou aos médicos uma longa cidência de fenilcetonúria. A pesquisa foi produtiva. os duos. sociais eft1osó. comunicação instantânea e proces- A genética molecular oferece ainda novos métodos samento extraordinário de informações. Hoje. e produzidas rotineiramente em células bacterianas nas a análise dessas diferenças possibilita a identificação das quais se inseriu o gene humano correspondente. produzir o polipeptídio insulina em escala industrial. Durante décadas. Agora bacterianas no Capítulo 16. liberdade e responsabilidade? Esse conhecimento em células imunes e células do sangue. Até hoje. As Muitas outras proteínas importantes para a medicina são sequências de DNA são diferentes em cada indivíduo. garantia de re- modos de produção de proteínas humanas em células clamação de herança e identificação de cadáveres. Discutiremos so. as sociedades modernas depen- béticos usaram insulina obtida de animais . PONTOS ESSENCIAIS • As descobertas da genética estão modificando os procedimentos e as práticas na agricultura e na medicina • Os avanços da genética estão suscitando questões éticas. modificará nossa opinião sobre o que significa ser huma- bre as tecnologias emergentes da terapia gênica humana no? Queiramos ou não.ficas. jurídicas. políticas. o gene inserido pode neutralizar os descobertas da genética levantam questões existenciais genes defeituosos que o indivíduo herdou. inocência nas células da medula óssea. No sos costumes? Afeta a organização de nossas sociedades? entanto. a profundas. a aplicação dessas novas tecnologias de genéti. também é produzido por células bacterianas. introduzindo cópias do gene cidade de aprender? Nosso comportamento? Afeta nos- CFnormal nas células pulmonares não tiveram êxito. As ten. No entanto.é uma parte crucial de todos nós. médicos geneticistas tiveram algum sucesso no Influencia nossas atitudes em relação a outras pessoas? O tratamento de distúrbios do sistema imune e das células conhecimento sobre os genes e a influência que têm sobre do sangue por introdução de genes normais apropriados nós afetará nossas ideias de moralidade e justiça. tes necessidades. o âmago de nossa existência porque. dimentos comerciais na indústria da biotecnologia. Em um para tratamento de doenças. A estratégia desse tipo de tratamento é inserir terial.o lulas de um indivíduo que tem apenas cópias mutantes objeto da genética . comprova- indústria de biotecnologia em expansão. às vezes. fabrica-se insulina humana perfeita em como a genética está contribuindo para essas importan- células bacterianas que têm o gene da insulina humana. das aguardam-nos em um futuro não tão distante. Nossos estilos de vida também dependem dessas tecnologias. da tecnologia de genética molecular no tratamento de Mas o impacto da genética vai além dos aspectos ma- doenças. os dia- nível mais fundamental.geralmente dem da tecnologia para obter alimento e saúde. ou que prestam serviços como aná- mutante do gene do hormônio do crescimento.14 Fundamentos de Genética disposição de seus portadores ao câncer de mama. Descobertas de O hormônio do crescimento humano. Estudaremos os ção de culpa e de inocência de acusados. um determina nossa natureza? Nossos talentos? Nossa capa- distúrbio respiratório grave.testes de paternidade. . Uma GENÉTICA NA SOCIEDADE mulher que tenha o alelo mutante pode ser aconselhada a fazer uma mastectomia para evitar o câncer de mama. difíceis e. afinal. pessoas. essas análises fazem parte da rotina dução dessas proteínas em larga escala é uma faceta da em muitas situações . Ela toca uma cópia ativa e saudável de determinado gene nas cé. o DNA . Outro impacto é o jurídico.Já vimos de porcos. a genética também tem ou- Grandes quantidades dessas células são cultivadas para tros tipos de impacto na sociedade. Nossas in- ca molecular costuma levantar questões difíceis para as dústrias e serviços são construídos sobre tecnologias para pessoas envolvidas. comercial e jurídico de nossas sociedades. to econômico mundial. Quem so- terapia gênica humana teve resultados ambíguos. originada das pesquisas em ciências básicas. Um tipo de impacto é o econômico. Sem a lise do perfil de DNA. mos nós? De onde viemos? Nossa constituição genética tativas de curar indivíduos com fibrose cística (CF). Assim. As sociedades modernas dependem muito da tecnologia Portanto. produção em massa. Atualmente. as provas baseadas em análise do DNA são corriqueiras A terapia gênica humana é outro mecanismo de uso em tribunais do mundo todo. Em- Este hormônio é usado para tratar crianças que não o presas que comercializam produtos farmacêuticos e produzem em quantidade suficiente por terem um alelo testes diagnósticos. antes isolado de pesquisas genéticas deram origem a incontáveis empreen- cadáveres. perturbadoras. contribuíram para o crescimen- administração de hormônio. essas crianças seriam anãs. essas e outras perguntas profun- e alguns dos riscos associados no Capítulo 16. A pro. que depois se diferenciaram e culpa. As desse gene. . Se cada códon pode especificar um dos constituídos de 10 códons. Alguma 1.9 A síntese de RNA usa como molde o DNA.rem estar presentes uma filogenia evolutiva dessas espécies de verte- no polipeptídio codificado por esse gene? brados? .. a diferir de outra de acordo com os tipos de muta- nomi11ado tradução. Uma população pode passar cidos na sequência de um polipeptídio . Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas ~~~~~~~~--===:---~":""""' . a se- ATTGCCGTC. minado transcrição .. difere da a-globi11a da carpa em 68 posições dios estão presentes na sequê11cia codificadora do e da a-globina da vaca em 17. então. Suponha que um ge11e co11tenha 10 códo11s..2 Tanto o DNA quanto o RNA são compostos de nucleotídios..rir de molde quência de aminoácidos da a-globina também se para a síntese de DNA. O tos 11ucleotídios codificantes tem o ge11e? Qua11tos produto polipeptídico de. ções.ros no nível da população. Dura11te milhões de anos.5 A sequência de um filame11to de DNA é na linhagem de cada espécie. Como as informações genéticas são expressas nas 2. cada um deles correspondente a um códon to polipeptídico? Entre todos os genes possíveis no gene. Quan..3 Quais são as bases presentes 110 DNA? Quais são vez há síntese de DNA usando o RNA como molde? Explique.4 O que é genoma? a sequência de DNA desse gene foi modificada 1. . entre todas as sequências diferentes poderiam ser produzidos? gê11icas possíveis com 10 códo11s de comprimento. Se esse filamento ser. essas sequências são usadas para do genoma também).. a mutação dio corresponde a uma sequência de três nucleotídios promove o estímulo para os diferentes resultados no DNA. população de organismos com o tempo e pode. ções acumuladas com o tempo. Desse modo. Qual é o sig11ificado evolutivo da mutação? células? Resposta: A mutação cria variação 11as sequê11cias de Resposta: As i11formações são codificadas em sequê11cias 110 DNA dos genes (e 110S compo11entes não gê11icos DNA. As trincas de nucleotídios que codificam os evoluti. Que moléculas se combi11am para 1.processo de. o RNA é usado como eventualmente. Qual será a sequê11cia do RNA produzido a partir desse molde? 1. Resposta: O ge11e tem 30 11ucleotídios codificantes.. Quantos nucleotí.... qual será a sequência do modificou nessas linhagens.processo deno. transcrito é CTTGCCAGT..6 Um gene contém 141 códons... Cada ami11oácido no polipeptí. Esses dados sugerem ge11e? Quantos aminoácidos de. Assim. podemos imaginar um total de 20 1º produtos poli- peptídicos .... produzir diferenças observáveis molde para especificar a incorporação de ami11oá. E11tre as 141 posições filamento recém-sintetizado? de ami11oácidos nesse polipeptídio. . ~~'="' ~~~~~~=--.8 Qual é a diferença e11tre tra11scrição e tradução? formar um nucleotídio? 1..7 O filamento-molde de um gene que está se11do Mendel sobre herança.. 1... A princípio. quantos polipeptídios 20 aminoácidos naturais. diferentes aminoácidos são denominadas códons.1e conter 10 aminoá- aminoácidos devem estar presentes em seu produ. entre os orga11ismos...um número imenso! Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca~acidade analítica 1. as bases prese11tes no RNA? Quais são os açúcares presentes em cada um desses ácidos nucleicos? 1. a a-globi11a hu- mana difere da a-globina do tubarão em 79 posi- 1.. cidos.e..1 Resuma em poucas palavras as pri11cipais ideias de 1. 1.. Essa variação acumula-se na sintetizar RNA complementar a elas .10 O gene da a-globina está presente em todas as es- pécies de vertebrados. Capítulo 1 1 Ciência da Genética 15 Exercícios Aplique a análise genética básica 1.. ncbi.16 Fundamentos de Genética 1. Por causa desse defeito.nih. descrever as duas formas mutantes desse gene? Esse fator é uma proteína codificada por um gene Você acredita que um indivíduo que tenha essas humano.nlm.11 Adoençafalciforme é causada por mutação de um 1. filia podem morrer por ferimentos ou equimoses. clique em noma Humano. clique em Educa- mano no site do NCBI. por causa des. man Genoma Research Institute. Existe um método para corrigir o erro ina- to da hemofilia por terapia gênica humana? Genômica na Web em http://www. de. as pessoas com hemo- í3-globina é a valina em vez do ácido glutâmico. industrial. um defeito do mecanismo da coagulação sanguí- sa mutação. Sugira um mecanismo de uso da tecnologia duas formas mutantes do gene da í3-globina teria genética moderna para produzir esse fator em escala anemia? Explique. Nela. Clique em About the NCBI e. Recommended Links para chegar à página do National Hu- . em Outreach and Education. obtido de sangue de doadores. Que palavra é usada para sanguínea purificado. tion para encontrar as informações sobre o Projeto Ge- pois. Um método específico de lisina como o sexto aminoácido no de tratamento é a injeção de um fator da coagulação polipeptídio 13-globina. o sexto aminoácido no polipeptídio nea. Em seguida.gov Você pode pesquisar mais sobre o Projeto Genoma Hu. os pulmões ou os rins.12 A hemofilia é um distúrbio hereditário em que há dos códons no gene da 13-globina. Uma doença menos grave é causada por uma principalmente se houver lesão de órgãos internos mutação que troca esse mesmo códon por outro como o figado. A prole cresce e o ciclo continua geração após geração. Dolly era um clone. A tecnologia que pro- Cientistas do Roslin lnstitute. Em seguida. próximo à Edimburgo. matozoide do macho. ao PANORAMA Células e cromossomos Mitose Meiose Ciclos de vida de alguns organismos genéticos-modelo ado.genético está sendo injetado em um vide-se e produz células ovócito enucleado seguro por uma geneticamente idênticas.. o primeiro mamífero clonado.. das mães. A foto à direita mostra o processo de clonagem. Esse em- neiros concebidos durante o outono. os carneiros pastam na paisagem árida da de outra ovelha Black- Escócia.. além disso. ovócito de uma fêmea é fertilizado pelo esper.Os núcleos de três células estão den- tro de uma micropipeta longa e fina. século de pesquisas fun- face (a mãe do ovócito) com uma célula do úbere de uma ovelha damentais sobre a base Finn Dorset (a mãe genética).ovócitos ou espermatozoides. o primeiro mamífero clonado.ou nos açougues.. tação da mãe substituta tras. mas teve três chegou a termo. e quando a ges- de 1997. estimulou-se a divisão do ovócito do. produziram Dolly por fusão do ovócito de uma ovelha Black. O embrião formado Dolly foi implantado no útero Durante séculos. e O núcleo superior com seu material o zigoto resultante di. duziu Dolly surgiu de um cia. veio ao mundo uma ovelha diferente de todas as ou. Essas células dividem-se muitas vezes e dão origem a um organismo multicelular. Nesse organismo. O material genético no ovócito da celular da reprodução. Em seguida. ou substituta). Dolly. na Escó. Mas Dolly. ovelha Blackface foi retirado antes da fusão do ovócito com a cé. Finn Dorset e Scottish Blackface são algumas das raças face (a mãe gestacional criadas pelos pastores locais. um ovócito desse organismo une-se a um espermatozoide de outro organismo do mesmo tipo e produz uma nova prole. foi criada contornando todo esse processo. Essa ovelha. . Dolly mães. Em uma palavra. não teve um pai. A cada primavera nascem os car. o lula do úbere. seus genes eram idênticos aos genes de uma nasceu. No início volveu. chamada Dolly. Eles crescem com rapidez e brião cresceu e se desen- tomam seus lugares nos rebanhos . No processo habitual. um grupo especial de células inicia um modo dife- rente de divisão para produzir células reprodutivas especializadas . . pipeta mais larga. Moléculas permitem a passagem seletiva de outras através de canais pequenas . ção celular são denominados procariontes. encontradas em condições energia. um açúcar simples.DNA e RNA. Por exemplo. são essenciais para a vida. e as archaea. águas nas células. Outros tipos de moléculas não interagem meio externo à célula. Essas estruturas são porosas a algumas substâncias e tes de moléculas. entre elas a reprodução. os bió- logos estabeleceram o princípio de que os seres vivos são membranas celulares. Outros têm trilhões de células. o citoplasma. são capazes de des- células. Muitos tipos diferentes de moléculas constituem as gor Mendel fazer suas experiências com ervilhas. sais. o material genético está organizado em cromossomos. Essas membranas internas podem célula é um conjunto complexo de moléculas capaz de dividir a célula em compartimentos ou ajudar a formar adquirir substâncias. No início do século 19. Eles também servem como fontes de dantes na Terra. que são cadeias de aminoácidos. incluem as bactérias. um dímero. alguns dos quais es- ras diferentes. algumas décadas antes de Gre. As células também têm uma grande quan. As paredes das células vegetais são quais residem os genes. em geral.não está isolado em um compartimento sub- rações químicas entre glicerol. Carboidratos como o amido e o glicogênio CÉLULAS PROCARIÓTICAS E armazenam energia química para o trabalho dentro das EUCARIÓTICAS células. As proteínas são as moléculas mais diversificadas ambientais extremas como lagos de água salvada. uma substância orgânica celular especial. As membranas celulares também com ela. Cada proteína é constituída de um ou mais termais e chaminés vulcânicas em águas profundas. açúcares. O material hereditário . A mais abundante é a água. que. às vezes uma proteína é constituída de As células eucarióticas são. Os exemplos Os lipídios são importantes constituintes de muitas estru. apresentar um sistema complexo de membranas internas bono e água. a mem- brana. Cada nas dentro das células. Organismos com esse tipo de organiza- pequena.são eucariontes. ou polímeros. Elas também catalisam reações químicas. e através delas. substâncias orgânicas maiores. As cé. Também discorre. além interior de uma célula. paredes e membranas. no entanto. que são as formas de vida mais abun- turas nas células. os principais elemen- constituídos de células.basicamente. As paredes das bactérias são constituídas de um material di- ferente denominado mureína. As mem- prática diversas atividades. Também existem membra- uma única célula.as estruturas celulares nas mente à membrana. As células procarióticas geralmente têm menos de beradas dessas cadeias são quimicamente degradadas em um milésimo de milímetro de comprimento e costumam substâncias mais simples . Muitas dos os outros organismos . Dentro das vezes maiores que as células procarióticas e têm sistemas células.vegetais. contém substâncias de mediarem atividades celulares importantes. animais. constituídas de celulose. as células eucarióticas têm tipicamente . encontramos dois ti- às outras e formam cadeias longas. Essas proteínas catalisadoras são denominadas enzimas. Alguns tipos celulares mos rever agora a biologia das células. fungos . Essas moléculas são formadas por inte. Todas as substâncias desse tipo são denominadas contêm moléculas que interagem com substâncias no hidroffiicas. o DNA . AMBIENTE CELULAR As paredes e as membranas separam o conteúdo celu- lar do ambiente externo. isto é. Desse modo. aminoácidos e e portões. As subunidades de glicose unem-se umas Quando estudamos o mundo vivo. a célula é a base de toda vida.18 Fundamentos de Genética Células e cromossomos Tanto nas células procarióticas quanto nas eucarióticas. molecular em constante mudança. Alguns organismos consistem em tos são lipídios e proteínas. O informações vitais sobre as condições do ambiente. não são constituí.isto é. um multímero. um carboidrato complexo. Desse modo. As branas são fluidas e flexíveis. como já foi descrito no Capítulo 1. pelo menos dez muitos polipeptídios . uma membrana não são mantidas em posições fixas por dos de células. veis. Muitas das moléculas de formas de vida mais simples.por exemplo. e organelas membranosas. e ácidos graxos. não são impermeá- As células vivas são constituídas de muitos tipos diferen. dióxido de car. os vírus. é uma atividade e algumas moléculas maiores têm interações favoráveis importante das células. pos básicos de células: procarióticas e eucarióticas ( Figu- lulas obtêm energia quando as moléculas de glicose li.1). obter e armazenar energia e pôr em estruturas especializadas denominadas organelas. hidroffiicas e hidrofóbicas. As células são envolvidas por uma camada fina. va. são envolvidos por paredes rígidas e resistentes. To- polipeptídios. No entanto. O transporte de substâncias no interior das algumas vitaminas .isto tidade de lipídios. mas só exercem sua função dentro das grandes forças químicas. complexos de membranas internas. Elas são denominadas hidrofóbicas. Como lizar umas pelas outras no que se assemelha a um mar preparo para nossa jornada pela ciência da genética. Essas moléculas fornecem à célula bem com a água. As células contêm ainda ácidos nucleicos . ra 2. Essas moléculas são constituídas de glicose. as proteínas são componentes de muitas estrutu. externa- remos sobre os cromossomos . As moléculas que constituem as células têm estrutura e função variadas. protistas e vezes uma proteína é composta de dois polipeptídios .dissolvem-se com facilidade na água. tão associados a organelas visíveis e bem organizadas. é. ?T-r~ 1-Retículo endoplasmático endoplasmático liso rugoso Microfilamentos --r~--=--... Capítulo 2 1 Reprodução Celular 19 Célula bacteriana -.:.. Lisossomo --1-.... C}.-::-:----::..e::.... Citoplasma ••• ~=---:- . ~~-t--. ..-tA-'...~ ~=:J!. Retículo endoplasmático rugoso endoplasmático liso Citoplasma ._ m!ih ~· • B Célula vegetal Ribossomo ---r1Afa~ Poro nuclear ---t---1~ Núcleo --~N Nucléolo .Cápsula ~~---.Membrana plasmática Material genético Ribossomos Flagelo Pi/us . .~ Mitocôndria .:lfl'~--..-.-......... Ribossomos livres .. i--:.=~::-..- Vesícula .:~ -+---Ribossomo .Centrío los • .. Membrana externa Parede celular ~'r.Microtúbulos e • FIGURA 2.~S Retículo ....---- A Célula animal Ribossomos livres -------____.-+--OI Parede celular _ _.....-- Membrana plasmática ...:. ... Mitocôndria ... -r-r..+-.r-=-'1-l •• •••• • • ••• • • • • • • .f..r.r--t'"""""""'\l r--.--:: Complexo de Golgi -~M~~12S..-.--=----- i---..---.1 Estruturas das células procarióticas (A) e eucarióticas (B.. ."'IH Retícu1o ------. denominada estado diploide. Os cromossomos procarióticos só podem ser obser- diferentes e adaptados aos muitos processos realizados vados por técnicas de microscopia eletrônica. Todos os gametas produzidos no futuro são deri- produzidos pelo complexo de Golgi.2). Nas células procarióticas. um processo que estuda. mente têm só uma cópia de cada cromossomo. Em outros. Em vegetais. como os seres humanos. o desenvolvi- ficariam a célula se fossem liberadas no citoplasma. constituem o ci. Por exemplo. Já as células sexuais ou gametas geral- têm muitos ribossomos. Os ribossomos são encontrados a partir de células diploides da linhagem germinativa. a maior densidade dos cromossomos torna locais específicos nas células . os espermatozoides humanos têm 23. as células somáticas. O mais clareza durante a divisão celular quando cada cro- citoesqueleto mantém a posição das organelas e tem um mossomo se condensa em um volume menor. a linhagem germinativa produz eles estão frequentemente associados a um sistema de tanto gametas masculinos quanto femininos. membranas. enquanto pelas células. A característica marcante de todas as células eucarió. tecidos somáticos do animal. em que há variação das condições químicas. Nas células de animais. como pH Os cromossomos podem ser examinados ao microscó- e teor de sal. inclusive os ór- lismo de substâncias como gorduras e aminoácidos.20 Fundamentos de Genética uma ou mais mitocôndrias. Tanto mentar de DNA e de uma variedade de proteínas.fenômeno denominado possível discernir algumas características estruturais. eucarióticas contém vários cromossomos diferentes-por os das células eucarióticas são um refúgio seguro para o exemplo. mento é menos estrito. CROMOSSOMOS 1 ONDE ESTÃO das a obter energia a partir dos alimentos. que está organizado em estruturas distintas deno. condição pam da síntese de proteínas. Examinaremos sua cromossomo. embora às vezes também tenham muitas moléculas me- ticas é o material hereditário contido em uma grande nores de DNA chamadas plasmídios. Nesse papel importante no deslocamento de substâncias para momento. outros necessitam de aumento toesqueleto. As demais células formam os contêm diferentes tipos de enzimas digestivas que dani. quando estão con. tráfego. que capta Cada cromossomo é constituído de uma molécula bifila- a energia solar e a converte em energia química. Alguns cromossomos eucarió- são influenciados por um sistema de filamentos. organelas elípticas destina. maioria das moléculas de DNA nas mitocôndrias e nos do. um conjunto de bol. Essa variação garante ambientes internos pio. Tan. Os cromossomos são visíveis indivi. Durante das células. maiores e mais complexos que os cromossomos das célu- dualmente durante a divisão celular. nos vegetais. que é em todo o citoplasma. Esses materiais dão forma às células e tornam bem maior(> 500X). possível que alguns tipos de células se desloquem no seu Os cromossomos eucarióticos são observados com ambiente . e o zi- ficação química e do transporte de substâncias dentro goto formado dá origem a um novo organismo. Esse DNA extranuclear está localizado Muitas células eucarióticas têm duas cópias de cada nas mitocôndrias e nos cloroplastos. os lisossomos são nativa. Em alguns seres constituídos de membranas. nas células eucarióticas vivos. A maioria das células estrutura delimitada por membrana. Parte do DNA de uma célula eucariótica não ticas são lineares. Essa condição. Essas organelas vados dessas poucas células. de células é reservada para dar origem à linhagem germi- las eucarióticas. podem ser peroxissomos. Embora os ribossomos não sejam o tecido reprodutivo de um organismo. Os núcle. a distinção entre membranas internas e as organelas de células eucarió. Os tecidos retirados de uma parte to as células vegetais quanto as células animais contêm do vegetal. também podem ser encontradas em célu. está no núcleo. como os vegetais. usados para produzir um vegetal inteiro. tecidos somáticos e tecidos germinativos não é tão bem ticas criam um sistema de compartimentos subcelulares definida quanto nos animais. os cromossomos eucarióticos podem ser vistos ao micros- Os formatos e as atividades das células eucarióticas cópio óptico (Figura 2. As células LOCALIZADOS OS GENES de algas e vegetais contêm outro tipo de organela de obtenção de energia denominada cloroplasto. las procarióticas geralmente só contêm um cromossomo. delimitadas por o desenvolvimento do animal. As célu- por membranas.fenômeno denominado motilidade celular. em conjunto. na fertilização. cada cromossomo pode parecer consistir . Quando os gametas masculino e feminino se unem sas e vesículas membranáceas que participam da modi. Assim. pequenas organelas dedicadas ao metabo. o núcleo. O retículo pode es. é característica das células do corpo do eucarionte. Outras organelas pequenas. estrutura e função no Capítulo 15. assim como a geralmente não está abrigado em um núcleo bem defini. Os gametas são produzidos remos no Capítulo 12. pequenas organelas que partici. meta. pequeno aumento (20X). Em ge- DNA. As moléculas de DNA nos cromossomos densados e espessados. produz um ou outro tipo de ga- tar conectado ao complexo de Golgi. fibras e ticos são suficientemente grandes para serem vistos com moléculas associadas que. Já as moléculas de cromossômico nas células procarióticas e eucarióticas no DNA dos cromossomos nos núcleos de células eucarió- Capítulo 9. os cromossomos das células eucarióticas também são minadas cromossomos. las procarióticas. o estado diploide é restabelecido. o DNA e plasmídios procarióticos são circulares. o RNA as mitocôndrias quanto os cloroplastos são delimitados também pode estar associado aos cromossomos. denominada estado haploide. ral. isto Tanto as células procarióticas quanto eucarióticas é. o retículo endoplasmático. Analisaremos os mecanismos de organização do DNA cloroplastos das células eucarióticas. As gãos reprodutivos. uma pequena quantidade membrana. como do caule ou de uma folha. as células de ' E. processo que requer síntese de DNA. todas as células de um clone são geneticamente idênticas. retículo endo- plasmático. palavra de origem grega que signi- fixam para deslocar o cromossomo durante a divisão celular. Em condições ideais. coli pode multiplicar-se o suficiente em um só dia para formar uma massa visível a olho nu. que é mos humanos durante a divisão celular. a distribuição dessas estruturas não é igual nem exata. coli não mantêm essa alta frequência de divisão. a frequência de divisão cai em virtude da exaustão de nutrientes e do acúmulo de resíduos. As organelas . divisão da célula-mãe. Todavia. O cromossomo da célula-mãe é duplicado antes da fis- são. a microscopia óptica no Capítulo 6. No entanto. duplicados entre as células-filhas. de fato. B. cloroplastos.mitocôndrias. Essa B fase geralmente tem dois componentes: (1) mitose. o processo de separação fisica das células-filhas.2 A. durante a mitose. Uma célula prestes a se dividir é denominada célu- la-mãe.tam- bém precisam ser distribuídas entre as células-filhas. juntas. à qual se refere à letra "S". passa por uma série de fases que. é preciso que muitos cromossomos sejam duplicados e distribuídos igual e exatamente entre as células-filhas.em apenas um dia. examinaremos os dados experimentais nada clone. o ponto em que as fibras do fuso se "M" refere-se a mitose. Nós analisaremos as - DIVISAO CELULAR estruturas dos cromossomos eucarióticos observadas por Entre as muitas atividades realizadas por células vivas. uma única E. coli poderia dar origem a um clone de aproximadamente 25º células . A me- dida que as células se acumulam. é claro. o conteúdo da célula-mãe é dividido mais ou menos igualmente entre as duas células-filhas. constituem o ciclo ce- lular ( Figura 2. algumas das técnicas de localização dos genes nos cro- mossomo criado durante um processo de duplicação que mossomos. Cada bastão é uma cópia idêntica do cro. e as cópias são transferidas para as células-filhas. Com exceção dos erros.A constrição em cada cromos.28). está associado a um fuso que move os cro- mossomos durante a divisão celular. Sé o período em que há duplicação dos cromossomos. A letra somo duplicado é o centrômero. denomi- No Capítulo 5. Quan- do as células procarióticas se dividem. A A divisão das células eucarióticas é um processo mais 1 µm elaborado que a divisão das células procarióticas. Toda vez que uma célula eucariótica se divide. Em re- gra. que é 10 µm • FIGURA 2. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 21 em dois bastões paralelos unidos por um ponto comum para essa descoberta. fica filamento. A sequência das fases é G 1 ~ S ~ G 2 ~ M. Micrografia eletrônica mostrando um cromossomo o processo de distribuição igual e exata dos cromossomos bacteriano retirado de uma célula. e (2) citocinese. uma só E. reconstituídos nas célu- las-filhas. Micrografia óptica de cromosso. Essa massa de células é denominada colônia. divisão é a mais surpreendente. Nessa frequência. A fase M do ciclo celular é o período em que há. Na realidade. A divisão celular faz parte do crescimento de organismos multicelulares e também é a base da reprodução. O retículo endo- plasmático e o complexo de Golgi são fragmentados por ocasião de divisão e. e nos Capítulos 7 e 8 estudaremos ( Figura 2. e os produtos da divisão são as células-filhas.mais de um quatrilhão . complexo de Golgi e assim por diante . os cromossomos apre- . precede a condensação. Nessa sequência. que também podem dividir-se em duas e assim cromossomos foi feita na primeira década do século 20. um procarionte como a bactéria intes- tinal Escherichia coli divide-se a cada 20 a 30 min.3 ). denomina- do centrômero. Uma célula pode dividir-se A descoberta de que os genes estão localizados em em duas. por diante até criar uma população de células. As mitocôndrias e os cloroplastos são distribuídos aleatoriamente entre as células-filhas. mais tarde. Esse processo é denominado fissão. e o ponto comum. Nesse momento. estruturas celulares que contêm os genes.3 O ciclo de uma célula animal. são delimitadas por membranas • Os cromossomos. os cromossomos estão contidos em um núcl. zadas. pode durar vários meses. são constituídos de DNA e proteína • Nos eucariontes.A duração do ciclo varia em diferentes tipos de células eucarióticas. A células. mitose. Em embriões. As dividem mais depois que adquirem su as funções especiali- fases G 1 e G 2 são "intervalos" (gaps) e n tre as fases S e M. como as dos tecidos nervosos e musculares.eo delimitado por membrana. as células eucarióticas distribuem seu ma. No lulas. importante causa de morte nos dias atuais. cujo crescimento é rápido.22 Fundamentos de Genética Crescimento e metabolismo 10 h Síntese de DNA ( 9h e duplicação A cromossom1ca o Preparo para mitose • FIGURA 2. nos procariontes. sar câncer. Nos tecidos de crescimen to do con trole da divisão celu lar. o ciclo perturbação da atividade dessas proteín as acarreta a perda pode durar apenas 30 min . Este ciclo tem 24 h. Esse descon trole pode cau- lento de adultos. especificamente duran te a terial genético igual e exatamente entre as células-filhas. Mitose Ao se dividirem. h á e n curtamento e espessamen to dos . Algumas cé. PONTOS ESSENCIAIS • As células. didos e finos. cloroplastos e retículo endoplasmático • As células eucarióticas haploides têm uma cópia de cada cromossomo. as células diploides têm duas cópias • As células procarióticas dividem-se por fissão. unidades básicas de todos os seres vivos. não é possível iden tificar indi- vidualmente os cromossomos porque estão m u ito esten- A distribu ição organ izada de cromossomos duplica. A rede de filamentos finos formada por to- dos na célula-mãe para as células-filh as é a essência da dos os cromossom os n o núcleo é denomin ada cromatina. as células eucarióticas dividem-se por mitose e citocinese • Os cromossomos eucarióticos duplicam-se quando o DNA de uma célula é sintetizado. antes do início da mitose. bem como organelas membranosas como mitocôndrias. Cada cromossomo da célula-mãe é duplicado Duran te a mitose. esse evento. que precede a mitose. não • As células eucarióticas têm sistemas compkxos de membranas internas. fase S. investigaremos a base genética do câncer. sen tam-se como corpos filiformes dentro das células. A p rogressão das células eu carióticas no ciclo é rigo- A duração do ciclo celular varia em diferentes tipos de rosamente con trolada por diferentes tipos de proteínas. é característico da fase S do ciclo celular. n ão se Capítulo 21. Os centríolos são circundados por tócoros.4B). a A distribuição de cromossomos duplicados entre as cé. Cada centrossomo contém atuam perto dos cinetócoros. também desaparece. ferente por microtúbulos fixados em seu cinetócoro. Esse distintos definem esses polos e criam o fuso mitótico. O centrossomo único existente em uma meio da célula.4A). crotúbulos formados no citoplasma invadem o espaço das de proteínas denominadas tubulinas. os cromossomos "descon. biólogos costumam denominar interfase o período em Em células vegetais. outros tipos de organelas.isto é. os MTOC são diferenciados em pequenas organe. que pode ser muito longo. Os filamentos duplos. As posições finais dos densam-se" e a rede de cromatina é reconstituída. minado áster. los do fuso. "condensação" da rede de cro. Durante a mitose os microtúbulos reúnem-se em cromossomos duplicados. B. e nós o usaremos aqui. o retículo endoplasmático e o cromossomo. temente à fragmentação do retículo endoplasmático. Esses centrossomos movem-se ao redor do matina . constituí. O nucléolo. microtúbulos radiais surgem em torno de um cromossomo duplicado é conectada a um polo di- cada um desses centrossomos e formam um padrão deno. ções no comprimento dos microtúbulos do fuso e pela las denominadas centrossomos. e mi- são componentes do citoesqueleto. essas organelas não estão ação de proteínas motoras geradoras de energia que presentes nas células vegetais. fixam-se nos nuclear. têm uma relação mais próxima que a de irmãs. Micrografia eletrônica mostrando dois pares de centríolos. Concomitan- entanto. A fixação dos microtúbulos do um arranjo complexo denominado fuso (Figura 2. os MTOC que não têm centrossomos que não é possível ver os cromossomos individuais. Fuso mitótico em uma célula an imal em cultura. geralmente perto do núcleo. da mitose. O termo irmã é um tanto errado porque complexo de Golgi. estruturas proteicas associadas aos centrômeros dos divisão. . é o tempo decorri. cromossomos duplicados a partir da rede difusa de cro- Quando a mitose começa.4 A. A fuso nos cinetócoros indica o início da metáfase da mitose. Esses microtúbulos adicionais parecem estabi- uma matriz difusa denominada material pericentriolar. O fuso mitótico também dois centríolos em forma de barril. Os centrossomos definem os polos da célula-mãe em divisão. A B 0. Depois da mitose. acompanhada de fragmentação de muitas organelas in- dos uns aos outros e estão unidos pelo centrômero pelo tracelulares. a prófase (Figura 2. o termo "irmã" é comum.3 µm 20 µm • FIGURA 2. onde estabelecem individuais. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 23 cromossomos . Alguns desses microtúbulos fixam-se nos cinetó- cromossomos e os deslocam dentro da célula-mãe em coros. A operação do fuso leva ao deslocamento que inicia a formação dos microtúbulos constituintes do dos cromossomos duplicados para um plano único no fuso mitótico. Esse movimento é influenciado por altera- mais. matina são características marcantes do primeiro estágio dos os cromossomos. Quando se placa metafásica. como as mitocôn- Talvez a palavra "gêmea" descreva melhor a situação. denomina. corada para mostrar os microtúbu los (verdes) que saem dos dois ásteres. Esse plano equatorial é denominado célula animal é duplicado durante a interfase.5). A formação do fuso é dos cromátides-irmãs. por exemplo.e torna-se possível reconhecer cromossomos núcleo até posições opostas na célula. já houve duplicação de to. formação do fuso está associada aos centros organizadores Durante a metáfase. perpendiculares um contém microtúbulos que não estão fixados aos cine- ao outro (Figura 2. Em células ani. no entanto. os cromossomos duplicados de microtúbulos (MTOC). O início da formação do fuso e a condensação de do entre mitoses sucessivas. o eixo da divisão mitótica iminente. um corpo denso que par- essas cromátides são cópias do cromossomo original e. lizar o fuso. cada cromátide-irmã de inicia a mitose. presentes no citoplasma de células deslocam-se até posições a meio caminho entre os po- eucarióticas. Nesse estágio. portanto. continuam intactos. ticipa da síntese de RNA no núcleo. que nuclear) divide-se em muitas vesículas pequenas. membrana nuclear (também conhecida como envoltório lulas-filhas é organizada e executada por microtúbulos. período. No drias e os cloroplastos. Essas fibras. permanecem intimamente associa. tócoros e por degradação das substâncias que man têm As células-filhas produzidas pela divisão de uma cé- unidas as cromátides-irmãs. a uma das células-filhas. Ao mesmo Portanto.5 Mitose no lírio Haemanthus. ram-se durante a anáfase da mitose. Uma cromátide duplo separa claramente os dois grupos de cromossomos pode separar-se do fuso mitótico e não ser incorporada em espaços distin tos na célula em divisão. nese ( Figura 2.da célu- tempo que os cromossomos se deslocam para os polos. . tam- As cromátides-irmãs de cromossomos duplicados sepa. Cada conjun to de cromosso. a transmissão do material genético .6) . Esse movimento porém. Cada célula-filha encurtam. bém há deposição de uma parede e n tre as células-filhas. mas de suas consequências no Capítulo 6 e. Esses tipos de even tos causam d iferenças da mitose se reconstituem. O alin hamen to polar das cromátides-irmãs é crucial intern as são características da telófase da mitose. Quando os microtúbulos se lula-mãe são geneticamente idênticas. A descon. As vezes. A separação ocorre A separação física das células-filhas é denominada citoci- por encurtamen to dos m icrotúbulos fixados nos cine. Quando para a distribuição igual e exata do material gen ético a mitose termina.24 Fundamentos de Genética lnterfase <yíAPf <yÍÁ/>f O Duplicação dos O Formação de cromossomos e produção de cromátides-irmãs membrana entre as células-filhas (citocinese) Núcleo Telófase <yÍÁPf O Condensação dos cromossomos Prótase duplicados <yÍ ÁPf ~ Descondensação dos cromossomos e formação de novas membranas nucleares Anáfase Metáfase <yÍÁ/>f <yíAPf O Deslocamento das O Migração dos cromossomos cromátides-irmãs de duplicados até o plano equatorial cada cromossomo da célula e desintegração duplicado até polos da membrana nuclear opostos da célula • FIGURA 2. as cromátides-irmãs são puxadas em d ireção tem um conjunto completo de cromossomos produzidos a polos opostos da célula. das passam a ser denominadas cromossomos. os cromossomos descondensam-se em uma rede laçar-se. mais uma densação dos cromossomos e a restauração das organelas vez. por duplicação dos cromossomos origin ais da célula-mãe. e as organelas perdidas n o in ício da cromátide. levan do à quebra e subsequente perda de partes de fibras de cromatin a. As cromátides-irmãs separa. la-mãe para as células-filh as é completa e fiel. ocorrem erros durante a mitose. Nós abordaremos algu- mos é envolvido por uma membrana nuclear. os próprios polos começam a se afastar. ou as cromátides podem entre- rados. no Capítulo 21. Em vegetais. formação de membranas e n tre elas. as duas células-filhas são separadas pela entre as células-filhas. Uma vez sepa. genéticas entre as células-filhas. da à síntese de DNA.é o p rocesso que reduz o estado diploide para o gos associam-se. 2n cromossomos do zigoto como o estado diploide. A duplicação cromossômica. PONTOS ESSENCIAIS • Quando uma célula entra em mitose. como veremos mossomos de um gameta como o estado haploide. As células haploides resul. a sequên cia de Se analisarmos os cromossomos de uma célula diploi. Não ocorre entre as duas divisões. constatamos que se apresentam em pares (Figura 2. nho e capacidade metabólica das células. A citocinese é realizada por constrição no meio da célula em divisão. A Os cromossomos de pares difere n tes são den omin ados meiose. que está se dividindo pela primeira vez. as células somáticas humanas têm 23 pa.8). associa- naria in sustentável em face das óbvias limitações de tama. Os cromossomos homólogos gametas tem 2n cromossomos. por fim. os cromossomos duplicados condensam-se em corpos cilíndricos (prófase) • A' medida que a mitose avança. Cada par é diferente do outro e que reduz pela metade o número de cromossomos. o número de cromossomos dos organismos O processo de meiose con ta com duas divisões celu- seria duplicado a cada geração. A célula animal é um ovócito fertilizado. de cada par de cromossomos. A diminuição do número de tan tes podem torn ar-se gametas diretamen te ou se divi. Se representarmos a quantidade Por exemplo. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 25 e. isto é. diferentes pares de cromossomos têm diferentes conjun- tos de genes. lares (Figura 2. Essa constrição cria um sulco de clivagem. somos ao estado haploide. são geneticamente idênticas. palavra de origem grega que meta pela letra n.6 Citocinese em células animal (A) e vegetal (B).7). formam-se paredes de celulose de cada lado da placa celular. embora. e aos no Capítulo 5. e uma placa celular A (aumento 30x) B 4µm • FIGURA 2. heterólogos. Sem ela. cromossomos homólogos. las haploides formadas recebe exatamente um membro Portanto. Assim. portanto. Os membros de um par são den omin ados Se designarmos o número de cromossomos em um ga. Durante a meiose. Nas células vegetais. há divisão do centrômero que une as cromátides-irmãs de um cromossomo duplicado e separação (ou disjunção) das cromátides-irmãs (anáfase) • Quando a mitose chega ao fim. têm conjuntos iguais de genes. reduz pela metade o número de organ izado que acaba por reduzir o número de cromos- cromossomos de uma célula. há descondensação dos cromossomos e reconstituição da mem- brana nuclear ao seu redor (telófase) • As células-filhas produzidas por mitose e citocinese têm conjuntos iguais de cromossomos e. I ~divisão meiótica II. os cromossomos homólo- ção" . tes. eventos é: duplicação cromossômica ~ divisão meiótica de. os cromossomos migram para o plano equatorial da célula (metáfase) • Em uma fase adiantada da mitose. cromossomos ocorre de man eira que cada uma das célu- dir e produzir células que mais tarde se torn am gametas. haploide de DNA pela letra e. observado aqui em um lado da célula em divisão. a citocinese ocorre pela formação de uma placa celular membranácea entre as células-filhas. Essa associação é a base de um processo estado haploide. situação que logo se tor.palavra derivada do grego que significa "diminui. a meiose tem papel fundamental em eucarion. o zigoto p roduzido pela união de dois significa "em acordo com". possam ter diferentes alelos desses genes. ocorre an tes da primeira divisão. esses even tos duplicam a . Meiose A reprodução sexuada está associada a um mecanismo res de cromossomos. Referimo-nos aos n cro. 10). por fim. MEIOSE 1 Durante o zigóteno (também cl1amado de zigonema). a célula passa ao zigót e no (do grego. Essa estrutura. Esse pareame11to pode ser facili- tado por uma tendência dos cromossomos homólogos Células haploides (n) não idênticas a permanecerem na mesma região do núcleo durante • Comparação entre mitose e meiose.. A prófase da meiose I . a si11apse começa nas demorada. semelhantes a de- graus. quantos pares de bases há em (a) uma célula l~ t# ""(" G . células humanas. cada um deles designado por um termo grego. Durante o leptóteno (também denominado leptone- de (de 4cpara 2c) e. Em geral.. ~ Leia a resposta do problema no site et ~ http://gen-io. A primeira divisão meiótica é complexa e do sinapse... .é dividida em cinco estágios.t '- .com.26 Fundamentos de Genética Cromossomos Cromossomos homólogos heterólogos ~ Qual é a quantidade de DNA nas células I • 'ft • • ' . é diploide de cromossomos (2n) para o número haploide difícil ''er os cromossomos i11dividuais. há condensação dos cromossomos duplicados fora vez (de 2cpara e). percebe-se que cada.2 bilhões de pares 1 3 5 6 de bases de DNA. o 00 © durante o leptóteno. . Esses termos indicam as principais ca- 10 µm racterísticas relativas à aparência ou ao comportamento • FIGURA 2. Esse Os processos nas duas divisões meióticas são ilustrados processo de pareamento entre homólogos é denomi11a- na Figura 2. os cromossomos homólogos aproximam-se muito. os cromossomos já foram extremidades dos cromossomos e estende-se em direção às regiões médias.rersais.. cada um deles tem duas cromátides-irmãs.br. conseque11temente. mas ao exame ( n).7 Os 23 pares de cromossomos homólogos presentes nas dos cromossomos. ~· iCI > "' à1 ii rr • 18 13 14 15 16 17 li 19 . na (2n) idênticas verdade. dividem ao meio mais uma ma). f .ou prófase 1 .. palavra derivada do grego que significa "filame11tos delgados''.um mae diploide \J diploide (2n) associado a cada cromossomo (os elementos laterais) e (2n) um a meio caminho entre eles (o elemento central) - Síntese de DNA e numerosos elementos trans. é formada por três cili11dros paralelos . deslocar muito até se encontrarem. que unem os elementos laterais ao elemento cen- tral.6 (·"' t ~ ~ • ' R '· ' ~ • . Assim. reduzem pela meta- I. Quando começa. • • • diploide que duplicou seu DNA ao se preparar para entrar em meiose.v.:\ Meiócito sina ptonê mico. O processo pelo qual os 11omólogos se en- contram na prófase I também não é bem compreendido. A me- de de DNA nas células meióticas humanas? dida que continua a condensação cromossômica.. . Le ptót e no. Ele sequer aparece em Divisão algu11s tipos de células meióticas.ra!: Qual é a quantida- mossomo é co11stituído de duas cromátides-irmãs.• 22 11 X duplicados. a sinapse é acompanhada Mitose Meiose da formação de uma estrutura proteica e11tre os cromos- somos pareados ( Figura 2. . começar a formar pares i10 i11ício da meiose I. (b) uma célula que termina a primeira divisão meiótica 7 ' !) 8 9 > \1 10 '" 11 12 e (c) uma célula que termina a segunda divisão meiótica? . Em algumas espécies.. cro- nando o problema do boxe Resol.\ 1 ' meióticas humanas? Se um espermatozoide humano contém 3. o complexo Célula· .. 20 • • 21 • . e é a quantidade FIGURA 2. Assim. ele pode não Divisão 1 ser absolutamente esse11cial para o pareamento durante a prófase I. • • tl'" .. (":. .• " . ••• .8 a interfase. Verifique se ente11deu esse processo geral solucio- com microscópio eletrô11ico. Ao microscópio óptico. os homólogos podem não ter que se haploide de DNA no genoma. "filamentos emparelhados").9 . Não se conhece totalmente o papel do complexo sinaptonêmico no pareame11to dos cromossomos e nos eve11tos meióticos subseque11tes.grupogen.. . é o primeiro estágio da prófase quantidade de DNA (de 2c para 4c). O efeito geral é a redução do número da rede de cromatina difusa. Células-filhas diploides Divisão li Estudos recentes sugerem que os homólogos podem. .......... 1 I () Ili -o ....9 Meiose na planta Ulium longiflorum.. • FIGURA 2.... . ~\ ... cada um deles Os cromossomos homólogos Os cromossomos homólogos Os cromossomos homólogos formado por duas cromátides~rmãs. .::.... • • • ~ 1(~ -~\(rJv . .. estão totalmente pareados.. ... Os cromossomos......._ . separam-se.... começam a formar pares. ..... • • -~Ir~ '...._ ... ... fixam nas fibras do fuso...• e: õ N -. o Os cromossomos pareados condensam-se ainda mais e se Os cromossomos pareados alinham-se no plano equatorial Os cromossomos homólogos O deslocamento dos cromossomos -- Q e: I li -. a.~ ~ - .. a se formar. .:::... começam a se condensar........_ .: I 1 ---=-:--..... da célula.. .--.-- ~ ~\I ...... ... -~ \-... -- ~'"'0 - . t - o -/1111\\_ ::--. . N . ... ~ :... .._._ ~ -~1\\:.n ~ Ili• ~--'---.. ... e: ... ...... Prótase 1: Diacinese Metáfase 1 Anáfase 1 Telófase 1 & .. ..MEIOSE 1 Prótase 1: Leptóteno Prótase 1: Zigóteno Prótase 1: Paquíteno Prótase 1: Diplóteno • ... exceto nos quiasmas.. separam-se e seguem até polos termina e novos núcleos começam opostos da célula.w :I -o ~)\'\:-~ _..... :::::::... () 11> MEIOSE li ..._ .. cromátides~rmãs. N 00 "TI e: ~ a. • FIGURA 2. {9r1 " . Prótase li Metáfase li Anáfase li Telófase li Citocinese hl .._ .. ..._ .."' ' .. . ... ~ .'. • ~1. e fixam-se nas fibras do fuso. ...... Ili 3 11> ~ g "'11>a..-- .-· ~ 11). "' I As cromátides~rmãs separam-se Os cromossomos descondensam-se As células-filhas haploides são Os cromossomos. de cada célula....:..... citoplasmáticas..... ~ ..9 (continuação)._ --..t...."' ~ J :.. cada um Os cromossomos alinham-se separadas por membranas deles formado por duas no plano equatorial de e seguem até polos opostos e novos núcleos começam a se formar.. condensam-se cada célula.Ç:-: A ~'''~ -- ~ ~ ~J\~/1(1 " .... Esses pontos de contato são os quiasmas (do sinaptonêmico grego. ~ A medida que a sinapse avança. a região onde houve crossing over continua em estrei. Os cromossomos. Portanto. pode persistir por mais de 40 anos. Cada par é constituído de dois homólogos duplica- dos. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 29 Complexo to contato. Du- \/ Cromátides rante o diplóteno (também chamado de diplonema). Se contarmos os homólogos.11 Quiasmas em um bivalente de cromossomos homólo- to. os Tétrade recombinantes cromossomos pareados separam-se um pouco. Aqui é suficiente dizer que cada cromátide-irmã pode ser quebrada durante o paquíteno.Dois nião ocorridas durante o crossing over podem levar à re. a diacinese (do grego. e suas consequências no Capítulo 7. perpendicu- A lar ao eixo do fuso. Esse movimento é característico do último estágio da prófase I. então seguem até o plano central da célula. Fibras de cromatina Elemento Fibras de cromatina Durante a metáfase 1. cada polo receba um membro de cada par. os cromossomos du- plicados continuam a se condensar em volumes meno- res. qu1asmas combinação de material genético entre os cromossomos pareados. por exemplo. a quebra e a reu. cromátide Sinapse e crossing over tico. é chamado de tétrade de cromátides. Durante o paquí. O diplóteno pode ser muito longo. Quiasma teno. e os fragmentos podem ser trocados entre as cromátides de uma tétrade. • FIGURA 2. Nós analisaremos esse fenômeno. cada um deles formado por duas cromátides-irmãs. No fim da prófase I e Par de cromossomos homólogos Homólogo 1 Homólogo 2 B Fibras transversais • FIGURA 2. . os cromosso- mos pareados podem trocar material (Figura 2. os cromossomos conden- sam-se ainda mais. Perto do fim da prófase I. gos durante o estágio diplóteno da prófase 1da meiose. Nas mu- lheres. a membrana nuclear se rompe e um fuso se forma. Os cromossomos espessos resultantes desse processo são característicos do paquíteno (do grego. ----~ pessos"). Essa orienta- ção garante que. Os microtúbulos do fuso penetram no espaço nuclear e se fixam nos cinetócoros dos cromos- somos. / Centrômeros ~ somos homólogos durante a prófase 1da meiose. denominado crossing over. ou talvez um pouco antes ou depois. o par é denominado um bi- valente de cromossomos. mas se contarmos os filamentos. o diplóteno (do grego. O exame atento dos quiasmas indica que cada um deles inclui apenas duas das quatro cromátides da tétrade.10 Micrografia eletrônica (A) e o diagrama (B) mostrando a estrutura do complexo sinaptonêmico que se forma entre cromos. "filamentos es. "movi- Elementos Elementos laterais laterais mento através de"). No paquíteno (também chamado paquinema). Uma é fácil ver os cromossomos pareados ao microscópio óp. os cromossomos pareados se- do homólogo 1 central do homólogo 2 guem em direção a polos opostos do fuso. No entan. ainda unidos pelos quiasmas. por ocasião da divisão celular. "dois filamentos"). . A ocorrência desses tipos de troca pode ser observada quando a célula passa para o próximo estágio da meiose I.11 ). "cruz"). No macho.d a par d e cromossomos. Em algt1mas espécies. As célu las produzidas por meiose I contêm o número haploide de cromossomos. e paterna aproximam-se e unem-se por sinapse. tem quatro pela ação do fuso em cada b ivalente d a célula. Esse processo não são gen e ticamente idênticas. são possíveis no espermatozoide? mossomos pareados separam-se defi11itivamente. as células-filhas são separadas sing over. Esse fenôme n o . os cro1nossomos homówgos formam pares (sinapse). é capaz de criar incontáveis combinações diferentes de Uma expl icação para a diferença entre essas células é ge nes. Drosophila melanogaster. trocarn material (cros- sing over) e se separam (disjunção) • Durante a 1neiose II. como nos seres humanos.isto é. é fácil constatar qu e é im provável que um homólogo foi h erdado da mãe e o outro. Durante a telófase 11. Cada núcleo-filho con tém um conjunto Quantas com binações de cromossomos são possíveis no haploide d e cromossomos. metade das célu las-filhas resultantes da primeira divisão meiótica re- MEIOSE li E OS RESULTADOS cebe o homólogo de origem materna. Durante a anáfase 1. se separam. quantos ti pos de espermatozoides com cromossomos dife rentes podem produzir um macho da por membra nas. PONTOS ESSENCIAIS • A s célu las eucarióticas diploides produzem célitlas haploides porrneiose. ca.br. No Ot1tra razão da. no entan- Dt1rante a meiose I. . ria de homólogos.re únem-se n os polos e st1rgem núcleos-filhos seu conhecimen to sobre esse conceito n o boxe Resolva !: ao seu red o r. os cro. Assim. os produtos da meiose estão Duran te a meiose II. os quiasmas que unem os bivalentes d eslizam dos cen trômeros em direção às extremidades dos cromossomos. pelo número de pares de cromossomos que se separam cam até o plan o eqt1atorial da célula (metáfase li ) e seus dt1rante a meiose I. a meiose I é capaz denomi11ado disjunção das cromátides. No próximo estágio. Em cad a par de cromossomos. Em segt1ida. d e produzir 223 célt1las-filhas cromossom icamente dife- as cromátides se paradas . do ponto d e vista espe rmatozoide? mecânico. d en omi11ada disjunçcio cro11iossômica. Para. Então. seus prodt1tos são haploides e.grupogen. fiá disjunção das cro1nátides. Essas diferen ças são definidas fixam em um novo ft1so (prótase li). o fuso se desfaz. as células produzidas na meiose II mólogos trocam material por crossing over. A separação ou d isjunção de cada centrômeros dividem-se para que as cromátides-irmãs par é independente. mais de 8 milhões de possibilidades. crossing over ent re homólogos de origem materna e pater- a primeira d ivisão meiótica termina. se houver 23 pares de cro- possam seguir até polos opostos (anáfase li) . na du rant e a prófase 1 da meiose. Essa se- paração . a descondensação dos ~ Leia a resposta do problema no site cromossomos é incompleta. Quando pares de cromossomos nas células somáticas. os 11úcleos-filhos não se for. é mediada A mosca-das-frutas. fenôme110 mossomos. cada cromossomo ainda tem duas cromátides-irmãs. mam e as célu las-filh as ava11çam imediatamente para a se- gunda divisão meiótica. os homólogos de orige m materna to. reflete a crescen te repulsão entre os membros Quantas combinações de cromossomos de cada par de cromossomos. há os cromossomos separados reúnem-se em polos opostos. cromossomos ho- prodt1tos da mitose. eles fase I. processo qite inclui um ciclo de duplicação cromossômica seguido de duas divisões celulares (meiose I e meiose II) • Durante a meiose I.com. Quand o superpomos a varia bilidade criada por o pareamento e a separação dos cromossomos h omó lo. eles se deslo. Assim. a meiose II é muito semelh ante à mitose. os cromossomos são descondensados e mosca-das-frut as? um núcleo se forma ao redor dos cro mossomos de cada célt1la-filha.30 Fundamentos de Genética durante a metáfase I. re11tes . do pai. e a outra metade recebe o h omólogo d e origem paterna. diferença entre as células produ zidas entanto. crossing over e a ' 'ariabilidade criada pela disjt1nção aleató- gos durante a meiose I. não há cros- a telófase 1. haja dois prodt1tos iguais da meiose. ao fim d a DA MEIOSE primeira divisão meiótica. ao contrário dos por meiose é que dura11te a meiose I. Teste somos . os cromossomos se condensam e se d estinados a ser diferentes. Eles são que podem não ser geneticamente idênticas porque po- posicionados no fuso meió tico e orie11tados aleatoria- dem ter tr ocado material com seus pares dt1rante a pró- mente em relação aos polos do ft1so. Ante esse fato. ch amado de termina- lização. http://gen-io. Na fêmea.agora denominadas cromos. Portanto. A reprodução sexuada em S.268 Arabidopsis thaliana (planta com flor) 5 157 27. Abordaremos os organismos genéticos-modelo muitas vezes ao longo deste livro.mariposas e canários. geralmente denominados organismos-modelo. cerevisiae ocorre nismos . as pesquisas concentraram-se tos (designados a e alfa) se encontram .524 fvfus musculus (camundongo) 20 2. Na maior parte das vezes. lula diploide. em que Quando a genética começou. por exemplo -. acasalamento opostos assexuado ~ tou que os geneticistas estabelecessem grandes coleções de linhagens mutantes desses organismos. sexuado quanto assexuado ( Figura 2. prestam-se bem à análise genética. que então se divide por meiose.396 .000 Danio rerio (peixe-zebra) 25 1.12 Ciclo de vida da levedura Saccharomyces cerevisiae. esse organis- ºº ~ Esporulação mo era usado na cozinha como levedura para produção Asco com quatro de pães. são cultivados com facilidade em laboratório.e se fundem.processo deno- em organismos adequados para a realização de experi- minado acasalamento . ploides da meiose. e à medi- quando células haploides de tipos de acasalamento opos- da que a genética avançou. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 31 Ciclos de vida de al enéticos-modelo Os geneticistas concentram suas pesquisas em mi. Tabela 2. Hoje. Os quatro há preferência por um grupo selecionado de microrga- produtos haploides da meiose são criados em uma bolsa nismos. os organismos usados para há divisão mitótica do núcleo haploide. Número haploide de Tamanho do genoma Organismo cromossomos (em milhões de pares de bases) Número de genes Saccharomyces cerevisiae (levedura) 16 12 6._. A Tabela 2. e pode-se n representa o número haploide de cromossomos.1 resume informações sobre vários a ª~ "Acasalamento" deles.706 Caenorhabitis elegans (verme) 5 100 21. podem ser isoladas com facilidade. Além disso. em meios de cultura simples no laboratório. o broto separa-se da célula-mãe por seus estudos sobre a herança para outros tipos de orga- citocinese. vegetais e animais adequados a expe.600 23. nas seções subsequentes discutiremos os ciclos de vida de três dessas espécies geneticamente importantes. Esses organismos. estão contidos no asco.j Zigoto SACCHAROMYCES CEREVISIAE.. Os produtos ha- obter grande quantidade de células a partir de uma úni. Além disso. diploide (2n) FERMENTO PARA PÃO O fermento para pão entrou na pesquisa genética na pri. um núcleo-filho entra em um pequeno "broto" ou no curral.) (.1 Alguns organismos-modelo importantes em genética. muito antes de ser corriqueiro em laboratórios de genética. as linhagens estrutura semelhante a uma bolsa. têm Células haploides (n) ciclos de vida relativamente curtos e são geneticamente de tipos de "Brotamento" variáveis. ainda que em ascosporos haploides (n) algumas condições as células se dividam e formem longos filamentos. Alguns dos primeiros geneticistas ampliaram célula-filha.12). ca célula-mãe em alguns dias.900 25. denominados ascosporos. O Saccharomyces cerevisiae reproduz-se tanto de modo rimentos. A levedura é um fungo unicelular. Por fim. formando uma cé- mentos controlados de laboratório ou de campo.'-. mutantes com diferentes características de crescimento crorganismos. No entanto.733 Drosophila melanogaster (mosca) 4 170 17. o trabalho de muitos anos possibili. ºº Meiose meira metade do século 20. Depois dessa di- pesquisa eram os que estavam disponíveis no jardim ou visão. vegetais e animais em pesquisa genética. . A reprodução as- sexuada ocorre por um processo de brotamento. As células de leveduras podem ser cultivadas • FIGURA 2. Em vegetais como a Arabidopsis.eo triploUle do dentro de uma célula vegetativa. três des- cultura para iniciar uma nova colônia de levedura. Quando um grão de pólen maduro aterrissa no estigma gasporos. uma erva às vezes cha- embrionário e três. a produção de ovócitos. a produção de espermatozoides. proces- so chamado gametogênese. a reprodução da na semente. Estigma P1st1lo Estilo sa biomédica. fera.14). esses produtos da os polares se fundem e formam um núcleo diploide. Então. As três células no topo do saco embrionário são as Os órgãos reprodutivos de Arabidopsis estão localiza- células antípodas. Antera Os camundongos. ocorre nos • FIGURA 2. os núcleos das células endosperma.nutritivo (endosperma) para alimentar o embrião quando ticos uns aos outros. a fertilização abrange dois processos.do estilo até uma célula-ovo no ovário. A análise genética do camundongo co- meçou no início do século 20 com estudos sobre a heran- ça da cor da pelagem e desde essa época tornou-se um Sacos polínicos empreendimento impressionante. j unto". cada cosporo. . Três tudados geneticamente. porque essas células continuam ao lado da oos- não tem valor para a agronomia nem para a horticultura. que em grego significa "no lado opos- dos em suas flores ( Figura 2.13). Em seguida. repolho e canola. e a esperma- típica. A formação de gametas. para a base. o pesquisador consegue célula-mãe de megasporo diploide divide-se por meiose isolar cada produto da meiose e colocá-lo em placa de e produz quatro células haploides. sas células degeneram-se em seguida. um tempo cur- tânico "gametófito" deve-se ao fato de que o pólen é.mática associa-se ao núcleo secundário do endosperma di- len. cada dá origem ao embrião. O termo bo. As células e os núcleos no saco embrionário Arabidopsis é complexa (Figura 2.JEstame têm sexos separados. Filament. Em vegetais como a sis.de 5 semanas para alcançar a maturidade. (2) O outro núcleo da célula esper- microsporo divide-se por mitose e produz um grão de pó. no entanto. ocorre nas gônadas de cada sexo. deixando apenas um produto meiótico ativo. Os camundongos são objeto de inúmeros (carpelo) Ovário projetos para avaliar os efeitos de fármacos.gametófito feminino e forma o zigoto dip!. na to em comparação com outras angiospermas. esses núcle- meiose no ovário.Arabidopsis. a parte superior to de". ocorre nos . que depois guia o desenvolvimento do tecido espermáticas e da célula vegetativa são haploides e idên. Elas logo se degeneram. que mais tarde terá masculina) ou megasporos (meiose feminina). nome derivado do grego que significa "atuar mentação. Na parte feminina da reprodução da Arabidopsis. Os gametas masculinos são produzidos por meiose nas anteras. Essa espécie de cresci- dá origem à célula-ovo e as outras duas tornam-se células mento rápido tem parentesco com vegetais usados na ali- sinérgides. Portanto. que são as gônadas femininas. A Arabidopsis leva cerca constitui o gametófito masculino de Arabidopsis. alimentos e outras substâncias relevantes para masculinas a saúde humana.infelizmen. denominado esporófito porque produz microsporos e me. um tubo polínico cresce através vegetal. O vegetal maduro é constituem o gametófito feminino da Arabidopsis. que contém duas células geradoras ou espermáticas ploide no gametófito feminino e forma o núcl.13 Órgãos reprodutivos masculino e feminino de uma flor ovários. esse tipo de célula não é chamado de célula-pai de célula espermática no tubo polínico funde-se à oosfera no microsporo como se poderia supor . como rabanete. os verdade. Os gametas femininos são produzidos por foram envolvidos por membranas celulares permanecem no centro do saco embrionário. UMA PLANTA mitóticas e produz um total de oito núcleos haploides DE CRESCIMENTO RÁPIDO idênticos em uma estrutura denominada saco embrionário. no entanto. que depois se e produz quatro microsporos haploides. O CAMUNDONGO Estruturas femininas O camundongo tem sido muito importante em pesqui- . substâncias Estruturas químicas. gresso muito rápido em seus projetos de pesquisa MUS MUSCULUS.divide-se por meio. cada célula-mãe de microsporo diploide . o meiose geralmente são denominados microsporos (meiose núcleo secundário do endosperma. um vegetal minúsculo que contém os gametas cientistas que trabalham com Arabidopsis podem ter pro- masculinos.32 Fundamentos de Genética chamada asco.oide. togênese. Hoje os geneticistas voltam a das células resultantes deslocam-se para o topo do saco atenção para a Arabidopsis thaliana. O trio de núcleos no grão de pólen a semente que o envolve germina. O núcleo haploide no megasporo sofre três divisões ARABIDOPSIS THALIANA. o sufixo "fito" é derivado do grego e significa na parte superior do pistilo. seis desses oito núcleos são As plantas de jardim foram os primeiros organismos es- separados uns dos outros por membranas celulares. papel essencial no desenvolvimento do tecido nutritivo Em comparação com as leveduras. Os dois núcleos que não dos estames. Uma das células na base mada de agrião "orelha-de-rato". (1) Uma te. que se torna um megaspo- ro. A oogênese. Quando a citocinese ocorre. Ao dissecar essa bolsa. que está localizado no pistilo no centro da flor. e cada um dos produtos é denominado as. assim como os seres humanos. Na parte masculina da reprodução da Arabidop. As células antípodas Grão de pólen (n) se degeneram. Saco polínico Cél~la-mãe Microsporos Células Núcleo da de m1crosporo (n) geradoras célula vegetativa (2nl (espermáticas) Gametófito masculino (n) Estigma v. "'lllllllllS: ••••• Semente latente Embrião em Célula-ovo fertilizada (2n) 0 N>. O Ao contrário das leveduras. Arabidopsis thaliana... volta de 7 a 8 sem anas de vida. testículos. aprendemos processo. No entanto.. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 33 v_. camundon gos oferecem informações importantes sobre todas as quatro células haploides o rigin adas na meio.. Como você pode As células h aploides diferen ciam-se em gametas madu.__ _ _ _ _ __ da semente •••••• .-r Fertilização dupla desenvolvimento O 1. No entan to. as pesquisas com das corpos polares.\AP-</ v_. Em contraposição. .\AP-r o Células Estilo Crescimento e Tubo espermáticas diferenciação Plântula Núcleo polínico secundário do endosperma (2n) Núcleo do Ovário 0 N>.M-r <:J.lf_. questões de saúde e doen ça humana.\AP-r .15). Megasporogênese G) Megagametogênese Célula-mãe Megasporo de megasporo (n) (2n) Meiose 1 Meiose li Mitose Esporófito Pistilo Saco embrionário (n) maduro (2n) Flor )lo )lo )lo )lo )lo )lo Células Ovulo antípodas f~mr Núcleos polares ~. perim entos genéticos. Esses pro. fornecer animais para vários proj etos. •• • ..M-r Célula-ovo G) Microsporogênese () Microgametogênese 0M-r Os núcleos polares Meiose Mitose o Polinização fundem-se e formam o núcleo secundário do endosperma. leia o boxe Problema Resolvido: Con tagem a cultivar células humanas. pesquisa mantêm grandes colônias reprodutivas para dividem-se por meiose e produzem células haploides. n ossa espécie n ão pode ser su bmetida a ex- m amíferos. ou óvulo. o Homo sapiens minuição do número de cromossom os duran te esse não é um organismo-modelo.. se masculina transform am-se em espermatozoides. apenas u m a das quatro cé.. as pesquisas com camundongos são bem mais ros ( Figura 2._Células sinérgides "'-" <:J... Em geral. que são as gônadas masculinas. denominadas ovogônias ou espermatogônias. . delo mais próximo dos seres humanos. e esse avan ço tornou possível de cromossomos e cromátides.. demoradas e caras que as pesquisas com outros organ is- lulas haploides originadas na meiose feminina torn a-se mos-modelo.. Algumas instituições de ciadas.. Em rigor. as outras três célu las.-r o Germinação Endosperma endosperma fertilizado (3n) Gametófito . estudar o material genético humano em laboratório. Núcleo + núcleo ~ núcleo do espermático secundário endosperma (n) do endosperma (3n) (2nl • FIGURA 2.14 Ciclo de vida do vegetal-modelo. portanto. se degeneram. den omina. como o camundon go é o mo- um ovócito. Núcleo espermático + núcleo da ~ núcleo do v_. da Arabidopsis ou dos ca- processo de gametogênese é semelha n te em outros mun dongos. Os cam undon gos alcançam a maturidade sexual por cessos começam quando as células diploides indiferen. imaginar.\AP-r (n) célula-ovo embrião (n) (2n) 0 Embriogênese 2.feminino (n) •. Para avaliar seu conh ecimento sobre a di. células haploides com tipos de acasalamento opostos fundem-se e formam um zigoto diploide.--...-=-. pnmano .34 Fundamentos de Genética ~ Duplicação e Oogênese pareamento de cromossomos Centríolos<"J Ovócito . em divisão t Duplicação do cromossomo Espermatócito primário Meiose 1 Espermatócito secundário Primeiro Ovócito corpo polar secundário \ Meiose li _____._ Meiose li 1-----"" Pontes citoplasmáticas Ovócito Corpo secundário polar em divisão Espermátides em divisão Quatro espermatozoides (n) Corpos polares (n) B A Ovócito (n) • FIGURA 2. .=-...-:::=--.... desenvolvem-se em gametófitos masculino e feminino • A fertilização dupla que ocorre durante a reprodução de Arabidopsis cria um zigoto diploide. A espermatogênese no macho produz quatro espermatozoides.-.. ~~©~ Ovócito . ~ ~ (2nl Mitose (várias gerações) I~ 1\ Ovogônia (2nl Meiose 1 . pnmano . o primeiro corpo polar não se pode dividir.. enquanto todas as quatro células da meiose masculina tomam-se espermatozoides.. Em alguns organismos.. A.. A oogênese na fêmea produz um ovócito e três corpos polares.. B. PONTOS ESSENCIAIS • Em leveduras. . . que dá origem ao tecido nutritivo na semente • Em camundongos e outros mamíferos. que se mantêm unidos por pontes citoplasmáticas até amadurecerem. que dá origem a um embrião. e um endosperma triploide.15 Gametogênese em mamíferos... uma célula produzida por meiose feminina toma-se o ovócito.. que se divide por meiose e produz quatro células haploides • A meiose nos órgãos reprodutivos de Arabidopsis produz microsporos e megasporos que. Espermatogônia .. em seguida. I \ . . deve ter metade do número de cromossomos . de cromossomos. Durante a segunda divi. Identifique os estágios da prófase I da meiose i1os desenhos. porque cromosso- as cromátides são separadas em células-filhas dife. essa célula tem 36 X 2 = 72 cromátides- 3. A primeira divisão meiótica reduz o número de cromossomos - 1. de- 4. há no total 72 X 2 = 144 cromátides. a célula contém 4n cromátides. de duas cromátides-irmãs) foram distribuídos e11tre ta11tes dessas divisões meióticas sucessivas co11tém células difere11tes dura11te a primeira divisão meió- n cromátides (agora denominadas cromossomos). A segunda divisão meiótica reduz novamente o número de cromátides-irmãs pela metade. (e) prófase 2. Por que uma célula-mãe diploide que se divide por meiose produz quatro células haploides? (a) (b) (e) Resposta: Durante a meiose. duplicados (e o número de cromátides-irmãs) pela metade. As células somáticas do camundongo têm 20 pares pois da duplicação.isto é. mos homólogos (cada um deles ainda co11stituído re11tes. o centrômero que mantém unidas as (20 pares X 2 cromossomos/ par) foi duplicado an- duas cromátides de cada cromossomo se divide. há dois cromos- c. tem um homólogo de cada um dos 36 pares de cromossomos 2. Quantas cromátides-irmãs existem Dura11te a primeira divisão meiótica. Portanto. (b) 40. Se o gato tem 36 pares de cromossomos nas células somáti- células somáticas. para cada cromossomo na célula. . Os cromossomos existem em pares.isto meiótica? (c) E em uma célula que está entrando na segunda di. e cada homólogo tem duas cromátides-irmãs. (c) 20. Assim. A duplicação do cromossomo produz duas cromátides-irmãs homólogos. Consequentemente. 72/2 = 36. Identifique os estágios da mitose nos desenhos. Como agora cada FATOS E CONCEITOS cromossomo tem duas cromátides-irmãs. b. um espermatozoide haploide. Uma célula que está entrando na segunda divisão meiótica somos homólogos em cada par. ou um cromossomo de cada par de homólogos. 4. que recebem 2n cromátides cada uma. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 35 Contagem de cromossomos e cromátides PROBLEMA ANÁLISE E SOLUÇÃO O gato (Felis domesticus) tem 36 pares de cromossomos em suas a. cas diploides . o i1úmero haploide de cromossomos.rmas. Uma célula que está entrando na primeira divisão meiótica visão meiótica? acabou de duplicar seus 72 cromossomos. ( b) anáfase. a duplicação do cromosso- mo precede dois eventos de divisão. Exercícios Aplique a análise genética básica 1.irmãs nessa célula. 2 X 36 = 72 cromossomos ao todo matozoides maduros do gato? (b) Quantas cromátides-irmãs -. cada uma das quatro células resul. Resposta: (a) 80. (e) diacinese de cromossomos na célula-mãe diploide é 2n. (b) um espermatócito to dos cromossomos homólogos seguido por se- secundário e (c) um espermatozoide maduro? paração em diferentes células-filhas. 3. (a) Quantos cromossomos existem nos esper. tica. o estado diploide da célula-mãe é reduzido para o estado haploide nas quatro células produzi- das por meiose. 1. que é o produto final da existem em uma célu la que está entrando na primeira divisão meiose. há pareame11- em (a) um ovócito primário. isto é. (a) (b) (e) Resposta: (a) metáfase. ( b) leptóteno. e tes do início da meiose I. é. porque cada um dos 40 cromossomos são meiótica. Se o número Resposta: (a) diplóteno. mos procanot1cos e eucar1ot1cos. porque os espermatozoides são haploi- meiose? des. F.10 Organize os processos a seguir na sequência tempo- principais eventos durante a interfase e a fase M no ral correta dura11te a divisão da célula eucariótica a ciclo da célula eucariótica? partir da que ocorre primeiro: (a) conde11sação dos . Quantos cro. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 2. (b) um esper- matócito secundário humano. ekgans her. também são diploides. (f) deslocamento diploides? dos cromossomos até os polos. Processos: (a) reconstitui- procarióticas e eucarióticas? ção do i1ucléolo. as quatro células produzidas são haploides. por- meiótica? (d) está entrando na segunda di\ri.4 X 109 pares de nucleotídios. Esse pa- entre células diferentes durante a primeira divisão reamento de homólogos i1ormalme11te não ocorre meiótica. porque um espermatócito primário co11tém mossomos tem (a) o espermatozoide de um herma. (c) 2 mafrodita que (c) está entrando na primeira divisão X 3. (g) descondensação 2. que um primeiro corpo polar contém quantidade tica? (e) concluiu a segunda divisão meiótica? 2cde DNA. porque cada um dos dez cromos- plicação dos cromossomos. é usado em pesquisa genética. (c) 20. Na mitose 3. 2. um pequeno verme não pa- corpo polar produzido por divisão de um ovócito rasito.8 Qual é a diferença entre os centros organizadores mas células são envolvidas por uma parede. Que tipos mação do fuso mitótico. . 2. 2.5 Compare os tamanhos e as estruturas de cromosso. xação dos microtúbulos no cinetócoro.2 X 109 = 12. por- Além disso. As quatro células pro- são haploides. 7 Qual é a fase habitualmente mais demorada. Alguns desses primário? vermes são hermafroditas capazes de produzir tanto O\TÓCitos quanto espermatozoides. a in- Que tipos de moléculas se combinam para formar terfase ou a fase M? Você sabe explicar por que uma esses polímeros? dessas fases dura mais que a outra? 2. (i) fi- . algu. to secundário contém quantidade 2c de DNA.9 Correlacione os estágios da mitose com os processos paredes celulares? que abrangem.2 X 109 pares de nucleotídios de DNA. (d) 10. Na meiose. duas divisões somos da célula que entra na meiose 1 foi duplicado sucedem um ciclo de duplicação dos cromossomos.. O espermatozoide humano co11tém aproximada- de uma célula diploide..2 X 109 = 6. quais são os 2. há que os cromossomos homólogos foram distribuídos pareamento dos cromossomos homólogos. Qual é a qua11tidade DNA existe11te em: (a) um ploide. .enorhahditis ekgans. dos cromossomos.stágios: (1) anáfase. Na meiose de uma célula di.36 Fundamentos de Genética Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. (e) deslocamento dos cro- de células são haploides? Que tipos de células são mossomos até o plano equatorial. duzidas pelas duas divisões meióticas sucessivas não são idênticas entre si e nem à célula-mãe. quantidade 4c de DNA. (d) for- 2. Os e. . porque um espermatóci- Quantas cromátides-irmãs existem em uma célula her. dura11te a primeira divisão meiótica. entretanto.. (c) o primeiro 2. (4) telófase. uma divisão sucede um ciclo de du- o fertilizou. (h) divisão do centrômero. espermatócito primário humano. tídios.3 Quais são as principais diferenças entre células (3) prófase.2 X 109 = 6. (2) metáfase.4 X frodita? (b) o ovócito fertilizado de um hermafrodita? 109 pares de i1ucleotídios. (b) 2 X 3. . as cromátides-irmãs de cada durante a mitose. Resposta: (a) 4 X 3.6 Considerando-se os cromossomos. 2. O Ca.1 Carboidratos e proteínas são polímeros lineares. as duas células produzidas mente 3. para produzir duas cromátides-irmãs. Quais são as principais difere11ças entre mitose e Resposta: (a) 5.2 As células são envolvidas por uma membrana..8 X 109 pares de nucleo- mafroditas têm 5 pares de cromossomos.são meió. (e) 5.4 Distinga os estados haploide e diploide. (b) desaparecimento da membrana i1uclear. .radas. porque os produtos finais da meiose da qual elas foram deri. (b) 10. As duas células produzidas por homólogo ainda estão unidas por um centrômero divisão mitótica são idênticas entre si e à célula-mãe comum. (c) condensação dos cromossomos. porque um ovócito fertilizado co11tém cromossomos do º''ócito e do espermatozoide que Resposta: Na mitose. Quais de microtúbulos das células vegetais e animais? são as diferenças e11tre as membra11as celulares e as 2. .6 milhões de pares de bases de DNA que consti- microtúbulos nos cinetócoros. alojada entre elas? (d) núcleo fertilizado do ovócito? Genômica na Web em httP-://www. um eu- carionte. existe relação entre o tamanho 2. contém cerca de 12 milhões de pares de 2.21 Nas angiospermas. national Resource Center).. explore or....18 As células sinérgides em gametófito feminino de minino. (b) deslocamento dos cromossomos 2. (c) ovócito fertilizado. (f) espermatócito 2.. Uma centrossomos para lados opostos do núcleo. em Model Organisms Cuide. célula da levedura Saccharomyces cerevisiae. não mamíferos e outros. combinam? Que tecidos são formados nos proces- cam a ocorrência de crossingoverdurante a meiose? sos de fertilização? 2.19 Uma célula da bactéria Escherichia coli. Seria de se um procarionte é maior que alguns cromossomos esperar o pareamento desses dois cromossomos um de um eucarionte? Justifique. Então. (e) primeiro corpo polar. quando ocorre a disjunção dos ~ 2.12 O espermatozoide da mosca-das-frutas Drosophila rante a meiose. Quantos cromossomos o número de genes? Explique.. dedicados a cada organismo-modelo eucariótico ci- . com o outro durante a meiose? Justifique. WormBase. (b) espermato- nino? Quantos núcleos tem o gametófito masculi- zoide.16 Em Arabidopsis. o gene da 1)-globina está loca- bases de DNA que constituem 6.1. Quantos pares de nucleotídios de 2. que é outro componente da proteína hemoglobi- Você ficou surpreso em saber que o cromossomo de na.288 genes codificantes de proteínas.nlm. (c) núcleo fertilizado do endosperma. existem em: (a) núcleo da oosfera no gametófito fe- 2.. (d) rion te. Quantos um organismo ter um número par de pares de cromossomos existem em uma espermatogon1a pres- • A • cromossomos (como a mosca-das-frutas Drosophi- tes a iniciar a meiose? Quantas cromátides existem la) em vez de um número ímpar (como os seres em uma espermatogônia na metáfase I da meiose? humanos)? Quantas existem na metáfase II? 2. (c) duplicação dos cromossomos.22 O genoma haploide do camundongo contém mossomos? Quando ocorre a diajunção das cromátides? aproximadamente 2. ZIRC (Zebrafish Inter- e. deste capítulo. Com que dos cromossomos em células em meiose? núcleos do gametófito feminino esses núcleos se 2. (b) núcleo da célula geradora em um grão Arabidüpsis são geneticamente idênticas à oosfera de pólen.11 Em seres humanos. ~ ºv. A partir dos links no site do NCBI acesse outros sites Resource).13 O crossingoverocorre antes ou depois da duplicação participam dos processos de fertilização.17 A partir das informações apresentadas na Tabela secundário? 2. tado neste capítulo: SGD (Saccharomyces Genome Da- dos neste capítulo site do NCBI: clique em About the NCBI tabase).268 genes.nih . contém um cromossomo com cerca de formação da membrana nuclear. um proca- até os polos. Informatics) e TAIR (The Arabidüpsis Information 2.23 As plantas Arabidüpsis têm 10 cromossomos (5 pa- do genoma (medido em pares de bases de DNA) e res) nas células somáticas.14 Que características visíveis dos cromossomos indi. Aprenda mais sobre os organismos-modelo menciona. 2. DNA é distribuído por 16 cromossomos distintos. Flybase. (d) ovócito primá- no? Esses núcleos são haploides ou diploides? rio. Capítulo 2 1 Reprodução Celular 37 cromossomos. MGI (Mouse Genomic ganismos-modelo mamíferos.___ __ 1.ncbi. está localizado no cromossomo 16.9 X 109 pares de nucleotí- dios de DNA.15 Durante a meiose. depois. e esse lizado no cromossomo 11. dois núcleos do grão de pólen 2.. (f) migração dos tuem 4. constitui alguma vantagem para melanogaster tem quatro cromossomos. o tecido da folha é haploide ou DNA há em cada uma das seguintes células de ca- diploide? Quantos núcleos tem o gametófito femi- mundongo: (a) célula somática.20 Em face do comportamento dos cromossomos du- 2. e o gene da a-globina. (e) fixação dos 4. ou a organizar acertadamente fenômenos e formulação de ideias testáveis sobre suas causas essas formas de acordo com suas diferentes gerações. generoso leitor decidir se o planejamen- tas pessoas tentaram explicar isso antes.. 1959. Herbert.. perimentos especificados foram os mais Mendel comentou esses fracassos nos adequados para alcançar o resultado parágrafos introdutórios de seu artigo: desejado. Em seguida.* trabalho de um único indivíduo perspicaz.vood Clifis. Classic Paj1ers in Ge- Mendel. . • e ismo r1nc1 IOS . netics. to da organização e a realização dos ex- mas sem grande sucesso. como Kolreuter. por exemplo. sob o título "Experi. . o avanço da ciência depende do ficar definida mente suas relações estatísticas. Pren tice-Hall. ser o trodução de ideias radicalmente novas. f armas orgânicas. porém. de plantas e agora. atividade. que acabou por resultados desse experimento tão de- dar origem a uma ciência totalmente talhado. contemporâ. Wichura e outros dedicaram parte de suas vidas. neo de Darwin. . Deixo a cargo do das características dos organismos. objeto dos experimentos de Gregor *Peters. Pisum sativum. damente limitado a um pequeno grupo publicadas em 1866. As ideias de Mendel. criou o alicerce de outra O artigo ora apresentado registra os revolução na biologia. NJ. O experimento foi apropria- nova . Lecoq. o monge conexão com a história da evolução de austríaco Gregor Mendel. Gart- ner.. nenhum foi implementado em tamanha extensão e de A ciência é um empreendimento complexo que requer ob. Mui. reflexão sobre esses a prole dos híbridos apresentou. Na verdade. muitos observado- res meticulosos. as1cos eran PANORAMA Estudos de Mendel sobre a hereditariedade Aplicações dos princípios de Mendel Teste das hipóteses genéticas Princípios mendelianos em genética humana [Apesar disso. é necessário um tanto de coragem para realizar dificaram o curso de sua especialidade científica por meio da in. um trabalho de alcance tão extenso. Isaac mecanismo de hereditariedade: Newton na física ou Charles Darwin na biologia. ten. ou a identi- e seus efeitos. eles iniciaram revoluções lução de uma questão cuja importân- científicas.* Sobre este tema. maneira a tornar possível identificar quantas diferentes formas servação cuidadosa de fenômenos naturais. esse parece. Engle. está concluído em todos os tam explicar o mecanismo de herança aspectos essenciais. A. descreveu os próprios esforços para esclarecer o no impacto causado por Nicolau Copérnico na astronomia. único método correto para que finalmente encontremos a so- Na verdade. Com frequência. depois de 8 anos de mentos na hibridização de plantas". Na verdade. cia não deva ser subestimada quanto à Em meados do século 19. entre todos os muitos experimentos rea- revolução científica lizados. ed. Todos eles mo. • .J.a genética..] Aqueles que avaliarem o trabalho nessa área O nascimento da genética 1 Uma terão a certeza de que. Pense. com ines- gotável perseverança . Esse defensor das variedade sobre seu estigma. A atenção a essas diferenças singulares entre do Gregor como nome religioso.re muitas difere11tes variedades A vida de Gregor Johann Mendel (1822-1884) atra. Pisitm sativum. Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 39 Estudos de Mendel sobre a hereditariedade Os experimentos de Gregor Mendel com ervilhas eluci. que essas linhagens são geneticamente puras. simplesme11te. William Bateson. As plantas de então parte do Império dos Habsburgo na Europa Cen. Sem dúvida. co11seguiram descobrir ne11hum princípio fundamental Mendel fez experimentos com várias espécies de plan. cultivadas no a110 seguinte. Me11del permitiu a autofertilização produz oosferas. derivada da mentes produzidas por essas fertilizações cruzadas foram palavra grega que significa "gerar". Infelizmen- te. No início. geração para a outra. com variação genética mínima ou nula de uma capazes de produzir plantas anãs. uma proporção aproximada de 3: 1. da hereditariedade. e Eric / von Tschermak-Seysenegg.. produzem póle11 co11. há elevada endogamia em cada linhagem de duzidas no cruzamento das variedades alta e anã eram ervilha. adotan. 787 eram al- entrada ou a saída dos grãos de póle11. .de ervilhas altas e que Mendel realizara uma análise detalhada e meticulosa anãs para investigar a herança da altura (Figura 3. sim. deu aulas linhagens de ervilha permitiu que estudasse a herança de na escola secundária local. Isso impõe um sis. na Austria. Uma variedade produ- a criação de animais e i11spirou o interesse na natureza.1 ). zia sementes verdes e outra. Me11del promoveu a fert ilização cru- prias teorias de hereditariedade. ordenou-se padre. ge11eticame11te puras de ervilhas. cada uma delas distin- sou o século 19. e o ovário. tas e 277 eram anãs. A educação rural ensinou-lhe o culti''º de plantas e outra mediam apenas meio metro.064 ervilhas da prole que Mendel cultivou. uma linhagem tinham 2 metros de altura. das as pétalas da flor fecham-se com firmeza. enquanto as de tral. órgão de superfície . sobretudo graças aos esforços de promoção de que seu póle11 amadurecesse e depositou pólen da outra um biólogo britânico. Mendel obte. Em 1847. Rapidamente. cruzamento . Mendel apresentou os resultados à Sociedade de dia11te. Com 35 anos a11tes. os órgãos masculinos.o curso natural em ervilhas. Mendel obte. eram altas. As flores têm órgãos masculi110 e femini110. desses híbridos altos. as- Uma razão para o sucesso de Mendel foi a escolha pers. De volta a pla11ta. porém.plantas altas Ele co11cluiu os experimentos com er. os dois cruzamentos recíprocos forneceram resul- picaz do objeto experimental. todos eles constataram zada .rersidade de Viena. Ao pesquisarem E DA SEGREGAÇAO - na literatura científica dados que respaldassem suas pró- Em um experimento.e maior sucesso. cons- Uma peculiaridade da reprodução de ervilhas é que tatou a presença de plantas altas e anãs. as ideias de Mendel tiveram cuidado. Carl Correns.res. Outros biólogos tentaram acompanhar a herança Br110. no qual os gametas masculino Me11del foi surpreendido pelo reaparecimento da e feminino da mesma flor se unem e produzem semen. CRUZAMENTOS MONO-HÍBRIDOS 1 quando foi redescoberto por três botânicos . i1ão famoso.Hugo de OS PRINCÍPIOS DA DOMINÂNCIA Vries. retomou a vida como monge professor e i11iciou de muitas características simulta11eamente.rilhas em 1864. já que todas as plantas híbridas As a11teras. característica anã. Mendel deixou a fazenda e ingressou em tirou vantagem dessas características contrastantes para um mosteiro católico na cidade de Br110 (hoje cidade da identificar o mecanismo de hera11ça das características República Tcheca). a altura da 1853 para estudar na Uni. Obte. na prole do cruzamento. A fim de analisar a constituição hereditária tendo células espermáticas. e11tre plantas iguais nos demais aspectos . com as ervilhas.. . i1a Alemanha. Assim. Em vista da u11iformidade. esse artigo permaneceu na obscuridade até 1900.re plantas altas com qual- ORGANISMO EXPERIMENTAL DE quer modo de cruzamento (planta alta do sexo masculi- no com planta anã do sexo feminino ou planta anã do MENDEL. servou o aparente desaparecimento da característica anã sos i1a estufa. A ERVILHA sexo masculino com planta alta do sexo feminino). as plantas híbridas pro- tes. impedindo a 1. sementes verdes versits amarelas e assim por 1865. é tados iguais. Seus pais eram fazendeiros i1a Morávia. sementes amarelas. Me11del triunfou 011de esses biólogos tas de jardim e até tentou alguns experime11tos com falharam porque se concentrou em comparar diferenças abelhas. na Hola11da. produzindo híbridos unifor- meme11te altos. ele retirou as anteras de uma variedade antes aceitação. Mendel Aos 21 anos.iscosa descobertas de Mendel cunhou um novo termo para des- na parte superior do pistilo que conduz ao ovário. das ervilhas. As se- crever o estudo da hereditariedade: genética.ou. Além disso. Mais importante ai11da foi que Mendel ob- facilmente cultivada em hortas experime11tais ou em''ª. Mais tarde. ai11da que fossem altas. Em versits baixas. Ao examinar a prole. licenciando-se entre 1851 e uma característica de cada vez. dizemos daram como as características são herdadas. tema de autofertilização. fez um registro meticuloso dos expe- História Natural local e no ano seguinte publicou um rimentos que ele realizou. relatório detalhado nos anais da sociedade.por exemplo. A ervilha. o órgão feminino. Na verdade. mas como os os experimentos ge11éticos que acabaram por tor11á-lo resultados desses experimentos foram complexos. guida por uma característica particular. uma dominante e outra recessiva.na terminolo- gia moderna.. Ele afirmou que o ' fator latente era recessivo e que o fator expresso era do- Estigma . Assim. cada característica estu- Alta x Anã dada por Mendel parecia ser controlada por um fator hereditário existente em duas formas. elas são diploides e homozigotas.--. --. Em cada experimen- variedades '' '' '' '' ' ' 1 1 to . porque estava alta e anã.1 Cruzamentos das variedades alta e anã de ervilha feitos Mendel usou símbolos para representar os fatores por Mendel.. cor da semente. cor da vagem.produziriam alguns zigotos com ambos os alelos recessivos.uma inovação metodológica.-. Mendel reconheceu que o número diploide de genes seria restaurado quando da união da célula espermática com a oosfera para formar um zigoto. as formas dominante :.metade com o alelo dominante e me- 3 altas: 1 anã. hereditários que propôs . cada um deles se- melhante a uma das plantas dos cruzamentos originais. palavra derivada do 'fj' Toda a prole grego que significa "um do outro". Além disso.. isto é. ainda que fertilizações aleatórias com uma população em proporçao aproximada de mista de gametas. Diz-se que essa prole é heterozigota. Além disso.1).. '' \ minante. 40 Fundamentos de Genética Receptora Doadora Mendel deduziu que esses híbridos tinham um fator ge- de pólen de pólen nético latente para nanismo._ / . .'-/-..o zigoto híbrido herdaria dois alelos di- ferentes. é autofertilizada. ainda :.AP 0 -v A prole híbrida na terminologia moderna. No entan- to.. Isso tornou possível que explicasse o re- Ovário---'~ 1 '' '' ' aparecimento da característica anã na geração seguinte.+ -----". com- preendeu que se a célula espermática e a oosfera viessem Alta X Alta de plantas geneticamente diferentes . Os alelos são formas híbrida é alta. eles são haploides.AP e recessiva são denominadas alelos. formato da vagem. de outro fator para a altura elevada. ele pôde explicar o reaparecimento da característica recessiva na prole das 787 altas 277 anãs plantas híbridas.' --. Também inferiu que esses fatores recessivo e 1 Pi stilo --+--~~.. durante a produção de gametas. ele constatou que essa prole sempre apare- cia na proporção de 3: 1. alternativas de um gene. '' '' ' sendo estudada uma única característica .--tr- / -+-Antera 1 1 dominante separaram-se quando as plantas híbridas se 1 1 f----J.como nos cruza- mentos que fez. 1 '' 1 1 ' 1 '' ' Mendel fez experimentos semelhantes para estudar a 1 '' 1 1 '' '' herança de seis outras características: textura da semen- '' ' 1 1 "\ÀP '' 1 1 ~Q7 Fertilização 1 te. Mendel propôs que cada linhagem parental usada em seus experimentos Alta tinha duas cópias idênticas de um gene . Ele constatou plantas híbridas . mascarado pela expressão (emasculada} Pólen '~-...denominado cruzamento mono-híbrido. • FIGURA 3. As relações numéricas regulares observadas por Men- del nesses cruzamentos o levaram a outra conclusão im- portante: que os genes existem em pares. Mendel percebeu que os diferentes alelos presentes em um heterozigoto devem coexistir. termo cunhado pelo melhorista vegetal dinamar- quês Wilhelm]ohannsen em 1909. tade com o alelo recessivo . Esses fatores agora são denominados genes. e que cada 0 -v As p~antas altas um desses alelos tem chances iguais de entrar em um ga- e anas aparecem na prole das meta quando o heterozigoto se reproduz. um da mãe e outro do pai.Mendel obser- '' '' vou que apenas uma das duas características contrastan- tes aparecia nos híbridos e que a autofertilização desses híbridos produzia dois tipos de prole. Mendel propôs que essas duas cópias são reduzidas a uma. cor '' '' ' 1 1 cruzada das '' 1 '' da flor e posição da flor (Tabela 3. J. os gametas que emergem da meiose têm uma só cópia de um gene - :.Esta me reproduziram. Assim.AP que um seja dominante e o outro recessivo. . controla a altura da planta."\A-o V tido com o outro em um genótipo heterozigoto. Linhagens parentais Prole F2 Proporção Plantas altas X plantas anãs 787 altas. linhagem . gametas em iguais proporções. Como cada ge- nitor contribui igualmente para a prole. é simboli- ver o resultado de cruzamentos futuros. na alta e anã em DO Dd geração seguinte.96:1 Sementes amarelas X sementes verdes 6. alta e anã. 207 terminais 3. tituem a geração P do experimento. Alta Anã Od dd Mendel avançou mais um passo nessa análise. 152 amarelas 2. derivada da pa- são homozigotas para diferentes alelos de um gene que lavra latina que significa "filho" ou "filha". é igual ao da linhagem parental DD porque D é parental produz um tipo de gameta.01 :1 Flores roxas X flores brancas 705 roxas. respectivamente. sendo dominante. A constituição alélica de cada linhagem cobertas por Mendel. podia descrever com clareza e concisa.. Embora a prática zado pela letra maiúscula correspondente D. A prole híbrida é As duas variedades geneticamente puras. Por outro lado. separam-se. Assim.001 verdes 3. mas as 1 Dd 2 plantas altas da F2 constituem duas categorias.a característica alta ou anã . a letra escolhida para designar os alelos de um gene nha sido muito aperfeiçoada desde a época de Mendel. Essas manipulações são a essência é seu genótipo. Como as linhagens parentais.. G> Cada homozigoto p Alta OD X Anã dd porém.2 Representação simbólica do cruzamento ent re ervilhas quanto os outros dois terços produziram uma mistura de altas e anãs."\A-o zigotos (escrevemos primeiro a contribuição da oosfera): ~ A autofertilização @ @ DD. eles produzem quatro tipos de Autofertilização «. 299 achatadas 2. Nenhum alelo é modificado por ter coexis- «. ou segregam-se. 277 anãs 2. em vez disso. 1. ou F.84:1 Sementes lisas X sementes rugosas 5. do recessivo. dominante em relação a d. Alta DO 1 3 mostrando que eram homozigotas para o alelo d.14:1 Com símbolos. Como introdução ao tema. dos heterozigotos da F1 produz prole Alta Alta três desses genótipos têm o mesmo fenótipo. as linha- nam os genes (ou. de dwarfness [nanismo] ) . vamos examinar a representação simbólica do cruzamen. geralmente é tirada da palavra que descreve a caracterís- os princípios básicos são os mesmos. 224 brancas 3. en- • FIGURA 3.474 lisas. em iguais proporções. 15:1 Vagens infladas X vagens achatadas 882 infladas. O alelo para o nanismo. essas plan- Gametas@ V V @ tas da F1 produzem dois tipos de gametas. Assim. Esse processo de segregação de alelos talvez seja da F1 produzem dois tipos de a descoberta mais importante de Mendel. No entanto.. o genótipo das plantas da F 1 tem de ser Dd. denominada f 2 . Aproxima- 1 Anã dd 1 1 damente um terço delas produziu apenas prole alta.022 amarelas. isto é.1 Resultados dos cruzamentos mono-híbridos de Mendel."\A-o para os alelos do gene que controla a altura. durante a formação dos G> Os heterozigotos Alta Dd gametas. a aparência física de cada da análise genética formal. D e d. tica recessiva (d.850 rugosas 2. seus alelos) e são gens de ervilhas alta e anã são simbolizadas por DD e dd. alelo para a altura elevada. sen- mente os fenômenos hereditários e analisar matematica. Durante a meiose.é seu fenótipo. mais exatamente. As plan- tas da F2 foram autofertilizadas para produzir uma F3• To- Proporção Proporção F2 Fenótipos Genótipos genotípica fenotípica das as plantas anãs da F2 produziram apenas prole anã. por causa da dominância. ~ Depois da autofertilização. Os símbolos desig. as plantas são altas ou proporção 3: 1. denominada primeira geração filial. Mendel concluiu que o terço genetica- . em uma proporção de 3: 1. 2. Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 41 Tabela 3.2 ). Ele podia até pre. O fenótipo. os dois tipos de gametas Gametas@ produzidos por heterozigotos podem se unir de todas as maneiras possíveis. manipulados de acordo com as regras da herança des. prole alta e anã. Em genéti- de usar símbolos para analisar problemas genéticos te. anãs. Assim. é simbolizado por uma letra minúscula d.95:1 Vagens verdes X vagens amarelas 428 verdes. o mente os resultados dos cruzamentos. as ervilhas alta e anã cons- to entre ervilhas altas e anãs ( Figura 3. Dd. dD e dd.82:1 Flores axiais X flores terminais 651 axiais. elas são heterozigotas «. ca. Para calcular as frequências absolutas. A base biológica [verde]) e G (amarela). .sementes verdes e lisas e se- princípios essenciais que ele descobriu: mentes amarelas e rugosas . devem um processo que discutimos no Capítulo 2. nhagens parentais. textura da semente (o alelo lV). de green alelo diferente em um heterozigoto. O PRINCÍPIO DA DISTRIBUIÇÃO Os gametas haploides produzidos por uma planta diploide contêm uma cópia de cada gene. e os lógica desse fenômeno nos capítulos posteriores. verdes e rugosas eram gg ww. lisa Amarela. cada um corresponderá a 25% V Amarela. dividimos cada número pelo total. O princípio da dominância: em um heterozigoto.3). As li- ração de cromossomos homólogos durante a meiose. Então. isto é. como mostra a Figu- Autofertilização ra 3.sementes amarelas e lisas e se- Nós resumimos a análise feita por Mendel desse e de mentes verdes e rugosas . essas relações numéricas claramente o fenótipo mesmo quando estão presentes sugeriam uma explicação simples: cada característica era em uma única cópia. há quatro fenótipos distinguíveis. esses quatro tipos terão frequências iguais. rugosa G W. os alelos para essas duas características eram domi. os INDEPENDENTE gametas de plantas GG WW contêm uma cópia do gene Mendel também fez experimentos com plantas que dife. entre as plantas altas da F2 . Esses gametas são sim- tas que produziam sementes amarelas e lisas com plantas bolizados por G W.assemelhavam-se às linhagens outros cruzamentos mono-híbridos apresentando dois parentais. A fertilização cruzada des- desses experimentos era verificar se a herança das duas ses dois tipos de gametas produz híbridos F 1 duplamente características da semente. os gametas de que produziam sementes verdes e rugosas. Ele cruzou plan.apresentam novas combi- nações de características. era indepen. a autofertilização na F 1 produz um conjunto de 16 genótipos zigóticos com frequências iguais. lisa Verde. dominantes. da cor da semente (o alelo G) e uma cópia do gene da riam em duas características (Figura 3. (3) g W e (4) g w. Para ção sobre a função genética. e o fenótipo de dente. classificou as dois terços em que houve segregação eram heterozigotos sementes da F2 e contou-as segundo o fenótipo. nantes. heterozigotos. . ferentes segregam-se um do outro durante a formaçiio dos ou de dois fatores. Desig- gametas. usando os métodos de Mendel. Mendel cultivou plantas a partir dessas sementes O princípio da segregação prevê que os híbridos da F 1 irão produzir quatro genótipos gaméticos diferentes: (1) Amarela. lisa do total. lisa Verde. 1/3 e 2/3. os das as combinações possíveis das características de cor genótipos DD e Dd ocorrem em uma proporção de 1:2.3). Como as sementes da F 1 eram todas amarelas e sementes amarelas e lisas indica que os alelos G e W são lisas. Os dois alelos do gene da cor da semente são g (g. As quatro classes têm uma pro- 1.4. Partindo desse pressuposto. As outras duas . um alelo pode porção aproximada de 9 amarelas e lisas: 3 verdes e lisas: ocultar a presença de outro. Portanto. Ao ~ todo. O objetivo plantas gg ww são escritos g w. Esse princípio é uma afirmação sobre a trans- namos cada gene por uma letra. Da mesma maneira. Aborda- ser duplamente homozigotas. 2. Dd. cor e textura. de wrinkled [rugosa]) e W (lisa).4 ). .3 Cruzamentos entre ervilhas de sementes amarelas e sementes verdes e lisas 3/16 lisas e ervilhas de sementes verdes e rugosas realizados por Mendel. as plantas com sementes remos os experimentos que levaram a essa teoria cro- amarelas e lisas eram GG WW e as plantas com sementes mossômica da hereditariedade no Capítulo 5. sementes verdes e rugosas 1/16 . Apresentamos a explicação fisio- controlada por um gene diferente com dois alelos. simbolizados por Gg Ww. minúscula para o alelo missão genética. (2) G w. verificamos os fenótipos desses genótipos F2 observando que G e W são os alelos dominantes. Essas proporções. 16: 315 108 101 32 sementes amarelas e lisas 9/16 Proporção aproximada de 9:3:3: 1 sementes amarelas e rugosas 3/16 • FIGURA 3. prox1ma geraçao. rugosa Verde. Alguns alelos controlam a mente perspicaz de Mendel.. dois genes tinham herança independente. e textura. Nós obtemos a série zigótica por com- binação sistemática dos gametas. Se a segregação dos alelos p X de cada gene for independente. O princípio da segregação: em um heterozigoto.42 Fundamentos de Genética mente puro era constituído de homozigotos DD e que os e permitiu a autofertilização. Esse princípio é uma afirma- 3 amarelas e rugosas: 1 verde e rugosa (Figura 3. Geralmente representam-se esses genótipos com dois genes separando-se os pares de CRUZAMENTOS OI-HÍBRIDOS 1 alelos com um espaço. com frequências Amarela. Um alelo é transmitido fielmente à . mesmo que esteja presente com um recessivo e maiúscula para o dominante (Figura 3. eram exatamente o que As quatro classes fenotípicas na F2 representavam to- sua análise previa porque. e os alelos do gene da textura da desse fenômeno é o pareamento e a subsequente sepa- semente são w ( w. dois alews di- Vamos analisar os resultados desse cruzamento di-híbrido. que são geneticamente puras. Duas classes . rugosa relativas indicadas pelo número de posições ocupadas na série. Em seguida. . lisa <v\A.5 compara as frequências pre- vistas e observadas dos quatro fenótipos da F 2 de duas 1 Amarela e lisa 315 0. rugosa O.4 Representação simbólica do cruzamento di-híbrido de Mendel. Para as frequências numéricas. lisa Verde.segregação independente dos genes Total 556 1. Os resultados des- sa implica a inexistência de conexão ou ligação entre os ses experimentos levaram-no a um terceiro princípio es- eventos de segregação dos dois genes. dos do cruzamento di. um sencial: gameta que recebe W por segregação do gene da textura tem a mesma probabilidade de receber G ou g por segre- gação do gen e da cor.194 104 0.187 1 Amarela e rugosa 101 ro total de sementes examinadas da F2 • Nos dois métodos há. as premissas sobre as quais construí- mos nossa análise .o Amarela.063 as previsões. Essa análise é baseada em duas premissas: ( 1) que Mendel fez experimentos semelhantes com outras cada gen e tem seus alelos segregados e (2) que essas se. Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 43 <v\A.5 Comparação entre os resultados observados e espera- tíveis com os dados observados.000 556 1. Observado Esperado Os dados experimentais condizem com as previsões de Fenótipos da F2 Número Proporção Número Proporção nossa an álise? A Figura 3.híbrido de Mendel. .o 0 . rugosa gg ww 1 1 • FIGURA 3. - 1gua1s proporçoes. a segregação independente dos genes. rugosa Gg ww 2 Verde. Gw GG Ww ww Gg Ww Gg ww gW Gg ww Gg Ww gg gg Ww gw Gg Ww Gg ww gg Ww gg ww Proporção Proporção F2 Fenótipos Genótipos genotípica fenotípica GG WW 1 9 Amarela. combinações de características e em cada caso observou gregações in dependem uma da outra.187 previstos multiplicando a proporção prevista pelo núme. lisa GG Ww 2 Gg WW 2 Gg Ww 4 GG ww 1 3 Amarela.000 da cor da semente e da textura da semente . Os heterozigotos F1 de F1 produzem Gg Ww quatro tipos de gametas em .são compa. V GW V gw Gametas V Amarela. boa concordância entre as observações e 1 Verde e rugosa 32 0. obviamente. Por exemplo. . A autofertilização F2 GW Gw gw dos heterozigotos de F1 produz quatro GW fenótipos em GG ww Ww Gg ww Gg Ww proporção de 9:3:3:1 . Cada homozigoto p X parental produz GGWW ggww um tipo de gameta. • FIGURA 3. . A segunda p remis. .o 0 .057 35 0. Assim. 0..182 104 0. lisa gg ww 1 3 gg Ww 2 Verde. Gametas GW Gw gW gw Autofertilizacão • <v\A. calculamos os números 1 Verde e lisa 108 0.567 313 0.563 maneiras: por proporções e por frequências n uméricas. pode-se usar os princípios de Mendel para prever os re- Gg X Gg e Ww X Ww . o outro.7). demos usar essas frequências para prever o resultado do .porque todos os genes têm dis- sultados dos cruzamentos. como mos algumas exceções importantes.es. Para cada gene. torna-se difícil usar o método do quadrado de Punnett.elos de um gene são dominantes ou recessivos. Veremos na Figura 3. os genótipos e. podemos pre- homenagem ao geneticista britânico R. em ervilhas Dd Gg Ww com ervilhas dd gg ww. ao cruzarmos mento. entanto. a probabilidade de que determi- to com participação de dois ou mais genes é o método da nado gameta contenha o alelo dominante é de 1/2. do quadrado de Punnett e da linha bifurcada tem como base o princípio da probabilidade. tribuição independente.ews de diferentes genes são distribuídos de modo independente. A segregação de Mendel é como um jogo de cara ou coroa.6 ). é de 1/2. e a linha bifurcada. Dd X Dd produzirá uma proporção de 3 plan- conhecimento matemático. no comportamento de dife- PONTOS ESSENCIAIS • Mendel estudou a herança de sete características diferentes em ervilhas.44 Fundamentos de Genética 3. aborda- outra regra da transmissão genética. Por exemplo. No Capítulo 7. tas altas: 1 planta anã. vamos considerar um intercruzamen. chamado de método do quadrado de Punnett.Dd X Dd. um que controla a altura da planta. como as que contam com a transmitidos pelo genitor heterozigoto (Figura 3. um tipo de cruzamento geralmente genes. Assim. No genes são segregados. quando um heterozi- MÉTODO DA LINHA BIFURCADA goto produz gametas. denominado cruzamento-teste. participação de mais de dois genes.4). Punnett. Feito isso. nem todos os genes obedecem ao princípio de maneira independente uns dos outros. Nós po- título de exemplo. com base. outro que controla a cor da semente e um terceiro que de organismos. Esse procedi. pode-se usar o Princípio da Dominância tos para várias características. veremos no Capítulo 5. em última análise. Esse princípio é da distribuição independente. (2) al. calculamos em um diagrama de linhas ramificadas. os fe- denominado intercruzamento (Figura 3. controla a textura da semente.Dd Gg Ww X Dd Gg Ww . em vez de enumerar a prole probabilidade de que contenha o alelo recessivo também em um quadrado por combinação sistemática dos game. gotos para várias características e indivíduos homozigo- ticos.8 a relação entre o método do quadrado de Punnett e uma MÉTODO DA PROBABILIDADE técnica de solução de problemas genéticos que usa o con. Portanto. distribuídos. por os genótipos zigóticos ou fenótipos e um com base no exemplo. Essas probabilidades são as frequências dos dois tas. A tipos de gametas produzidos pelo heterozigoto. Um método alternativo e mais rápido que os métodos ceito de probabilidade.elos diferentes de um gene segregam-se durante a formação dos gametas e (3) os al. Assim. Usando o método da linha bifurca- da (Figura 3. Esse é um cruzamento tri-híbrido . vidido em três cruzamentos mono-híbridos . Nas situações em que há participação de um ou dois ge. No entanto.el. cada característica controlada por um gene diferente • A pesquisa de Mendel o levou a formular três princípios de herança: (1) os al. O princípio da distribuição independente: os al. Há três procedimentos gerais.os de diferentes rentes pares de cromossomos durante a meiose. esperamos que dois deles com base na enumeração sistemática de todos os fenótipos apareçam na proporção de 3: 1. de. é possível anotar todos os gametas e combiná-los resultados de um cruzamento entre indivíduos heterozi- sistematicamente para gerar arranjos de genótipos zigó. conseguimos combinar essas proporções MÉTODO DO QUADRADO DE PUNNETT separadas em uma proporção fenotípica geral para a pro- le do cruzamento. Esse tipo de cruzamento é para determinar os fenótipos associados. nantes e recessivos em cada um dos três genes do genitor tos.que pode ser di- Caso se conheça a base genética de uma característica. e que o cruzamento com híbridos da F 1 de sementes amarelas genitor homozigoto só transmite alelos recessivos desses e lisas de Mendel. Também podemos usar esse método para analisar os nes. é ver os fenótipos da prole observando que os alelos domi- um método direto de prever o resultado dos cruzamen. Os princípios de Mendel podem ser usados para prever to de ervilhas heterozigotas para três genes de distribui- os resultados de cruzamentos entre diferentes linhagens ção independente. metade contém um alelo e meta- Outra técnica para prever o resultado de um cruzamen. C. em nótipos da prole desse cruzamento dependem dos alelos situações mais complicadas. No entanto. Nós o usamos para analisar o resultado zigótico do heterozigoto são separados em proporção de 1: 1. ou corrw dizerrws às vez. verde e rugosa • FIGURA 3. quádruplos será de (1/4) X (1/4) X (1/4) X (1/4) = Assim. e nante e 1/4 terá o fenótipo recessivo. amarelas e lisas 3 anãs.. verdes e lisas . Portanto. amarelas e rugosas 3 altas 3 lisas 9 altas. distribuição independente. a chance de um heterozigoto Aa é de 1/2 por.1 verde =1 rugosa • . Que Aa 1/2 fração da prole será homozigota para os quatro genes? ªª 1/4 Antes de calcular as probabilidades. o uso do método da pro- gametas serão combinados aleatoriamente para produ. verde e lisa 1 alta.7 O método da linha bifurcada para prever o resultado de um cruzamento-teste com três genes de distribuição independente em ervilhas. a fração de homozigotos recessivos que um filho seja heterozigoto é (1/4) X (1/ 4) = (1/2). AA é simplesmente a probabilidade de que cada um dos Suponha. 1 anã.. a fração da prole de homozigotos re- . Suponhamos que o cruzamento pode parecer desnecessário. verdes e rugosas 1 anã . 1 alta. o terceiro no.3 amarelas 1 rugosa -. do gameta masculi. ponder essa pergunta. cessivos é de 1/4. A chance de que o zigoto seja mais complexas. amarela e lisa 1 anã . todos com (1/ 4) .. assim como para o segundo. amarelas e rugosas Í 3 lisas ' 3 anãs.. verdes e lisas . No entanto. é claramente o método mais prático.. a probabilidade total de ção independente. amarela e rugosa ~ 1 verde 1 lisa 1 rugosa ..3 amarelas ~ 3 lisas 1 rugosa . 9 altas. precisamos decidir Aplicando o Princípio da Dominância.. Que fração da prole será te.. o dominante e o recessivo. Sem dúvida. Há dois tipos de ho- (1/4) + (1/2) = (3/4) da prole terão o fenótipo domi. 1 anã. amarelas e lisas . obtemos a seguinte distribuiçiio de probabilidade dos (1/256). verde e rugosa .já que a produção dos dois gametas é independen. é melhor usar o método da pro- genótipos obtidos por cruzamento de Aa X Aa: babilidade que fazer um quadrado de Punnett com 256 entradas! AA 1/4 Agora vamos a uma questão ainda mais dificil._ 1 verde 1 rugosa .. No homozigota para os quatro alelos recessivos? Para res- entanto. um cruzamento entre plantas gametas que se unem contenha A. pelo princípio de distribui- desses eventos é de um quarto. juntos eles constituem metade da prole.A pode vir do gameta feminino e a. ou (1/2) X (1/2) = heterozigotas para quatro genes diferentes. 1 amarela 1 lisa . 1 anã. amarela e lisa 1 rugosa 1 alta._ 1 verde 1 lisa 1 rugosa 1: 1 alta. A chance de um homozigoto aa também é de 1/4. verde e rugosa • FIGURA 3. mozigotos para cada gene. Como a chance de ocorrência cada um e o quarto genes. Portanto. 1 rugosa il •.8). ou vice-versa..6 O método da linha bifurcada para prever o resultado de um int ercruzamento com três genes de distribuição independente em ervilhas. cruzamento de dois heterozigotos? Nesse cruzamento. em situações seja Aa X Aa (Figura 3. os Em uma situação tão simples.. . Para que existem dois modos de produzir um heterozigoto o primeiro gene. amarela e rugosa 1 alta ~ 1• . 1 anã. verde e lisa 1 anã. Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 45 Cruzamento: Od Gg Ww X Od Gg Ww Segregação de gene Segregação de gene Segregação de gene Fenótipos combinados para altura da planta para cor da semente para textura da semente dos três genes 3 lisas - ' 27 altas. concluímos que que genótipos satisfazem a questão. babilidade para prever o resultado de um cruzamento zir a geração seguinte. por exemplo. tomamos um gene por vez. 3 altas. a fra- Cruzamento: Od Gg Ww X dd gg ww Segregação de gene Segregação de gene Segregação de gene Fenótipos combinados para altura da planta para cor da semente para textura da semente dos três genes "" 1 amarela 1 lisa i . 1• 9 anãs. grupogen. que fração da prole deve (a) apresentar os três fenótipos cos. A probabilidade genes e que a distribuição desses genes é independente. Nesse cruzamento. com probabilidades de 3/4 quências dos dois tipos de gametas produzidos pelos pais heterozi- e 1/4. http://gen-io. Para avaliar a capacidade do método de probabilida- de. por sua vez. A.é (1/ 4) X ponha que haja cruzamento de plantas altas de flores roxas e (3/4) = (3/ 16). O vagens infladas com plantas anãs de flores brancas e vagens achatadas. tente responder as questões do ~ Leia a resposta do problema no site boxe Resolva!: Uso das probabilidades em um problema .9). (c) ser heterozigota para os três genes. m1n1mo um gene 7116 3/16 • FIGURA 3. (d) ter ao menos um . a resposta dessa Mendel constatou que três traços das ervilhas . Três tipos de ge11óti- problema genético pos satisfariam essa condição: (1) A .e (3) aa bb.bb aabb S? a(1/2) (1/4) ªª (1/4) (1/4) (3/4) X (1/4) =3/16 (1/4) X (1/4) = 1/16 Prole: Genótipo Frequência Fenótipo Frequência Prole: Genótipo Frequência Fenótipo Frequência AA 1/4 A. cor das questão deve ser a soma das probabilidades correspon.a regra da multiplicação e a regra da adição .8 - (3/4) X (3/4) =9/16 (1/4) X ªª(3/4)8 -=3/16 Gametas Segregação (314) femininos aA do gene 8 bb A. estude o Apêndice A: Regras da probabilidade. ção da prole que será homozigota para os quatro genes será de (1/2) X (1 / 2) X (1 / 2) X (1/2) = (1/16). flores e formato da vagem . 7 / 16.e alguns alelo dominante de cada gene no genótipo? exemplos úteis. Portanto. Para conhecer roxas e vagens infladas.bb (o traço indica A ou a).9 Aplicação do método de probabilidade a um intercruza- nótipo do cruzamento é obtida a partir das frequências no quadrado mento com participação de dois genes. frequências dos fenótipos combinados no quadrado são obtidas por multiplicação das probabilidades marginais. precisamos levar em conta mais uma questão. A frequência de cada ge- ªª bb 1/16 • FIGURA 3.bb 3/16 Recessivo para no .46 Fundamentos de Genética Cruzamento: Aa X Aa Cruzamento: Aa Bb X Aa Bb Gametas masculinos cf Segregação A a do gene A (1/2) (1/2) A . de aa B. Su- de A . com flores brancas e vagens achata- final deste livro. Como as segregações são independentes.br. que. A frequência da prole que tem o fenótipo recessivo para no mínimo um dos genes é calculada pela soma das frequências nas células relevantes (cor laranja). e de aabbé (1/4) X (1/4) = (1 / 16).são determinados por diferentes dentes de cada um desses genótipos.8 lntercruzamento mostrando o método da probabilidade no contexto de um quadrado de Punnett.(3/4) aa (1/4) A(1/2) AA (1/4) Aa (1/4) 8. . (b) ser alta. usam-se os métodos da linha bifurcada ou da probabilidade para prever o resultado de um cruzamento. (2) aa B.8. Lá ' 'ocê encontra duas regras simples das.com.bb é (3/ 4) X (1/ 4) = (3/ 16).altura. . as gotos. . PONTOS ESSENCIAIS • E possível prever o resultado de um cruzamento pela enumeração sistemática dos genótipos usando o quadrado de Punnett • Quando há participação de mais de dois g-enes. 9/16 Dominante para } Dominante 3/4 9/16 Aa 1/2 os dois genes ªª 1/4 Recessivo 1/4 ªª 8- A . respectivamente. no dominantes. e que todas as plantas de F1 sejam altas de flores somatório de todas é a resposta. Supo- nha que o cruzamento seja Aa Bb X Aa Bb e queiramos saber que fração da prole terá o fenótipo recessivo para Uso das probabilidades em um pelo me11os um ge11e (Figura 3. Depois. cada gene de Punnett. genet1co. são obtidas por multiplicação das fre- codifica fenótipos dominante e recessivo. Se essas plantas de F1 forem autofertili- melhor esse método de análise dos problemas genéti- zadas. . As observações levam a ideias ou questionamentos sobre o fenômeno. de fato. Os dados da F2 de Mendel pare- folhas lisas. a hipótese concebida por exemplo. .11 mostra os cálculos. No caso de um pequeno brido relativo à cor e à textura das ervilhas. como os números obtidos em um fosse.10). enet1cas O teste do qui-quadrado é um método simples para ve.ou. A operação de los segregados .por exemplo.que os dados de Mendel ajustam-se o x2 será maior que um número crítico e decidiremos bem demais à sua hipótese. A Figura 3. Se o x2 estiver perimento genético concordam tão claramente com as abaixo desse número. Mendel pro. explicar os resultados desses cruzamentos. Para cada classe fenotípica da F2.e que potenciação elimina os efeitos de anulação dos valores a distribuição dos dois genes era independente.e que os dois genes próprios ou o registro dos dados pode ter sido incorreto tinham distribuição independente. Uma ideia científica bem formulada é uma hipótese.um dominante. Uma variedade tinha flores Vamos usar como exemplo os dados dos experimentos vermelhas e folhas pilosas. que os resultados do experimento sejam exatamente derar os dados que Mendel obteve no cruzamento <li-hí. cias usa uma estatística chamada qui-quadrado (x2 ). to. esse é ervilhas foram examinadas e divididas em quatro classes atribuído a variações casuais no resultado do experimen- fenotípicas (Figura 3. erro de técnica . Os dados do expe. Ainda que a hipótese esteja correta. as possíveis discrepâncias entre observações e Para responder a essa pergunta. nem sempre os resultados de um ex. e precisamos resultados do experimento com as previsões da hipótese. Dados colhidos a partir de Com os dados de DeVries. se o desvio for grande.5 sugere que os sobre a execução do experimento ou a aceitabilidade da resultados experimentais são. Se assim não comparar os dados. Se os teoria do mendelismo seria questionada. concluímos provisoriamente que previsões de uma hipótese como aconteceu com Mendel. DeVries forma o teste da hipótese em um procedimento simples cruzou diferentes variedades de lícnis. ele simplesmente aplicou a hipótese de Mendel à lícnis. No entanto. Como exemplo. discrepâncias inquietantes. Esse procedimento tem de levar em conta a Em genética. . os resultados do experimento são compatíveis com as Veja. decidir qual é o nível necessário para levantar dúvidas A comparação apresentada na Figura 3. constatamos algumas dam com os dados de um experimento. suspeitamos de pôs que a cor e a textura das ervilhas eram controladas algum erro. aos valores previstos.. entre reavaliar o experimento . da hipótese. Todas as plantas da F 1 tinham flores verme. quando comparamos os dados de DeVries às previsões da hipótese de Mendel.e rejeitar a hipótese. vamos consi. O método do x2 possibilita ao pesquisador resultados de seu cruzamento <li-híbrido. os cruzamentos podem ter sido im- . planta cultivada e objetivo. teríamos reservas em aceitar a hipótese e toda a experimento de reprodução. em seu jardim experimental. Essas discrepâncias são sufi- cientes para levantar dúvidas sobre o experimento ou a A investigação científica sempre começa com observações hipótese? de um fenômeno natural. Na F2. outro recessivo . Nas quatro classes fenotípicas. para atribuí-las ao acaso. A partir dos dados. não esperamos tíveis com uma hipótese. os dados obtidos por Hugo DeVries.um dominante. Uma na verdade tão pequenas que nos sentimos à vontade estatística é um número calculado a partir de dados. por exemplo. compatíveis com a hipótese. simplesmente a hipótese esteja errada. Para tantes. le e elevamos o resultado ao quadrado. quanto intercruzadas.isto é. isto é. ou seja. iguais às previsões da hipótese. que cada gene tinha dois ale. geralmente temos interesse em verificar possível influência do acaso no resultado do experimen- se os resultados de um cruzamento são ou não compa. Portanto. hipótese.3). Ob- rimento são realmente compatíveis com essa hipótese? viamente. a outra tinha flores brancas e de Mendel e DeVries. outra possibilidade . ciam compatíveis com a hipótese. precisamos comparar os expectativas variam de pequenas a grandes. que cada gene tinha dois alelos do . 556 desvio. talvez. comparar os resultados do experimento com as previsões da hipótese deve ser aceita ou rejeitada. que são explorados em maior profundidade por meio de outras observações TESTE DO QUl-QUADRADO ou pela realização de experimentos. previsões da hipótese. a média de um conjunto de pontos de por Mendel para explicar seus dados ajusta-se bem aos um exame. positivos e negativos entre as quatro classes fenotípicas. genéticos. Consideramos dados não estiverem alinhados com os valores previstos. No entanto. o método do x2 trans- um dos redescobridores do trabalho de Mendel. que determinem se determina. calculamos a dife- pôs que a cor da flor e o tipo de folha eram controlados rença entre os números observados e esperados da pro- por dois genes diferentes. outro recessivo . rificar se as previsões de uma hipótese genética concor. enquanto os dados da lhas e folhas pilosas e. precisamos de um procedimento objetivo para tas testem hipóteses. O experimento pode ter sido mal executa- por diferentes genes. produziram F2 de DeVries mostravam algumas discrepâncias inquie- plantas F2 de quatro classes fenotípicas (Figura 3. Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 47 Teste das hiP-óteses . DeVries pro. procurar um Infelizmente. como ocorreu com os dados de Mendel. Portanto. e também com outros dados observações ou experimentos possibilitam que os cientis. as discrepâncias Um procedimento para avaliação dessas discrepân- entre os números observados e esperados são pequenas. to. 48 Fundamentos de Genética Flores vermelhas Flores brancas Folhas pilosas Folhas lisas p X V Flores vermelhas Folhas pilosas lntercruzamento Flores vermelhas Flores brancas Flores vermelhas Flores brancas Folhas pilosas Folhas pilosas Folhas lisas Folhas lisas Número observado: 70 23 46 19 Total= 158 Número esperado: 9/16 X 158 = 3/16 X 158 = 3/16 X 158 = 1/16 X 158 = 88,9 29,6 29,6 9,9 • FIGURA 3.10 Experimento de DeVries com a cor das flores e o tipo de folha em variedades de lícnis. O detalhe mostra a variedade de flores vermelhas e folhas pilosas. A seguir, dividimos o quadrado de cada diferença pelo Para determinar o valor crítico, precisamos saber como número esperado de prole correspondente. Essa opera- o acaso afeta o x2 • Suponha por um instante que a hi- ção dimensiona cada quadrado da diferença de acordo pótese genética seja verdadeira. Agora imagine que esse com o número esperado. Se os quadrados da diferença experimento seja realizado - de modo cuidadoso e cor- de duas classes forem iguais, aquela que tem o menor reto - muitas vezes, calculando o x2 a cada vez. Todos número esperado dá uma contribuição relativamente esses dados estatísticos podem ser reunidos em um gráfi- maior para o cálculo. Por fim, somamos todos os termos co que mostra a frequência de cada valor. Esse gráfico é e calculamos o x2 • O X2 dos dados de Mendel é de 0,51 chamado distribuição de frequência. Felizmente, a distribui- e o x2 dos dados de DeVries é de 22,94. Essas estatísticas ção de frequência do x2 é conhecida da teoria estatística resumem as discrepâncias entre os números observados e (Figura 3.12) - portanto, não precisamos fazer muitas re- esperados nas quatro classes fenotípicas em cada experi- petições do experimento para calculá-la. O valor crítico mento. Se houver concordância básica entre os números é o ponto que exclui os 5% superiores da distribuição. observados e esperados, o x2 será pequeno, como ocorre Em apenas 5% das vezes o x2 ultrapassa esse valor em com os dados de Mendel. Se houver grande discordân- razão do acaso. Assim, se realizarmos um experimento cia, será maior, como acontece com os dados de DeVries. uma vez, calcularmos o x2 e constatarmos que é maior Sem dúvida, precisamos decidir que valor de x2 na escala que o valor crítico, ou observamos um conjunto de resul- contínua entre valores baixos e altos lança dúvida sobre tados bastante improvável - algo que acontece em menos o experimento ou a hipótese. Esse valor crítico é aquele de 5% das vezes - ou há um problema com a execução em que as discrepâncias entre os números observados e do experimento ou com a adequação da hipótese. Su- esperados provavelmente não se devem ao acaso. pondo-se que o experimento tenha sido realizado corre- Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 49 Fenótipo da F2 Número Número (Observado - Esperado)2 observado esperado Esperado Amarela e lisa 315 313 0,01 Verde e lisa 108 104 0,15 Cruzamento d ~híbri do de Mendel Amarela e rugosa 101 104 0,09 Verde e rugosa 32 35 0,26 Total: 556 556 o,51 = x2 Vermelha e pilosa 70 88,9 4,02 Branca e pilosa 23 29,6 1,47 Cruzamento di-híbrido de DeVries Vermelha e lisa 46 29,6 9,09 Branca e lisa 19 9,9 8,36 Total: 158 158 22,94 =x2 Fórmula do método do qui-quadrado para testar a concordância entre os números observados e esperados: (Observado - Esperado)2 Esperado • FIGURA 3.11 Cálculo do X2 dos dados da F2 de Mendel e DeVries. tamente, tendemos a rejeitar a hipótese. Evidentemente, Assim, desde que conheçamos o valor crítico, o teste precisamos compreender que com esse procedimento do x2 leva-nos a uma decisão sobre o destino da hipótese. rejeitaremos uma hipótese verdadeira em 5% dos casos. No entanto, esse valor crítico - e o formato da distribui- ção de frequência associada - depende do número de classes fenotípicas no experimento. Os estatísticos tabu- laram valores críticos de acordo com os graus de liberda- de associados ao x2 (Tabela 3.2). Esse índice do conjunto das distribuições do x2 é determinado subtraindo-se um do número de classes fenotípicas. Em cada um dos nos- sos exemplos há 4 - 1 = 3 graus de liberdade. O valor crítico para a distribuição do x2 com 3 graus de liberda- de é 7,815. O x2 calculado para os dados de Mendel é 0,51, número que está muito abaixo do valor crítico e, portanto, não ameaça a hipótese testada. No entanto, o 5°/o de distribuição x2 calculado para os dados de DeVries é 22,94, muito aci- 1 ma do valor crítico. Assim, os dados observados não se o 1 2 3 4 5 6 7 enquadram na hipótese genética. Ironicamente, quando DeVries apresentou esses dados, em 1905, considerou-os x2 compatíveis com a hipótese genética. Infelizmente, ele • FIGURA 3.12 Distribuição de frequência de x2• não usou o teste do x2 • DeVries também afirmou que seus 50 Fundamentos de Genética Tabela 3.2 Tabela de valores críticos de 5% do qui-quadrado (x 2}ª. Usando o teste do qui-quadrado Gra us de liberdade Valor crítico de 5% Quando tomateiros geneticamente puros de frutos esféricos fo- 1 3,841 ram cruzados com outros geneticamente puros de frutos ovais, 2 5,991 todas as plantas da F1 tinham frutos esféricos. Em seguida, es- 3 7,815 sas plantas da F1 foram intercruzadas para produzir uma geração 4 9,488 F2 constituída de 73 plantas de frutos esféricos e 11 de frutos 5 11,070 ovais. Esses resultados são compatíveis com a hipótese de que o 6 12,592 formato dos frutos em tomates é controlado por um único gene? 7 14,067 ~ Leia a resposta do problema no site 8 15,507 http://gen-io.grupogen.com.br. 9 16,919 10 18,307 15 24,996 dados ofereciam outras pro,ras da correção e da ampla 20 3 1,410 aplicabilidade das ideias de Mendel - não foi a primeira 25 37,652 vez em que um cie11tista chegou à conclusão certa pelo 30 43,773 motivo errado. Para consolidar sua compreensão do teste ªDados selecionados de R. A. Fisher and Yates, 1943, Statistica/ Tables for do x2 , respo11da a questão do boxe Resolva!: Usando o Biologica/, Agricultura/, and fvtedica/ Research. Oliver and Boyd, London. teste do qui-quadrado. PONTOS ESSENCIAIS • O qui-quadrado é calculado porx 2 = L (número observado - número esperado) 2/número esperado, com a soma de todas as categorias constituindo os dados • Cada valor do qui-quadrado está associado a um índice, os graus de liberdade, que é igual ao número de categ·orias de dados menos um. PrincíP-ios mendelianos em enética humana Os princípios de Mendel podem ser aplicados ao estudo HEREDOGRAMAS da herança de características em seres humanos. Os heredogramas são diagramas que mostram as relações / entre os membros de uma família ( Figura 3.13A). E cos- A aplicação dos princípios de Mendel à genética hu- tume usar quadrados para representar o sexo masculino mana começou logo depois da redescoberta de seu e círculos, para o sexo femi11ino. Uma linha horizontal artigo em 1900. No entanto, como não é possível fa- que une um círculo e um quadrado representa o cruza- zer cruzame11tos co11trolados com seres humanos, o me11to. A prole é mostrada abaixo dos pais, começando progresso foi obviamente lento. A análise da heredita- com o primeiro a nascer à esquerda e seguindo para a riedade huma11a depende de registros familiares que, direita conforme a ordem de nascimento. Os indivíduos muitas vezes, são incompletos. Além disso, a prole dos que têm distúrbio genético são indicados por cor ou som- seres humanos - ao contrário da prole de organismos breado. As gerações geralme11te são indicadas por alga- experime11tais - não é gra11de, o que dificulta o discer- rismos roma11os, e i11divíduos específicos de uma geração nimento das proporções mendelianas, e os seres hu- são designados por algarismos arábicos após o algarismo manos 11ão são mantidos e observados em ambiente roma110. / controlado. Por essas e outras razões, a análise gené- E mais fácil identificar as características causadas por tica humana foi um empreendimento difícil. Todavia, alelos dominantes. Em geral, todo indi,ríduo que tem a motivação para compree11der a hereditariedade hu- o alelo domina11te manifesta a característica, torna11do mana foi muito forte, e hoje, a despeito de todos os possível acompanhar a tra11smissão desse alelo 110 he- obstáculos, conhecemos milhares de genes humanos. redograma ( Figura 3.138). Espera-se que todo indivíduo A Tabela 3.3 lista alguns dos distúrbios que eles contro- afetado te11ha 110 mínimo um dos pais afetado, exceto, é lam. Discutiremos sobre muitos desses distúrbios em claro, se o alelo dominante acabou de aparecer na famí- capítulos posteriores deste livro. lia por uma no''ª mutação - uma alteração do próprio Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 51 Tabela 3.3 O Sexo não especificado Distúrbios hereditários em seres humanos. O Sexo feminino D Sexo masculino Características dominantes • Indivíduos que apresentam Acondroplasia (nanismo) í7Í /'/( a característica Braquidactilia (dedos curtos) )L.J p Falecido Cegueira noturna congênita [i] @ Número de crianças do Síndrome de Ehler-Danlos (distúrbio do tecido conjuntivo) sexo indicado Doença de Huntington (distúrbio neurológico) 1 Cruzamento Síndrome de Marfan (indivíduo magro e alto) Neurofibromatose (tumorações no corpo) li Prole Sensibilidade gustativa à feniltiocarbamida (PTC) 1 2 3 4 Bico de viúva Algarismos romanos - gerações Cabelo lanoso Algarismos arábicos - indivíduos de uma geração Traços recessivos A. Convenções do heredograma Albinismo (ausência de pigmento) Alcaptonúria (distúrbio do metabolismo de aminoácidos) Ataxia telangiectasia (distúrbio neurológico) 1 Fibrose cística (distúrbio respiratório) Distrofia muscular de Duchenne li Galactosemia (distúrbio do metabolismo de carboidratos) Ili Doença por depósito de glicogênio Fenilcetonúria (d istúrbio do metabolismo de aminoácidos) IV Doença falciforme (distúrbio da hemoglobina) Doença de Tay-Sachs (distúrbio por depósito de lipídios) V B. Característica dominante gene. No entanto, a frequência da maioria de novas mu- 1 tações é muito baixa - da ordem de uma em um milhão; consequentemente, o surgimento espontâneo de uma li condição dominante é raríssimo. Os traços dominantes Ili associados à redução da viabilidade ou fertilidade nun- ca se tornam frequentes em uma população. Assim, a IV maioria das pessoas que têm essas características é hete- V rozigota para o alelo dominante. Caso os cônjuges não tenham a característica, metade dos filhos deve herdar C. Característica recessiva o distúrbio. • FIGURA 3.13Herança mendeliana em heredogramas humanos. A. Não é tão fácil identificar as características recessivas Convenções do heredograma. B. Herança de uma característica do- porque elas podem ocorrer em indivíduos cujos pais não minante. A característica aparece em todas as gerações. C. Herança ' são afetados. As vezes são necessários os dados de várias de uma característica recessiva. Os dois indivíduos afetados são filhos gerações no heredograma para acompanhar a transmis- de parentes. são de um alelo recessivo ( Figura 3.13C). Todavia, obser- vou-se um grande número de características recessivas em seres humanos - na última contagem, mais de 4.000. SEGREGAÇÃO MENDELIANA EM A probabilidade de que as características recessivas apa- FAMÍLIAS HUMANAS reçam em um heredograma é maior quando há parentes- co entre os cônjuges - por exemplo, primos em primeiro Nos seres humanos, o número de filhos de um casal ge- grau. Essa maior incidência ocorre porque os parentes ralmente é pequeno. A média atual nos EUA é de dois. têm alelos em comum em razão do ancestral comum. Os Nos países em desenvolvimento, é de seis a sete. Esses irmãos têm em comum metade de seus alelos; meios-ir- números estão longe do poder estatístico obtido por mãos, um quarto; e primos em primeiro grau, um oitavo. Mendel nos experimentos com ervilhas. Desse modo, as Assim, é maior a chance de nascimento de uma criança proporções fenotípicas em famílias humanas costumam homozigota para determinado alelo recessivo quando se desviar bastante das expectativas mendelianas. os pais têm esse tipo de parentesco. Muitos dos estudos Vamos tomar como exemplo um casal em que ambos clássicos de genética humana se valeram da análise de sejam heterozigotos para um alelo recessivo que, em casamentos entre parentes, principalmente de primos condição homozigota, causa fibrose cística, uma doença em primeiro grau. Abordaremos esse assunto com mais grave em que há comprometimento da respiração pelo detalhes no Capítulo 4. acúmulo de muco nos pulmões e nas vias respiratórias. 52 Fundamentos de Genética Se o casal tivesse quatro filhos, esperaríamos encontrar dem de nascimento, podemos representar esses eventos • exatamente três não afetados e um afetado pela fibrose cís- assim: tica? A resposta é não. Embora esse seja um resultado UUUA, UUAU, UAUU e AUUU possível, não é o único. Há, na verdade, cinco possibili- dades: Como a probabilidade de cada uma é (3/4) 3 X (1/4), a probabilidade total de três crianças sem a doença e uma 1. Quatro sem a doença e nenhum doente. doente, qualquer que seja a ordem de nascimento, é 4 X 2. Três sem a doença e um doente. (3/4) 3 X (1/4). O coeficiente 4 é o número de maneiras 3. Dois sem a doença e dois doentes. em que poderia haver três crianças sem a doença e uma 4. Um sem a doença e três doentes. criança doente em uma família de quatro crianças. Da 5. Nenhum sem a doença e quatro doentes. mesma maneira, a probabilidade de duas crianças sem a Intuitivamente, o segundo resultado seria o mais pro- doença e duas doentes é de 6 X (3/4) 2 X (1/4) 2,já que vável, já que está de acordo com a proporção de 3: 1 de nesse caso há seis eventos distintos. A probabilidade de Mendel. Podemos calcular a probabilidade desse resulta- uma criança sem a doença e três doentes é de 4 X (3/4) do, e de todos os outros, usando os princípios de Mendel X (1/4) 3,já que nesse caso há quatro eventos distintos. e tratando cada nascimento como uma ocorrência inde- A Figura 3.14 resume os cálculos na forma de uma dis- pendente ( Figura 3.14). tribuição de probabilidade. Como era de se esperar, três Em cada nascimento, a chance de que a criança não crianças sem a doença e uma criança doente é o resul- tenha a doença é de 3/ 4. Portanto, a probabilidade de tado mais provável (probabilidade de 108/256). Nesse que as quatro crianças não tenham a doença é de (3/4) exemplo as crianças são divididas em duas classes fenotí- X (3/4) X (3/ 4) X (3/ 4) = (3/ 4) 4 = 81/256. Do mes- picas possíveis. Como há apenas duas classes, as probabi- mo modo, a chance de que determinada criança tenha lidades associadas aos vários resultados são denominadas a doença é 1/4; assim, a probabilidade de que as quatro probabilidades binomiais. O Apêndice B: Probabilidades bi- tenham a doença é de (1/4) 4 = 1/256. Para encontrar nomiais, no final do livro, generaliza o método de análise as probabilidades dos três outros resultados, precisamos desse exemplo de modo que se possa aplicá-lo a outras reconhecer que cada um deles representa um conjunto situações com duas classes fenotípicas. de eventos distintos. O resultado de três crianças sem a doença e uma criança doente, por exemplo, abrange quatro eventos distintos; se usarmos a letra U para simbo- ACONSELHAMENTO GENÉTICO lizar uma criança sem a doença e a letra A para indicar O diagnóstico de doenças genéticas costuma ser um pro- uma criança doente, e se registrarmos as crianças em or- cesso dificil. Na maioria dos casos é feito por médicos espe- cializados em genética. O estudo desses distúrbios requer avaliação meticulosa, que inclui o exame dos pacientes, a Pais Cc X Cc entrevista de parentes e a análise minuciosa de estatísticas V 4 filhos vitais sobre nascimentos, mortes e casamentos. Os dados acumulados respaldam a definição clínica do distúrbio e a Quantos não afetados? determinação de seu mecanismo de herança. Quantos afetados? Os pais podem desejar saber qual é o risco de que os filhos herdem determinado distúrbio, , principalmente se Número de filhos que são: houver outros parentes afetados. E responsabilidade do Não afetados Afetados Probabilidade conselheiro genético avaliar esses riscos e explicá-los aos fu- 4 o 1 X (3/4) X (3/4) X (3/4) X (3/4) = 81/256 turos pais. A avaliação do risco requer bom conhecimen- 3 1 4 X (3/4) X (3/4) X (3/4) X (1/4) = 108/256 2 2 6 X (3/4) X (3/4) X (1/4) X (1/4) = 54/256 to de probabilidade e estatística, além do amplo conheci- 1 3 4X (3/4) X (1/4) X (1/4) X (1/4) = 12/256 mento de genética. o 4 1 X (1/4) X (1/4) X (1/4) X (1/4) = 1/256 Usemos como exemplo um heredograma que mostra Distribuição de probabilidade: a herança de câncer colorretal não polipoide hereditário ( Figu- ra 3.15). Essa doença é um dos vários tipos hereditários de Q) 0,4 câncer. Ela é causada por mutação dominante que afeta ~ cerca de 1 em 500 indivíduos da população em geral. A -o 0,3 idade média de surgimento do câncer colorretal não po- ~ .o 0,2 lipoide hereditário em uma pessoa portadora da muta- e a.. O, 1 ção é aos 42 anos. No heredograma, vemos que o câncer se manifesta em, no mínimo, um indivíduo de cada gera- o 1 2 3 4 ção e que todos os afetados têm pai ou mãe com a doen- ça. Esses fatos são compatíveis com o modo dominante Número de fi lhos afetados de herança da doença. • FIGURA 3.14 Distribuição de probabilidade em famílias com quatro A questão do aconselhamento surge na geração V. En- filhos e segregação de um traço recessivo. tre os nove indivíduos mostrados, dois são afetados e sete, Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 53 1 li Ili IV V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 • FIGURA 3.15 Heredograma que mostra a herança de câncer colorretal não poli poide hereditário. não. Mas todos os sete indivíduos não afetados tinham a futura mãe, tem albinismo, e R, o futuro pai, tem dois pai ou mãe com a doença, que era obrigatoriamente he- irmãos com albinismo. Portanto, aparentemente há um terozigoto para a mutação causadora do câncer. Portan- risco de que a criança nasça com albinismo. to, alguns desses sete indivíduos não afetados podem ter Esse risco depende de dois fatores: (1) a probabilida- herdado a mutação e estão sob risco de ter câncer, color- de de que R seja um portador heterozigoto do alelo do retal não polipoide mais tarde. Só o tempo dirá. A medi- albinismo (a) e (2) a probabilidade de que transmita esse da que os indivíduos não afetados envelhecem, os porta- alelo para T, se realmente for portador. S, que evidente- dores da mutação estão sob maior risco de desenvolver a mente é homozigota para o alelo do albinismo, transmi- doença. Assim, quanto mais tempo eles permanecerem tirá esse alelo para os filhos. sem desenvolver a doença, maior é a probabilidade de Para determinar a primeira probabilidade, é preciso que realmente não sejam portadores. Nessa situação, o considerar os possíveis genótipos de R. Um deles, que ele risco é uma função da idade e é preciso determiná-lo em- seja homozigoto para o alelo recessivo ( aa), é excluído piricamente a partir dos dados sobre a idade de início da porque sabemos que ele não tem albinismo. No entanto, doença em indivíduos da mesma população, se possível os dois outros genótipos, AA e Aa, são possibilidades dis- da mesma família. Todos os sete indivíduos não afetados tintas. Para calcular as probabilidades associadas a cada terão de conviver com a ansiedade de ser um possível um deles, notamos que tanto o pai quanto a mãe de R portador da mutação causadora do câncer. Além disso, são heterozigotos, pois têm dois filhos com albinismo. em algum momento terão de decidir se desejam ter fi- Portanto, o casamento que gerou R foi Aa X Aa, e desse lhos e correr o risco de transmitir a eles a mutação. casamento esperaríamos que 2/3 da prole sem albinis- Outro exemplo é a situação mostrada na Figura 3.16. mo fosse Aa e 1/3 fosse AA ( Figura 3.168). Desse modo, a Um casal, indicado por R e S na Figura 3.16A, está preo- probabilidade de que R seja um portador heterozigoto cupado com a possibilidade de ter um filho (T) com albi- do alelo do albinismo é de 2/3. Para calcular a probabi- nismo, distúrbio recessivo caracterizado por ausência total lidade de que ele transmita esse alelo para o filho, basta do pigmento melanina na pele, nos olhos e nos pelos. S, notar que a está presente em metade de seus gametas. Em resumo, o risco de que T seja aa - [Probabilidade de que R seja Aa] X [Probabilidade de que R transmita a, supondo que seja Aa] R S - (2/3) X (1/2) = 1/3 T O exemplo da Figura 3.16 ilustra uma situação sim- A ples de aconselhamento na qual é possível determinar o risco com precisão. De modo geral, as circunstâncias são Cruzamento: Aa X Aa Espermatozoide muito mais complexas, dificultando bastante a avaliação do risco. A responsabilidade do conselheiro genético é ~ A analisar as informações do heredograma e determinar o risco com a maior precisão possível. Pratique o cálculo de í A AA Aa riscos genéticos analisando o exemplo apresentado em Ovócitos Problema resolvido: Previsão a partir de heredogramas. aA a ªª Albinismo Hoje, o aconselhamento genético é uma profissão consolidada. Nos EUA, todo conselheiro genético tem Entre os filhos sem albinismo, mestrado e certificação da American Board of Gene- 2/3 são heterozigotos. tic Counseling, organização de controle que também B é responsável pela acreditação de programas de espe- • FIGURA 3.16 Aconselhamento genético de uma família com albinis- cialização em aconselhamento genético. Há aproxima- mo. A. O heredograma mostra a herança do albinismo. B. O quadrado damente 2.500 conselheiros genéticos certificados nos de Punnett mostra que, na prole sem albinismo, a frequência de he- EUA. Eles são treinados para obter e avaliar a história terozigotos é 2/3. familiar a fim de identificar o risco de doença genética. 54 Fundamentos de Genética Previsão a partir de heredogramas PROBLEMA 4. A chance de que um heterozigoto transmita um alelo recessivo O heredograma mostra a herança de uma característica recessiva para o filho é de 1/2. em seres humanos. Os indivíduos que têm a característica são ho- 5. No casamento entre dois heterozigotos, espera-se que 2/3 dos filhos sem a característica sejam heterozigotos mozigotos para um alelo recessivo a. Caso H e 1, que são primos (Figura 3.16B). em primeiro grau, se casem e tenham um filho, qual é a chance de que a criança tenha a característica recessiva? ANÁLISE E SOLUÇÃO 1 é obrigatoriamente portadora heterozigota do alelo recessivo A B porque sua mãe, E, é homozigota para esse alelo, mas a própria 1 não tem a característica. Portanto, a chance de que 1 transmita C D E F o alelo recessivo para o filho é de 1/2. Como a irmã de H tem a característica, seu pai e sua mãe são obrigatoriamente heterozigo- tos. Portanto, H, que não tem o traço, tem uma chance de 2/3 de G H J ? ser heterozigoto, e caso seja, há uma chance de 1/2 de que trans- mita o alelo recessivo para o filho. Reunindo todos esses fatores, FATOS E CONCEITOS calculamos a chance de que o filho de H e 1 tenha o traço como 1. A criança só terá uma característica recessiva se tanto o pai 1/2 (a chance de 1 transmitir o alelo recessivo) X 2/3 (a chance quanto a mãe tiverem o alelo recessivo. de H ser heterozigoto) X 1/2 (a chance de H transmitir o ale lo 2. O pai (H) tem uma irmã (G) com a característica. recessivo caso seja heterozigoto) = 1/6, um risco bastante alto. 3. A mãe (1) tem a mãe (E) com a característica. Também são treinados para educar as pessoas acerca de é essencial que te11ham boa capacidade de comu11ica- doenças ge11éticas e orientar sobre medidas de preve11- ção. Faz parte do seu trabalho explicar questões com- ção ou de adaptação a essas doenças. Os co11selheiros plexas aos pacientes, que podem não saber muito sobre genéticos fazem parte da equipe de saúde, e geralme11te os princípios da herança ou não ter conhecimentos de sua experiência é \ralorizada por outros profissionais de matemática para compreender o cálculo dos riscos ge- saúde, que podem não conhecer tão bem as causas ge- néticos. No futuro, o fundo de informações genéticas, néticas da doe11ça. Os conselheiros genéticos precisam que está em expansão permanente, sendo gra11de parte conhecer as ramificações éticas e legais de seu trabalho, das i11formações oriu11das do Projeto Genoma Humano, e devem ser sensíveis às necessidades psicológicas, so- provavelmente tornará ainda mais desafiador o traball10 ciais, culturais e religiosas de seus pacientes. Também dos conselheiros genéticos. PONTOS ESSENCIAIS • Os heredogramas são usados para identificar características dominantes e recessivas em famí- lias humanas • A análise do heredograma possibilita que os conselheiros genéticos avaliem o risco de herança de uma característica específica por um indivíduo. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. Duas li11hagens de camundongos altamente endo- gene que co11trola a cor da pelagem: G para pe- gâmicas, uma com pelagem negra e a outra com lagem negra e g para pelagem cinza; o alelo G é pelagem ci11za, foram cruzadas, e toda a prole teve dominante porque todos os animais F 1 são negros. pelagem negra. Qual é o resultado previsto do i11- Qua11do esses camundongos, de ge11ótipo Gg, são tercruzamento da prole? intercruzados, os alelos G e g segregam-se e produ- zem uma população F2 co11stituída de três genóti- Resposta: Sem dúvida, as duas linhagens de camundo11- pos, GG, Gg e gg, na proporção 1:2:1. E11tretanto, gos são homozigotas para diferentes alelos de um em vista da dominância do alelo G, os genótipos GG Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 55 e Gg terão o mesmo fenótipo (pelagem negra); as- e a cor das flores tem de ser avaliada pelo teste do sim, a proporção fenotípica na F2 será 3 camundon- qui-quadrado dos resultados experimentais. Para gos negros: 1 cinza. obter esse dado, é preciso comparar os resultados às previsões da hipótese genética. Com base na pre- 2. Uma planta heterozigota para três genes de distri- missa de que há distribuição independente dos dois buição independente, Aa Bb Cc, é autofertilizada. genes, as quatro classes fenotípicas na F2 devem ser Qual é a frequência prevista na prole de (a) indiví- de 25% do total cada uma (200); isto é, cada uma duos AA BB CC, (b) indivíduos aa bb cc, (c) indiví- deve ter 50 indivíduos. Para calcular o qui-quadra- duos AA BB CC ou aa bb cc, (d) indivíduos Aa Bb Cc, do, é preciso calcular a diferença entre cada obser- (e) indivíduos que não sejam heterozigotos para os A vação e o valor previsto, elevar ao quadrado, dividir tres genes. cada resultado pelo valor previsto e, depois, somar Resposta: Como a distribuição dos genes é independente, os resultados: podemos analisar um de cada vez para obter as res- postas a cada uma das questões. (a) Quando os in- x2 = (53- 50) 2/ 50 + (48-50) 2/50 + (47 - 50) 2/50 divíduos Aa são cruzados entre si, 1/4 da prole será + (52 - 50) 2/50 = 0,52 AA; o mesmo ocorre com os genes B e C, 1/4 dos Esse valor deve ser comparado ao valor crítico da indivíduos será BB e 1/4, CC. Assim, podemos cal- distribuição de frequência do qui-quadrado para 3 cular a frequência (i. e., a probabilidade) de prole graus de liberdade (calculado pelo número de clas- AA BB CC como (1/ 4) X (1/ 4) X (1/ 4) = 1/64. ses fenotípicas menos um). Como o valor calculado (b) A frequência de indivíduos aa bb cc é calculada do qui-quadrado (0,52) é muito menor que o valor por raciocínio semelhante. Para cada gene, a fre- crítico (7,815; veja a Tabela 3.2), não há dados para quência de homozigotos recessivos na prole é de rejeitar a hipótese de distribuição independente 1/4. Assim, a frequência de homozigotos recessivos dos genes de comprimento da planta e cor das flo- triplos é de (1/4) X (1/4) X (1/4) = 1/64. (c) Para res. Assim, podemos aceitar provisoriamente a ideia calcular a frequência da prole de homozigotos do- de distribuição independente desses genes. minantes triplos ou homozigotos recessivos triplos - ocorrências mutuamente exclusivas - somamos os 4. A característica segregada no heredograma adiante resultados de (a) e (b): 1/64 + 1/64 = 2/64 = 1/32. é causada por um alelo dominante ou recessivo? (d) Para calcular a frequência da prole de hetero- zigotos triplos, multiplicamos mais uma vez as pro- babilidades. Para cada gene, a frequência de prole heterozigota é de 1/2; assim, a frequência de hete- rozigotos triplos deve ser (1/2) X (1/2) X (1/2) = 1/8. (e) A prole não heterozigota para os três ge- nes ocorre com uma frequência igual a um menos Resposta: Os dois indivíduos afetados têm pais não afeta- a frequência calculada em (d). Assim, a resposta é dos, o que é incompatível com a hipótese da carac- 1 - 1/8 = 7 /8. terística causada pelo alelo dominante. Assim, a ca- racterística parece ser causada por alelo recessivo. 3. Duas linhagens geneticamente puras de ervilhas, uma com plantas altas e flores roxas e a outra 5. Em uma família com três filhos, qual é a probabili- com plantas anãs e flores brancas, foram cru- dade de que dois sejam homens e um seja mulher? zadas. Todas as plantas da F 1 eram altas e pro- Resposta: Para responder esta pergunta, precisamos apli- duziam flores roxas. O retrocruzamento dessas car a teoria de probabilidades binomiais. A proba- plantas com a linhagem parental anã de flores bilidade de qualquer criança ser homem é 1/2 e de brancas produziu a seguinte prole: 53 plantas al- ser mulher é 1/2. A geração de cada criança é inde- tas de flores roxas; 48 plantas altas de flores bran- pendente. Assim, a probabilidade de dois homens e cas; 4 7 plantas anãs de flores roxas; 52 plantas uma mulher é (1/2) 3 multiplicado pelo número de anãs de flores brancas. A distribuição de genes maneiras em que podem aparecer dois homens e que controlam o comprimento da planta e a cor uma mulher na ordem de nascimento. Enumeran- das flores é independente? do todas as ordens de nascimento possíveis - HHM, Resposta: A hipótese da distribuição independente dos HMH e MHH - constatamos que são três as manei- genes que determinam o comprimento da planta ras. Assim, a resposta final é 3 X (1/2) 3 = 3/8. 56 Fundamentos de Genética Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. A fenilcetonúria, uma doença metabólica de seres 2. Em geral, os camundongos de populações selvage11s humanos, é causada por um alelo recessivo, k. Se têm pelagem ci11za-acastanhada (ou agouti) , mas em dois portadores heterozigotos do alelo se casam e uma linhagem laboratorial, alguns camundongos planejam ter cinco filhos: (a) Qual é a chance de têm pelagem amarela. Um mesmo macho amarelo que nenhuma criança tenha a doença? (b) Qual é a cruza com ''árias fêmeas agouti. No total, nascem chance de que quatro crianças não tenham a doen- 40 filhotes, 22 com pelagem agouti e 18 com pela- ça e uma cria11ça te11ha fenilceto11 úria? (c) Qual é gem amarela. O intercruzamento dos a11imais agouti a chance de que pelo menos três crianças não te- da F1 produz uma F2 , na qual todos são agouti. Da nham a doença? (d) Qual é a cha11ce de que a pri- mesma maneira, há intercruzame11to dos a11imais meira criança seja uma menina sem a doença? amarelos da F1, mas a prole F2 se divide em duas clas- ses; 30 são agouti e 54 são amarelos. Os cruzame11tos Resposta: Antes de responder às questões, observe que subsequentes e11tre animais amarelos da F2 também no casamento entre dois heterozigotos, a proba- produzem prole amarela e agouti. Qual é a base ge- bilidade de que uma criança específica i1ão tenha 11ética dessas difere11ças i1a cor da pelagem? a doença é de 3/ 4, e a probabilidade de que uma criança específica seja afetada é de 1/ 4. Além disso, Resposta: Observamos que o cruzamento agouti X agouti a chance de qualquer cria11ça nascida ser homem é produz apenas animais agouti e que o cruzamento 1/ 2 e de ser mulher é 1/ 2. amarelo X amarelo produz uma mistura de ama- relo e agouti. Assim, uma hipótese razoável é que (a) Para calcular a chance de que as cinco crianças a pelagem amarela é causada por um alelo domi- não tenham a doe11ça, use a Regra Nlultiplicativa 11an te, A, e que a pelagem agouti é causada por um de Probabilidades (Apêndice A). A chance de cada alelo recessivo, a. De acordo com essa hipótese, as criança não ter a doença é de 3/ 4, e as ci11co crian- fêmeas agouti usadas no cruzamento i11icial seriam ças são independentes. Conseque11temente, a pro- aa e os machos amarelos seriam Aa. Presumimos babilidade de cinco crianças não afetadas é (3/ 4) 5 que o macho era heterozigoto porque ele produziu = 0,237. Esse é o primeiro termo da distribuição de i1úmeros aproximadamente iguais de animais da probabilidade binomial (ver Apêndice B) com p = F 1 de pelagem agouti e amarela. Entre eles, os ani- 3/ 4 e q= 1/ 4. mais agouti devem ser aa e os animais amarelos Aa. (b) Para calcular a chance de que quatro crianças não Essas atribuições de genótipo são confirmadas pe- tenham a doença e que uma criança seja afetada, los dados da F2 , que mostram que os camundongos calcule o segundo termo da distribuição binomial agouti da F1 eram geneticamente puros e que houve usando a fórmula do Apêndice B: segregação nos camundongos amarelos da F 1. No e11tanto, a proporção de segregação entre amarelo = [5! / (4! 1 !) ] X (3/ 4) 4 X (1 / 4) 1 = 5 X (81 / 1.024) = 0,399 e agouti (54:30) parece não concordar com a ex- (e) Para determinar a probabilidade de que i10 mínimo pectativa me11deliana de 3: 1. Essa discordância é três crianças não sejam afetadas, calcule o terceiro suficiente para rejeitar a hipótese? termo da distribuição binomial e some ao primeiro Podemos usar o teste do x2 para testar a discor- e ao segundo termos: dância entre os dados e as previsões da hipótese. De acordo com a hipótese, 3/ 4 da prole F2 do intercru- Fórmula zamento amarelo X amarelo deve ser de animais Evento binomial Probabilidade de pelagem amarela e 1/ 4 deve ser agouti. Usando 5 sem doe11ça, [(5!) / (5! O!)] X 0,237 essas proporções, calculamos os números espera- O doente (3/ 4) 5 (1 / 4) º= dos da prole em cada classe e depois calculamos o 4 sem a doença, [(5!) / (4! l!)J X 0,399 x2 com 2 - 1 = 1 grau de liberdade. 1 doente (3/ 4) 4 (1 / 4) 1 = 3 sem a doença, [(5!) / (3! 2!)] X 0,264 (Obs - Esp) 2 / 2 doentes (3/ 4) 3 (1 / 4) 2 = Fenótipo da F2 Obs Esp Esp Total 0,900 amarelo 54 (3/ 4) X 84 = 63 1,286 (AA e Aa) (d) Para determinar a probabilidade de que o primeiro agouti (aa) 30 (1 / 4) X 84 = 21 3,857 filho seja uma me11ina sem a doença, use a Regra Total 84 84 5,143 da Multiplicação: P (cria11ça i1ão afetada e meni11a) = P (criança i1ão afetada) XP (me11ina) = (3/ 4) X O x2 (5,143) é muito maior que o valor crítico (1 / 2) = (3/ 8). (3,841) para uma distribuição do x2 com 1 grau de Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 57 liberdade. Desse modo, rejeitamos a hipótese de rela), mas duas cópias causam morte. Levando segregação da cor da pelagem na proporção men- em conta essa mortalidade embrionária, podemos deliana de 3:1. modificar a hipótese e prever que 2/3 da prole F2 O que poderia ser responsável pela não segrega- nascida viva deve ser amarela (Aa) e 1/3 deve ser ção da cor da pelagem como se supunha? Obtemos agouti (aa). Então, podemos usar o x2 para testar uma pista notando que os cruzamentos amarelo X a coerência dos dados dessa hipótese modificada. amarelo subseque11tes não criaram uma linhagem amarela geneticame11te pura. Isso sugere que todos (Obs - Esp) 2/ os animais amarelos são heterozigotos Aa e que os Fenótipo da F2 Obs Esp Esp homozigotos AA produzidos por cruzamento dos amarelo (Aa) 54 (2/3) X 84 = 56 0,071 heterozigotos não sobrevi,rem ao estágio adulto. agouti (aa) 30 (1/3) X 84 = 28 0,143 A morte embrionária é, na verdade, o motivo pelo qual os camundongos amarelos são sub-representa- Total 84 84 0,214 dos nos dados da F2 . O exame uterino das fêmeas grá,ridas mostra que cerca de 1/ 4 dos embriões mor- Esse x2 é menor que o valor crítico para uma dis- rem. Esses embriões mortos têm obrigatoriamente tribuição do x2 com 1 grau de liberdade. Assim, os o genótipo AA. Assim, uma única cópia do alelo A dados estão de acordo com as previsões da hipótese produz um efeito fe11otípico visível (pelagem ama- modificada. Avaliação adicional 3.1 De acordo com as obsenrações de Mendel, qual é a (a) Quais são os genótipos da mulher, do pai e da mãe ? previsão dos seguintes cruzamentos de ervilhas: (b) Que proporção dos filhos dessa mt1lher terá p tose se ela casar com um homem que tem pálpebras nor- (a) Cruzamento de uma variedade alta (dominante e mais? homozigota) com uma variedade anã. (b) Prole da autofertilização de (a) . 3.5 Em pombos, um alelo domi11ante C causa um pa- (c) Cruzamento da prole de (a) com a planta alta origi- drão quadriculado nas penas; o alelo recessivo e nal. causa um padrão liso. A cor das pe11as é controlada (d) Cruzamento da prole de (a) com a planta anã origi- por um gene de distribuição independe11te; o ale- nal. lo domina11te B produz penas vermelhas, e o alelo 3.2 Me11del cruzou er,rilhas que produziam sementes recessivo b produz penas castanhas. As a\res de uma lisas com enrilhas que produziam sementes rugosas variedade vermelha, quadriculada e geneticamente e promoveu a autofertilização da prole. Na geração pura são cruzadas com aves da variedade castanha, F2, ele observou 5.474 sementes lisas e 1.850 semen- lisa e ge11eticamen te pura. tes rugosas. Usando as letras We w para designar os (a) Qual deve ser o fenótipo da prole? alelos de textura da semente, represente em diagra- (b) Que fenótipos aparecerão na F2 do intercruzamento ma os cruzamentos de Mendel, mostrando os ge- dessa prole e em que proporções? nótipos das plantas em cada geração. Os resultados 3.6 Em camu11dongos, o alelo C para pelagem colorida são compatíveis com o Princípio da Segregação? é domina11te em relação ao alelo e para pelagem 3.3 Um geneticista cruzou camundongos selvagens de bra11ca, e o alelo V para comportame11to normal é cor ci11za com camundongos brancos (albinos). dominante em relação ao alelo v para comporta- Toda a prole foi cinza. O intercruzamento dessa me11to com marcha valsante, um tipo de perda da prole produziu uma F2 constituída de 198 camun- coordenação. Determine os ge11ótipos dos pais em dongos cinza e 72 camundongos brancos. Propo- cada um destes cruzamentos: nha uma 11ipótese para explicar esses resultados, (a) Camundongos coloridos normais com camundon- represente os cruzamentos em diagrama e compare gos brancos normais produziram 29 filhotes colo- os resultados com as previsões da hipótese. ridos normais e 10 fill1otes coloridos com marcha valsante. 3.4 Uma mulher tem ptose, anormalidade palpebral (b) Camundongos coloridos normais com camundon- rara que impede a abertura total dos olhos. Esse dis- gos coloridos normais produziram 38 filho tes co- túrbio é causado por um alelo dominante, P. O pai loridos normais, 15 filhotes coloridos com marcha da mulher tinha ptose, mas a mãe tinha pálpebras valsante, 11 filhotes brancos normais e 4 fill1otes normais. A ª''Ópaterna tinha pálpebras normais. brancos com marcha valsan te. 58 Fundamentos de Genética (c) Camundongos coloridos normais com camundon- gos brancos com marcha valsante produziram 8 fi- Proporção da hipótese x2 observado lhotes coloridos normais, 7 filhotes coloridos com (a) 3:1 7,0 marcha valsante, 9 filhotes brancos normais e 6 fi- (b) 1:2:1 7,0 lhotes brancos com marcha valsante. (c) 1:1:1:1 7,0 3.7 Em coelhos, o alelo dominante B causa pelagem (d) 9:3:3:1 5,0 preta e o alelo recessivo b causa pelagem castanha; em um gene de distribuição independente, o alelo 3.12 Mendel fez um cruzamento-teste de ervilhas cultiva- dominante R causa pelagem longa e o alelo reces- das a partir de sementes de F 1 amarelas e lisas com sivo r (de rex) causa pelagem curta. Um coelho ho- plantas cultivadas de sementes verdes e rugosas e mozigoto de pelagem preta e longa é cruzado com obteve os seguintes resultados: 31 de sementes ama- um coelho de pelagem castanha e curta, e a prole relas e lisas; 26 de sementes verdes e lisas; 27 de se- é intercruzada. Na F2, que proporção dos coelhos mentes amarelas e rugosas; e 26 de sementes verdes com pelagem preta e longa será homozigota para e rugosas. Esses resultados são compatíveis com a ambos os genes? hipótese de que a cor e a textura da semente são controladas por genes de distribuição independen- 3.8 Na raça bovina Shorthom, o genótipo RR causa te, cada um deles com dois alelos? pelagem vermelha, o genótipo rr produz pelagem branca e o genótipo Rr, pelagem ruã. Um melho- 3.13 Realize um teste do qui-quadrado para verificar se rista tem vacas e touros vermelhos, brancos e ruãos. a proporção observada de 30 ervilhas altas: 20 ervi- Que fenótipos poderiam ser esperados nos seguin- lhas anãs é compatível com a proporção esperada tes cruzamentos e em que proporções? de 1:1 do cruzamento Dd X dd. (a) vermelho X vermelho; 3.14 As cápsulas da semente da bolsa-de-pastor são trian- (b) vermelho X ruão; gulares ou ovais. O cruzamento entre uma planta de (c) vermelho X branco; sementes com cápsulas triangulares e uma planta (d) ruão X ruão. de sementes com cápsulas ovais produziu F 1 híbrida 3.9 Quantos tipos diferentes de gametas F 1, genótipos com cápsulas triangulares. O intercruzamento des- F2 e fenótipos F2 seriam esperados dos seguintes ses híbridos da F 1 produziu 80 plantas F2, 72 delas cruzamentos: com cápsula triangular e 8 com cápsula oval. Esses resultados são compatíveis com a hipótese de que o (a) AA X aa; formato da cápsula da semente é determinado por (b) AA BB X aa bb; um único gene com dois alelos? (c) AA BB CC X aa bb cc? (d) Que fórmulas gerais sugerem essas respostas? 3.15 O albinismo em seres humanos é causado por um alelo recessivo, a. No casamento entre portadores 3.10 Um pesquisador estudou seis genes de distribuição conhecidos (Aa) e pessoas com albinismo ( aa), que independente em uma planta. Cada gene tem um proporção dos filhos deve ter albinismo? Conside- alelo dominante e um alelo recessivo: R., caule pre- rando-se três crianças, qual é a chance de nascimen- to; r, caule vermelho; D, planta alta; d, planta anã; to de uma sem albinismo e duas com albinismo? e, vagens infladas; e, vagens achatadas; o, frutos redondos; o, frutos ovais; H, folhas lisas; h, folhas 3.16 Se o marido e a mulher forem portadores conhe- pilosas; W, flores roxas; w, flores brancas. A partir cidos do alelo para albinismo, qual é a chance das do cruzamento (PI) Rr Dd cc Oo Hh Ww X (P2) Rr seguintes combinações em uma família com qua- dd Cc oo Hh ww, tro filhos: (a) nenhum dos quatro afetados; (b) três não afetados e um afetado; (c) dois não afe- (a) Quantos tipos de gametas podem ser formados por tados e dois afetados; (d) um não afetado e três Pl? afetados? (b) Quantos genótipos são possíveis na prole desse cru- zamento? 3.17 Em seres humanos, a catarata e a fragilidade óssea (c) Quantos fenótipos são possíveis na prole? são causadas por alelos dominantes com distribui- (d) Qual é a probabilidade de obter o genótipo Rr Dd cc ção independente. Um homem que tem catarata Oo hh ww na prole? e ossos normais casa com uma mulher que sem (e) Qual é a probabilidade de obter um fenótipo de catarata, mas com ossos frágeis. O pai do homem planta com caule preto, anã, vagem achatada, fru- tinha olhos normais, e o pai da mulher tinha ossos to oval, folha pilosa e flor roxa na prole? normais. Qual é a probabilidade de que o primei- 3.11 Em cada uma das situações a seguir, determine os ro filho desse casal (a) não tenha nenhuma dessas graus de liberdade associados ao teste do x2 e deci- anormalidades, (b) tenha catarata, mas não ossos da se o valor de x2 observado indica ou não aceita- frágeis; (c) tenha ossos frágeis, mas não catarata; ção ou rejeição da proporção genética da hipótese. (d) tenha catarata e ossos frágeis? Capítulo 3 1 Mendelismo 1 Princípios Básicos da Herança 59 3.18 Na geração V do heredograma na Figura 3.15, qual 1 é a probabilidade de encontrar sete crianças sem a mutação causadora de câncer e duas crianças com li essa mutação em um total de nove crianças? Ili 3.19 Se um homem e uma mulher heterozigotos para 1 2 3 4 5 6 7 8 um gene têm três filhos, qual é a chance de que os IV três também sejam heterozigotos? 1 2 3 3.20 Se quatro bebês nascem em determinado dia: (b) (a) Qual é a chance de que sejam dois meninos e duas meninas? 3.25 No heredograma (b) do Problema 3.24, qual é a (b) Qual é a chance de que sejam quatro meninas? chance de que o casal III-1 e III-2 tenha um filho (c) Qual é a combinação mais provável de meninos e afetado? Qual é a chance de que o casal IV-2 e IV-3 meninas nos quatro bebês? tenha um filho afetado? (d) Qual é a chance de que pelo menos um bebê seja menina? 3.26 Ervilhas heterozigotas para três genes de distribui- ção independente foram intercruzadas. 3.21 Em uma família com seis filhos, qual é a chance de que pelo menos três sejam meninas? (a) Que proporção da prole será homozigota para os três alelos recessivos? 3.22 O heredograma a seguir mostra a herança de uma (b) Que proporção da prole será homozigota para os característica dominante. Qual é a chance de que a três genes? prole dos seguintes casamentos tenha a característi- (c) Que proporção da prole será homozigota para um ca: (a) III-1 X III-3; (b) III-2 X III-4? gene e heterozigota para os outros dois? (d) Que proporção da prole será homozigota para o ale- lo recessivo de no mínimo um gene? 1 2 li 3.27 O heredograma a seguir mostra a herança de uma característica recessiva. Qual é a chance de que o 111 casal III-3 e III-4 tenha um filho afetado? 1 2 3 4 3.23 O heredograma a seguir mostra a herança de uma característica recessiva. Exceto se houver prova li 1 2 contrária, considere que os indivíduos que se casa- ram na família não têm o alelo recessivo. Qual é a 111 1 2 3 4 chance de que as proles dos seguintes casamentos tenham a característica: (a) III-1 X III-12; (b) III-4 3.28 Um geneticista cruza ervilhas altas e baixas. Todas X III-14; (c) III-6 X III-13; (D) IV-1 X IV-2? as plantas de F 1 são altas. Em seguida, permite-se 1 a autofertilização das plantas de F 1, e as plantas da 1 2 F2 são classificadas por altura: 62 altas e 26 baixas. li A partir desses resultados, o geneticista conclui 7 8 Ili que a baixa estatura em ervilhas é determinada 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 por um alelo recessivo (s) e que a estatura elevada 1 2 é causada por um alelo dominante (S). Com base nessa hipótese, 2/3 das plantas altas da F2 devem 3.24 Nos heredogramas a seguir, determine se é mais ser heterozigotas. Para testar essa previsão, o gene- provável que a característica seja causada por um ticista usa pólen de cada uma das 62 plantas altas alelo dominante ou por um alelo recessivo. Supo- para fertilizar os óvulos de flores emasculadas em nha que a característica seja rara na população. plantas baixas. No ano seguinte, três sementes de cada um dos 62 cruzamentos são cultivadas no jar- 1 2 dim até a maturidade das plantas. Se nenhuma das li três plantas de um cruzamento for baixa, o genitor 1 2 3 4 5 6 de sexo masculino é classificado como homozigo- 111 1 2 3 4 to SS; se pelo menos uma das três plantas de um cruzamento for baixa, o genitor do sexo masculi- IV 1 2 3 4 5 no é classificado como heterozigotos Ss. Usando V esse sistema de teste da prole, o geneticista conclui 1 que 29 das 62 plantas da F2 altas eram homozigotas (a) SS e que 33 dessas plantas eram heterozigotas Ss. 60 Fundamentos de Genética (a) Usando o teste do qui-quadrado, avalie a medida 3.29 Um pesquisador que estuda o albinismo identi- do ajustamento desses resultados à previsão de ficou um grande grupo de famílias com quatro que 2/3 das plantas altas da F 2 devem ser heterozi- filhos em que ao menos uma criança tem albi- gotas. nismo. Nenhum dos pais nesse grupo de famílias (b) Explique por que o procedimento do geneticista tem albinismo. A proporção entre crianças sem para classificar as plantas altas da F2 segundo o genó- albinismo e com albinismo é de 1,7:1. O pesqui- tipo não é definitivo. sador está surpreso com o resultado, porque es- (c) Faça o ajuste para incerteza no método de classifica- ção do geneticista e calcule as frequências esperadas perava uma proporção de 3: 1, de acordo com o de homozigotos e heterozigotos entre as plantas al- princípio da segregação de Mendel. Você é capaz tas da F2• de explicar a proporção de segregação aparen- (d) Avalie as previsões obtidas em (c) usando o teste do temente não mendeliana nos dados do pesquisa- qui-quadrado. dor? Genômica na Web em http://www.ncbi.nlm.nih.gov 1. Gregor Mendel definiu as regras de herança por meio 3. Qual é a importância científica ou agrícola das plantas de experimentos com ervilhas (Pisum sativum). O cujos genomas foram completamente sequenciados? genoma desse organismo já foi sequenciado, ou está Dica: No site, clique em Genomes and Maps, depois em sendo sequenciado atualmente? Genome Project e, por fim, em Plant Genomes. 2. Quais os genomas de plantas que já foram comple- tamente sequenciados? xtensões • e ismo PANORAMA Variação alélica e função gênica Ação gênica 1 Do genótipo ao fenótipo _. Endogamia 1 Outro olhar nos heredogramas A genética cresce além da horta do mosteiro de Mendel Em 1902, entusiasmado pelo que lera no artigo de Mendel, o bió- logo britânico William Bateson publicou a tradução em inglês do texto alemão de Mendel e anexou a ela um breve relato intitulado fvfendelism - the Principies of Dominance, Segregation, and !nde- pendent Assortment {Mendelismo - os princípios da dominância, da segregação e da distribuição independente). Mais tarde, em 1909, ele publicou fvfendel's Principies of Heredity {Princípios da hereditariedade de Mendel), em que resum ia todos os dados exis- tentes até então que respaldavam os achados de Mendel. Esse livro foi extraordinário por dois motivos. Primeiro, examinou os resultados de experimentos de cruzamento com mu itas plantas e mu itos anima is diferentes e demonstrou a validade dos princí- pios de Mendel em cada caso. Segundo, considerou as implicações desses experimentos e levantou questões sobre a natureza funda- mental dos genes, ou, como Bateson os denominou, "caracteres un itários". Na época da publicação do livro de Bateson, a palavra "gene" ainda não havia sido inventada. O livro de Bateson teve papel crucial na divulgação dos princí- pios do mendelismo para o mundo científico. Botânicos, zoólogos, naturalistas, horticultores e melhoristas de an imais compreende- ram a mensagem em linguagem clara e direta: os princípios de Mendel - testados em experimentos com ervilha, feijão, girassol, algodão, trigo, cevada, tomate, milho e diversas plantas ornamen- ta is, além de bois, carneiros, gatos, camundongos, coelhos, cobaias, galinhas, pombos, canários e mariposas - eram universais. No pre- fácio desse livro, Bateson declarou: "Assim, o estudo da heredi- tariedade torna-se um ramo organizado da ciência fisiológica, já abundante em resultados e sem igual em promessas."* Diversas espécies de plantas cultivadas. Experimentos com muitas *Bateson, W. 1909. J\1endel's Principies oj'Heredity. University Press, Cam- plantas diferentes ampliaram os princípios de dominância, segrega- bridge, Inglaterra. ção e distribuição independente de Mendel. 62 Fundamentos de Genética Varia ão alélica e fun -ao A e en1ca Os diversos tipos de alelos dos genes afetam os fenótipos minante é semidominante (semi- é derivado do latim e sig- de maneiras diferentes. nifica "metade"). Outra exceção ao princípio da dominância simples Os experimentos de Mendel estabeleceram que os genes surge quando um heterozigoto tem características obser- podem existir em formas alternativas. Para cada um dos vadas nos dois homozigotos associados. Isso ocorre com sete traços que estudou - cor da semente, textura da se- os tipos sanguíneos humanos, identificados por testes de mente, altura da planta, cor das flores, posição das flores, pesquisa de produtos celulares especiais chamados antí- formato da vagem e cor da vagem - Mendel identificou genos. Um antígeno é detectado pela capacidade de rea- dois alelos, um dominante e outro recessivo. Essa des- gir com fatores obtidos do soro sanguíneo. Esses fatores, coberta sugeriu uma dicotomia funcional simples entre produzidos pelo sistema imune, reconhecem antígenos alelos, como se um alelo fosse inativo e o outro, o único específicos. Assim, por exemplo, o soro anti-M reconhece responsável pelo fenótipo. No entanto, pesquisas no iní- apenas o antígeno M em células sanguíneas humanas; o cio do século 20 mostraram que essa é uma simplificação soro anti-N reconhece apenas o antígeno N nessas célu- excessiva. Os genes podem existir em mais de dois esta- las (Figura 4.2). Quando um desses soros detecta seu antí- dos alélicos, e cada alelo pode ter um efeito diferente no geno específico no teste de tipagem sanguínea, as células fenótipo. aglomeram-se em uma reação de aglutinação. Assim, a análise de aglutinação das células com diferentes soros possibilita ao profissional da área médica identificar os ,. . ,. DOMINÂNCIA INCOMPLETA E ant1genos presentes e, portanto, o tlpo sangu1neo. CODOMINÂNCIA A capacidade de produzir os antígenos M e N é de- terminada por um gene com dois alelos. Um alelo de- Um alelo é dominante se tiver o mesmo efeito fenotípico termina a produção do antígeno M e o outro, do antí- em heterozigotos e homozigotos - isto é, os genótipos Aa ~ geno N. Homozigotos para o alelo M produzem apenas e AA produzem fenótipos iguais. As vezes, porém, o he- o antígeno M e homozigotos para o alelo N, apenas o terozigoto tem fenótipo diferente dos dois homozigotos antígeno N. No entanto, heterozigotos para esses dois associados a ele. A cor da flor boca-de-leão, Antirrhinum alelos produzem os dois tipos de antígenos. Como os majus, é um exemplo. As variedades branca e vermelha dois alelos parecem contribuir de maneira independente são homozigotas para diferentes alelos de um gene de- para o fenótipo dos heterozigotos, diz-se que são codomi- terminante da cor; quando cruzadas, produzem hetero- nantes. A codominância implica independência de fun- zigotos com flores rosa. Portanto, diz-se que o alelo para ção do alelo. Nenhum alelo é dominante, nem mesmo cor vermelha ( W) tem dominância incompleta, ou parcial, em parcialmente dominante, em relação ao outro. Portanto, relação ao alelo para cor branca ( w). A explicação mais seria impróprio distinguir os alelos por letras maiúscula provável é que a intensidade da pigmentação nessa espé- e minúscula, como fizemos nos exemplos anteriores. Em cie depende da quantidade de um produto especificado vez disso, os alelos codominantes são representados por pelo gene da cor (Figura 4.1). Se o alelo W especifica esse sobrescritos no símbolo do gene, nesse caso a letra L - produto e o alelo w não, homozigotos WW terão o dobro uma homenagem a Karl Landsteiner, o descobridor da do produto em relação a heterozigotos Ww e, portanto, ti pagem sanguínea. Assim, o alelo M é L Me o alelo N é L N. cor mais intensa. Quando o fenótipo do heterozigoto é intermediário entre os fenótipos dos dois homozigotos, como aqui, às vezes se diz que o alelo parcialmente do- Tipo sanguíneo Genótipo (antígeno presente) Reações com antissoro Soro anti-M Soro ant~N Quantidade de Fenótipo Genótipo produto do gene M (M) Vermelha 2x MN Rosa Ww X (Me N) Branca o N (N) • FIGURA 4.1Base genética da cor da flor boca-de-leão. O alelo W é incompletamente dominante em relação a w. As diferenças entre • Detecção dos antígenos M e N em células do sangue FIGURA 4.2 os fenótipos poderiam ser causadas por diferenças na quantidade do por aglutinação com antissoro específico. É possível identificar três produto especificado pelo alelo W. tipos sanguíneos com os soros anti-M e anti-N. controla a cor da pelagem em coelhos (Figura 4. quando descobriram genes com três. selvagem é totalmente dominante em relação a todos os pelos brancos no restante do corpo outros alelos na série. AB e O (Ta- [incolor]. os alelos JA e P são codominantes. Na condição homozigota cada alelo tem um efeito Um soro detecta o antígeno A e outro. Chinchila Note que a hierarquia de dominância acompanha os efeitos dos alelos sobre a cor da pelagem. três deles indicados por sobres. Em genética é B. c+ c. mas não especifica antígeno. e o alelo ié recessivo em relação os dois alelos. JA e P. B. Por exemplo. No entanto. assim. Essas relações de dominância são resumidas como no corpo c+> éh > é' > c. Essa no. característico sobre a cor da pelagem. O alelo tipo Tipo selvagem selvagem é totalmente ativo nesse processo.porque a maioria dos e evolutivo dos polimorfismos genéticos no Capítulo 24. outra palavra que designa o albino).e existem muitos . Nesse sistema. O Outro exemplo de alelos múltiplos vem do estudo dos gene determinante da cor. o sinal de mais. Como a maioria Quando as células têm apenas o antígeno A. os tipos M.formas al. Analisaremos o significado populacional de acordo com o alelo recessivo . Os alelos chinchila e hi- são causados por quatro alelos diferentes do gene e. três alelos são encontrados em frequências consideráveis mal. quando têm apenas o antígeno B. O primeiro alelo mutante desse gene a ser descoberto causava o encurtamento da cauda em hete- rozigotos. o alelo albino é indicado apenas pela letra c (de colorless há quatro fenótipos . e o alelo 18 algum momento durante a evolução do coelho. N e MN já discutidos. e o alelo himalaia é totalmente dominante em relação ao alelo al- c chc ch Pelos brancos de pontas pretas bino. são identificados pelo crito: c (alhino). tem quatro alelos. caso em que o gene é denomina- do de acordo com o fenótipo associado. designado pela letra c minús. o alelo i himalaia e chinchila são indicados por sobrescritos. Esses heterozigotos tornam possível estudar as rela- ções de dominância entre os alelos (Figura 4. como cula. pode-se abreviar c+ apenas como+.3 Cor da pelagem em coelhos. Os diferentes fenótipos pelos coloridos em todo o corpo. o sangue é dos coelhos em populações selvagens é homozigota para tipo A. P. o sangue é tipo o alelo e'". O gene responsável pela produção dos antígenos A e Os outros alelos do gene c são mutantes . assim. em geral do alelo associado ao fenótipo mais anor. é h (chinchila) e c+ (tipo selva. malaia têm atividade apenas parcial. B é designado pela letra/. o antígeno B. às vezes um alelo mutante é dominante. A tipagem sobrescrito depois da letra que indica o gene. Os tipos A. Os tante.2 mostra os três genótipos possíveis formados um gene em camundongos determina o comprimento pelos alelos L M e L 1v e os fenótipos associados.4). Quando os dois antígenos estão presentes. A convenção de dar o nome de um alelo mutante a nas populações humanas.foram de- alélicos dos genes teve de ser modificado quando se signados por uma letra maiúscula ou minúscula. tação reflete outro costume em nomenclatura genética: pois ambos são expressos igualmente nos heterozigotos JA normalmente os genes recebem o nome de um alelo mu. Entre os seis genótipos possíveis. diz-se que o gene 1 é po- um gene costuma ser compatível com a convenção que limórfico. tipos sanguíneos humanos. o alelo chinchila é parcialmente do- Himalaia minante em relação aos alelos himalaia e a/hino. é tipo O. O alelo chch Pelos pretos nas extremidades. o sangue é comum representar alelos selvagens por um sinal de mais tipo AB. é' (himalaio). os alelos diferentes são distin- exemplo clássico de um gene com alelos múltiplos é o que guidos por sobrescritos. AB e O.3). Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 63 A Figura 4. Os alelos especifica a produção do antígeno B. e quando não há antígeno. Quando o em relação aos antígenos A e B é totalmente indepen- contexto é claro. produzindo • FIGURA 4. gem). termo derivado do grego que significa "que tem apresentamos no Capítulo 3 . os quatro alelos do gene cem coelhos cc Pelos brancos em todo o corpo podem ser combinados entre si para produzir seis tipos diferentes de heterozigotos: é' c. Por exemplo. No entanw. Um dominantes ou recessivos. da cauda. quatro ou mais alelos. Todos os O conceito mendeliano de que só existem dois estados outros alelos desse gene . é h c. B. bela 4.1). esse mutante dominante foi simboliza- ALELOS MÚLTIPLOS do por T (tail-length [comprimento da cauda]). O teradas do alelo selvagem que certamente surgiram em alelo JA especifica a produção do antígeno A. às vezes a letra é omitida e se usa apenas dente da tipagem em relação aos antígenos Me N. Assim. Ele tem três alelos: JA. P e i. c+ é' e Albino c+éh. teste de uma amostra de sangue com diferentes soros. Uma expli- c+c+ Pelos coloridos em todo o corpo cação plausível é que o gene c controla uma etapa na formação do pigmento preto na pelagem. SÉRIE ALÉLICA ~ E possível estudar as relações funcionais entre os mem- bros de uma série de alelos múltiplos fazendo combina- Genótipo Fenótipo ções de heterozigotos por cruzamentos entre homozigo- tos. produzindo alguns .os tipos sanguíneos A. alelos mutantes é recessiva.de denominar os genes muitas formas". éh é'. este é denominado tipo selvagem. Ale. é parcialmente dominante em relação ao cessivas. dos pelos. e o alelo nulo. Esse teste baseia-se no princípio por exemplo. origem independente. e a mutação de qualquer um alelos mais ativos. e foram identificadas muitas mutações diferentes. Adiante neste capítulo. uma população de coelhos. Se essas duas mutações forem Fenótipo Genótipo combinadas. . Os alelos constituem uma série. lo nulo.64 Fundamentos de Genética Tabela 4. selvagem.. Se a prole híbrida tiver fenótipo composição fisica do gene (ver Capítulo 13) e. houvesse mutação do alelo e+ para um ale- de que as mutações do mesmo gene comprometem a mesma função genética. Pode-se usar um teste simples para verificar a identida- TESTANDO MUTAÇÕES GÊNICAS de alélica de uma nova mutação.. a nova mutação e a mutação testadora são mutação. e (albino).5). e o alelo albino é totalmente inativo. Se a prole híbrida tiver fenó- passa a um novo estado genético . se uma nova cor de pelagem surgir em mica dessas diferenças. são fenotipica- Chinchila claro com pontas pretas Nova mutacão Genótipo Fenótipo • • • Conclusão recessiva testador do híbrido Himalaia ªª . Não é possível testar as mutações domi- Tipo selvagem nantes dessa maneira porque elas exercem efeitos mes- mo que haja uma cópia selvagem do gene. + 11 fA/8 AB + + 4 •• li o . fenótipos e frequências no sistema ABO de tipos sanguíneos. a nova mutação e a mutação testadora não são produz um alelo que tem efeito fenotípico detectável. avaliaremos a base bioquí. PARA ALELISMO O procedimento requer cruzamentos para combinar a nova mutação recessiva com mutações recessivas de ge- Um alelo mutante é criado quando um alelo existente nes conhecidos (Figura 4. deles poderia reduzir. por exemplo. alelos do mesmo gene. o organismo será anormal para essa função e terá fenótipo mutante. não se notará imediatamente qual é o gene mutante. Tipo selvagem a e e* não são alelos • FIGURA 4. Tipo Genótipo sanguíneo Presença de antígeno A Presença de antígeno B Frequência na população branca dos EUA(%) /A/AOU /Ai A + . recessivo em relação a todos os outros alelos. Se. fenótipo albino. E importante lembrar que esse teste só se aplica a mu- tações recessivas. vários genes de- grego. ainda que as duas mutações te- nham. . Duas mutações recessivas isoladas independentes. Esse processo sempre implica uma alteração da alelos do mesmo gene. nem sempre é possível atri- "sem forma").. alterar ou extinguir a pigmentação gem. Tipo selvagem Mutante Tipo selvagem b e e* não são alelos e e e* são alelos d e e* não são alelos e+. Assim.. 44 pelos coloridos. cch (chinchila). Duas mutações são alelos se um híbrido que contém as duas outro. 41 1818 ou /8i B . eh (himalaia). um alelo • FIGURA 4. buir uma nova mutação a um gene com base em seu efei- Alelos parcialmente ativos são chamados hipomórficos (do to fenotípico. são recessivos em relação a terminam a cor da pelagem.5 Esquema geral para testar o alelismo de mutações re- hipomórfico.processo denominado tipo mutante. "abaixo da forma"). quase sempre são totalmente recessivos. às vezes. dominante em relação a todos os outros alelos.6). No entanto. desde que seja recessiva.. chamadas cinnabar (cinabre) e scarl. Esse or- ganismo foi estudado por geneticistas durante um século.1 Genótipos. entre eles (geralmente) o alelo selva.et (escarlate) . c*c* X bb cc dd .. Em coelhos.4 Fenótipo de diferentes combinações de alelos e em co- elhos. com o alelo tipo selvagem. Vamos tomar como exemplo a análise de duas mu- tações recessivas que afetam a cor dos olhos na mos- Chinchila claro ca-das-frutas. Drosophila melanogaster (Figura 4. tem o fenótipo mutante. o coelho homozigoto para essa mutação teria o los inativos são chamados nulos ou amórficos (do grego. Quando testamos de alelismo. modificar um comportamento. http://gen-io. As mutações que limitam a reprodução são de11omi11adas . aos geneticistas definir as funções de ge11es individuais. constatamos que a combi11a. cinnabar. determinante da cor e que a mutação scarlet não é um bare scarlet são alelos de um único gene determinante da alelo desse gene. em trabalhos independentes. mas sim mutações em Para co11solidar a compreensão dos co11ceitos expostos dois genes diferentes. concluiremos alelos.grupogen. são denomi- impede a produção de pigmento. Se a combina- concluiremos que cinnabar e scarlet são alelos do mesmo ção híbrida for mutante. As recessiva. ambos aparentemente implicados aqui. mas um pequeno número delas é dominante. O que são mutações em ge11es diferentes. A enorme variação entre os efeitos de mutações Teste de alelismo individuais sugere que cada organismo tem muitos tipos diferentes de genes e que cada um deles pode sofrer mu- Dois pesquisadores.6Teste do alelismo de mutações recessivas relativas à cor dos olhos em Drosophila. as mutações um camundongo albino em suas grandes colôn ias reprodutivas são a matéria-prima da evolução (ver Capítulo 24).denominado teste A prole híbrida tem olhos vermelho-escuros. scarlet e cinnabar-2. e toda a prole tem a cor do corpo t ipo selvagem. let não são alelos do mesmo ge11e. Testa-se o alelismo de três mutações com fenótipos idênticos. Para terminante da cor. nação das mutações no mesmo i11divíduo. Encontrare- ~ Leia a resposta do problema no site mos muitos exemplos dessa a11álise ao longo deste livro. Assim. análise das propriedades dessas mutações. A mutação scarlet define outro gene de- cor ou se são mutações em dois genes difere11tes. terminado gene é baseado no efeito fenotípico da combi- brida. precisamos cruzar as li11hagens O teste para verificar se as mutações são alelos de de- mutantes homozigotas entre si e produzir uma prole hí. uma mutação pode alterar a cor ou o formato dos olhos. concluímos que não são alelos. de animais selvagens. Se os híbridos tiverem olhos vermelho-brilhantes. é de comple1nentação na termi11ologia moder11a . Os fenótipos dos híbridos mostram que as mutações cinnabar e cinnabar-2 são alelos de um único gene e que a mutação scarlet não é um alelo desse gene.br. se for selvagem. cinnabar-2. cinnabar-2 X scarlet Tipo selvagem cinnabar-2 e scarlet são mutações em diferentes genes. • FIGURA 4. pois ambas causam olhos verme. concluímos que as mutações são gene. enco11 trar a resposta. por meio de cruzamentos entre pares de moscas homozigotas para diferentes mutações. causar esterilidade ou até mesmo a morte. os olhos são as mutações cinnabar e cinnabar-2 são alelos de um gene vermelho-escuros. cinnabar e scar. Se tiverem olhos \1ermelho-escuros. tente resolver o problema do boxe Resolva!: Teste no controle da pigmentação do olho. . o alelismo de uma terceira mutação.reis. - VARIAÇAO ENTRE OS EFEITOS ção híbrida de cinnabar-2 e cinnabar tem o fenótipo mu- tante (olhos vermelho-brilhantes) e que a combinação - DAS MUTAÇOES híbrida de cinnabar-2 e scarlet tem o fe11ótipo sel\ragem Os genes são identificados por mutações que alteram o fenótipo de modo \risível.com. As mutações que alteram algum aspecto da morfolo·- mundongos são homozigotos para uma mutação recessiva que gia. com as mutações cinnabar e scarlet. Esses resultados mostram que lho-brilhantes. como a textura ou a cor das sementes. cinnabar-2 X cinnabar Mutante cinnabar-2 e cinnabar são alelos do mesmo gene. Na natureza.possibilita do tipo selvagem e não mutante. descobriram tações de diferentes maneiras. A maioria das mutações visíveis é uma colônia é cruzado com um camundongo albino da outra colônia. Um camundongo albino de nadas 1nutações visíveis. O teste genético indica que os dois ca. duas mutações albinas são alélicas? Os geneticistas aprenderam muito sobre os genes por . Queremos saber se as mutações cinna. Nas moscas do tipo sel\ragem. isto é. Capítulo 13 explica como esse teste . (olhos vermelho-escuros). Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 65 Fenótipos Testes de alelismo Mutantes Cruzamento Cor dos olhos híbrida Conclusão cinnabar cinnabar-2 cinnabar X scarlet Tipo selvagem scarlet cinnabar e scarlet são mutações em diferentes genes. mente indistinguí. Por exemplo. Como as mutações visíveis. O efeito fenotípico é a os genes. A medida que o número de genes conhecidos cres- são perdidas uma geração depois que ocorrem porque ceu. ao passo que alfabeto à medida que necessitava de símbolos para re- outras causam apenas seu leve comprometimento. os dominantes que atuam mais tarde. quando representam genes e alelos.66 Fundamentos de Genética mutações estéreis.on- tações letais dominantes que atuam no início da vida gos.7 A~ a mutação yellow-lethal em camundongos: um do- duto polipeptídico não é produzido ou é alterado de m inante visível que também é recessivo letal. amarela (AY A+) semente ou altura da planta? e cinza-acastanhada (A+ A+). O homozigotos amarelos morrem na vida embrionária. no entanto. Um cruzamento entre heterozigotos AY A+produz dois tipos de prole viável. e ainda outras são ~ responsáveis pelo transporte de substâncias dentro das Letal células e entre elas. cada um desses gene . Essa mutação é dominante e visível. Algu- mas proteínas. as mutações letais representar novos genes descobertos. textura da desenvolvimento. As mutações letais recessivas são detectadas por observa- ção de proporções incomuns de segregação na prole - FUNÇOES DOS GENES NA PRODUÇAO - de portadores heterozigotos. que foi discutida no livro de Bateson e apoiada pela pesquisa de muitos cientistas. . tornou-se necessário usar duas letras ou mais para os portadores morrem. Mendel iniciou nino. No do tipo selvagem. tempo em uma população porque podem ser ocultas genet:J. Algumas mutações estéreis afetam ambos Os geneticistas usaram diferentes convenções para os sexos. As mu. começou simplesmente com a letra A e seguiu o estéreis impedem totalmente a reprodução. mas a maioria afeta o sexo masculino ou femi. caráter dominante ou recessivo desse efeito depende . que mata homozigotos AYAY no início do afetam o fenótipo.assim. o pro- • FIGURA 4. em seguida. dos genes especifica um produto que. simbolizar os genes e suas mutações. O que tem um gene que possibilita a ele influenciar um traço como cor dos olhos. afeta o fenótipo. . Dois ou mais polipeptídios podem se combinar para formar uma proteína. Quando um gene sofre mutação. Um cruzamento entre tal maneira que seu papel no organismo é modificado. geneticistas nem sempre seguem as mesmas convenções podem ser transmitidas para a próxima geração. Além disso. porém. outras formam os com- femininos ponentes estruturais das células. Bateson escolheu a primei- morte. ( blue). ra letra da palavra que descrevia o efeito fenotípico do frer mutação para o estado letal. em proporção de 2:1. na condição heterozigota por um alelo selvagem. portadores dessa mutação produz heterozigotos amarelos e homo. No en- podem ser dominantes ou recessivas. Algumas mutações tanto. As mu. Assim.8 ). Todo organismo Gametas masculinos AY produz milhares de polipeptídios diferentes. p principalmente do médico britânico Sir Archibald Garrod foi convincentemente divulgada em meados do século 19 quando George Beadle e Edward Tatum X descobriram que os produtos dos genes são polipeptí- dios (Figura 4. Os Os primeiros geneticistas não tinham resposta para homozigotos AY AY morrem durante o desenvolvimento essa pergunta. A ideia. Polipeptídios são macromoléculas constituídas de uma cadeia linear de aminoácidos. produzindo organismos contêm muitos genes diferentes e que esses pelagem amarela em vez de cinza-acastanhada (a cor genes podem existir em múltiplos estados alélicos. presentar genes em seus cruzamentos. isso não nos mostra como os genes realmente letal recessiva. Hoje. chamadas enzimas. William Bateson As mutações que interferem nas funções vitais são foi o primeiro a usar letras mnemônicas para simbolizar denominadas mutações letais.cos. a mutação AY é entanto. Infelizmente. Esses polipeptídios são os constituintes oA+ Cinza-acastanhado • fundamentais das proteínas. A~ no camundongo (Figu- A ampla variação revelada pelas mutações indica que os ra 4. as mutações estéreis a prática usando letras para designar os genes. de- terminada pelo alelo A+). As mutações que eliminam ou alteram um polipeptídio zigotos cinza-acastanhados (agouti} em uma proporção de 2:1. após a reprodução.7). Beadle e Tatum propuseram que embrionário cada gene é responsável pela síntese de determinado AYAY polipeptídio. atuam como catalisa- Gametas (agouti) A+A+ dores em reações bioquímicas. cada um deles caracterizado por uma sequência específica de aminoácidos. Os geralmente estão associadas a um efeito fenotípico. Um exemplo é a mutação DE POLIPEPTÍDIOS yellow-lethal (letal amarela). Para o símbolo. L para um gene causador de grãos de pólen l. também conhecida como agouti. está claro que a maioria embrionário. B para um gene produtor de flores azuis genes é absolutamente essencial para a vida. Algumas de suas tações letais recessivas podem persistir durante muito práticas são discutidas no quadro Em foco: Símbolos . Sabemos que muitos genes são capazes de so. Drosophila.. . Os geneticistas que estudavam a Drosophila Hoje há muitos sistemas especializados de símbolos de genes e foram os primeiros a aplicar esse procedimento. primeira letra maiúscula para destacá-lo. tanto o símbolo do gene quanto o sobrescrito letos genéticos diferentes. Bateson também cunhou os termos genética. porque o alelo e. Os pesquisadores que trabalham com diferentes organismos sobrescrito associado ao símbolo do gene básico para identifi. sel\ragem especifica um polipeptídio ati. F2. porque a letra c já havia sido usada para representar no que especifica o polipeptídio hipoxantina-guanina fosforribosi l um alelo mutante causador de asas curvas em vez de retas. homozigoto e hetero. phoribosyl transferase). e eyD foi usado para simboli. Ao discutir o variação dessa prática. ou prati- SÍMBOLOS GENÉTICOS illiam Bateson iniciou a prática de escolher símbolos Drosophila. lo selvagem. foi designado pelo para produtos gênicos polipeptídicos.usam dia- cação. bolo de identificação. tor- colher os símbolos dos alelos com base na característica mutante. e introduziu a prática de designar as gerações em um es. cn 2 foi genéticos foram criados para descrever os genes de vírus. discorreremos sobre a base molecu. quando se tornou comum es. Eles usaram um alelos. . as mutações recessi- ''ªS típicas são alelos com perda de função. por exemplo. Usaram símbolos separados por hifens para trabalho de Mendel. Os primeiros geneticistas que estudaram a Drosophila Essa convenção garantiu uma notação simples e coerente na qual propuseram um sinal de mais (+) sobrescrito ao lado do símbolo os alelos dominante e recessivo de determinado gene eram repre. en- Polipeptídio A Polipeptídio B Polipeptídio C Polipeptídio D quanto as mutações recessi. outras práticas de nomeação dos alelomorfo (depois abreviado como ateio). Portanto. ex.10 que realizará lar da mutação. e é enciada pelo gene.8Relação entre genes e polipeptídios. por exemplo. ou hipoativo ( Figura 4. O uso de letras maiúsculas em todo o símbolo do gene ou começaram a combinar um símbolo básico do gene com um sím. do gene. Esses alelos têm da natureza da mutação. sh2-6801 representa um dominante para ervilhas altas como T (tal!) e o alelo recessivo para alelo mutante para grãos de mi lho enrugados descoberto em 1968. pacidade do alfabeto inglês. À medida que se desenvolveu a nomenclatura genética. tornou-se necessário usar duas A nomenclatura genética foi ainda mais complicada pela letras ou mais para simbolizar um gene. então. como as letras maiúsculas e minúsculas dio álcool desidrogenase é simbolizado por Adh (alcohol dehydro- não eram mais adequadas para distinguir alelos. Mutações recessivas frequentemente implicam a perda cifica um polipeptídio diferente que. No Capítulo 12 abordaremos efeito m ínimo ou i1ão têm efeito discernível i1a condi- os detalhes da produção de polipeptídios pelos ge11es ção heterozigota com um alelo selvagem. Esses diferentes sistemas de nomenclatura indicam que (cinnabar) descoberto em Drosophila. os símbolos genéticos evoluíram em resposta a novas descobertas zar um alelo dominante que causa ausência de olhos (eyless) em . ou normal.provas visíveis de crescimento em uma ciência jovem e dinâmica. veremos que outros dialetos tinham algum significado mnemônico. Mais tarde. alelo do tipo selvagem é o alelo padrão. Assim. enquanto sh2 é um alelo mutante. c+). básico do gene (p. genes persistem. e assim por diante. por exemplo. Quando esse alelo foi descoberto. Sh2 é o alelo sel- O sistema de nomeação de genes criado por Bateson foi ade. apenas na primeira letra depende do organismo. No entanto. bactérias usado para simbolizar o segundo alelo para cor de olhos cinabre e fungos. Portanto. O que explica essa diferença surpreen- Aspectos do fenótipo de11te na expressão? • FIGURA 4. Essa notação simples informa que o sentados por uma só letra. - POR QUE ALGUMAS MUTAÇOES SAO DOMINANTES E OUTRAS RECESSIVAS? A descoberta de que os genes especificam polipeptídios possibilita compreender a natureza de mutações domi- na11tes e recessivas. mutante especial em Drosophila produz olhos carmim em vez de Essas descobertas introduziram símbolos gênicos mnemônicos vermelhos. o gene i1ão especifica mais . mnemônica para a característica influ. muito usada hoje. e o gene vegetal que especifica o polipeptí- plexa a notação genética. transferase é simbolizado por HPRT (hypoxanthine-guanine phos- A descoberta dos alelos mú ltiplos tornou ainda mais com. i10 Capítulo 13. vegetais ou seres humanos . Por exemplo. plantas baixas como t. símbolo do gene para representar o alelo selvagem. Geneticistas que estudavam vegetais adotaram uma mnemônicos para representar os genes. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 67 Gene A Gene B Gene C Gene D . um alelo descoberta de genes por meio dos polipeptídios que especificam. influencia o fenótipo do de fu11ção de um gene. Assim. Por exemplo.ras têm esses efeitos apenas em h omozigotos. isto é. camundongos. nou-se necessário usar um símbolo especial para representar o ale- esses símbolos foram modificados para D (alta) e d (anã [dwarf]). mas com a quema de reprodução como P. seu papel normal no organismo. F1.9). o gene huma- símbolo cm. ele simbolizou o alelo identificar alelos mutantes. As mutações dominantes têm efeitos fenotípicos em heterozigotos e em homozigotos. os geneticistas genase). vagem do segundo gene do grão enrugado descoberto no mi lho. então. um polipeptídio ou especifica um polipeptídio inativo organismo. quado até que o número de genes identificados ultrapassou a ca. Mais tarde. Os geneticistas vegetais tendem a usar o próprio zigoto. o fe11ótipo de um heterozigoto muta11te/selvagem será igual. Em gera l. Cada gene espe. ao de um homozigoto do tipo selvagem. não sinteti. portanto. Fenótipo selvagem a+ O alelo amórfico recessivo com perda de função não produz um polipeptídio ativo. que dá nome ao gene. As duas gene. o alelo himalaia do gene produzir essa enzima e. de Drosophila. Fenótipos de heterozigotos com um alelo selvagem e diferentes tipos de alelos mutantes.cauda. Por exemplo. No entanto.e. têm do corpo . camente igual. o não no restante do corpo.et já citada neste capítulo também é um Algumas mutações dominantes também podem impli- exemplo de alelo recessivo com perda de função. os cinnabar produz um polipeptídio que age como enzima olhos são vermelho-brilhantes em vez de castanho-aver- na síntese do pigmento castanho depositado nos olhos melhados em razão da ausência do pigmento castanho. O alelo car perda de função do gene. A mutação scarl. da cor da pelagem em mamíferos como coelhos e gatos zam pigmento castanho nos olhos. Essa perda de fun- do mineral cinábrio.9 Diferenças entre mutações recessivas com perda de função e mutações dominant es com ganho de função. porque este produz enzima suficiente para tante do corpo. Portanto. especifica um polipeptídio ativo apenas nas partes do tantes cinnabarhomozigotos é vermelho-brilhante . Fenótipo > > mutante grave a O alelo hipomórfico recessivo com perda de função produz um polipeptídio com atividade parcial. Nessas moscas. a expressão do alelo himalaia é sintetizar quantidades normais de pigmento castanho. A. O polipeptídio especificado alelo com perda de função é recessivo em relação ao ale. O alelo selvagem do gene de Drosüphila. ção parcial explica por que animais homozigotos para o as moscas heterozigotas para a mutação cinnabar e seu alelo himalaia têm pelos pigmentados nas extremidades alelo selvagem têm olhos vermelho-escuros. mas fenótipo idêntico ao do tipo selvagem. enzimas . ou seja. consequentemente. a mutação com perda de função pode provocar um . mas não no res- lo selvagem. termossensível.68 Fundamentos de Genética O alelo selvagem produz um polipeptídio ativo. As moscas homozigotas para uma mutação Algumas mutações recessivas causam perda parcial da com perda de função no gene cinnabar não conseguem função do gene. O fenótipo de mu. Na ausência de uma dessas enzimas. por esse alelo é ativo nas extremidades. os dois alelos selvagens .a cor corpo em que a temperatura é menor. Se o fenótipo controlado selvagem do gene scarl.et produz uma enzima diferente da por um gene for sensível à quantidade de produto do produzida pelo alelo selvagem do gene cinnabar. patas. Fenótipo mutante grave A Genótipo Polipeptídios Fenótipo Natureza do presentes alelo mutante Tipo selvagem Recessivo Tipo selvagem Recessivo Mutante Dominante B • FIGURA 4.são ne- A mutação cinnabar em Drosüphila é um exemplo de alelo cessárias para a síntese do pigmento castanho em olhos recessivo com perda de função. Fenótipo mutante ah leve O alelo negativo dominante produz um polipeptídio que interfere no polipeptídio de tipo selvagem. Produt os poli- peptídicos de mutações recessivas e dominant es. orelhas e ponta do nariz -. B. Um gene tem de funcionar . Na tempe- nham sobre a natureza da ação gênica era inferido a ratura de criação normal. A rar a atividade plena normal.e/. INFLUÊNCIA DO AMBIENTE to genéticos. antenas. portanto. As mutações dominantes desse tipo são função do alelo selvagem por especificação de polipeptí. Antp causa o desen- mutações do gene T no camundongo são exemplos de volvimento de patas na cabeça da mosca.e/. um pouco maior. denominadas mutações com ganho de função. as mutações recessivas são al. Na ver- outros genes. na condi. os geneticistas tinham ideias ambiente fisico. o próprio alelo selvagem não é mutante na condição heterozigota com um alelo selva- capaz de garantir produto gênico suficiente para assegu. terminado gene pode influenciar muitas características se a criação de moscas shibire for posta em temperatura diferentes. Em Drosophila. co do gene Antennapedia seja sintetizado na cabeça. no lugar das mutações negativas dominantes. o produto do celular. as mutações recessivas costumam abolir ou diminuir a atividade do polipeptídio • Algumas mutações dominantes produzem um polipeptídio que interfere na atividade do poli- peptídio codificado pelo al.caem no fundo. neste livro. as mutações recessivas são al. PONTOS ESSENCIAIS • Com. sos importantes durante o desenvolvimento embriológico. Essas análises também mostraram que de. A razão dessa transformação anatômica bizarra ção heterozigota. gene Antennapedia expandiu o domínio de sua função. Exploraremos esses tipos de genes adiante camundongo totalmente sem cauda. 25ºC. Tudo que propu. a mutação com função estimulada pode surgir porque a mutação espe- perda de função reduz o nível de produto gênico abaixo cifica um novo polipeptídio ou porque leva à produção do nível necessário para o fenótipo selvagem. antagonizam ou limitam a atividade do a mutação conhecida como Antennapedia (Antp) é uma polipeptídio de tipo selvagem (Figura 4.9). permi- zem fenótipos específicos. Já vimos que. Na condição homozigota. Essas mutações mutação dominante com ganho de função. nem haviam de. todas as moscas cairão no fundo . O resultado é um polipeptídios. tum. No nível não é normalmente produzido.os mutantes podem ser dominantes. 29ºC. Essas análises mostraram veis e férteis. Na condição são denominadas mutações negativas dominantes. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 69 fenótipo mutante em condição heterozigota com um ale. nutrição e umidade. dade.o selvagem de um gene. como indicou o trabalho de Beadle e Ta- um pouco mais curtos que o alelo T selvagem.os do mesmo gene. elas são letais. No entanto. dios que inibem. shibire significa "paralisia" em japonês. E mais fácil estudar os fatores no No início do século 20. Algumas mutações dominantes causam um fenótipo lo selvagem. as moscas atuam no contexto de um ambiente e em conjunto com . Há que se notar que nem todos os genes produzem Os alelos T dominantes negativos produzem polipeptídios polipeptídios. Pesquisas modernas identificaram muitos genes zigotos. Na verdade. gem porque promovem a função do produto gênico. Portanto. se o híbrido tiver um fenótipo selvagem. recessivos. Vamos usar como exemplo a mu- desenvolvido técnicas para estudá-la. cujos produtos finais são moléculas de RNA em vez de ção do polipeptídio de tipo selvagem. criados no laboratório em condições controladas. Em hetero. tação em Drosophila conhecida como shibire. onde o alelo selvagem do gene Té essencial para a vida. eles súbito. do polipeptídio de tipo selvagem onde ou quando não Outras mutações dominantes realmente interferem na deveria ocorrer.e/. esses polipeptídios mais curtos interferem na fun. o produto polipeptídico desse alelo regula proces.etos ou codominantes • Se um híbrido que herdou uma mutação recessiva de cada um dos pais tiver um fenótipo mu- tante. mas extremamente sensíveis a um choque que os genes não têm ação isolada. Ação gênica 1 Do genótiP-o ao fenótiP-_ O_ _ _ _ _ _ __ Os fenótipos dependem tanto de fatores ambientais quan. Quando a criação de shibire é agitada. dominantes incomp!. Nesses casos. Eles não sabiam nada sobre tindo a avaliação dos efeitos de temperatura. luminosida- a química da estrutura ou função do gene.temporariamente paralisadas.os de diferentes genes • A maioria dos genes codifica polipeptídios • Na condição homozigota.frequência os genes têm múltipws aklos • Ale/. pois determinados genótipos podem ser imprecisas sobre o mecanismo como os genes produ. essas mutações causam encurtamento da é que a mutação Antp faz com que o produto polipeptídi- cauda. Na verdade. as moscas shibire são viá- partir da análise dos fenótipos. Algumas heterozigota com um alelo selvagem. no contexto de um ambien- te biológico e fisico. mas. Nesse caso. não fosse indicam que a via entre um genótipo e seus fenótipos está isso.. mas somente as mulheres INTERAÇÕES GÊNICAS homozigotas têm tendência à calvície.108. que. A. zigotos para PKU logo depois do nascimento.. var à atribuição errada dos genótipos. ram obtidas por Bateson e Punnett em experimentos de muito menor desse hormônio e. Os geneticistas sabem O ambiente biológico também pode influenciar a ex.10 Polidactilia em seres humanos. Esse trabalho foi levado a . rários. A mutação dominante Lobe associada tes que seguem dietas com restrição de fenilalanina ge.. é possível reduzir seu impacto clínico se for instituída enquanto outras têm olhos grandes e lobulados. o gene mutante produz uma proteína com atividade parcial. As mulheres produzem quantida.10A). seria uma tragédia pessoal. Lactentes homozigotos para o alelo mutan. ao olho (Figura 4 . Uma explicação plausível é cos podem controlar a expressão dos genes. raramente de reprodução de galinhas.para modificar um fenótipo que. A compro- é um exemplo bem conhecido. '"~ li &! o ~ o . B.uma indicação da transmissão da mutação PKU estão relacionadas com um aminoácido específico. A expressão des.o i:!:I B A • FIGURA 4.. ingerida na alimentação. a mutação calvície influenciada pelo sexo mostra que fatores biológi- é viável. As características prejudiciais da polidactilia . Algumas Como a PKU pode ser diagnosticada em recém-nascidos. moscas heterozigotas têm olhos compostos diminutos. Tanto os afetar determinada característica. A fenilceto. Algumas das primeiras indicações de que uma caracte- se alelo provavelmente é desencadeada pelo hormônio rística pode ser influenciada por mais de um gene fo- masculino testosterona. ses extremos. O fe- ralmente crescem sem comprometimento mental grave. diz-se que a mutação Lobe tem expressividade variável plo ilustra como se pode manipular um fator ambiental A penetrância incompleta e a expressividade variável . A natureza da da mutação shibire é termossensível. que geralmente é limitada a uma rarefação geral dos fios. a fenilalanina é metabolizada em outras substân. Esse exem. A calvície prematura é causada por reprodução que mostram que dois genes ou mais podem um alelo com expressão diferente nos dois sexos. Esse distúrbio é causado por uma mutação dominante.. nótipo associado a essa mutação é variadíssimo. o indivíduo III-2 é obrigatoria- te acumulam no encéfalo substâncias tóxicas que podem mente um portador embora não tenha dedos extranume- afetar o desenvolvimento encefálico e assim comprome. pois pode le- tóxica. lacten.. ~ 1 . esse proteína é totalmente inativa. a 29ºC.a presença de As pesquisas genéticas humanas oferecem um exemplo dedos extranumerários nas mãos e nos pés (Figura 4.<:: ~ . cias tóxicas.. a 25ºC. por meio de III-2. Um exemplo de penetrância in- EXPRESSÃO DE GENES HUMANOS completa em seres humanos é a polidactilia . Fenótipo com dedos extranumerários. que parte dessa modulação deve-se a fatores ambientais. Embora não seja problema grave na análise do heredograma. da influência do ambiente físico no fenótipo.<:: u . No entanto. A calvície em seres humanos mas parte também se deve a fatores genéticos. ·. vação definitiva desses fatores vem dos experimentos de co relevante é o sexo. No here- aminoácidos. mesmo sem choque. A explicação é que sua mãe e três de seus filhos têm ter a capacidade mental. homens homozigotos quanto heterozigotos para esse alelo desenvolvem áreas de calvície. "' ~ ·-'"o u <"'o ~ o V 12 . pressão fenotípica dos genes. A penetrância incompleta pode ser um a fenilalanina. dograma da Figura 4. Lactentes com PKU alimentados com dieta O termo expressividade é usado quando a manifestação normal ingerem fenilalanina suficiente para provocar as de uma característica não é uniforme entre os indivíduos manifestações mais graves da doença.. sujeita a considerável modulação. Portanto.. P. .70 Fundamentos de Genética e morrerão. PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE Quando os indivíduos não apresentam uma característica embora tenham o genótipo apropriado. diz-se que o traço EFEITOS AMBIENTAIS SOBRE A tem perietrância incompkta.<:: o.11 ) em Drosophila é um exemplo.. entre es- dieta com restrição de fenilalanina para lactentes homo. que o apresentam.a dieta .. há toda uma gama de fenótipos. O heredograma mostra a herança dessa caracterís- t ica dominante com penetrância incompleta. o fator biológi. A 25ºC. mas a 29ºC é letal.. portanto. o fenótipo correm o risco de desenvolver áreas calvas. Portanto. núria (PKU) é um distúrbio recessivo do metabolismo dos que se manifesta em alguns de seus portadores. Leghorn. um alelo de um deles pode prevalecer no fenótipo. C. rosa em 3/16 (R. que tem a crista simples. simples. Quando um alelo tem esse efeito prevalente.11 Expressividade variável da mutação Lobe em Drosophila.13). A. Wyandotte. chamada "noz". Se uma mosca é ho. B. O intercruzamento desses híbridos leva ao surgimento dos quatro tipos de crista na prole: noz em 9/16 (R-P-). D. Rosa. As raças domésticas têm diferentes formatos de crista ( Figura 4. ervilha. Bateson e Punnett descobriram que o tipo de crista é de- terminado por dois genes de distribuição independente. diz-se que é epistático em relação aos outros genes participantes. híbrido de cruzamento mozigota para um alelo nulo em um desses genes.pp). a Brah- ma tem crista "ervilha" e a Leghorn tem crista "simples". O trabalho de Bateson e Punnett mostrou que dois ge- nes de distribuição independente podem afetar um tra- ço. noz. sabemos que muitos genes participam da • FIGURA 4. os híbridos dessas duas variedades na F 1 são Rr Pp e o fenótipo é de crista noz. o termo epistasia vem do grego e significa "estar acima". EPISTASIA Quando dois genes ou mais influenciam uma caracterís- tica. ervilha em 3/16 (rr P-) e simples em A B 1/16 (rr pp). provavelmente por causa das interações bioquímicas ou celulares de seus produtos. .12 Formatos de crista em galos de diferentes raças.12): a raça Wyandotte tem crista "rosa". Portanto. os fenótipos variam da ausência total do olho até quase o olho de tipo selvagem. Brahma. Todas as moscas são heterozigotas para essa mutação dominante. no entanto. pigmentação do olho em Drosophila. A raça Wyan- dotte (crista rosa) tem o genótipo RR pp e a raça Brahma (crista ervilha). Diferentes associações de alelos dos dois genes produ- ziram diferentes fenótipos. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 71 • FIGURA 4. é obrigatoriamente homozigota para os dois ale- los recessivos. rr PP. R e P. ambos com dois alelos (Figura 4. a via entre galos de crista rosa e ervilha. a raça Leghorn. Portanto. e D Por exemplo. cabo logo depois da redescoberta do artigo de Mendel. Cruzamentos entre as raças Wyandotte e Brahma produ- zem animais com outro tipo de crista. que estudaram o controle genéti- Gametas . em uma proporção 9:3:3:1. femin i nos~ CcPP CcPp cc PP cc Pp tática em relação à mutação cinnabar? O produto polipep. as moscas homozigotas para teson e Punnett sobre o controle genético da cor das flores em ervi- as duas mutações. Quando essas moscas também são homozigotas para • FIGURA 4. Um exemplo clás- V V sico dessa análise é. não há produção do polipeptídio transportador. CCpp X cc PP nótipos. 1/16 simples A • FIGURA 4.roxas quando V Híbrido têm o pigmento antocianina e brancas quando não têm. não é possível transportar o pigmento ver. a mutação white CCPp CCpp CcPp (branco) é epistática em relação à mutação cinnabar. 7/16 brancas moscas homozigotas para a mutação cinnabar não sinteti- zam pigmento castanho. RP Rp rP rp e RP RRPP noz RRPp noz RrPP noz RrPp noz Rp RRPp RRpp RrPp Rr PP Gametas noz rosa noz rosa femininos rP RrPP RrPp rr PP rr Pp noz noz ervilha ervilha @ rp RrPp noz Rrpp rosa rr Pp ervilha rrpp simples Resumo: 9/16 noz. Quando há mutação desse Roxa Branca Branca Branca gene./ co da cor das flores na ervilha-de-cheiro ( Figura 4. Assim. Quando @ Roxa Roxa Roxa Roxa há homozigosidade para essas duas mutações na mesma mosca. Ao intercruzarem esses híbridos. Cc Pp X Cc Pp Um alelo mutante de um gene é epistático em relação a um alelo mutante de outro gene se ocultar a presen- ça do segundo mutante no genótipo. CcPp Cc PP cc Pp cc PP to para o olho da Drosophila. As Rp rP flores dessa planta são roxas ou brancas . pode sugerir os mecanismos usados RRpp rr PP por genes para controlar um fenótipo.13 Experimento de Bateson e Punnett para estudar o for- p Branca Branca mato da crista em galos. cinnabar e white. cada um deles destacado por uma cor diferente no quadrado de Punnett. Experimento de Ba- melho para os olhos. como a existente en- p (rosa} x (ervilha} tre cinnabar e white. mascarando suas Roxa Roxa contribuições para o fenótipo. retirado do trabalho de Bateson e Punnett. 72 Fundamentos de Genética Wyandotte Brahma A análise de relações epistáticas. Assim. V Gametas masculinos C e P. O intercruzamento da F1 produz quatro fe. A. a cor dos olhos é branca. ~ Roxa Roxa Branca Branca tídico do alelo selvagem do gene white transporta pigmen. B lho. a mutação white. . causando anormalidade da cor do olho. mas sintetizam pigmento verme.148). todos de flo- RrPp res roxas. participam da síntese de antocianina e que cada gene tem um alelo recessivo que impede a produção de pigmento (Figura 4. B. As Resumo: 9/16 roxas. Gametas @ Roxa Branca Roxa Cc PP Branca Que mecanismo fisiológico torna a mutação white epis. Já observamos que V Gametas masculinos uma mutação recessiva no gene cinnabarde Drosophila tor- na vermelho-brilhantes os olhos da mosca. lhas-de-cheiro. 3/16 rosa. têm olhos brancos. mais uma vez. Bateson e Punnett cruzaram duas variedades diferentes (noz} de flores brancas para obter híbridos da F1. 3/16 ervilha. obtiveram Híbrido Híbrido uma proporção de nove plantas de flores roxas: sete plan- (noz} X (noz} RrPp RrPp tas de flores brancas na F2 • Eles explicaram os resultados propondo que dois genes de distribuição independente. V V @ @ Gametas de síntese do pigmento pode ser bloqueada. Uma mutação @@ CCPP CCPp CcPP CcPp recessiva em outro gene deixa os olhos brancos. Em essência.14 Herança da cor das flores em ervilhas-de-cheiro. Flores brancas e roxas da ervilha-de-cheiro.14A). esse alelo V Roxa Cc Pp anula a ação de todos os outros genes. não têm fenótipo diferente dos homozi.8. 9/16 das dados para essa conclusão provêm de cruzamentos en- plantas são C-P. Note que os homozigotos recessivos res: 1 oval. Na F2 . é necessário um alelo dominante de cada gene desses genes. é epistático em relação ao alelo recessivo do outro. Se o alelo que leva a uma cápsula de semente triangular ao longo dominante não estiver presente. Os da- gotos recessivos para um gene. T AaBb T Aabb T aaBb ' aabb mentos mostrando o duplo controle gênico do formato da cápsula da semente na bolsa-de-pastor.\ A ~ T AaBB T AaBb T aaBB T aaBb • FIGURA 4. Nesse o genótipo aa bb. O cruzamento ªª bb + oval de duas linhagens brancas produziu plantas F 1 de flores roxas. os demais 7 /16 são tre plantas duplamente heterozigotas (Figura 4. Esses homozigotos para no mínimo um dos alelos recessivos e cruzamentos geram prole em proporção de 15 triangula- têm flores brancas. Bursa bursa-pastoris (Figura 4. substância precursora pode ser convertida em um produto cianina a partir de um precursor bioquímico. Os para a síntese do pigmento antocianina. zigota para os alelos recessivos de dois genes. As nham obrigatoriamente genótipos complementares: cc cápsulas ovais só são produzidas quando a planta é homo- PP e CC pp. O cruzamento das duas variedades produ. B Resumo: 15/16 triangulares. Na presença do alelo dominante de um sistema. As cápsu. B.e têm flores roxas.::. as variedades parentais ti. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 73 Em vista dessa hipótese. + + triangular brancas da ervilha-de-cheiro.158). sua etapa na via de bios.15A). De uma via participa o alelo dominante explicação plausível é que cada alelo dominante produz do gene A e da outra. o alelo dominante do gene B. indicando que o alelo dominante de um gene duplos. isto é.15Herança do formato da cápsula da semente na bol- sa-de-pastor. cc pp. A bolsa-de-pastor. Esse resultado nos diz que as linhagens brancas são homozigotas para mutações em diferentes genes que participam da síntese do pigmento roxo. a planta produz cápsulas triangulares. dessas vias. duas vias de desenvolvimento. Cada linhagem era homo. tem ziu heterozigotos duplos Cc Pp com flores roxas. O trabalho de Bateson e dos sugerem que o formato da cápsula é determinado por Punnett estabeleceu que cada alelo recessivo é epistáti. e ambas podem produzir co em relação ao alelo dominante do outro gene. + + + Precursor Produto • Fenótipo ccP. A. Uma uma enzima que controla uma etapa da síntese de anto. Bursa bursa-pastoris. Somente quando as duas vias são bloqueadas síntese é bloqueada e não há produção de antocianina: por alelos recessivos homozigotos há supressão do fenóti- Gene e p po triangular e produção de cápsulas ovais: Precursor ~ Intermediário ~ Antocianina GeneA Genótipo C-P. V V ® GD Gametas ~ Triangular Aa Bb . Outro estudo clássico de epistasia foi realizado por p Trriangular X Oval ' George Shull usando uma erva daninha chamada bol- AABB ªªbb sa-de-pastor. A. 1/16 ovais . + + triangular foi um teste do alelismo entre duas linhagens de flores aa B. Cruza.-Trriangular X TriangularT Aa Bb Aa Bb V Gametas masculinos V ®@ ® T AABB T AABb T AaBB T AaBb Gametas ® T AABb T AAbb T AaBb T Aabb femininos r:. las da semente dessa planta são triangulares ou ovais. Uma cápsula triangular. + C-pp + + Gene B ccpp + Genótipo Note que o primeiro cruzamento de Bateson e Punnett A. bb + + triangular zigota para uma mutação recessiva em um gene parti- cipante da produção de pigmento roxo. Se a primeira etapa for Cc Gg Ccgg cc Gg ccgg branco branco amarelo verde bloqueada (pela presença do alelo C). Esses exemplos indicam que determinado fenótipo 1 1 geralmente é consequência de um processo controlado por mais de um gene. ajudar a esmiuçar o papel de cada gene nesses processos. a herança da cor dos frutos em aboboreiras. como também que um gene pode via. Podemos resumir ras heterozigotas para dois genes controladores da cor dos frutos. gene é causar o acúmulo de substâncias tóxicas no encé- A Figura 4. a partir de uma via bioquímica acompanhando a solução As moscas do tipo selvagem têm cerdas longas e suave- do Problema resolvido: Das vias às proporções fenotípi. O ge. o produto de um gene p Branco X pode inibir a expressão de outro gene. PKU geralmente têm cabelo castanho-claro ou louro. se tiver o alelo dominante G desse gene. A frequência de plantas com frutos brancos é de Outro exemplo de pleiotropia vem do estudo de mu- 12/ 16. a urina de pacientes com PKU contêm substâncias raras e sua frequência é de 1/ 16. Essa série de efeitos é homozigota para e. femininos~ A primeira etapa converte um precursor incolor em pig. fenotípicos é típica da maioria dos genes e consequência sua frequência é de 3/16. C-G. O efeito primário de mutações recessivas nesse alelo Cleva a planta a produzir frutos brancos. enquanto o genótipo acima de uma seta inibe PLEIOTROPIA aquela etapa. como inibidor da primeira etapa. + + amarelo ccgg + + + verde sos biológicos. como o metabolismo e o desenvolvimen- to. Tendo em vista seu papel cia muitos aspectos do fenótipo. o alelo C inibe a primeira etapa e o influenciar muitos fenótipos. o fru- CCGg CCgg Cc Gg Ccgg to será amarelo. Quando um gene influen- alelo G inibe a segunda etapa. O gene da fenilcetonúria em seres humanos é um seja o alelo desse outro gene presente em uma planta. essas entre plantas heterozigotas para os dois genes determi. Se a abóbora tam- bém for homozigota para o alelo recessivo g de um gene CCGG CCGg Cc GG CcGg com distribuição independente. A prole de frutos verdes é homozigota Os exames bioquímicos mostram ainda que o sangue e para os alelos recessivos dos dois genes. clareando os pelos. é cc gg. Em genética. portanto.16 mostra o resultado de um cruzamento falo. + branco Grande parte da análise genética moderna dedica-se à C-gg + branco investigação das vias implicadas em importantes proces- cc G. Qualquer que tas". No @) branco branco branco branco entanto. A prole de frutos amarelos ou ausentes em indivíduos normais. o fruto será verde. No entanto. nótipo abaixo de uma seta permite a ocorrência daque- la etapa. essas ideias em um diagrama que mostra o controle gené- tico da síntese do pigmento nessa via bioquímica: C. 1/16 verdes a segunda etapa for bloqueada (pela presença do alelo G). 3/16 amarelos. Essas observações sugerem que os dois Gametas ® branco branco branco branco genes controlam as etapas na síntese do pigmento verde. enquanto as plantas homozigotas para o alelo recessivo e produzem fruto colorido. diz-se que é pleiotrópico. o pigmento amarelo não poderá ser convertido em • FIGURA 4. Considere. importa. mente curvas na cabeça e no tórax. amarelos e verdes. Teste sua capacidade de fazer previsões genéticas tações que afetam a formação das cerdas em Drosaphila. o restante do genótipo não que eles controlam. mutações também interferem na síntese do pigmento nantes da cor do fruto. G. Cc GG Cc Gg cc GG cc Gg ~ branco branco amarelo amarelo mento amarelo. O estudo das relações epistáticas entre os genes pode As setas no diagrama mostram as etapas da via. com comprometimento mental. ou seja. é costume simbolizar o efei- to inibitório de um genótipo desenhando uma seta sem Não só é verdade que um fenótipo pode ser influencia- ponta (-1) que vai do genótipo até a etapa relevante na do por muitos genes. e tem ao menos uma cópia de G. indivíduos com Gg gera prole de três classes fenotípicas: frutos brancos. Cada gene governa uma etapa de Precursor branco • Pigmento amarelo > Pigmento verde cc gg uma via que é parte do processo. As plantas que têm o alelo dominante e produzem fru- Gametas masculinos to branco. por CcGg exemplo. Se apenas Resumo: 12/16 brancos. nenhum dos pig- mentos será produzido e o fruto será branco. e a segunda etapa converte esse pigmen- to amarelo em pigmento verde.16 Segregação na prole de um cruzamento de aboborei- pigmento verde e o fruto será amarelo. gotas para a mutação singed das cerdas têm cerdas curtas . Nesse exemplo. A prole de frutos brancos tem de interconexões entre as vias bioquímicas e celulares pelo menos uma cópia de C.74 Fundamentos de Genética Em outros casos de epistasia. o alelo e é epistático termo derivado do grego que significa "dar muitas vol- em relação aos dois alelos do outro gene. O intercruzamento das plantas Cc melanina. As moscas homozi- cas. o exemplo. A mutação de um gene para um estado inativo ou parcialmente ativo pode in- Genótipo Fenótipo terromper o processo e acarretar um fenótipo mutante. Um bom ponto de partida na análise é fazer o diagrama da via bio. As plantas com flores brancas podem ser bb. questões do problema. bloqueia essa conversão e. e todas as a. apenas os alelos D e d serão 5. As linhagens geneti. essas mutações não têm gene singed é necessário para a formação apropriada das efeito adverso sobre a fertilidade masculina. completo. genes. haverá segregação de ale los dominante e recessivo dos dois genes na autopolinização. Não é possível dois alelos (8 e b) do outro gene. brancas. distinguir essas duas possibilidades a partir das informações 2. O alelo dominante 8 possibilita a B Precursor ----1•~ 1 Pigmento azul conversão de um precursor em pigmento azul. as plantas da F1 são obrigatoriamente heterozigotas 1. mas cruzamento inicial? (e) Se as plantas da F1 forem autofertilizadas. não podem ser homozigotas para o alelo FATOS E CONCEITOS D porque o genitor de flores azuis não poderia ter esse alelo.isto é. o pigmento azul produzido pela ação desse alelo é degradado. o alelo recessivo desse gene. (a) Qual era o fenótipo das brancas. multiplicamos segregados quando forem autopolinizadas. ao passo que o sem ponta em direção a esse pigmento. transformar o "problema escrito" em um diagrama Todo o restante da prole. As plantas de flores azuis usadas no cruzamento eram obriga- 3. 88 ou 8b desde que toriamente 88 dd. nos machos. As plantas com flores azuis precisam ter ao menos um alelo 8. D.3/16 = 13/16 do total. Seu genótipo é 88 Dd ou 8b Dd. b. terá flores que guiará a busca da solução. No entanto. Assim. As linhagens geneticamente puras são homozigotas para seus genótipos. Se as plantas da F1 forem 8b Dd. mas não podem ter nenhum alelo D. Quando há distribuição independente dos genes. cerdas. . essas plantas têm obrigatoriamente o alelo 8. Desse modo. que fenótipos aparecerão na F2? Em que proporções? Portanto. A ação negativa do ale lo dominante D é indicada por uma seta outro gene. as flores são brancas. As ANÁLISE E SOLUÇÃO plantas da prole que forem 88 dd ou 8b dd terão flores azuis. Como tinham um genitor geneticamente puro de plantas da F1? (b) Quais eram os genótipos das plantas usadas no flores azuis. 1 . e. camente puras azu l e branca da planta foram cruzadas. oferecidas pelo problema. 8 e D. b. tiveram flores brancas. A ação positiva do alelo 8 é necessária para a síntese do pigmento sem o pigmento azul. as plantas da F1 também têm obrigatoriamente o alelo D. PONTOS ESSENCIAIS • A ação ginica é afetada por fatores biológicos e fisicos no ambiente • Dois ou mais genes podem influenciar uma característica • Um alelo mutante de um gene será epistático em relação a um alelo mutante de outro gene se prevalecer no fenótipo • Um g·ene é pleiotrópico quando influencia muitos fenótipos diferentes. e retorcidas nessas partes do corpo . sido 88 DD ou bb DD . Se as plantas da F1 forem 88 Dd. Na condição homo- zigota. As plantas de flores brancas poderiam ter tenham pelo menos um alelo D. e 1/4 da prole terá as probabilidades associadas aos componentes do genótipo flores azuis (88 dd) e 3/4 terá flores brancas (88 DD ou 88 Dd). O alelo dominante (D) de um gene é epistático em relação aos para o alelo D. Agora podemos resolver as alelo recessivo desse gene. não tem efeito. das cerdas e dos ovos nas fêmeas e a formação das cerdas mozigotas para determi11adas mutações siriged são total. Também é necessário para a produção de ovos o gene singed controla de modo pleiotrópico a formação férteis e saudáveis. d. Essa classe fenotípica constituirá (3/4) X (1/4) = 3/16 do total. o produto tipo selvagem do que nunca eclodem. elas põem ovos frágeis e malformados sido chamuscadas. A observação principal é que as flores das plantas da F1 são plantas da F. No entanto.não é possível dizer ao certo qual desses 4. O alelo dominante do azul.como se ti\ressem mente estéreis. causa degradação do pigmento azul. Sabemos disso porque as fêmeas ho. química . Assim. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 75 Das vias às proporções fenotípicas PROBLEMA D A cor das flores em um vegetal é determinada por dois genes de distribuição independente. seja para revelar os efeitos homozigo- Egito. Todos os indivíduos com albinismo. . rentesco. uma seita religiosa espalhada em pequenas nifica "do mesmo sangue.por são descendentes de duas pessoas (I-1 e I-2) que imigra- exemplo. se deve à maior chance de que filhos de um casamento consanguíneo sejam homozigotos para um alelo recessivo prejudicial. o co. m : . Na verdade. quando ocorre na casamentos entre irmãos. Os casamentos consanguíneos são indicados por linhas duplas entre os cônjuges. pulações humanas auxiliou a análise de distúrbios gené- cestralidade comum em heredogramas. raros em populações humanas.=-a=-=-s==----------- Os geneticistas usam um dado estatístico simples. indivíduos têm albinismo. porque a endogamia tende a produzir mais crianças do- eficiente de endogamia. o pri- meiro gene identificado em seres humanos veio à tona pela observação de uma maior frequência de homozi- EFEITOS DA ENDOGAMIA gotos recessivos em filhos de primos em primeiro grau. _-=. Os casamentos consanguíneos no here- proibido.:. Práticas semelhantes ocorriam lações de vegetais e animais. entes e debilitadas que o casamento de indivíduos sem pa- mentos entre parentes. Essas restrições existem casamentos. a linhagem real era perpetuada por tos dos alelos recessivos. maneiras de analisar os efeitos da endogamia. dograma são indicados por linhas duplas que unem os embora permitido. Em mui. para analisar o efeito de cruza. Essa tendência.76 Fundamentos de Genética Endogamia 1 Outro olhar nos he re do >=-ra. abordamos as na Polinésia até tempos relativamente recentes. No antigo ticamente puras. Além disso. e a incidência depende A Figura 4. por exemplo. Nesta seção. como sabemos. homozigotos para um alelo recessivo. por exemplo. Também A ocorrência de casamentos consanguíneos em po- apresentamos as técnicas necessárias para o estudo de an. baseados na análise de casamentos consanguíneos em O cruzamento entre parentes geralmente é denominado grupos socialmente fechados. o casamento entre parentes próximos . Muitos estudos clássicos em genética humana foram duos aparentados em virtude de um ancestral comum. tem de ser previamente aprovado por cônjuges. Todos os indivíduos afetados são filhos desses autoridades civis ou religiosas. provavelmente para preservar natureza. porém. irmãos ou meios-irmãos . dade Amish. termo derivado do latim que sig." Esses tipos de reprodução são comunidades nas regiões leste e centro-oeste dos EUA. e o casamento entre parentes mais distantes.17 mostra um heredograma Amish no qual 1O de tradições culturais e étnicas e da geografia. ticos causados por alelos recessivos. esse heredograma mostra como a 1 1 2 li Ili IV V 1 2 3 VI 1 2 3 4 VII 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 1718 VIII Legenda: 1 2 3 4 5 6 e albinismo D O não afetado C}=() casamento consanguíneo • FIGURA 4. Assim. Os geneticistas sempre estiveram interessados no fenô- Em algumas culturas. seja para produzir linhagens gene- neos foram aceitos e até mesmo incentivados. A endogamia ocorre quando há cruzamento de indiví.é expressamente ram da Europa.17 Albinismo na prole de casamentos consanguíneos em uma comunidade Amish da região centro-oeste dos EUA. a endogamia pode afetar o caráter de popu.-=: . Todos os indivíduos afetados tas culturas. são gerados por casamentos consanguíneos. a "pureza" do sangue real. a comuni- cruzamento consanguíneo. os casamentos consanguí- meno da endogamia. Note que I herda zamento de linhagens endogâmicas para produzir prole uma cópia do gene de A e outra de B. Ela mostra como cada poucos grãos. No entanto. Assim. isto é. Nas plan- tas em que a autofertilização é possível. Os indivíduos endogâmicos têm duas diferenças impor- cistas podem analisar. mas mães diferentes (D e E). Já as plantas geradas por cruzamento das genitor transfere genes para os filhos e torna possível duas linhagens endogâmicas são altas e produzem espi- acompanhar a descendência de determinado gene em gas grandes com muitos grãos. duas cópias podem ser originárias de C. Espera-se que cada linha- Os dois pontos em cada indivíduo representam as gem seja homozigota para diferentes alelos presentes na duas cópias de determinado gene. Embora essas linhagens sejam entre meios-irmãos. as duas cópias do gene em I podem ser idênticas mento vegetal. Essa maneira de desenhar o heredograma gâmicas são baixas e produzem espigas pequenas com é diferente da que usamos antes. Essa perda li A •• •• B de vigor é denominada depressão endogâmica. I. porque os genes descenderam o cruzamento de parentes. e ção dos alelos de determinados genes -. Por exemplo. - varias geraçoes. Para compreender esse conceito. podem-se criar Ili •• linhagens altamente endogâmicas por autofertilização repetida por várias gerações.18 mostra os indivíduos mostram como os genes passaram dos pais o resultado desse processo no milho. para criar lisar um heredograma simples que ilustra um casamento uma linhagem endogâmica.isto é. entre si por descendência de uma das cópias do gene pre- sentes em C. meios-irmãos e primos em pri. nas quais é possível promover cendência comum. As plantas endo- para os filhos. Esse termo foi introduzido em 1914 por George Shull. é um fenômeno denominado vigor híbrido ou heterose. espera-se que ca- casamentos ocorrem. As espigas das plantas endogâmicas são bem menores que as das plantas híbridas. Assim. Esses indivíduos tinham o mesmo pai. cendência são obrigatoriamente homozigotos para um meiro grau são exemplos de endogamia. tas sejam heterozigotas para muitos genes. B produziu uma prole. geração após geração. Desde então. o pai de A e B. Espera-se que essas plan. Essa possibilidade de identidade por descendên- cia é a consequência importante da endogamia. dogâmico. Todos ANÁLISE GENÉTICA DA ENDOGAMIA os indivíduos cujas cópias do gene são idênticas por des- Casamentos entre irmãos. Sua robustez Os dois indivíduos da geração II. pode-se fazer de um gene presente em um ancestral do indivíduo en- o cruzamento entre irmãos em animais como ratos. vamos ana- mundongos e cobaias. Quando esses alelo específico daquele gene. dizemos que a prole é endogâmica. designados A e B. ca de Shull tornou-se padrão na indústria de melhora. . Variedades endogâmicas de milho e o híbrido produzido por seu cruzamento. ~. samentos consanguíneos produzam uma quantidade de Endogâmico 1 Endogâmico 2 Híbrido Endogâmico 1 Híbrido Endogâmico 2 A B • FIGURA 4.As plantas endogâmicas são mais baixas e me- nos robustas que a planta híbrida. endogâmica. O casamento entre A e melhorista vegetal pioneiro que iniciou a prática de cru. bastante puras geneticamente . C. e as linhas que unem população fundadora das plantas. A Figura 4. que os geneti. ca. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 77 endogamia revela um distúrbio recessivo. a técni.18 A. tantes em relação à prole de pais sem parentesco: as duas Os efeitos da endogamia também são evidentes em cópias de um gene podem ser idênticas em virtude da as- espécies experimentais. são meios-irmãos. não há segrega. B. muitas vezes 1 D •• •• são menos vigorosas que as linhagens mantidas por cruzamento de indivíduos sem parentesco. essas heterozigota de alto rendimento. em outros tipos de here- dogramas. Depois. Na prole de um casamento entre irmãos. o heredograma no casamento de que a cópia "esquerda" do gene em e produza duas entre irmãos tem duas alças endogâmicas: cópias idênticas em I. a probabilidade de que a có- Nesse caso. no entanto. no heredograma de ca- descendência. Ili •• to entre irmãos tem dois ancestrais comuns: 1 1 Probabilidade 1/16 + 1/16 1/8 u No caso 1. Assim. seguimos dois casos. isto mática que nomeou de coeficiente de endogamia.implicavam uma análise das correlações entre os prole de um casamento entre meios-irmãos. C é o ancestral comum de s e R R s I porque duas linhas de descendência de C convergem em I. como no. gene no ancestral comum daquela alça produza duas có- bilidade de que duas cópias de um gene em um indiví. uma com três indivíduos. Charles Cotterman. uma transmitida por A e outra por . Item só um li A o• •o B A o• •o B ancestral comum. cada probabilidade de identidade por descendência na pro. E preciso considerar Para calcular o coeficiente de endogamia. então. dogâmica e somar os resultados. le do casamento entre irmãos que entre meios-irmãos. identificados por 1 e 2 na ilustração a seguir. (1/2) 3 = 1/ 8.complexas demais para analisarmos idênticas por descendência de um ancestral comum. Da mesma maneira. também america. No heredograma em questão. a probabilidade de que a cópia "esquerda" do z gene em C chegue a I por meio de A é de (1/2) X (1/2) = 1/4. de endogamia da prole de irmãos é maior que o coefi- na década de 1940. Intuitivamente. pias idênticas do gene no indivíduo endogâmico. a prole do casamen. Assim. para cada alça. endogâmica definida por um ancestral comum. Na aqui . há uma alça de endogamia é calcular a probabilidade de que as duas endogâmica. a probabilidade de que suas duas cópias do gene sejam gações de Wright . Nessas investigações. o indivíduo endogâmico. os procedimentos desenvolvidos por Wright e Cotter- Geração Caso 1 Caso 2 man. e juntas formam o que os geneticis- tas chamam de aU. Ao todo. podemos definir o coeficiente gâmica é a probabilidade de que uma das duas cópias do de endogamia. Assim.) Assim. a chance de que a cópia do gene à esquer- da (mostrada em vermelho) no ancestral comum C seja R s transmitida para a filha A é 1/2. Por exemplo. A soma obtida é o coe- ght. assim. os dois avós de Z (U e V) são ancestrais pia "esquerda" do gene em C chegue a I por meio de B é comuns. No heredograma que estamos analisando. obtemos F= indivíduos em um heredograma. (Não contamos o cópias do gene em um indivíduo sejam idênticas por indivíduo endogâmico. um indivíduo endogâmico pode ter mais de um ancestral comum.78 Fundamentos de Genética homozigotos relativamente maior que casamentos entre u V indivíduos sem parentesco. o coeficiente e o empregou para medir o grau de endogamia. que tem três indivíduos. n = 3. no casamento entre meios-irmãos. simbolizado pela letra F. era equivalente à probabilidade de identidade por des. Em 1921. como já vimos. ele descobriu como calcular o coeficiente de endogamia obtemos F= (1 / 2) 3 + (1/2) 3 = 1/4. nos concentrar comum. a probabilidade e convergem em Z. Para duo sejam idênticas por descendência de um ancestral compreender essa probabilidade. o que. a chan- ce de que essa cópia do gene seja transmitida para I é 1/2. F. As duas linhas são C ~ A~ I e C ~ B ~ I. Essa alça mostra como z z determinada cópia do gene em e pode ser transmitida A segunda etapa no cálculo do coeficiente de endoga- aos dois lados do heredograma e produzir duas cópias mia é contar o número de indivíduos (n) em cada alça idênticas do gene em I. uma vez em A. ficiente de endogamia. Desse modo. é. O fator (l / 2) n que calculamos para cada alça endo- cendência. Primeiro.a endogâmica. Duas linhas genéticas descendem de cada avô de (1 / 2) X (1 / 2) = 1/ 4. como a proba. ciente de endogamia da prole de meios-irmãos. é maior a samento entre irmãos há duas alças endogâmicas. As investi. Wright descobriu uma quantidade mate. n = 3. No here- A determinação fundamental em qualquer análise dograma de casamento entre meios-irmãos. é um dos efeitos visíveis da endogamia. mostrou que o coeficiente de endogamia de Wright seria esperado. essa probabilidade deve samento de meios-irmãos. Assim. Um indivíduo endogâmico está 1 •• •• ligado a um ancestral comum pelos seus dois genitores. A A terceira etapa para calcular o coeficiente de endo- tentativa de avaliar o grau de endogamia começou com gamia é verificar a quantidade (1 / 2) n em cada alça en- o trabalho pioneiro do geneticista americano Sewall Wri. identificamos os ancestrais comuns do c c indivíduo endogâmico. vamos . do indivíduo endogâmico. No heredograma de ca- aumentar com o grau de endogamia. é o efeito da endoga. e como FcA grau). Esse método de cálculo dos coeficientes de endo. Esses gene em 1 é (1 / 16) + (1 / 16) = 1/ 8. gamia como uma medida precisa do grau de e11dogamia. o dobro do observado mum imaginando que os parentes se casaram e tiveram na prole de primos em primeiro grau. Por exemplo.000. perguntas. A diferença primos duplos em primeiro grau? Para responder essas entre essas frequências. Como mostra a Figura 4.ros deletérios é a base da depressão endogâmica. como vimos. é de cerca de 7 / 10. = (1 / 2) 3 = 1/ 8. Por exemplo. houve declínio li- near das duas características em fun ção do coeficiente de endogamia.isto é. Para a prole de parentes mais próxi.e que esses homozigotos apresentaram valores menores para os T traços.0013. prole de indivíduos sem parentesco é de aproximada. é dois filhos têm um filho. 6/ 10. é de (1 / 4) X (1 / 4) = 1/ 16. mos. Teste dos por muitos genes. Como o efeito da filhos. a probabilidade de que ou a cópia "esquerda" ou "direita" do gene em c produza duas cópias idênticas do Dois indivíduos sem parentesco têm dois filhos. mais a incidência de PKU na população car por 2 o coeficiente de e11dogamia da prole. proporcional ao valor de F . como a altura da plan- possibilidade de que as cópias "esquerda" e "direita" do ta ou o rendimento agrícola. Esses traços são influencia- gene em CA já sejam idênticas por descendência.000. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 79 B. Endogamia composta Assim.br. Uma utilidade do coeficiente de endogamia é explicar O coeficiente de endogamia também pode ser usado a frequê11cia aumentada de distúrbios recessivos na prole para medir a proximidade das relações genéticas. Então. preciso modificar o método quando o próprio a11cestral comum é endogâmico.0006) + em que FcA é o coeficiente de endogamia do ancestral 0. Qual é o coeficiente de endogamia desse último do gene em determinado ancestral comum dê origem a indivíduo? duas cópias idênticas no indivíduo endogâmico. o cálculo do fator (1 / 2) n é um atalho dessa prole nasce um indivíduo no qual o efeito endogâmico para determinar a probabilidade de que uma das cópias foi composto.20 mostra dados colhidos sua capacidade de aplicar essa teoria no boxe Resolva!: de linhagens endogâmicas de milho obtidas por um Endogamia composta. como essa prole é endogâmica. programa de autofertilização repetida. calculamos que a probabilidade de que a cópia "direita" do gene (mostrada em azul) em C produza duas cópias idênticas do gene em 1 é de 1/ 16. é possível calcular a fração de genes em co- coeficiente de endogamia de 1/ 8.0001 = 0. Racioci11ando da mesma ma11eira no caso 2. Multiplicamos o fator (l / 2) n cor- de meios-irmãos é 2 X (0. .000. A Figura 4. Do cruzamento (1 / 2) 3 . a prole de meios-irmãos tem um gâmicos -.grupogen.0001 = 0. a frequência prevista é 4 X (0. parentes não endo- de PKU. A Figura 4. esperaríamos uma maior diferença na frequência Nos parentes regulares . primeiro grau.isto é. Evidentemente. concluímos que Fr = (1 / 8) X [l + (1 / 8)] Outro uso do coeficie11te de endogamia é medir o de- = 9/ 64. prole de irmãos.19 apresenta os valores desse coeficiente para a MEDIDA DAS RELAÇÕES GENÉTICAS prole de diferentes tipos de casamentos co11sanguíneos. mente. a incidência de fenilcetonúria (PKU) na Um tio e uma sobri11ha estão mais próximos que meios-ir- . recessi. é endogamia é proporcional a F. basta multipli- . Na população humana. na prole de casamentos entre primos primeiro grau? Meios-irmãos estão mais próximos que em primeiro grau. o coeficiente quatro vezes maior que na prole de primos em primeiro de endogamia de T é Fr = (1 / 2) 3 X [l + FcA]. A e B. mãos? Meios-irmãos estão mais próximos que primos em mente 1/ 10. O termo modificador [l + FCA ] responde pela clínio em um fenótipo complexo. que se reproduz com dois indiví- duos diferentes e tem um filho com cada um. esperaríamos que a inci. altura da planta e rendimento CA agrícola.0025 (porque o coeficiente de endogamia é comum.0006) + 0. cultivadas em parcelas experimentais para es- tudar duas características. Na responde11te ao ancestral comum pelo termo [l + FCA ]. por exemplo. muns a dois parentes decorrente da asce11dência comum. nesse heredograma. C. i10 fim. ~ Leia a resposta do problema no site gamia é eficiente na maioria dos heredogramas. que. A explicação mais simples para esse de- clínio li11ear é que os alelos recessivos de difere11tes ge- nes tomaram-se homozigotos à medida que a e11dogamia prosseguiu . precisamos determinar a fração de genes co- mia com F = 1/ 16. Portanto. para determinar a do efeito endogâmico observado na prole de primos em fração comum de ge11es dos dois parentes. possível calcular o coeficiente de endogamia de acordo dência de Pl{U na prole de meios-irmãos fosse o dobro com o procedimento habitual. Mas é http://gen-io. irmãos estão mais próximos do que meios-irmãos. Assim. Nos ir- . Seme11tes foram armazenadas em cada estágio do processo endogâmico e.com. a frequência prevista de PKU i1a prole o resultado é chamado de coeficiente de parentesco. Obvia- de casamentos consanguíneos. o aumento da incidência de homozigotos Wright e Cotterman definiram o coeficiente de endo. As vezes em geral. Assim.20. 19 Valores do coeficiente de endogamia. F.0 F F • FIGURA 4..20 Declínio por endogamia na altura da planta e no rendimento agrícola do milho.. tem parentesco mais prox1mo porque tem .. o coeficiente de relação de irmãos sobrinha têm parentesco equivalente porque têm em co- (ou a fração de genes que têm em comum) é 2 X (1/4) mum a mesma fração de seus genes. para diferentes heredogramas.80 Fundamentos de Genética Irmãos Meios-irmãos Primos em primeiro grau 1 f=- 16 Primos duplos em primeiro grau Tio-sobrinha 1 F=- 8 • FIGURA4..0 0.8 1..4 0. o coeficiente de relação é 1/4. A intensidade da endogamia é medida pelo coeficiente de endogamia.. . metade dos genes em comum. Assim.2 0. o coeficiente de relação de comparaçao.4 0. apenas um oitavo de seus genes. 1/4. e os primos em primeiro e o de primos duplos em primeiro grau é 1/4. 80 - N E o o Ê 180 .z <( t:: Q) 20 E -o e Q) o:: 140 o 0. -o tlO t\J ~ 160 o . Os irmãos. 40 t \J t\J u o o..6 0. mãos. o de primos em primeiro grau é 1/8..2 0.já que compartilham de tio e sobrinha. F. Da mesma maneira. A • "' • A meios-irmãos é 1/4. primos duplos em primeiro grau e tio e nária seria 1/4.8 1. ._ t\J . No caso grau têm parentesco mais distante. assim.. meios-irmãos. o coeficiente de endogamia de uma prole imagi.6 0. por = 1/2.. -t::u t \J ia . Em uma linhagem mutante Organize os alelos em uma 11ierarquia de dominância. e toda a prole ti11ha domi11â11cia é W > ui > W 5 > w.. elimina totalmente os olhos. e w1 é brancos homozigotos foram cruzados com os mu- domi11a11te em relação a w. as duas muta- 2. Se tos N'~? o fe11ótipo for muta11te. Qual é a diferença entre penetrância i11completa e bra11ca com áreas vermelhas regulares expressi. Uma terceira linhagem ge11e mutante é epistático em relação a qualquer é heterozigota para uma mutação domi11a11te que outro ge11e muta11te? . Os mutantes alelos. O sistema gem é de11ominada Eyeless. tiny eye. tações recessi. No caso de uma mutação do- Hom ozigotos minante como Eyeless.. Assim. não podemos verificar se Eyeless é vvw ' 'ermelha um alelo da mutação little eye ou tin)' eye. mesmo gene. Assim. em outra linhagem muta11te homozigota Resposta: W é dominante em relação a todos os outros para a mutação y. portanto.ras são alelos do mesmo ge11e é cru- Se os alelos N' e~ são codominantes. devemos cruzar camundongos little os alelos em heterozigotos. ww branca pura branca com pontilhado ''ermelho 4.ridade variável? Resposta: A penetrância incompleta ocorre quando um Heterozigotos indivíduo com genótipo para uma característica i1ão W com qualquer vermelha expressa essa característica. A expressividade variá- outro alelo ''el ocorre quando uma característica se manifesta uJ> com w5 ou w branca com áreas vermelhas em diferentes graus em um grupo de indi. algum na outra linhagem. os cos.. Em uma espécie de mosca.ríduos . Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 81 PONTOS ESSENCIAIS • A endogamia aumenta a frequência de homozigotos e diminui a frequência de heterozig·otos • Os efeitos da endogamia são proporcionais ao coeficiente de endogamia. as mutações little e. que é a probabilidade de que duas cóp ias de um gene em um indivíduo sejam idênticas por descendência de um ancestral comum • O coeficiente de relação é a fração de g-enes que dois indivíduos têm em comum em virtude de ascendência comum. O i11tercruzamento dessa prole 3. se tiverem olhos de um ge11e com alelos múltiplos. Nesse que a codomi11ância implica a expressão de ambos caso. 33 de olhos amarelos e 41 de olhos bran- mutação recessiva que causa olhos pequenos. que antíge- zar seus respectivos homozigotos para obter prole nos devem ser detectados no sangue de heterozigo- híbrida e então ª''aliar o fenótipo dos híbridos. eye com camundongos tiny eye e observar sua pro- le. 5. as duas mutações são alelos homozigotos e heterozigotos desse gene são: de genes diferentes. a hierarquia de tantes amarelos homozigotos. w' é dominante em relação a w 1 e w. P e Q. Duas linhagens de camundongos descobertas de produziu três classes de indivíduos: 92 de olhos ver- maneira i11dependente são homozigotas para uma melhos. . Um pesquisador descobriu um novo sistema de ti. não é possí. a cor dos olhos do tipo melho selvagem é vermelha. regulares com o genotipo para essa caracter1st1ca. não são alelos. fenótipos das duas linhagens são indistinguíveis. (a) A partir dos resultados desses cruzamentos. se for selvagem.rel fazer teste de alelismo. . Os fenótipos dos de tamanho i1ormal. o olho é amarelo. olhos vermelhos. ww 1 branca com pontilhado ''er. as mutações são alelos do Resposta: Devem ser detectados os antígenos P e Q por.1e. homozigota para a mutação w.. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. Como você ''erificaria se conta com a participação de dois antígenos. A quantos genes controlam a cor do olho? Explique. tiny eye e Eyeless são alelos do ambos determinados por um alelo diferente de um mesmo gene? gene denominado N Os alelos para esses antígenos Resposta: O procedime11to para determi11ar se duas mu- têm frequência quase igual na população em geral. A cor das flores em um jardim está sob o controle ções são alelos do mesmo gene. mutação em uma linhagem é de11ominada little eye e (b) Se a resposta a (a) for maior que um. Se a prole tiver olhos pequenos. o olho é totalmente branco. . a mutação nessa linha- pagem sanguínea para seres humanos. todos os demais . Assim.82 Fundamentos de Genética Resposta: Para responder (a) . cada alelo recessivo. esquerdo do heredograma e a outra.44 (pela regra da adição de probabilidades). No entanto. sugerindo que a hipótese de dois e seus alelos selvagens domina11tes: genes de distribuição i11depe11dente para pelos cor- . além disso. Assim. N = alelo selvagem pora1s esta correta. pare11tais geneticame11te puras são nn HH (naked) olhos vermelhão. hairless (pelada). Assim. h = mutação hairless.44 = 88 sejam naked e hairless são mutações de dois genes difere11- mutantes. Assim.[ (1/ 4) camundo11gos de tipo selvagem e mutantes i1a F2 ? X (1/ 4)] = 7 / 16 = 0. Para responder (b) . dogamia. cada uma delas homozi. apenas os camundongos com genótipo Uma linhagem mutante é denomi11ada naked (nua) N-H. qua11do gota para uma mutação recessiva descoberta em se. . era filho de um casamento de primos em Sem contar o indivíduo endogâmico. outra mutação recessiva. cruzamento de dois mutantes homozigotos quais- . esperamos enco11trar muitos ge11ótipos diferentes te puras de camu11dongos.terão pelos. Depois. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. cal. o geneticista observa de camundongos que serão N-H. o Nesse heredograma existem dois ancestrais comuns.ra. / n = mutação naked. A cor dos olhos do tipo selva- por cruzamento dessas li11hagens são. esperamos que 200 X 0. o descobridor do coeficie11te de e11. As frequê11cias obsenradas de 115 do tipo tes. Com esses símbolos.56 (pela Regra da Multiplicação de Pro- dongos mutantes i1a F2 . os genótipos das linhagens produz olhos brancos. grau (Dr. em uma amostra de 200 i11- Resposta: As mutações naked e hairless não são alelos por- divíduos da F2. jam do tipo sel. H = alelo selvagem 2. Wright e identifique seus ancestrais comuns sejam afetados por e11dogamia prévia. notamos que. homozigoto.ragem e 85 mutantes estão próximas desses nú- mos primeiro adotar símbolos para essas mutações meros esperados. porta11to. Para ''erificar se as duas homozigoto hh ou homozigoto para os dois alelos / mutações são alelos. / moscas da ~ ti11ham olhos vermelhos. po. o coeficie11te de e as alças endogâmicas criadas por eles. que. va- sel. as mutações w e y i1ão A B são alelos do mesmo gene. o geneticista promove o cru. e a frequência de camundongos que são alelos? Como você explicaria a segregação dos serão nn ou hh (ou ambos) é (1/ 4) + (1 / 4) . A frequência desses camundongos da F 1. supondo-se que os ancestrais comuns não do Dr. Na mosca-das-frutas uma mutação recessi. Híbridos produzidos por Hh.ríduo endogâmico. nas moscas da F2 . do pr1me1ro grau e: tipo selvagem. todo o corpo partirmos do pri11cípio de que a distribuição dos recoberto por pelo.é (3/ 4) X (3/ 4) 115 camundongos do tipo selvagem e 85 camu11.ragem. e cada um deles define uma alça e11dogâmica que lação ao mutante y. e concluímos que pelo me11os dois ge11es controlam a cor dos olhos i1es- sa espécie. e uma terceira mutação recessiva.não terão pelos. Portanto. i1a prole. v. Uma alça está no lado 6. E possível prever as zame11to de camundongos naked e hairless. endogamia da prole do casamento de primos em primeiro cule o coeficiente de endogamia do Dr. V\Tright) é (1/ 2) 5 + (1/2) 5 = 1/ 16. Assim. e NN hh (hairless).ragem. e a outra. E evide11te que a condição homozigota ww produz olhos brancos Sewall Wright sejam quais forem os alelos do gene y. w. recessivos . a proporção de segregação feno tí- pica afasta-se da proporção 9:3:3: 1 esperada para dois ge11es com distribuição i11dependente. termina no indi.homozigoto nn. A F2 tem apenas três classes. obser. olhos casta11hos. Construa o heredograma da família pessoas.ramos que todas as Resposta: O heredograma do casamento de primos em . Depois do intercruzamento ge11es naked e hairless é indepe11dente. impede o surgime11to de pelos i10 cor- parado que impede a formação de pelos no corpo. Quando há intercruzamento desses híbridos. cada alça tem cinco primeiro grau. Um ge11eticista obteve duas linhage11s geneticame11. Nn gem é vermelho-escura. As mutações naked e hairless babilidades) . Os híbridos da F 1 produzidos bw. Para explicar a proporção fenotípica na F2. mutante w deve ser co11siderado epistático em re- A e B. Wright. Sewall Wright. isto é.56 = 112 se- que os híbridos da F 1 têm fenótipo sel. isto é. aparecem na proporção de 9 de olhos vermelhos: 4 de olhos / brancos: 3 de olhos amarelos.ragem e que 200 X 0. Toda a frequê11cias dos fenótipos selvagem e mutante se prole tem fe11ótipo sel. = 9/ 16 = 0. no lado direito. que ge11e controla a expressão de que pigmento? Os genes podem estar B D organizados em uma via de acúmulo de pigmento? A E Resposta: As três mutações definem três genes diferentes porque quando há cruzamento de duas mutações ho- mozigotas quaisquer.ríduos acabam por co11. Assim. 3. o ge11e v do tipo selvagem (3) A BE (n = 3) controla a expressão do pigmento castanho. No h eredograma a seguir. AYA + riam esperados a partir dos seguintes cruzame11tos: (a) c+c+ X cc. Para cada cruzame11to a seguir. Para calcular o coeficiente de endogamia de M. Precursor 1 Precursor 2 gene bw+ gene v + Pigmento vermelho Pigmento castanho gene w + Olhos vermelho-escuros Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 4. A mutação w impede a expressão de M todo o pigmento porque as moscas homozigotas para ela não têm pigmento vermelho nem pigmento cas. o ge11e (4) ADE (n = 3) bw do tipo selvagem controla a expressão do pigmen- to vermelho. (g) ata X aa. ( c) c+r. Podemos FM. e o gene w do tipo selvagem é i1eces. agouti com ve11tre claro. determi11e a um homem que tem tipo sanguíneo MN? cor da pelagem dos pais e as proporções fe11otípicas esperadas na prole: (a) AYAL X AYA L. (e) ALAL X AYA +.4 Em várias p la11tas. não se desenvolvem porque esses alelos são: AY. Existem qua- pigmento castanho porque as moscas homozigotas para ela têm olh os vermelhão (vermelh o-brilhantes) . B. A +a1 X ata. (f) alelos do gene e. (f) d1c X cc? vo vermelho. como s1si. pelagem amarela. sublinhado): ( 1) ABC D E (n = 5) melho porque as moscas homozigotas para ela têm (2) A D C BE (n = 5) olhos castanh os. porque tanho nos olhos. A+. 4. calcule o coeficie11te de nações mutantes duplamente homozigotas têm olhos endogamia de M. C e D.w= (1/ 2) 5 + (1 / 2) 5 + (1 / 2) 3 + (1/ 2) 3 = 5/ 16 sas 'rias depende do gene w de tipo selvagem. tro alças e11dogâmicas disti11tas (ancestral comum e a mutação bw impede a expressão do pigmento ver. Quantos genes essas três mutações definem? e Se a cor vermelho-escura dos olhos do tipo sel. sário para a expressão dos dois pigme11tos. a coloração da pelagem depende de (c) ata X AYa. o pólen si é i11eficaz em estigmas si-. o goto letal. Que prole seria .ragem. (b) AYa X ALa1. A partir das informações aprese11. preta e castanho-amarelada. AL.1 Que tipos sanguíneos poderiam ser observados nos (tipo selvagem). e todas as combi. agouti póle11 S1 é eficaz em estigmas S2S3. e a. No e11tanto. (d) cr:" X cc. um vermelho e outro casta11ho. mas homozi.rergir em M. 4 . Combinações ho- mina a cor da pelagem.ragem se deve ao acúmulo de dois pigmentos diferentes.2 Em coelhos.h X c+r:". Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 83 quer têm olhos vermelho-escuros. mozigotas. a prímula e o tre- (e) c+d1 X c+c. a prole tem a cor dos olhos do tipo sel. e (i) AYAL X tadas neste capítulo. Na ordem de domi11ância. como o tabaco. Resposta: M tem três ancestrais comuns. bilidade reprodutiva das p lantas. elevamos 1/ 2 à potência n para cada alça e so- resumir esses achados propo11do que cada pigmento mamos os resultados: é expresso de maneira diferente e que a fu11ção des- F. filhos de uma mulher que tem tipo sanguíneo Me preta. a mutação v impede a expressão do duas linh as de descendência de cada um desses in- di. (h) AYAL X A+at. (b) c+c X c+c. (d) A Lat X ALAL. a1.3 Em camundongos. constatou-se que as combinações de alelos da oosfera e do pólen influenciam a compati- 4. que fenótipos e proporções se. brancos. uma série de cinco alelos deter. No heredograma a seguir. Segundo a mãe. 25 azuis. (c) flores azul-turquesa.10 Uma linhagem japonesa de camundongos tem genótipo da planta-mãe): (a) S1S2 X S2S'.84 Fundamentos de Genética esperada dos cruzamentos a seguir (o primeiro é o 4. o pai gene totalmente diferente. casaram-se e tive- 4. Dois homens diferentes 4. qual é a chance de que considerarmos que há distribuição independente tenha calvície na vida adulta? dos genes para os sistemas ABO e MN de tipagem sanguínea.16 O heredograma a seguir mostra a herança da ata- lhos desse casal e em que proporções? xia. azul-clara azul-turquesa.5 A partir das informações no capítulo sobre os tipos coordenado dos camundongos. 25 azul-turquesa IV 3 azul X azul 86 azuis. um sanguíneos ABO. (c) [Ai X P. E possível brancas determinar por experimentos genéticos se Plum é 11 azul-turquesa X todas azul-claras um alelo dos genes !Yrown ou purp!.e? branca 4. v. os heterozigotos para essas duas mutações 25 azul-turquesa têm olhos vermelho-escuros. Recentemente. verificar se as mutações waltzinge tango são alelos e. e (d) [Ai X iz? ordenado. o outro. Quantos genes e alelos tomam parte na herança da 4. Um tem sangue tipo A e bio hereditário recessivo. sangue tipo B. que tipos sanguíneos podem ter os fi. roxa. !Yrown 5 roxa X roxa 69 roxas. do tipo selva- 8 azul-turquesa X todas azul-turquesa gem. mutações recessivas em um azul-turquesa dos dois genes de distribuição independente. mação é digna de crédito? em caso afirmativo. denomi- S'~. Proponha um teste para do bebê era um homem com sangue tipo AB. denominada tango. entanto. 22 e purp!. homozigotos para qualquer uma 6 roxa X azul 50 roxas. No 7 roxa X azul 54 roxas.14 A partir das informações apresentadas no capítulo. mas nenhuma das filhas azuis.12 Na mosca-das-frutas.9 Uma mulher que tem sangue tipos O e M casa-se eles tiverem um filho. azul-clara ou branca. dois homens e duas cor das flores? Indique todos os genótipos possí. Nem o pai nem a mãe têm calvície. (c) ~S' X ~S'. ou seja. 29 4. ser um alelo do gene waltzing ou a mutação de um também com sangue tipo O.13 A mutação dominante Plum na mosca-das-frutas . (b) SS2 X uma marcha peculiar e descoordenada. Essa mutação. causada por um alelo re- cessivo. azul-turquesa.8 A cor das flores de plantas em determinada população ram quatro filhos com audição normal. 4. 51 azuis dessas mutações têm olhos roxo-acastanhados. tem calvície. pode 4. (b) JAP X ii. proponha símbolos para desig- ná-las. O alelo dominante V causa o movimento 4.11 A surdez congênita em seres humanos é um distúr- reivindicam a paternidade. ções? 23 azul-claras 10 azul-clara X 60 azul-claras. 52 4. Os dados genéticos podem dois indivíduos surdos. qual é a chance de que o filho tenha calvície na vida adulta? com homem que tem sangue tipos AB e MN. um distúrbio neurológico raro caracterizado . que fenótipos e proporções são geneticista estudioso de camundongos isolou outra esperados dos seguintes cruzamentos: (a) [AJA X mutação recessiva causadora de movimento desco- PP. (e) flores brancas. (a) Se uma das filhas casar com um homem não calvo e 4. Se (b) Se o casal tiver uma filha. O intercruzamento desses heterozigotos du- azul-turquesa plos produzirá que tipos de prole e em que propor- 9 roxa X azul 49 roxas.e. mulheres. provavelmente homozigo- decidir em favor de um deles? tos para uma mutação recessiva. (b) flores dos filhos homens é calvo. 29 azul-turquesa 4 roxa X azul-turquesa 49 roxas. 4. (d) flores azul-claras. A afir.7 Outra mulher com sangue tipo AB deu à luz um bebê com sangue tipo B. 31 também causa olhos roxo-acastanhados.15 Um casal tem quatro filhos. Assim.6 Mulher com sangue tipo O deu à luz a um bebê. 26 azuis. um veis para estes fenótipos: (a) flores roxas. Proponha pode ser azul. impedem a síntese de pigmento vermelho azul-turquesa nos olhos. 12 branca X branca todas brancas explique por que camundongos de pelagem amare- 13 roxa X branca todas roxas la não são geneticamente puros. uma explicação: Uma série de cruzamentos entre diferentes membros da população produziu os seguintes resultados: 1 o Cruzamento Pais Prole li 1 roxa X azul todas roxas Ili 2 roxa X roxa 76 roxas. e (d) S'~ X S'SS? nada waltzing (valsante). qual é a proporção da segregação (d) Rrpp X rrpp fenotípica esperada? 4. as galinhas Leghorn têm penas brancas. não há cor no peito. o alelo dominante B produz a enzima ati- 4. No entanto. Vermelho ~Az. terminada por quatro genes de distribuição inde- que não sintetizam pigmento castanho. Os alelos recessivos de cada cas-das-frutas homozigotas para a mutação recessiva um desses genes (a.20 A raça Leghorn branca de galinhas é homozigota peito. A raça ca e indique os genótipos das aves nas três gerações. e.24 O martim-pescador da Micronésia. e. na ausência desse alelo momina. outras vezes intercruzamento da prole de CC GG e cc g. Precursor branco -~•~ Amarelo -----i)lo~ Laranja . ( i. e há segregação da FI na proporção de 1 círculo: 2 radas no intercruzamento da prole de uma galinha escudos: 1 triângulo. O gene B controla a conversão do pigmento cinza PI em um pigmento preto P 2. e e á) produzem enzimas brown têm olhos roxo-acastanhados porque não sin. O gene A controla a conversão de um pigmento li branco P 0 em um pigmento cinza PI. b. também é homozigota para o uma proporção fenotípica da F2 de três círculos: alelo dominante I de um gene de distribuição in. Halcyon cinna- determina a cor amarela.18 O cruzamento de galináceos de crista rosa com cris.. impede a reação P 0 ~PI .. B e C (a) RRPp X rr Pp têm distribuição independente e não há participa- (b) rrPPX RrPp ção de outros genes. do terceiro gene mine os genótipos dos pais.. O intercruzamento dessa prole produziu ridas. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 85 por movimentos descoordenados. Quais são os fenótipos da F2 e as proporções espe. anormais que não catalisam uma reação da via de tetizam pigmento vermelho.22 Considere o seguinte esquema hipotético de de- 1 terminação da cor da pelagem em um mamífero. Por termine o mecanismo de herança dessa característi- isso. e. escudo ou triângulo.25 Em uma espécie de árvore. Na F2 do cruzamento AA bb (e) Rr Pp X Rrpp CC X aa BB cc. A partir das informações totalmente a atividade da enzima produzida pelo sobre as interações entre esses dois genes apresen- gene A.23 Que proporção de segregação fenotípica da F2 se- ta noz produziu 15 pintos de crista noz. isto é. portanto. As mos. no genótipo gg). determine os fenótipos espera- e desse gene produz um polipeptídio defeituoso dos nos cruzamentos a seguir e suas proporções: que não inibe a reação P 0 ~ P Iº Os genes A. As mutações brown e scarl. o alelo do- Ili minante A produz a enzima necessária para essa conversão. enquanto uma enzima inativa. O alelo tadas no capítulo. O diagrama homozigotas para essas duas mutações têm olhos dessa via é o seguinte: brancos porque não sintetizam nenhum tipo de A B C pigmento. seis escudos: três triângulos: quatro sem cor. A ata:xia é causa. Wyandotte branca de galinhas não tem alelo para (b) Quando se cruzam um macho sem cor no peito cor nem inibidor da cor. dade da enzima produzida pelo gene A? Quando o fruto é colorido.19 Aboboreiras que têm o alelo dominante C produ. Um macho com um triângulo dere a distribuição independente dos genes C e G. têm genótipo terceiro gene produz um polipeptídio que inibe rr pp) têm crista simples. o genótipo é cc e uma fêmea que tem um escudo colorido no peito ii. Quais serão os tipos de prole do intercruzamento de moscas-das-frutas heterozigo- .gY Consi. Em algumas aves. a cor do fruto é verde. B. 5 de crista ervilha e 6 de crista simples. Deter. enquanto as plantas homozigotas impedisse a reação PI~ P 2 em vez de inibir a ativi- para o alelo recessivo e produzem fruto colorido.21 As moscas-das-frutas homozigotas para a mutação 4. e toda a prole tinha um escudo colorido no para o alelo dominante e. peito. Quais a cor vai até o peito.17 Os galos que têm os alelos para crista rosa (R) e va para essa conversão. 4. colorido foi cruzado com uma fêmea sem cor no 4. o alelo dominante e de um os que não têm esses dois alelos ( i. e o alelo recessivo b produz crista ervilha (P) apresentam crista noz. tem a face cor de canela.ul ção independente. e o alelo recessivo a produz uma enzi- IV ma sem atividade bioquímica. pendente: A. zem fruto branco. o alelo dominante G 4. (a) De- dependente que inibe a coloração das penas. tas para essas duas mutações? Em que proporções? da por um alelo dominante ou recessivo? Explique. atividade da enzima produzida pelo gene B. produzindo um desses três de- são os fenótipos da F2 e as proporções esperadas no senhos: círculo. As moscas-das-frutas biossíntese do pigmento da semente. que produz penas colo. a cor da semente é de- recessiva scarl. isto é.et têm olhos vermelho-brilhantes por. quais são os genótipos dos pais Leghorn branca com um galo Wyandotte branco? e da prole? 4. anterior se o alelo dominante. 14 de crista ria esperada no cruzamento descrito no problema rosa. determinasse um produto que inibisse totalmente a 4. C e D.et têm distribui. 4. e. ambas de linha- gens geneticamente puras. branca e azul do cruzamento. em terceiro grau mento branco. primeiro grau 4. b. Qual é o coeficiente de pigmento rosa. P 2. produz uma é cruzada com B e B é cruzada com C.86 Fundamentos de Genética Na presença de pigmentos . e Tim. do ter- híbridos A X B são cruzados com C. de endogamia de A. P 3. Arvores com os genótipos Aa Bb determinada apenas por esses quatro genes e que Cc Dd e Aa Bb Cc dd foram cruzadas. B Prole . e o alelo recessivo. B e C são linhagens endogâmicas de camun- lo dominante. consideradas totalmente homozigotas. 4. que proporção das (b) Que proporção da prole do cruzamento terá semen. produz um polipeptídio defeituoso que não blo. e o alelo recessivo e a especifica uma enzima defeituosa sem atividade Prole de primos bioquímica. Todas as plantas da FI tinham flores vermelhas. A essa conversão. produz uma enzima alterada incapaz de realizar essa conversão. (b) Proponha uma via bioquímica para determinação da cor da pelagem e indique como os genes rele.31 Mabel e Frank são meios-irmãos.30 A. (a) Sugira uma explicação para a he- rança da cor da pelagem em cães labradores. Depois os enzima defeituosa. D.28 Considere a seguinte via de biossíntese de pigmen. o ale- 4. Se Mabel casar com isto é. esses dois pares de meios-irmãos dio que inibe totalmente a atividade da enzima C. não têm ancestrais comuns. em um pigmento rosa. vermelho e azul. O gene B controla a conversão do pig. bloqueia a reação P 2 ~ P 3• O alelo recessivo. 4. de tos controlada geneticamente nas flores de uma primos em planta hipotética: segundo grau gene A gene B gene C i enzima A i enzima B i enzima e Suponha que o gene A controla a conversão de um pigmento branco. plantas terá (a) flores vermelhas? (b) flores rosa? tes brancas? (c) flores brancas? (c) Determine as proporções relativas de prole verme- 4. . o alelo dominante A especifica uma enzima necessária para essa conversão.de meios-primos em vantes controlam a cor da pelagem. Toda a prole da F I foi pre- ta. 39 amarelos e 30 chocolate. O inter- cruzamento dessas plantas da F1 produziu uma F2 constituída de 177 plantas com flores vermelhas e 142 com flores brancas.27 Duas plantas com flores brancas. (a) Proponha uma expli- cação para a herança da cor das flores nessa espécie de planta. B. filho. A Prole . em outro pigmento branco. e a prole é cru- ceiro gene especifica uma enzima que converte o zada com os híbridos B X C. PI. (b) Proponha uma via bioquímica para a pigmentação das flores e indique os genes e as etapas controladas por eles nessa via.29 No heredograma a seguir quais são os coeficientes lha. Entretanto.26 Vários cruzamentos foram feitos entre linhagens geneticamente puras de cães pretos e amarelos da raça Labrador retriever. P 0 . queia essa reação. as se. a distribuição seja independente. Na F2 de um cru- zamento entre plantas do genótipo AA bb CC DD e (a) Qual é a cor das sementes nesses dois genótipos pa- rentais? plantas do genótipo aa BB cc dd. Suponha que a cor da flor seja mentes são roxas. Tim. O alelo domi. produz a enzima necessária para dongos. e. O intercruzamento dessa prole produziu uma F2 constituída de 91 animais pretos. de um quarto gene produz um polipeptí. endogamia da prole desse último cruzamento? seu alelo recessivo. que fração de seus genes as crianças terão em . o alelo dominante. B e C? 4. em um pigmento vermelho. assim como Tina nante. P 2. Frank casar com Tina e cada casal tiver um d. foram cruzadas. PI. . o com- primento da espiga cai para 20 cm. essa mutação é letal. entre esse gene e o gene que. quando mutante. um alelo dominante Você suspeita da existência de uma relação evolutiva do gene a. a que distúrbio nome oficial desse gene? esse gene. Encontre uma descrição desse gene no banco de dados do genoma do camundongo.32 Suponha que o coeficiente de endogamia de I no o comprimento da espiga se a autofertilização for heredograma a seguir seja de 0. entre primos em primeiro grau? Depois de uma geração de autofertilização.33 Uma linhagem polinizada aleatoriamente de milho . ~ . Depois pesquise A<Y> ou Tyr. Os seres humanos têm um gene relacionado com o gene banco de dados do genoma do camundongo.nlm. tesco entre as crianças sera maior ou menor que produz espigas com comprimento médio de 24 cm.nih. causa em condição homozigota.ncbi. a mutação AY. Esse Dica: No site. Qual é o Tyr dos camundongos? Caso tenham.25. 1. depois em gene codifica a enzima tirosinase. quando mutante. 4. que catalisa uma Gene. clique em Popular Resources. Qual deverá ser 4. Capítulo 4 1 Extensões do Mendelismo 87 comum em razão da ascendência comum? O paren. Qual é o coefi- mantida por mais de uma geração? ciente de endogamia de C. poderia estar associado? 2. No camundongo. também simbolizado por e. torna a pelagem amarela em vez de agouti. albinismo em coelhos? Encontre a descrição do gene a e de seu alelo AY no 3. ov "----~~~~~~~~- A cor da pelagem em mamíferos é controlada por muitos etapa na produção do pigmento melanina a partir do genes diferentes. O albinismo em camundongos é causado por mutações recessivas no gene Tyr. o ancestral comum de I? e Genômica na Web em htt ://www. aminoácido tirosina. o estudo das células. em um dos cromossomos sexuais. Morgan formulou a hipótese de que esse gene estava localizado Morgan era o geneticista e Wilson. renças nos cromossomos dos dois sexos. produzia diferentes proporções fenotípicas em machos e fêmeas. Wilson estava interessado no comporta. Graças ao estudo meti- minino nos organismos? Por que existem apenas dois fenótipos culoso. Ele concentrou a pesquisa na mosca-das-frutas. pesquisadores dos três campos estão empenhados em entender como esses genes controlam o desenvolvimento sexual. Morgan estava interessado na identifica- antes distintas. A descoberta de que genes específicos determ inam o sexo de um organismo ocorreu muito ma is tarde. Os fatores genéticos abstratos postulados por Mendel foram finalmente localizados em estruturas visíveis nas células. Essas estruturas teriam sua importân.o estudo da hereditariedade . chamados Essas questões e outras relacionadas intrigaram geneticistas des. a genética . e descobriu rapidamente um gene que ciplinas se un iram graças à amizade entre do is notáve is cientis. somente depo is que outra disciplina científica. . cromossomos e genes inclusive na nossa. e os geneticistas já poderiam explicar os princípios da se- gregação e distribuição independente pelo comportamento dos . citolo- gistas. Calvin Como citologista. do sexo emergiu de uma fusão entre duas disciplinas científicas Como geneticista. acabou provando que sua hipótese estava certa. desses cromossomos durante a me iose poderia ser responsável A descoberta de que os genes influenciam a determinação pela herança do sexo. o citologista. A des- mento dos cromossomos. Bridges. Wilson constatou que o comportamento de a redescoberta do trabalho de Mendel no início do século 20. citologia . coberta de Morgan de que os genes estão nos cromossomos fo i um grande avanço. Hoje. A mosca-das-frutas. tas americanos. Drosophila melanogaster. cromossomos na meiose. Drosophila melanogaster. No início do século 20. Wilson foi um dos primeiros a investigar dife- O que det ermina o desenvolvimento do sexo masculino ou fe. A e ase romossom1ca • e ismo PANORAMA Cromossomos Teoria cromossômica da hereditariedade Genes ligados ao sexo em seres humanos Cromossomos sexuais e determinação do sexo Compensação de dose de genes ligados ao X eia comprovada na determ inação do sexo em mu itas espécies. cromossomos sexuais.e a ção de genes. Thomas Hunt Morgan e Edmund Beecher Wilson. Graças aos seus esforços conjuntos. geneticistas e biólogos moleculares identificaram genes específicos de determ inação do sexo pelo estudo de indivíduos raros cujos fenótipos sexuais eram incompatíveis com os cromos- somos sexuais presentes. e um de seus alunos. a biologia molecular. essas dis. se juntou à ge- nética e à citologia. Sexo. ele e seus colaboradores mostraram que essas diferenças sexuais? O sexo de um organismo é determinado por seus genes? eram lim itadas a um par especial de cromossomos. Tomate (Lycopersicon esculentum) 12 do os corantes são aplicados. em que o "O" i11dica a au- com a espécie. o número básico é 23. Algumas regiões da Crucífera (Arabidopsis thaliana) 5 cromatina apresentam coloração mais escura que outras. Consequentemente. a outra metade não recebe cromossomo X. quan. Estrela-do-mar (Asterias forbesi) 18 Nematódeo (Caenorhabditis elegans) 6 Mexi lhão (fvtytilus edulis) 14 NÚMERO DE CROMOSSOMOS Animais vert ebrados O i1úmero de cromossomos de uma espécie é quase sem. os cromossomos reinhardtii) i1ão são observados com facilidade. Camundongo (/vtus musculus) 20 mos. dura11te a divisão.1). Como há igual probabilidade dos dois Em algumas espécies de a11imais como os gafanhotos. Chimpanzé (Pan troglodytes) 24 manos. "diferente"). A observação é melhor qua11do se apli. A maioria dos outros tipos de células humanas tem o Galinha (Gallus domesticus) 39 dobro (46) . por exemplo. Duran. As regiões claras são a eucromatina (do grego. Explo. há pareame11to dos dois cromossomos X. produzindo ovócitos que contêm um só cro- 10 e 40 cromossomos em seus genomas (Tabela 5. º''ócitos e Gato (Felis domesticus) 36 espermatozoides maduros têm esse número de cromosso. sê11cia de um cromossomo. Número de cromossomos em diferentes organismos. Dura11te a meiose i1a fêmea. o mecanismo reproduti''º presenra uma proporção as fêmeas têm um cromossomo a mais que os machos 1:1 de machos e fêmeas i1essa espécie. cerevisiae) terial de um cromossomo é co11densado em um pequeno Bolor do pão (Neurospora crassa) 7 volume e assume a aparência de um cilindro firme. que dão origem a fêmeas. que dão CROMOSSOMOS SEXUAIS origem a machos. "verdadeiro"). Animais invertebrados sugerindo uma diferença da organização. As células que têm quatro unidades de ser. o cromossomo muntíaco. tem apenas três X solitário desloca-se separadamente de todos os outros cromossomos i10 ge11oma. O i1úmero de cromossomos não está rela. e as regiões es. Vegetais res cora11tes. Orga nismo cromossomos tigações subsequentes com diferentes organismos ''erifica- ram que os cromossomos são característicos dos núcleos Eucariotos simples de todas as células. Em seres hu. apenas um. Alga verde unicelular (Chlamydomonas 17 te a intérfase. . tenham o quádruplo (92) do número básico. e assim por diante. todo o núcleo é corado. Esse cromossomo extra. Waldeyer. cio11ado com o tama11ho i1em com a complexidade bioló. e Fava (Vicia faba) 6 i1ão é possível identificar cromossomos i11di. Fermento de pão (Saccharomyces 16 cam corantes às células em divisão. cada cromossomo são tetraploides (4n) . porta11.riduais. originalmente ob- to. e11quan to algumas espécies de cromossomos e é incorporado à metade dos espermato- samambaia têm muitas ce11te11as. Os cromossomos foram descobertos na segunda metade Número haploide de do século XIX por W. tipos. o ma. citologista alemão. e a maioria das espécies tem entre separam.1 somos. e XO. como determinadas célu- Sapo (Xenopus laevis) 17 las hepáticas. de- fine um conjunto de cromossomos denominado geno1na haploide. melanogaster) raremos o sig11ificado funcio11al desses diferentes tipos de Mosquito (Anooheles culicifacies) 3 cromatina no Capítulo 19. é diploide (2n). A maioria das células somáticas contém duas unidades de cada cromossomo desse conjunto e.1A). mesmo com os melho. que depois se gica de um orga11ismo. Durante a meiose no macho. um pequeno veado asiático. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 89 Cromossomos Cada espécie tem um conjunto característico de cromos- Tabela 5. Os cromossomos em i11térfase apresentam-se Milho (Zea mays) 10 frouxamente espiralados e formam filamentos delgados Trigo (Triticum aestivum) 21 distribuídos por todo o i1úcleo. ou básico. a união de espermatozoides e ovócitos produz dois tipos de zigotos: XX. Peixe (Esox lucius) 25 O número de cromossomos (n) haploide. é denominado cromossomo X. (Figura 5. as fêmeas são citologicamen- O i1úmero básico de cromossomos varia de acordo te XX e os machos são XO. Essa Sequoia gigante (Sequoia semoervirens) 11 rede difusa de filamentos é a cromatina. assim. Homem (Homo sapiens) 23 pre um múltiplo par de um número básico. O mossomo X. Assim. entre as di. Mosca-das-frutas (Drosophila 4 curas são a heterocromatina (do grego. machos. zoides.rado em outros insetos.risões celulares. embora algu11s tipos. Inves. as que têm oito são As fêmeas dessas espécies têm dois cromossomos X e os octaploides (8n). rante a meiose no sexo masculino. Du- Herança de cromossomos sexuais em animais com fêmeas XX e machos XV. O material comum aos cromossomos huma- A 9 d nos X e Y é limitado e consiste principalmente em segmen- tos curtos perto das extremidades dos cromossomos. o número de cromossomos é igual nos dois sexos anos do século 20 graças ao trabalho dos citologistas ame- (Figura 5. Teoria cromossômica da hereditariedade Os estudos sobre a herança de uma característica ligada Em 1910. com X. Na idade reprodutiva. Esse objetivo exigia que o pendente de Mendel.1 Herança de cromossomos sexuais em animais. cromossomos sexuais foram descobertos nos primeiros nos. O cromossomo mendelismo e estimulou a pesquisa sobre possíveis rela- Y é morfologicamente diferente do cromossomo X. Essa igualdade numérica se deve à presen. Ani. produzindo dois tipos de espermatozoide. como alguns gafanhotos. M.3: 1. como seres humanos e Drosophila. que faz par com o X durante a meiose. o excesso de homens já foi pratica- mais com fêmea XX/macho XO.2). 9 d X X X o p X Região terminal Fl • FIGURA 5. B. os esper- matozoides Y levam vantagem na fertilização porque são Fl mais leves e movem-se com mais rapidez.es constituem uma rede difusa de fibras denominada cromatina • Células somáticas diploides têm o dobro do número de cromossomos dos gametas haploides • Os cromossomos sexuais são diferentes entre os dois sexos. Animais mente eliminado e a proporção sexual é de quase 1:1. As regiões terminais são comuns aos dois cromossomos sexuais. e a proporção se- xual aproximada dos zigotos é de 1. um 9 y que tem X e outro que tem Y. enquanto os autossomos são iguais. PONTOS ESSENCIAIS • Os cromossomos individuais tornam-se visíveis durante a divisão celular. gene fosse definido por um alelo mutante e que fosse . em seres humanos. Nos ções entre os princípios de Mendel e o comportamento seres humanos. o Y é muito mais curto que o dos cromossomos na meiose. N. o cromossomo Wilson. Os cromossomos X e Y são cromossomos sexuais. Todos os demais cromossomos do genoma são autossomos. cerca de metade dos zigotos seria XX e a outra metade. Os pesquisadores precisavam de que o comportamento meiótico dos cromossomos é encontrar um gene que pudesse ser associado inequivo- a base dos princípios de segregação e distribuição inde. com fêmea XX/macho XY. o número de homens é apenas um B 9 pouco maior que o de mulheres (proporção de 1. Essa descoberta coincidiu com o surgimento do Y. os cromossomos X e Y se separam. W. Stevens. XY. e seu centrômero está mais perto de uma extremidade X X X o (Figura 5. o excesso de indivíduos do sexo masculino é X X diminuído pela diferença de viabilidade dos embriões XX e XY. Os indivíduos XX do sexo feminino p só produzem um tipo de ovócito. McClung. cujas frequências são apro- X X X ximadamente iguais.07:1).18). E. por exemplo. ça de um cromossomo no sexo masculino. A. B. Os Em muitos outros animais.2 Cromossomos X e Y humanos.90 Fundamentos de Genética Herança de cromossomos sexuais em animais X y com fêmeas XX e machos XO. camente a um cromossomo. S. Durante o desen- volvimento. levando a uma proporção sexual de 1: 1 na concepção. mas não tinham comprovação definitiva. ricanos C. Se a fertilização fosse aleatória. muitos biólogos suspeitavam de que os genes ao sexo em Drosophila ofereceram a primeira evidência estavam localizados nos cromossomos. Sutton e E. No entanto. • FIGURA 5. entre as divisões el. entre eles os seres huma. e ao nascimento. X. ta de um macho mutante da mosca que tinha os olhos As moscas XX.4A). do sexo vagem.48). um de seus alunos. Drosophila melanogaster. A transmissão da condição mutante em ASSOCIAM A HERANÇA DE GENES associação com o sexo sugeriu que o gene para cor dos olhos estava AOS CROMOSSOMOS presente no cromossomo X. tando uma diferente associação de cromossomos sexuais. fêmeas de olhos brancos com machos de olhos verme- A hipótese de Morgan é ilustrada na Figura 5. que têm pelo menos um alelo w+.Já as filhas herdam NÃO DISJUNÇÃO COMO um cromossomo X de cada um dos pais . Morgan iniciou os experimentos com essa espécie de mosca por volta de 1909. dependen- tipo selvagem. Dessa vez. olhos por dois alelos diferentes: w. cada uma represen. obteve a comprovação definitiva dessa teoria Fêmea Fêmea Macho Macho cromossômica da hereditariedade. Quando esse macho foi cruzado com fêmeas de masculino. meas é a razão pela qual metade dos machos da F2 tem vou um padrão peculiar de segregação: todas as filhas. lhos. essas fêmeas heterozigotas da CROMOSSÔMICA F 1 também têm olhos vermelhos. sua hipótese de que o que tem apenas uma cópia de um gene é denominado gene para cor dos olhos estava ligado ao cromossomo X hemizigoto. a ou. Assim.3 Experimento de Morgan para estudo da herança de EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS QUE olhos brancos em Drosophila. Os cromossomos X e Y são morfologicamente diferentes um do outro e de cada um dos autossomos. olhos brancos. Ao intercruzar essa sideradas homozigotas para o alelo w. e não vermelhos como as moscas do tipo sel. os filhos de sexo resistiu a outros testes experimentais.um X com w+ COMPROVAÇÃO DA TEORIA da mãe e um X com w do pai. Calvin w+ w+ w+ w w+ w B. e que os fenótipos branco e vermelho eram produzidos sexo apresentou olhos brancos e a outra metade. sugeria que a herança da cor dos olhos estava associada cruzou fêmeas da F 1 supostamente heterozigotas para o aos cromossomos sexuais. suge- rindo a localização física de um gene para cor dos olhos nesse cromossomo. lhos e todos os filhos. Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos vermelhos ais. Esse padrão elementos de sua hipótese. Morgan conseguiu mostrar que a mutação relativa à cor dos olhos era herdada com o cromossomo X. que são fêmeas. Ela era o objeto ideal para pesquisa genética V porque sua reprodução é rápida e prolífica e o custo da criação em laboratório é baixo. olhos brancos. Morgan fez outros experimentos para confirmar os tra metade dos filhos tinha olhos brancos. mas não no cromossomo Y. Na prole do cruzamento. como w+ é dominante em relação a w. Experimentos de Morgan começaram com a descober. Além disso. Por meio de experimentos meticu- losos. o padrão de transmissão do gene tinha de refletir o comportamento do cromossomo durante a re- p produção. Mais tarde. têm olhos vermelhos por- brancos. correlação entre a herança desse gene e a transmissão do . No intercruzamento dessa prole.3 . todas as filhas apresentaram olhos verme- meas de tipo selvagem no primeiro cruzamento são con. esses filhos têm olhos vermelhos. mas só metade dos filhos. só tem quatro w+ w w+ pares de cromossomos. da F 1• Portanto. Bridges. Morgan propôs que havia um gene da cor dos olhos com machos mutantes de olhos gene para cor dos olhos no cromossomo X. mas não no brancos. a segregação dos alelos w e w nessas fê- melho. Morgan demonstrou a existência de um gene para cor O intercruzamento de machos e fêmeas da F 1 produz dos olhos no cromossomo X de Drosophila por meio da quatro classes genotípicas de prole. e a outra me- e nenhum dos alelos no cromossomo Y Um organismo tade tinha olhos vermelhos. Presume-se que prole. masculino herdam um cromossomo X da mãe e um cro- mossomo Y do pai. Em um deles (Figura 5. do do cromossomo X herdado das fêmeas heterozigotas indicando que o branco era recessivo em relação ao ver. Morgan descobriu X w+ w+ w uma mutação específica associada à cor dos olhos na Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos brancos mosca-das-frutas. Todos esses requisitos foram atendidos quan- do o biólogo americano Thomas H. alelo mutante. cruzou selvagem. No entanto. como o X herdado da mãe tem o alelo w+. X X X y Além disso. toda a prole apresentou olhos vermelhos. um deles de cromossomos sexu. Morgan obser. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 91 possível fazer a distinção morfológica do cromossomo. Em outro experimento (Figura 5. metade da prole de cada Y. alelo vermelhos. Morgan observou a segregação esperada: metade seu parceiro tenha o alelo mutante w no cromossomo X da prole de cada sexo tinha olhos brancos. Como ele esperava. tinham olhos vermelhos. XX na fêmea e XY no macho. de olhos de olhos de olhos de olhos vermelhos vermelhos vermelhos brancos • FIGURA 5. As fê. têm olhos vermelhos ou brancos. e w. As moscas XY. A. C.) Como moscas excepcionais . e de um ovócito sem cromossomo X. por observação citológica direta. que moscas XXY eram fêmeas e que moscas XO eram cionais eram todos estéreis. As vezes. as fêmeas excepcio. o zigoto será Bridges realizou em maior escala um dos experimen. Bridges concluiu que em Drosophila o cro- • • excepcionais. A fertilização desses YO. porém.5 mostra as possibilidades. No entanto. o zigoto será x+o. X X X y p X Cruzamento entre uma fêmea heterozigota e um w w w+ macho mutante hemizigoto. quase nominado ovócito nulo-X) for fertilizado por um esper- todas as moscas da F 1 fossem fêmeas de olhos vermelhos matozoide que tem X (X+). Bridges. essa separação não ocorre. o único X nesse zigoto tem um alelo w+.4 Testes experimentais da hipótese de Morgan de que o gene para cor dos olhos em Drosophila está ligado ao X. Ele cruzou essas exceções para gem a uma mosca de olhos vermelhos. Ele confirmou as incluía grande quantidade de fêmeas de olhos brancos e constituições cromossômicas dessas moscas excepcionais machos de olhos vermelhos. B. dos cromossomos X nessas fêmeas durante a ~ anormais por espermatozoides normais poderia produzir meiose.92 Fundamentos de Genética Cruzamento entre uma fêmea mutante homozigota e um macho de tipo selvagem hemizigoto. Bridges deduziu descobrir como poderiam ter surgido. mossomo Y não tem relação com a determinação do fe- Bridges explicou esses resultados propondo que as nótipo sexual. Como cada cromossomo X nesse zigoto tem um tos de Morgan. Portanto. ou Bridges reconheceu que a fertilização de ovócitos separação. permatozoide com Y Os zigotos xwxwx+ dão origem a fê- . No entanto. Bridges encontrou algumas vez. Os machos excep. resultado da união de um ovócito duplo-X e um es- ovócitos anormais por espermatozoides normais produ. B. lizado por um espermatozoide que tem Y. Ele cruzou fêmeas de Drosaphila de olhos alelo w mutante. tendiam a ter muitos filhos eram machos. A Figura 5. foi um de seus alunos. Experimento de cruzamento de fêmeas heterozigotas com machos de olhos brancos. e os machos excep- vermelhos normais. foram estéreis. como ziria zigotos com número anormal de cromossomos observado antes. as fêmeas excepcionais de olhos bran- eram férteis e. nas fêmeas da geração P. (Mais uma ou machos de olhos brancos. Como os animais XO nais da F 1. ainda que raras. produziram prole abundante que cionais de olhos vermelhos eram x+o. quando cruzadas com machos de olhos cos que ele observou eram X!»X!»Y. com dois outros tipos de zigotos: x wx wx +. "O' designa a ausência de um cromossomo. o zigoto dará ori- chos de olhos vermelhos. como esperado. há disjunção. ele constatou que esse cromossomo tem tamento anormal do cromossomo X durante a meiose de ser importante para a função sexual do macho. cromossomo X durante a reprodução. brancos com machos de olhos vermelhos e examinou Se um ovócito sem um cromossomo X (geralmente de- muitos indivíduos da F 1• Embora. X!»XwY. mas as fêmeas excepcionais machos. Fêmea de olhos brancos Macho de olhos vermelhos X X X y V X X w+ w w w w+ w Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos brancos Fêmea de olhos vermelhos Macho de olhos brancos w+ w w w w+ w w w w w+ w w+ Fêmea Fêmea Macho Macho Fêmea Fêmea Macho Macho de olhos de olhos de olhos de olhos de olhos de olhos de olhos de olhos vermelhos brancos vermelhos brancos brancos vermelhos brancos vermelhos A B • FIGURA 5. genótipo x:vxw) for ferti- explicadas pelo comportamento dos cromossomos. Normalmente. resultado da união a produção de um ovócito com dois cromossomos X ou de um ovócito duplo-X e um espermatozoide com X. que comprovou a teoria cromossômica demonstrando Se um ovócito com dois cromossomos X (geralmente que exceções às regras de herança também poderiam ser denominado ovócito duplo-X. Experimento de cruzamento de fêmeas de olhos brancos com machos de t ipo selvagem. Assim.fêmeas de olhos brancos e ma. como os machos XO sempre moscas excepcionais da F 1 eram resultado do compor. sexuais. a mosca resultante terá olhos brancos. que os efeitos da não disjunção du- rante a meiose em machos também podem ser estudados com experimentos apropriados.principalmente o trabalho de Morgan e seus alunos . e produzem qua- tro t ipos de zigotos. Gera. ou seja. unem-se a espermatozoides normais. Essa ideia. Um cromossomos durante uma das divisões meióticas. Nesse último caso. Todas as exceções foram conse. a teoria cromossô- produzidos sem disjunção. embora comportamento meiótico dos cromossomos. porém. Os zigotos XXY dão origem a fêmeas de olhos brancos. Bridges observou os efeitos da não disjunção de cro- nulo-X mossomos ocorrida durante a meiose nas fêmeas. Essa separação fisica . mas a maioria morre. por ser causada por ausência da disjunção dos separam e se deslocam para polos opostos da célula. No entanto. Deve- mos notar. elas não tenham nada de "super". cromossomos homólogos. que dora para todos os estudos da herança. de pareamento impreciso ou in- completo ou de disfunção do centrômero. Os zigotos YO são to- talmente inviáveis. A constatação de que os genes es- inclusive asas irregulares e abdomes entalhados. Bridges notou que as fêmeas excepcionais XXY produzem uma alta frequência de prole excepcio- nal. os zigotos XO. chamada teoria brancos XXY cromossômica da hereditariedade. A partir dos p dados de Bridges. do mesmo gene. mas são fracas e doentes. contêm um cromossomo X ou um cromossomo Y.Alguns zigotos XXX dão origem a fêmeas de olhos vermelhos e doentes. Aa. é necessário ao menos um cromossomo X para Durante a primeira divisão meiótica. tica: (1) os alelos de um mesmo gene são segregados e Essas "metafêmeas" podem ser distinguidas das fêmeas (2) os alelos de dois genes diferentes são distribuídos de XX por uma síndrome de anormalidades anatômicas. figura como uma das con- • FIGURA 5.vermelhos XX (geralmente de olhos sexuais. Na anáfase da durante a meiose. Se a mãe era homozigota nal originada desses cruzamentos mostrou a relevância para um alelo. de um gene nesse cromossomo. do pai.fortaleceram mui- to a visão de que todos os genes estavam localizados nos cromossomos e que os princípios de Mendel podiam ser Macho de olhos Fêmea excepcional YO explicados pelas propriedades de transmissão de cromos- brancos XY de olhos (morre) somos durante a reprodução. a machos estéreis de olhos vermelhos. há pareamento dos que haja viabilidade. ou seja. tozoides morre) vermelhos XO Esses estudos iniciais com Drosaphila . esses ovócitos anormais produzem zigotos excepcionais. Quando fertilizados por esper- Ovócitos normais Ovócitos não disjuncionais matozoides normais. provavelmente porque a disjunção de seus cromosso- X X X y mos sexuais pode ocorrer de diferentes maneiras: pode X haver disjunção dos cromossomos X ou disjunção dos dois X do Y. tão localizados nos cromossomos tornou possível expli- ções de geneticistas denominaram-nas impropriamente car esses princípios (bem como as exceções a eles) pelo de "superfêmeas". como Princípio da segregação na maioria dos outros organismos que têm cromossomos sexuais. termo cunhado por Bridges. Teste seu conhecimento sobre o experimento de Bridges solucionando o proble- Fêmea de olhos Macho excepcional ma do boxe Resolva!: Não disjunção de cromossomos Metafêmea XXX • Esperma. DE SEGREGAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO INDEPENDENTE DE MENDEL Mendel elaborou dois princípios de transmissão gené- meas que têm olhos vermelhos. modo independente. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 93 Fêmea de olhos brancos Macho de olhos vermelhos falha pode ser consequência de problemas no movimen- to dos cromossomos. Bridges chamou a anomalia de não primeira divisão meiótica. há produção de um ovó- w w cito duplo-X ou nulo-X porque o X que não se separa do Y está livre para se mover para qualquer polo durante a primeira divisão meiótica. que contêm dois cromossomos X ou não mica da hereditariedade garantiu uma estrutura unifica- contêm cromossomo X. é impossível especificar a causa exata. a. a quência do comportamento anômalo dos cromossomos prole tem de ser heterozigota. Essa leva o alelo A e o outro. e os BASE CROMOSSÔMICA DOS PRINCÍPIOS zigotosYO morrem.5 A não disjunção do cromossomo X é responsável pela quistas mais importantes no campo da biologia. morrem. Um dos homólogos é herda- A capacidade de Bridges de explicar a prole excepcio. os cromossomos pareados se disjunção. Ovócitos sua formulação no início do século 20. do da mãe e o outro. era homozigoto para outro alelo. Em Drosophila. o alelo a. Desde prole excepcional observada no experimento de Bridges. A. e o pai da teoria cromossômica. para o outro. Dura11te binação (A b ou a B). eles se- rão distribuídos para células-filhas diferentes. por fim. é preciso considerar genes em dois olhos brancos estéreis. (b) várias fêmeas de olhos vermelhos com pares diferentes de cromossomos. metade As probabilidades desses alinhamentos são iguais. há pareamento ~ Leia a resposta do problema no site dos cromossomos com alelos A e a e também dos cro. machos e fêmeas. total. Como há dois A e B sigam para o mesmo polo e uma chance de 50% pares de cromossomos. e o tra. Na metáfase. O dos gametas deve conter uma combinação parental de espaço separa diferentes pares de cromossomos. No fim da meiose. em qual dos pais ocorreu a não disjunção de uma fêmea AA BB com um macl10 aa bb. • FIGURA 5. a base do princípio da segregação de Mendel (Figura 5. No entanto. dos alelos A e a. ''eis na metáfase: há uma chance de 50% de que os alelos a e b sigam para o mesmo polo e uma chance de 50% de que sigam A B A b .6) é a separação de cromossomos homólogos durante a aná.7) também é a separação na anáfase. uma chance de 50% de que os alelos tado do comportamento independe11te dos dois pares Metáfase 1 Anáfase 1 Telófase 1 Telófase li Cromossomo herdado da mãe A a a a C I \ I \ 1 ! Cromossomo herdado do pai a C I tl :> Cromossomos replicados pareados Há disjunção dos Cromossomos e alelos Cada alelo é encontrado deslocam-se até o equador da célula. Se o gene para cor dos olhos está no cromossomo X (mas terozigoto Aa Bb tenha sido produzido por cruzamento não no cromossomo Y}. vermelhos e era normal em outros aspectos. os alelos acima dos traços vão para um polo e gametas. asas irregulares e abdomes entalhados e (c) uma fêmea de olhos brancos. tinha olhos A base do pri11cípio da distribuição i11depe11dente (Fig. há dois alinhamentos distinguí. Portanto. Haverá ao todo quatro tipos de a a11áfase. Um pesquisador cruzou machos de olhos brancos e fêmeas de olhos vermelhos de duas linhagens geneticamente puras de Dro- Princípio da distribuição independente sophila. há. mossomos com alelos B e b. Quando há disjun. portanto. os dois pares ocupam suas posições no fuso meiótico preparando-se para a separação i1a anáfase iminente. cada um deles correspondente a um quarto do os alelos abaixo deles. Essa igualdade de frequências de gametas é resul- ção. A grande maioria da prole. ou para polos opostos.com. ale los (A B ou a b). de que sigam para polos opostos. Suponha que um he. Para com. Durante a prófase da meiose I.6Princípio da segregação de Mendel e comportamento dos cromossomos durante a meiose. Não disjunção de cromossomos sexuais fase da primeira divisão meiótica. Da mesma maneira. quando o i1ú- a b a B mero de cromossomos é finalmente reduzido. . A segregação de alelos corresponde à disjunção dos cromossomos pareados na anáfase da primeira divisão meiótica. e metade deve conter uma nova com- ço separa os membros homólogos de cada par. suponha do cromossomo sexual para produzir a prole excepcional? também que os dois genes estejam em cromossomos di- fere11tes. obser- ura 5. . http://gen-io.grupogen. cromossomos materno e são separados em em metade dos produtos paterno e segregação células diferentes. da meiose.94 Fundamentos de Genética dos dois cromossomos segrega os alelos.br. varam-se algumas moscas excepcionais: (a) vários machos de preender a relação. veremos que não há distribuição independente panhando a solução do P roblema resolvido: Rastreando de genes no mesmo par de cromossomos.. a b . buição independente.{ 38 b . 1 B . base cromossômica da distribu ição independente acom- tulo 7. a c l ( ' >e b 11 t' ) Cromossomos herdados do pai .:a 3J3 ?i a b e1 ei ) e--_ ==::.cc:. Teste seu conhecimento sobre a ferentes pares de cromossomos na metáfase. em razão da ligação física entre eles. Ao contrário.7 Princípio da distribuição independent e de Mendel e comportamento dos cromossomos na meiose._I Pode haver dois alinhamentos Há disjunção dos Combinações de Cada combinação de diferentes dos cromossomos cromossomos e cromossomos e alelos alelos é encontrada em maternos e paternos na metáfase... Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 95 de cromossomos durante a primeira divisão meiótica.. da meiose. .. No Capí. Metáfase 1 Anáfase 1 Telófase Telófase li A B ~ Cromossomos herdados da mãe )o A . o princípio de distribuição independente de juntos durante a meiose. 1 1 8 1 1 b : 38 ... e b 11 ri ) Cromossomos herdados da mãe b :.2=:::> TT(. A distribu ição independent e de alelos em diferentes pares de cromossomos na anáfase da primeira divisão meiótica é consequência do alinhamento aleatório no equador da célula dos cromossomos herdados do pai e da mãe. violando o princípio da distri- Mendel é o enunciado do alinhamento aleatório de di. segregação dos alelos. a herança ligada ao X e autossômica. tendem a seguir Portanto. são separadas em um quarto dos produtos células diferentes. A b )o ~ A < 11 b tl ) ~\ 1 b 1 A b )o 1 1 a 1 a: ~=a 3:f3 a B )o CI tl ) a )o Cromossomos herdados do pai ~=a 38 B a c l i ·i > ~ B • FIGURA 5. Os dois fenótipos autossômicos e os 1. (2) alelo mutante recessivo desse gene produz olhos castanhos . valores apresentados nas células da tabela são as frequências 2. e os fenótipos diferentes se a característica for ligada ao X. mutações estão entre as de mais fácil detecção porque são observadas imediatamente em mach os hemizigotos. As proles masculina e feminina de um cruzamento podem ter quatro fenótipos ligados ao X definem as linhas e colunas. O desen. 4.um acontecimento muito mais impro.96 Funda mentos de Genética Rastreando a herança ligada ao X e autossômica PROBLEMA ao X. daí seu símbolo m. Para obter os fenótipos da F2 e suas proporções. depois. bwlbw+ • micos Castanho 1/16 1/16 1/16 1/16 e como os dois alelos mutantes são recessivos. as fêmeas serão mim+. bwlbw. Para a parte autossômica. enquanto a fêmea dos fenótipos combinados.rolvimento da teoria cromossômica baseou-se na J á as mutações autossômicas recessivas só são observadas descoberta da mutação do olho branco em Drosophila. (3/4) machos m+/Y. bw+. (a) Quais devem ser os fenótipos das moscas olhos vermelhos. o miniatura de uma linhagem geneticamente pura foram cruzadas cruzamento das fêmeas da F1 bwlbw+ com seus irmãos bwl com machos de olhos castanhos e asas normais de outra linhagem bw+ produzirá três classes de prole: (1) moscas bw+lbw+ com geneticamente pura. moscas bwlbw com olhos castanhos. m+. b. e a proporção fenotípica sas moscas e em que proporções? será de 3 moscas com olhos vermelhos: 1 mosca com olhos castanhos. bwl (1/4) bw+. terão asas em miniatura. Para a parte ligada ao X.? (b) Que fenótipos aparecerão na F2 do intercruzamento des. Essas manos. e cada classe termina olhos vermelhos. miniatura normal miniatura normal (1/4) (1/4) (1/4) (1/4) ANÁLISE E SOLUÇÃO Fenótipos Vermelho 3/16 3/16 3/16 3/16 a. miniatura e (4) machos m+/y com asas longas. bw+lbw+ e autossô. do olho branco por Morgan não foi tão admirável. vamos sub- se gene produz asas em miniatura. Basta que um . (2) moscas bwlbw+ com olhos vermelhos e (3) da F. terão olhos vermelhos. (3) machos m/Y com asas em seu símbolo bw (de brown ). e como são hemizigotos para a mutação recessiva ligada PONTOS ESSENCIAIS • Os g-enes estão localizados nos crorrwssomos • A disjunção de cromossorrws durante a meiose é responsável pela segregação e pela distribuição independente dos g-enes • A não disjunção durante a meiose causa números anormais de cromossomos nos g·ametas e. está localizado no cromossomo X. 3. Embora alguns Em seres huma11os também. frequências nas margens. o cruzamento vagem desse gene. calculados por multiplicação das herda um de seus cromossomos X do pai. dividir o problema em duas partes: uma parte ligada ao X e uma parte autossômica. os traços recessivos liga- possam creditar esse episódio importante na h istória da dos ao X são identificados com muito mais facilidade que ge11ética à sorte extraordinária. Na F1. determina asas longas. Um alelo mutante recessivo des. Genes ligados ao sexo em seres humanos Genes ligados ao X e ao Y foram estudados em seres hu. a descoberta da mutação as características autossômicas recessivas. de. no entanto.daí fêmeas mim+ com asas longas. Os machos da F1 serão m/Y. Um dos genes que das fêmeas mim+da F1 com seus irmãos m/Y produzirá quatro controla a cor dos olhos está localizado em um autossomo. construímos uma tabela 2 X 4 de frequências fenotípicas. multiplicamos Fenótipos ligados ao X as probabilidades associadas aos componentes do genótipo Fêm ea Fêmea Macho Macho completo. Quando há distribuição independente dos genes. A depois da reunião de dois alelos mutantes em um h omo- análise subsequente mostrou que essa mutação era um zigoto . Os pais do cruzamento inicial eram fêmeas mim.rável. O macho herda seu cromossomo X da mãe. alelo recessivo de um gene ligado ao X. Há distribuição independente dos genes ligados ao X e autossômicos. o alelo sel. o alelo selvagem desse gene. Um classes de prole: (1) fêmeas mim com asas em miniatura. nos zigotos. um dos genes que controla o comprimento da asa autossômico dominante bw+. elas terão asas longas e olhos vermelhos. Fêmeas de olhos vermelhos e asas em deve representar 1/4 do total. Para combinar os resu ltados das partes ligada ao X FATOS E CONCEITOS e autossômica do problema. como têm o alelo Em Drosophila. e Leopoldo. Por influência do casamento consanguíneo. e o sangramento. era hemofílico. entretanto. DISTÚRBIO DA COAGULAÇÃO e um filho. Os registros do heredograma mostram que Vitória cortantes. de seu pai ou e quase todas as pessoas afetadas são do sexo masculino. se não for inter. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 97 homem herde um alelo recessivo para mostrar um traço no. A maioria das pessoas acometidas morreu antes dos lhas. que geralmente não têm hemofilia porque herdam 20 anos de idade. O caso mais famoso de hemofilia ligada ao X ocorreu na família imperial russa no início do século 20 (Figura 5. Coburg de Reuss Coburgo-Saalfeld li 1 2 Rainha Vitória Alberto de Saxe-Coburgo-Saalfeld Ili 4 5 6 7 8 9 10 o 11 IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Imperador Czarina Czar Guilherme li Alexandra Nicolau li da Alemanha da Rússia da Rússia V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 . pode doença. mãe de Alexandra. O principal tipo de hemofilia em seres hu. a maior parte das pes. A czarina Alexandra As pessoas com hemofilia são incapazes de produzir um era neta da rainha Vitória da Grã-Bretanha. Sem dúvida. Caso tenham filhos.8 ). a mulher precisa herdar dois.A. por mutações de genes autossômicos. soas com características ligadas ao X é do sexo masculino. feridas tadora. contrados em homens e mulheres porque são causados um do pai e outro da mãe. Hemofilia ligada ao X nas famílias reais da Europa. Outros distúrbios da coagulação sanguínea são en- ligado ao X. Esses homens herdaram a mutação das mães heterozigo. equimoses e outros ferimentos de hemofílicos transmitiu o alelo mutante para três dos nove filhos: Ali- continuam a sangrar. B. também por- fator necessário para a coagulação sanguínea.A família imperial russa do aar Nicolau li. que tinha a doença. russa e espanhola. têm vida longa e saudável. o filho. Assim. O czar Nicolau e a czarina Alexandra tiveram quatro filhas HEMOFILIA. que teve dois filhos com a rompido por transfusão de fator da coagulação. . os hemofílicos transmitem o alelo mutante para a prole do sexo masculi. transmitem a mutação para as fi. Alexis. tal. alelo da rainha Vitória surgiu de uma nova mutação nas manos é causado por uma mutação recessiva ligada ao X. o levar à morte. Os homens afetados nunca mentos eficazes e relativamente baratos. de um ancestral matemo mais distante. Beatriz. A 1 1 2 3 4 DuQue Maria Luísa DuQue de Augusta de Kent Vitória de Saxe. a hemofilia foi uma doença fa- tas. Ao longo da história.8 Hemofilia na família real. suas células germinativas ou na de sua mãe. portadora heterozigota.14 15 16 17 18 19 201 V Família imperial russa Família real espanhola VI Legenda: Hemofilia VII 1 Príncipe 2 3 4 D Possível hemofilia (sem diagnóstico definitivo) Charles Ü Portador evidente B Ü Possível portador • FIGURA 5. A mutação liga- SANGUÍNEA LIGADO AO X da ao X responsável pela doença de Alexis foi transmitida por sua mãe. ce. Hoje. em razão da existência de trata- um alelo selvagem das mães. o alelo mutante para hemofilia foi transmitido da família real britânica para as famílias reais alemã. . A mulher identifica. ~ Leia a resposta do problema no site nos de 1%. O Projeto Genoma Humano identificou 397 possí. células especializa- das da reti11a. 1 P(V-1 tem discromatopsia) = 1/2 X 1/ 2 X 1/2 = 1/8 Legenda: Discromatopsia Ü Portador conhecido • FIGURA 5.com. pouco se sabia so- como III-4 na figura.. = 1/8.reis está localizado em um autossomo. no olho. UM DISTÚRBIO - DA VISAO LIGADO AO X Em seres humanos.-.grupogen.9 Análise de um heredograma mostra a segregação de discromatopsia ligada ao X. Por comparação.relmente porque os genes que as codificam evoluíram a partir de um gene ancestral para receptores das cores. uma fração muito menor das mulheres.. a luz vermelha. porém me11os de Na Figura 5. sugerindo que os alelos http://gen-io. Estudos moleculares mostraram que existem dois ge11es distintos para percepção das cores no cromossomo X. assim. o risco é de 1/ 4 X 1/ 2 dúvida. Sem filho com discromatopsia. têm estruturas muito semelhantes. bio recessivo ligado ao X. 1 2 O tipo clássico de discromatopsia. 1 da pela anormalidade de uma dessas proteí11as receptoras. As acompanhando o problema do boxe Resolva!: Calcule o análises detalhadas mostraram que esses dois receptores risco de hemofilia. ficou mais de 1. em que não há percep.2.9 a discromatopsia é usada para ilustrar os 100 deles parecem ser ativos. . . segue um padrão de herança ligado ao X. Um terceiro gene para GENES NO CROMOSSOMO V HUMANO percepção da cor.98 Fundamentos de Genética DISCROMATOPSIA. mutantes são recessivos. cromossomo Y é de 1/2. Antes do Projeto Genoma Humano. IV 2 3c__ _ _ _ __ 4 POV-4 tem discromatopsia) = . ide11ti- procedimentos de cálculo do risco de herdar um distúr. mutante é de 1. Essa i11certeza acerca do genótipo ligadas ao Y Vários genes no cromossomo Y huma110 de IV-2 i11troduz outro fator de 1/ 2 no risco de ter um parecem ser necessários à fertilidade masculina. li 1 2 3 4 ção da luz vermelha e verde. alelo mutante é de 1/2. embora a transmissão do pai para a prole mascu- apenas 1/ 4 já que a criança tem de ser do sexo masculi. na a11álise do heredograma convencional.br. 11-1 tem hemofilia ligada ao X. Um portador heterozigoto. Ide11tificaram-se três dessas proteí. bre a constituição genética do cromossomo Y Apenas mitir o alelo recessivo para os filhos. Os resultados da como IV-2 no heredograma poderia ser portadora do do Projeto Genoma Humano ofereceram uma possível alelo mutante para discromatopsia porque sua mãe era explicação para a ausência aparente de características portadora conhecida.. Se 111-1 e 111-2 nas.2. Cerca de 5 a 10% dos seres humanos do sexo Ili 1 2 masculino têm discromatopsia i10 eixo vermelho-verde. genes no cromossomo Y humano. Teste sua capacidade de fazer esse tipo de análise de. No enta11to. me.000 ge11es no cromossomo X humano. a percepção das cores é mediada por Calcule o risco de hemofilia proteínas que absorvem a luz nos cones. um codifica o receptor para luz ver. que codifica o receptor para luz azul. prova. e o outro codifica o receptor para luz ''ermelha. tem uma chance de 1/ 2 de trans.. A discromatopsia pode ser causa. qual é o risco de que a criança tenha hemofilia? terceira. uma absorve a luz azul. no entanto. li11a deva facilitar a ide11tificação dessas características no para apresentar a característica.. o risco algumas características ligadas ao Y haviam sido detec- de que determinada criança tenha discromatopsia é de tadas. a de transmissão probabilidade de do cromossomo transmissão do V Y é de 1/2... outra absorve a luz ' 'erde e a tiverem um filho. Nesse heredograma. a mutação de um desses genes interfere na ca- 1 1 2 li 1 2 3 4 5 Ili 3 4 5 A probabilidade de A probabilidade de A probabilidade de transmissão do alelo transmissão do alelo transmissão do mutante é de 1.1 1/2 X 1/2 = 1/4 A probabilidade Se portador. tem essa incapacidade. o sexo é determinado pela temperatura. a chance de ços curtos (Figura 5. essas carac- mo Y manifesta-se no início do desenvolvimento.há formação dos testículos Pesquisadores mostraram que o fator determinante testicu. quando terísticas não aparecerão e o indivíduo se desenvolverá leva à transformação das gônadas primordiais em testícu. são transmitidos igualmente das mães e dos pais para a prole masculina e feminina. e animais XXY desenvol. Se o vem-se como machos. sistema de sinalização de testosterona falhar. as regiões que contêm esses genes parecem mediar o quanto no Y.estimula o desenvolvimento do sexo masculino. Animais XO ao desenvolvimento de características nitidamente mas- desenvolvem-se como fêmeas. assim. são mais comuns em homens que em mulheres • Em seres humanos.homens XX e mulheres XY (Figura 5. Constatou-se que algumas fatores ambientais. As vezes esse dimorfismo é determinado por ponsável pelo sexo masculino. Sem dúvida. hormônio que estimula o desenvolvimento de carac. Depois da formação dos testículos. os . Constatou-se que alguns homens XX tinham um pequeno No reino animal. Ovos parte do cromossomo Y que estava ausente correspondia incubados acima de 30ºC dão origem a fêmeas.determinam os fenótipos berta de SRY foi possível pela identificação de indivíduos atípicos cujo sexo era incompatível com a constituição masculino e feminino. A testosterona é um hormônio que se hipótese está correta. simulando a he- rança de um gene autossômico. análises moleculares identificaram o gene SRY no DETERMINAÇÃO DO SEXO segmento determinante do sexo masculino. os genes pseudoautossômicos estão wcalizados tanto no cromossomo X quanto no cromossomo Y. os testículos secretam testostero. a maioria perto das extremidades dos bra. era necessário para o desenvolvimento masculino. orientando a diferenciação da célula.12). Em se- guida. localizado bem perto da região pseu. Outras pes- quisas mostraram a presença de um gene SRY no cromos- EM SERES HUMANOS somo Y do camundongo. a segunda xuais masculinas.11 ). A confirmação desse fato vem do estudo de indivíduos com diferenciação orquestrada de muitos tipos de células leva número anormal de cromossomos sexuais. o dimorfismo dos testículos. No entanto. doautossômica no braço curto do cromossomo Y A desco- os cromossomos sexuais . duos XY com essa deficiência bioquímica desenvolvem-se terísticas sexuais secundárias masculinas. que . e produção de testosterona. A nal para o núcleo. Em uma espécie de tartaruga. . XY sugeriu que o sexo pode ser determinado pelo nú. o complexo hormônio-receptor transmite um si- um efeito dominante do cromossomo Y (Figura 5.2). esses genes são GENES NOS CROMOSSOMOS X E V denominados genes pseudoautossômicos. por das mulheres XY tinham um cromossomo Y incompleto. os cromossomos . culinas como musculatura forte. Uma razão dessa falha é a incapacidade de los. liga a receptores de muitos tipos de células. o sexo masculino é determinado por ligação. Em muitas outras espécies. inicialmente como homens . sua ausência nas os ovos incubados em temperatura mais baixa dão ori- mulheres XY aparentemente impediu o desenvolvimento gem a machos. a secreção de tes- mero de cromossomos X ou pela presença ou ausência tosterona inicia o desenvolvimento de características se- de um cromossomo Y Como sabemos agora. Em vez disso. Os alelos desses genes não se- transmissão da mutação para a próxima geração é pe. pareamento entre os cromossomos X e Y PONTOS ESSENCIAIS • Distúrbios como hemofilia e discromatopsia. Uma vez formados. Indiví- na.10). Portanto.em especial. A exemplo. Cromossomos sexuais e determina ão do sexo -=-=-=---==---==----=--=-::c--=--:=---~~~~~~~~~~~ Em alguns organismos. Em seres humanos e outros mamí. produzir o receptor de testosterona (Figura 5. fragmento do cromossomo Y inserido em um dos cromos- Animais com macho e fêmea distintos são sexualmente ' somos X. muitas vezes mostraram que determinado segmento do cromossomo Y com a participação de um par de cromossomos sexuais. esse fragmento tinha um gene res- dimórficos. o cromossomo Y tem menos genes que o cromossomo X • Em seres humanos.como o gene SRYhumano A descoberta de que as mulheres são XX e os homens. Essas linhas complementares de evidências sexual é estabelecido por fatores genéticos. o sexo talvez seja o fenótipo mais visível. cromossômica . causados por mutações recessivas ligadas ao X. Portanto. enquanto ao fragmento presente em homens XX. O efeito dominante do cromosso. como mulher. de desenvolvimento dentro das células-alvo. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 99 pacidade reprodutiva do homem. a testosterona lar (TDF) é o produto de um gene denominado SRY (região do não tem efeito porque não consegue transmitir o sinal Y determinante do sexo). Depois dessa feros placentários. guem um padrão de herança ligado ao X ou Y distinto. quena ou nula. barba e voz grave. No sexo masculi- Alguns genes estão presentes tanto no cromossomo X no. A mutação tfm é transmitida das a demonstrar esse mecanismo em 1921. OUTROS ANIMAIS mais.a quanto em seres humanos. Homem XX Homen XY normal Mulher XY • FIGURA 5. O TDF é o produto do gene SRY. sempre que a proporção SRY faltante entre X e A era igual a 1. o gene As moscas com proporção X:A entre 0.p 0 p. eles são estéreis. Bridges denominou-as de in'lersexos. os que contêm X e os que . embrionárias em ovários. Tfm... e.. gene no cromossomo Y. porém..100 Fundamentos de Genética X X X y Gene SRY Zigoto ' TDF 0 p. é causada por da mosca é determinado pela proporção entre o número mutação de um gene ligado ao X. formação de ovários e. necessário à fertilidade masculina.p 'fl' Na ausência de testosterona. produzem dois tipos de gametas. a mosca era fêmea. O cromossomo Y de Drosophila. uma pequena região que contém esse gene foi inserida em um dos cromossomos X Tanto em Drosophil. • -segmento somos (Tabela 5. X X X X Bridges obteve moscas com número anormal de cromos- Gene. Não há. Na ausência desse fator. - DETERMINAÇAO DO SEXO EM DROSOPHILA volvem características sexuais femininas. nas mulheres XY. Essa não influencia a determinação do sexo. Em experimentos complexos. o sexo síndrome. foi retirada do cromossomo Y.. Observou que. ao contrário do humano. por isso. DETERMINAÇAO DO SEXO EM - te testicular (TDF) no braço curto do cromossomo Y em homens nor. o embrião desenvolve características femininas. O desenvolvimento sexual masculino depende da produção do fator determinante testicular (TDF) por um gene no cromossomo Y.0 desenvol- SRY viam características de ambos os sexos.5 ou menor. Ele era. As moscas diploides normais têm um par de cromos- somos sexuais. Em vez disso. Características sexuais femininas Características sexuais masculinas • FIGURA 5. e três pares de autossomos. ge- ralmente designados AA. cada A representa um conjunto y y haploide de autossomos.5 e 1. porém. por meio da análise mães para a prole XY hemizigota (de fenótipo feminino) de moscas com constituições cromossômicas diferentes. que contém sempre que era igual a 0. O cromossomo Y não influen- ciava o fenótipo sexual em nenhuma dessas moscas.. portanto. Medula 0"'~ 0"'~-y O A ausência de TDF O O TDF induz a transformação permite a transformação da medula das gônadas do córtex das gônadas embrionárias em testículos.p ~ Na ausência de ~ O fator determinante testicular cromossomo Y.. inicia o desenvolvimento de características sexuais masculinas. 'fj' Os testículos produzem o embrião desenvolve testosterona. XX ou XY.2).10 Processo de determinação do sexo em seres humanos. os machos e. não (TDF} é produzido por um há produção de TDF. Ovário Testículo Gônadas diferenciadas 0 p.0 ou maior. Em homens XX. hormônio que características femininas. indivíduos que não têm receptor de testosterona desen. chamada feminilização testicular. Bridges foi o primeiro receptor de testosterona. a mosca era macho. que codifica o de cromossomos X e de autossomos. em um padrão ligado ao X típico.11 Evidências que localizam o gene do fator determinan. p 0 p. 12 Feminilização testicular. terminado pelo cromossomo sexual..0 Fêmea 3X2A 1... O sexo da prole é de- que se tornam trabalhadoras da colmeia. z w z z ção do sexo no sistema de cromossomos sexuais Z-W.. os embriões haploides. No sistema ha.. B.5 Macho tet raploide 1X 3A 0. Homem feminilizado com a mutação tfm. Cromossomos X (X) e conjuntos de autossomos (A) Proporção X:A Fenótipo 1X 2A 0..13)........75 lntersexo 2X3A 0.._determinante > Testículo > Testosterona testicular SRY .. embora estéreis.2 Proporção entre cromossomos X e autossomos e o fenótipo correspondente em Drosophila... Homem normal com o gene Tfm de tipo selvagem. Em abelhas. • FIGURA 5... eles são denominados de sexo he- terogamético.. A maturação ou não de determinada fêmea na forma reprodutiva (rainha) depende da nutrição na fase de larva.. Fator Fator SRY .. tornam-se fêmeas.. Z ou W. que impede a produção do receptor da testosterona...0 Fêmea t etraploide 3X3A 1. tornam-se machos.. A B secundárias masculinas sexuais secundárias femininas • FIGURA 5. nessas espécies. Os machos são homogaméticos (geralmente X denominados ZZ) e as fêmeas são heterogaméticas ('ZW)._ determinante > Testículo > Testosterona 1 testicular y y X X 1 1 Mutação ························~ Ausência Tfm. porém.33 Metafêmea 4X4A 1. mética (ZW) e o macho é homogamético (ZZ). A. Homem normal... t sexuais Características .33 Met amacho . que se desen- volvem a partir de ovócitos não fertilizados.13 Determinação do sexo em aves. transmitido pela fêmea.5 Macho 2X2A 1. Sabe-se pouco.. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 101 Homem com a mutação tfm e feminilização testicular. o sexo é determinado pela condição ha- ploide ou diploide ( Figura 5. sobre o mecanismo de determina.. as fêmeas são o sexo homogamé- d tico. borboletas e alguns répteis ocorre o inverso (Figura 5.0 Fêmea triploide 3X4A 0.. tfm. contêm Y Por essa razão. que se desenvolvem a partir de ovócitos fertilizados. Em aves. Tabela 5.. dist úrbio causado por mutação ligada ao X.14).67 lntersexo 2X4A 0. a maior parte da prole é de fêmeas.....5 Metafêmea 4X3A 1.. Os embriões diploides.. Nesse sistema. Como esse número é peque.... A fêmea é heteroga- no. a rainha controla a proporção z w z z de machos e fêmeas mediante controle da proporção de 9 d ovócitos fertilizados postos...._Receptor de 1 tfm de receptor da testosterona Ausência de testosterona T O complexo complexo testosterona-receptor testosterona-receptor emite sinais para a diferenciação masculina t Ausência de sinal t Características . quando X:A < 0. Variações dessa condição. (2) uma cópia de cada gene ligado ao X seria do gene ligado ao X em machos e fêmeas é quase igual. três mecanismos podem compensar essa diferença: proteico. o fator determinante testicular (TDF). den omin ado hiperativação.· o produto desse gene. con- que tantas espécies ten ham um sistema de determin ação ta com a participação de um complexo de difere n tes do sexo baseado em fêmeas com dois cromossomos X e proteínas que se liga a muitos sítios no cromossomo X machos com apen as u m. inativada nas fêmeas ou (3) cada gene ligado ao X teria metade da atividade nas fêmeas. cada gene está p resente em duas cópias. - INATIVAÇAO DE GENES LIGADOS AO X traram que os três mecanismos são usados. os ovócitos são produzidos por meiose na rain ha. são diploides. desenvolve-se como intersexo • Em abelhas. Alguns marimbondos também têm um método ha- plodiploide de determin ação do sexo. aqui apresen. Compensa ão de dose de enes li ados ao X Diferentes mecanismos compensam a desigualdade tamos descrições curtas dos sistemas de compensação de de dose dos genes ligados ao X em animais dos sexos dose em Drosophila e mamíferos. A análise gen ética detalh ada de uma espécie.0. deriva. a jemeas. a mosca desenvolve-se como macho. o primeiro em Drosophila. dando origem a machos estéreis. a atividade total machos. o cruzamen- • FIGURA 5.egans. PONTOS ESSENCIAIS • O sexo no ser humano é determinado por um efeito dominante do gene SRY no cromossomo Y. derivados de rável de que a p role seja homozigota para o locus sexual. os cruzamen tos entre ma- ch os e fêmeas sem parentesco quase sempre produzem Haploide d Diploide 9 fêmeas diploides heterozigotas. Amplas pesquisas mos. o wcus sexual em Bracon tem muitos alelos.eva ao desenvolvimento de um embrião do sexo masculino • Em Drosophila. é surpreen dente mach os. são haploides. até a morte. Esses mecanismos são Em mamíferos placentários. a compensação de dose de comentados em detalhes no Capítulo 19. /. indicou que os machos diploides são homozigotos para um locus de determin ação do sexo. podem causar fenótipos anor.0. como ocorre nas fêmeas. desenvolve-se como fêmea. Nessas espécies. e os machos. embriões haploi- des dão origem a machos e embriões diploides. a compensação de dose de genes ligados para mais ou para menos. às vezes. o segundo em mamíferos e o terceiro n o EM FÊMEAS DE MAMÍFEROS nematódeo Caenorhabditis el. No entanto. ao X ocorre por aumen to da atividade desses genes em mais e. Portanto. denominado x. (Capítulo 19).5. às vezes são produzidos machos diploides. Como a diferen ça numérica de dos machos e estimula a duplicação da atividade gênica genes ligados ao X é conciliada nessas espécies? A prio.As fêmeas. X EM MACHOS DE DROSOPHILA quilíbrio do n úmero de genes. HIPERATIVAÇÃO DE GENES LIGADOS AO O desenvolvimento animal geralmente é sensível ao dese. Normalmente. masculino e feminino. portanto. Na au sência de ligação desse complexo ri. o sexo é determinado pela proporção entre cromossomos X e conjuntos de autossomos (X:A). Esse fenômeno.5 < X:A < 1. e quando 0. e os espermatozoides são p roduzidos por mitose n o macho. o sexo é determinado pew número de conjuntos de cromossomos. to en tre parentes está associado a uma chance conside- das de ovócitos fertilizados. genes ligados ao X ocorre por inativação de um dos crer . Esse sistema ga- X rante que os ovócitos fertilizados tenham o número di- ploide de cromossomos e que os ovócitos não fertilizados tenh am o número haploide.102 Fundamentos de Genética Diploide 9 Haploide d plodiploide de determinação do sexo. quando X:A > 1. Bracon hebetor. Em Drosophila. Sem dúvida. não há hiperativação (1) cada gene ligado ao X teria atividade duplicada nos dos gen es ligados ao X.14 Determinação do sexo em abelhas. Dessa maneira. as fêmeas diploides são sempre heterozi- gotas para esse wcus. mas eles são Ovócito não fertilizado Ovócito não fertilizado sempre estéreis. ovócitos não ferti lizados. condensa-se em uma estrutura Barr. as fêmeas de mamíferos são mosaicos genéticos contendo dois tipos de linhagens celulares. Portanto. e o outro cromossomo X tem o alelo para pelagem clara. Assim. Na maioria ra existente por ocasião da inativação do cromossomo X. nos quais um alelo produz pigmento cessárias duas cópias de alguns genes ligados ao X para a preto e o outro.16) em homenagem ao geneticista canadense Murray tar a inativação do cromossomo X. o cromossomo X tem um gene para pig. Depois que esse fator Barr. Nessa Corpúsculo ocasião. ele permanece inativo em todas as células descendentes dessa. pigmento laranja. to um. No entanto.16 Corpúsculo de Barrem célula feminina humana. Esse mecanismo foi proposto pela primeira vez pela geneticista britânica Mary Lyon. e na outra metade é inativado o X herdado do pai. O cromossomo a ser inativado é escolhido ao acaso. uma vez escolhido. Em gatos. As fêmeas heterozigotas para dife. permanece inativo em todas as células descendentes dessa célula. esse fenótipo malhado conclusão bem-sucedida da ovocitogênese. Essas observações sugerem que as células podem ter de coloração escura. todos os fixada à superficie interna da membrana nuclear. Um cromossomo X inativado não se parece com outros aparentemente porque todos os cromossomos X. são inativados. Um cromossomo X no zigoto tem o ale- lo para pelagem escura. replica fora de sincronia com os outros cromossomos na mentação da pelagem. todos os cromossomos tram que seu DNA é modificado pelo acréscimo de muitos X inativados condensam-se em um único corpúsculo de grupos metila.15). denominada corpúsculo de Barr (Figu. em cerca de metade dessas células é inativado o cromossomo X herda- do da mãe. quantidade limitada de algum fator necessário para evi- ra 5. o embrião em desenvolvimento passa a ser constituído de clones de células que expressam apenas um dos alelos para cor da pelagem. das vezes. uma fêmea heterozigota para um gene liga- do ao X pode ter dois fenótipos. célula. Análises químicas mos. Nessas duas espécies. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 103 mossomos X da fêmea. onde se outros sucumbem docilmente ao processo de inativação. O mecanismo é chamado de tartaruga. um dos dois cromossomos X é inativado aleatoriamente. derivadas por mitose de uma célula precurso. Em geral. Cada área colorida da pelagem molecular da inativação de X é apresentado no Capítulo 19. porém. Além disso.15 Mosaico colorido resultante da inativação do cromossomo X em fêmeas de mamíferos. . reativado nos tecidos germinativos. Esse mosaicismo genético produz as áreas de pelagem clara e escura características dos gatos tartaruga. Um dos melhores exem- • FIGURA5. As áreas claras expressam um alelo e as áreas escuras. Pesquisas subsequentes de Lyon e de outros cientistas mostraram que o processo de inativação ocorre quando o embrião do camundongo tem alguns milhares de células. Em cada célula do embrião inicial. Assim. que a observou pela primeira vez. é gem. define um clone de células produtoras de pigmento. do alterado em todos os tecidos somáticos. ou Estudos citológicos identificaram seres humanos com melanócitos. Cromossomo X com alelo para pelagem escura Cromossomo X com alelo para pelagem clara Zigoto Embrião no momento da inativação de X ___. mais de dois cromossomos X (Capítulo 6). Essa estrutura está é usado para manter um cromossomo X ativo.. exce- cromossomos nem atua como eles.. cada célula toma uma decisão independente de de Barr silenciar um de seus cromossomos X. talvez porque sejam ne- o outro. Qualquer que seja o cromossomo X escolhido. (a cor indica que Embrião em X está ativo} desenvolvimento mostrando clones de células que produzirão pigmento claro ou escuro Cromossomo Cromossomo Cromossomo X inativo X ativo X inativo • FIGURA 5. que o deduziu a partir de estudos em camundongos. plos desse mosaicismo fenotípico provém do estudo da cor da pelagem em gatos e camundongos (Figura 5. essas pessoas têm fenótipo feminino normal. O cromossomo X inativado continua em seu esta- rentes alelos desse gene têm áreas claras e escuras na pela. Em duziu fêmeas que herdaram o alelo sel\ragem dos Drosophila. há dese11\1olvimento heterozigotas para a mutação e o alelo selvagem.rimento. um dos dois cromos- hemofilia? (b) Qual é a probabilidade de que 111-1 somos X na mulher XX é inativado nas células tenha hemofilia? somáticas no início do desenvol. essas moscas tinham obrigatoria. que também seja portadora é a probabilidade de de ambos os sexos. as fêmeas eram obrigatoriame11te sê11cia de um cromossomo Y. a compensação de dose de genes ligados ao X é obtida por inativação de um dos dois cromossomos X nas ]emeas Exercícios Aplique a análise genética básica 1.portanto. a compensação de dose de genes ligados ao X é obtida por hiperativação do único cromossomo X nos machos • Em mamíferos. e11tre cromossomos X e autossomos. o que foi. O heredograma adiante mostra a hera11ça de he. De acordo com essa hipótese. doença depende de três e\rentos: ( 1) que 11-2 seja lhos.104 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • Em Drosophila. de um indivíduo do sexo masculino. na F2 todas as fêmeas e metade dos de um macho. sophila? mente hemizigoto para a mutação prttne e a fêmea Resposta: No ser humano. O que a mãe tenha tra11smitido a ela o alelo mutante. Toda a prole da F 1. há desen\rolvimento a hipótese. machos deve ter olhos ameixa. o sexo é determinado por era homozigota para o alelo selvagem do ge11e um efeito dominante do cromossomo Y. Esses resulta. volvimento de uma fêmea. machos de olho vermelhos e machos de olhos portadora. seres humanos e em Drosophila? mofilia em uma família humana. Qual é a diferença entre os mecanismos de com- pensação de diferentes doses do cromossomo X em 2. sença. observado. o que indica de ameixa foi cruzado com uma fêmea de tipo sel.5 ou menor. Assim. entre esses limites. a chance de vagem com olhos vermelhos. o sexo é determinado pela proporção pais . 7 1 . O intercruzamento das moscas da F 1 pro. a frequência das cromossomo Y A probabilidade de cada um des- duas classes de cor dos olhos foi igual. cor de ameixa. A frequência de machos e fêmeas caso seja portadora e (3) que 11-3 transmita um na F2 foi igual. o único cromossomo X do macho é hipe- rativado de maneira que a atividade de seus genes li seja igual à dose dupla de genes ligados ao X em 1 2 3 uma fêmea XX. intercruzamento dessa prole produziu três classes que é de 1/ 2. de fato. Qual é a diferença dos mecanismos cromossômicos no cromossomo X. na sua pre- e os machos eram hemizigotos para o alelo sel- vagem. a probabilidade de dos sugerem que a mutação prune (ameixa) está no que 111-1 tenha a doença é de (1/2) X (1 / 2) X cromossomo X? (1 / 2) = 1/8. que a mãe era portadora. de acordo com X:A é igual a 0. Na au- prune. de um indi. há desen\rolvi- machos devem ter olhos vermelhos e metade dos mento do i11tersexo. Quando a mente olhos vermelhos . há desen- ou o alelo mutante ou o alelo sel\ragem das mães. (a) Qual é a pro- babilidade de que 11-2 seja portadora do alelo para Resposta: Em seres humanos. Portanto.ríduo do sexo feminino. Ili . entre os machos. ses eventos é de 1/ 2.e machos que herdaram proporção X:A é igual a um ou maior. (2) que 11-2 transmita o alelo mutante. Um macho de Drosophila mutante com olhos cor Resposta: (a) 11-2 tem um irmão afetado. apresentou olhos \rermelhos. e. Em Dro- 1 sophila. 4. Resposta: Os resultados desses cruzame11tos são compa- tíveis com a hipótese de que a mutação prune está 3. quando a proporção com iguais probabilidades. Portanto. Na F 1. de determinação do sexo em seres humanos e Dro- o macho do primeiro cruzame11to era obrigatoria. (b) A chance de que 111-1 te11ha a diferentes de moscas da F2 : fêmeas de olhos verme. ainda que ti. h á uma chai1ce de 50% de que te. tes resultados: las da classe das purinas. que tinham olhos vermelhos e corpos nada lacticolor. tem olhos brancos e corpos ébano com machos de tipo grandes manchas pretas nas asas. cinza. Entre as tabólico gra. dos olhos e do corpo e. a outra. . classificada em relação à cor riposas da F 1 e obti. sabemos que o gene li 1 2 3 4 5 que determina a cor dos olhos está ligado ao X e Ili que o gene que determina a cor do corpo é autos- 1 2 3 4 sômico. A mãe da criança não é da mes- ma família e é muito imprová. brancos ébano 20 21 . é praticamente nula a chai1ce de que V-2 de cruzamei1to com a mariposa Abraxas. o geneticista obteve os seguin- 50. há distribuição independente dos IV dois genes. Na F 1. A síndrome de Lesch-Nyhan é um distúrbio me. 1 1 2 3 4 Além disso. e vermelhos ébano +/Y e/e +/w e/e .re que afeta cerca de um em cada 384 moscas da prole. codificada por um gene brancos cii1za 70 73 localizado i1o cromossomo X. denominada grossulariata.ermelhos cii1za 76 71 os movimentos e apresentam comportamento auto- destrutivo involuntário. contada. interrogação em um genótipo indica que poderia Se isso tiver acontecido. o risco de que V-1 tenha a Cor dos olhos Cor do corpo Machos Fêmeas síndrome de Lesch-Nyhan é de (1/2) X (1/ 2) X (1/2) = 1/8.resse. bosiltransferase (HPRT). Em 1906. que IV-2 transmita esse alelo para o filho (V-1). me de Lesch-Nyhan é praticamente igual a zero. Os indivíduos com vermelhos ébano 28 25 deficiência dessa ei1zima não coi1seguem controlar . O brancos cinza w/Y+/? w/w +/? pai dessa criança (IV-3) não tem o alelo mutante. o risco de herdar a síndro- brancos ébano w/Ye/e w/w e/e . Essa ai1ormalidade bioquímica é causada por deficiência da ei1zima hipoxantina fosforri.. mostramos os genótipos das diferei1tes clas- Resposta: Sabemos que III-3 é portadora heterozigota do ses de moscas nesse experimento. tem pontos pretos muito menores. Assim. usando w para a alelo mutante (h) porque teve dois filhos homens mutação brai1ca e e para a mutação ébano. Quais são os riscos de que V-1 e V-2 herdem esse distúrbio? Resposta: Os resultados na F 1 mostram que os dois fenó·- tipos mutantes são causados por alelos recessivos. posa existe em duas formas coloridas na Grã-Bre- 2. No entanto. depois. Depois fenótipo mutante. precursores bioquímicos do DNA.000 homens na população dos EUA. composta de dois . como esperaríamos no caso de genes lo- 1 2 3 4 5 6 calizados em cromossomos diferentes. porque a característica é rara na população em ge. Na tabela a V 1 2 seguir. há uma chance de 50% de haver alelos selvagens ou mutantes. Para V-2. os alelos afetados. Molécu. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 105 Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. Como III-3 phila.ocê explicaria a herança da cor dos olhos e si próprios. Um geneticista cruzou fêmeas de Drosophila de tanha. Os homens IV-5 e IV-6 no heredograma do corpo? a seguir têm a síi1drome de Lesch-Nyhan. Um ponto de nha transmitido o alelo mutante para a fill1a (IV-2). cruzaram as ma- moscas produziu a F2.reram uma F2 . acumulam-se nos tecidos nervosos e nas Fenótipos articulações de pessoas com síndrome de Lesch- Cor dos olhos Cor do corpo Machos Fêmeas Nyhan. sabemos que seu outro cromos. e há uma chance de 50% de que essa criança seja do Fenó tipos Genótipos sexo masculino. denomi- selvagem. Assim. da convenção de gei1eticistas estudiosos de Droso- somo X tem de ter o alelo selvagem (J-l). os biólogos britâi1icos L. não o transmitiria para um filho vermelhos cinza +/Y +/? +/w +/? do sexo masculii10.. Em seguida. H. O intercruzamei1to dessas da F 1 era grossulariata. como machos e fêmeas têm diferentes fenótipos de cor dos olhos. Doncaster e Raynor cruzaram fêmeas lacticolor com lhos e corpos cinza.rel que seja portadora 3. todas as filhas tinham olhos verme. à esquerda e os autossomos à direita. Essa mari- tenha a síndrome de Lesch-Nyhan. e todos os filhos tinham olhos machos grossitlariata e coi1stataram que toda a prole brancos e corpos cinza. escrevemos os cromossomos sexuais (X e Y) tem genótipo Hh. como ela própria não tem o selvagens são indicados por sinais de mais. Uma delas. Na F2 . como morder e arranhar a Como . Raynor relataram os resultados de experimentos ral. Doncaster e G. produzem zeram a vinculação conceituai entre a herança de fêmeas grossulariata hemizigotas para o alelo domi. meas lacticolor hemizigotas l e machos grossulariata ção para os resultados desses experimentos. são heterozigotos Ll. Por conseguinte. todos casados com pessoas de visão normal: um filho com 5. do pai? do (golden [go]) é causado por mutação recessiva ligada ao X. XY. XXX.4 No mosquito Anopheles culic~facies. Assim. Uma fêmea homozigota XX com corpo dou- rado é cruzada com um macho homozigoto XY 5 . Doncaster e Raynor tam. que tem uma filha com visão por uma mutação recessiva. e sua filha também se casa com porções? um homem normal. ca- são causados por mutação autossômica recessi. as fêmeas são XX e os machos. 5. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a capacidade analítica 5. O intercruzamento entre essas por T. Se o gene para cor do corpo es.os primeiros machos grossitlariata vis. o corpo doura. que são hemizi- fêmeas lacticolor produziram quatro tipos de prole: gotas para o alelo dominante L. fêmeas grossitla1iata. causa deficiê11cia da \risão da cor verde uma criação de Drosophila. As fêmeas grossitla1iata da F1. na época em um alelo recessivo ( [) 110 cromossomo Z e que os que Doncaster e Raynor aprese11taram seu traba- machos grossitlariata são homozigotos para um ale. A filha do casal casa-se com um que tipos de prole aparecerão na F 2 . Os machos grossulariata da F 1. cada uma delas hemizigota para um de macho (grossulariata) . Qua11do os xas era desconhecida. Em mariposas. hoje a demonstração os dois alelos (L[). guir em Drosophila: XX. H Morgan da ligação sexual em Drosophila mariposas da F 1 produz fêmeas grossitlariata (L) e poderia parecer uma ideia tardia. As fêmeas grossula1iata da F 1 cruzadas com ma.1 Quais são as diferenças genéticas entre os esperma. XO? nino em animais com machos heterogaméticos? 5.) 5. machos lacticolor homozigotos ll e fêmeas supor que as fêmeas lacticolor são hemizigotas para lacticolor hemizigotas l. heterozigotos Ll. ambos com visão normal. o alelo selvagem. a constituição de cromossomos sexuais de Abra- lo domi11a11te (L) nesse cromossomo. e uma filha com visão normal (e). g. A hipótese de que o padrão F 1 . as fêmeas são heterogaméticas (ZW) e os 1iata heterozigotos Ll. uma mutação recessiva liga- 5. Qual é a chance de que esse .rel que o filho tenha herdado a característica 5. eles não fi- dois tipos de mariposas são cruzados. lacticolor hemizigotas l produzem machos grossula- porém. Qual é a cha11ce de que o primeiro filho tenha hemofilia? va. XXY. diferente alelo. e os machos grossulariata da F 1 cruzados com da F 1 . Se o ti. é prová.5 Quais são os fenótipos sexuais dos ge11ótipos a se- tozoides determi11antes dos sexos masculino e femi. e machos grossitlariata homozigotos bém fizeram cruzamentos-teste com mariposas da LL ou heterozigotos Ll. sa-se com um homem 11ormal. de manchas em Abraxas é controlado por um ge11e chos lacticolorproduziram fêmeas lacticolore macl1os 110 cromossomo Z também explica os resultados grossitlariata . Proponha uma explica. Como você determinaria (deutera11omalia). uma filha com visão 11ormal (d). a cor do corpo no tipo 11ormal (f). machos com machos lacticolor homozigotos ll produzem fê- lacticolor e fêmeas lacticolor.8 Uma mulher normal. dos cruzamentos-teste com os animais grossitlariata tos. a cor rosada do corpo é causada discromatopsia (c) .ressem feito. Em que pro. XO.106 Fundamentos de Genética tipos de fêmeas (grossitlariata e lacticolor) e um tipo lacticolor ( [). lho. têm três filhos. quando cruzadas machos grossitlariata. causa visão se esse fenótipo incomum se deve a uma mutação 11ormal das cores.ráveis dos indivíduos (a a i) dessa família.ragem é verde. Determine os genótipos de corpo rosado e um macho hemizigoto de tipo mais pro. Qual deve ser o fenótipo da sa-se com uma mulher sem história de discroma- prole F 1? Se houve r intercruzame11to da prole F 1. cujo pai tinha hemofilia. topsia na família. homem normal. fêmeas grossulariata hemizi- machos são homogaméticos (ZZ). e os olhos castanhos (brown [bw]) 5.3 Em gafanhotos.2 Um macho com cerdas chamuscadas aparece em da ao X. manchas nas asas e a transmissão dos cromossomos na11te (L) e machos grossitlariata heterozigotos para sexuais.6 Em seres huma11os. tem um filho com discromatopsia (g) e dois filhos tiver no cromossomo X. selvagem? (Em gafanhotos. que tipo de prole seria normais (h).9 Um homem com discromatopsia ligada ao X ca- de olhos castanhos. que Resposta: A hera11ça dos fenótipos grossulariata e lactico. quando cruzados com fêmeas lor está obviamente ligada ao sexo. que sel. Infelizmente. 7 Se um pai e o filho homem têm discromatopsia. Um homem (a) e uma mulher ligada ao X? (b) . G. podemos gotas L. que obtida no cruzamento de uma fêmea homozigota tem seis filhos normais (i). metade. As asas curvas são determinadas por um composições cromossômicas (A = conjunto haploi- alelo recessivo (cu) localizado em um autossomo. algumas fêmeas têm olhos (b) Xbb X bb X X+ Y+. Um macho (b) 3X 4A de olhos vermelhão é cruzado com uma fêmea de (e) 2X 3A corpo ébano e asas curvas. Que tipos de prole são esperados do in.13 Uma fêmea de Drosophila heterozigota para a muta. a cor vermelhão dos olhos é determi- nada pelo alelo recessivo ( v) localizado no cromos. 5. e os machos da F 1 têm (d) IX 3A fenótipo selvagem. O pai dessa essa mutação e um cromossomo X normal? mulher tinha discromatopsia. e de de autossomos): o corpo ébano é determinado por um alelo recessi. e quase todas as fêmeas têm olhos (a) Xbb X bb X XbbY+. No retrocruzamento desses ma.20 Em galinhas. o outro sanguíneo é determinado por um gene autossô- • X tem o alelo selvagem ( Tfm). Todas as filhas desse acasalamento têm corpo fêmeas de olhos chocolate com machos de olhos cinza. Esses resultados são com- algumas.15 Suponha que tenha havido uma mutação no gene cromatopsia? SRY no cromossomo Y humano. 5. ção w (olhos lrrancos) recessiva ligada ao X e seu alelo e toda a prole foi do tipo barrada. 5. o gene para cerda bobbed (curtas) 5. porém. cerdas normais) está no cromossomo X e em um mutação recessiva ligada ao X causadora de olhos segmento homólogo do cromossomo Y Determine vermelhão é cruzada com um macho tipo selvagem os genótipos e os fenótipos da prole destes cruza- de olhos vermelhos. que fração será gue tipo B? fértil? (e) Que proporção dos filhos terá discromatopsia e san. Se a mulher casar mico. 5. rijó) foi cruzado com uma galinha não barrada. Os animais da selvagem w+ é cruzada com um macho de tipo sel. (e) x+ X bb x x+ Yhb. barradas está localizado em um dos cromossomos sexuais? 5. metade das tem olhos brancos e metade. F 1 foram intercruzados e na prole F2 todos os ma- vagem de olhos vermelhos. vermelhão.12 Em Drosophila. tinham olhos brancos.16 Uma mulher tem a mutação de feminilização tes- determinada por um gene ligado ao X. alelo selvagem +. Na prole.21 Uma macho de Drosophila com uma mutação reces- O fenótipo mutante é indistinguível do fenótipo siva ligada ao X para corpo amarelo é cruzado com de uma mutação autossômica recessiva denomi. inibindo a capaci- 5. (e) 2X 2A chos com fêmeas de corpo ébano e asas curvas. vermelhos. En.10 Um homem que tem discromatopsia e sangue dade de produzir o fator determinante testicular. (a) 4X 4A vo (e) localizado em outro autossomo. quase todas tinham olhos vermelhos. Explique a patíveis com a hipótese de que o gene para penas origem dessas filhas de olhos brancos. fêmeas apresentou plumagem barrada e a outra tre as filhas. nos núcleos de células humanas com as seguintes tercruzamento das moscas da Fl? Em que propor. todos os machos têm mentos: olhos vermelhão. (d) X+ X bb X X hb Y+. olhos vermelhos. A • ções? (Suponha que a combinação mutante du. Um galo barrado (ca- 5. A discromatopsia é 5.17 Um ser humano com dois cromossomos X e um gue tipo A? cromossomo Y seria homem ou mulher? (d) Que proporção dos filhos terá discromatopsia e san- gue tipoAB? 5. explique a sua origem. que (f) IX 2A proporção da prole F2 será de machos de tipo selva. a ausência de plumagem barrada é gem? causada por alelo recessivo. com um homem normal. não barrada. Por que elas não têm um mosaico amarelo e castanhos homozigotos produziu fêmeas da F 1 de cinza no corpo? tipo selvagem e machos da F 1 com pigmentação 5. cerdas bobbed. Capítulo 5 1 Base Cromossômica do Mendelismo 107 último casal tenha um filho com discromatopsia? pla tenha o mesmo fenótipo que os dois mutantes Se esse casal já teve um filho com discromatopsia. isolados. uma fêmea de tipo selvagem homozigota de corpo nada brown (castanho [bw]). uma mutação recessiva chamada chocolate ( c) causa pigmentação escura dos olhos.14 Em Drosophila.11 Uma fêmea de Drosophila homozigota para uma (alelo recessivo bb.) qual é a chance de que o próximo filho tenha dis- 5.18 Em Drosophila. e o tipo ticular ( tfm) em um dos cromossomos X. metade chos apresentaram plumagem barrada. que fração dos filhos (a) Quais são os genótipos do homem e da mulher? (b) Que proporção dos filhos terá discromatopsia e san. No entanto. terá fenótipo feminino? Desses. Entre os filhos. compos1çoes cromossom1cas: • . O cruzamento de cinza. 5.19 Determine o sexo de Drosophila com as seguintes somo X. tipo O tem filhos com uma mulher que tem visão Qual deve ser o fenótipo de um indivíduo que tinha normal das cores e sangue tipo AB.22 Qual é o número máximo de corpúsculos de Barr escura. (a) XY . No cruzamento 2. Marryat relataram permatozoides determinantes dos sexos masculino os resultados de experimentos de melhoramento ge- e feminino? nético de canários. Os canários canela têm olhos rosa quando eclodem. no X e tem menos genes. 1. depois em humanos em pares de nucleotídios? Quantos genes Quick Links para ter acesso ao recurso Map Viewer. exatamente como os da linha- castanho normalmente observado em populações gem verde. No cruzamento 1. olhos vermelhos. apresentou olhos nham olhos pretos ou rosa. Quando os machos da F1 foram cru- gem A foi cruzada com um macho da linhagem B. em proporções aproxima- castanhos. Genômica na Web em http://www. Qual é a relação entre o tamanho dos cromossomos dos cromossomos sexuais.nih.gov Tanto seres humanos quanto camundongos têm cromos. Encontre seu homólogo.23 Machos de determinada espécie de veado têm dois Macho de olhos 2/16 5/16 cromossomos X não homólogos. uma fêmea da linha. obtiveram-se quatro classes os machos da prole tinham olhos castanhos e as fê. designados X 1 e vermelhos X 2 . E. fêmeas com olhos meas. Quais são os tamanhos dos cromossomos X e Y Dica: No site. machos com olhos pretos e machos com olhos da F 1 de cada cruzamento. e então clique em um 2.25 Em 1908. Use a busca para encontrar o sexuais do camundongo e do ser humano? gene Sry no cromossomo Y do camundongo. cromossomo Y do camundongo. que têm olhos vermelhos em vez do le F2 tinha olhos pretos. clique em Genomes and Maps. todos em proporções aproximadamente iguais. o centrômero do cromos- vermelhos somo Y está no meio. machos e fêmeas.ncbi.108 Fundamentos de Genética (b) XX Proporção Proporção na (e) XXY naF2 do F2 do (d) xxx Fenótipo cruzamento 1 cruzamento 2 (e) XXXX (f) xw Macho de olhos 6/16 3/16 castanhos 5. zados com fêmeas canela. todos os machos da prole tinham A foi cruzado com uma fêmea da linhagem B. As fêmeas dessa espécie têm duas cópias de cada cromossomo X e não têm um Apresente uma explicação genética para esses re- cromossomo Y Como deve ser o pareamento e a sultados. damente iguais. No cruzamento de irmãos rosa. Quando os machos da F1 foram cruzados naturais. Sry. C. cromossomo Y. e seu centrômero está localizado perto de Fêmea de olhos 5/16 5/16 uma das extremidades. e um cromossomo Y Cada cromossomo X tem Fêmea de olhos 3/16 3/16 aproximadamente metade do tamanho do cromos. 5. seguintes resultados: Proponha uma explicação para esses achados. Clique contém cada um desses cromossomos? nas espécies cujo genoma quer ver. e olhos pretos. disjunção dos cromossomos X e Y durante a esper- matogênese para produzir números iguais de es. Durham e D. A e B.nlm. F. Durham e Marryat cruzaram fêmeas ca- pássaro) obteve duas linhagens geneticamente nela com machos verdes e observaram que toda a pro- puras. O gene SRY responsável pela determinação do sexo em seres humanos está localizado no braço curto do .24 Um melhorista de jandaias-amarelas (um tipo de olhos pretos. enquanto todas as fêmeas da prole ti- toda a prole. um macho da linhagem com fêmeas verdes. somos sexuais X e Y Nas duas espécies o Y é menor que o mas não nela. perto da região pseudoautossômica. o melhorista obteve os rosa. castanhos somo Y. ao passo que os canários verdes têm 5. de prole: fêmeas com olhos pretos. M. 3. no Iraque e na Turquia. Hoje. Campo de trigo. O trigo triplo-híbri- dio. ar1a ao no umero e na strutura romossomos PANORAMA Técnicas citológicas Poliploidia Aneuploidia Rearranjos da estrutura do cromossomo O que tornou os trigos triplos-híbridos tão superiores a seus Cromossomos. O trigo cultivado atualmente. Embora não conheçamos o curso exato dos acontecimentos. essa espécie híbrida passou por melhoramento seletivo e também foi intercruzada com uma terceira espécie.000 anos no Oriente Mé. o trigo é um produto agrícola importante e. Sem dúvida.. Originou-se de gramíneas de baixo rendimento que cresciam na Síria. cresciam em condições e civilização mais variadas e a colheita era mais fácil. desde a No. Graças ao cultivo humano. base cromossômica desses aperfeiçoamentos. A produção mundial de trigo é de 60 milhões de toneladas anuais. cada uma delas adaptada a uma região diferente. algumas dessas gramíneas eram cultiva- das por povos antigos dessa região. uma fusão dos genomas de três espécies diferentes. é . é um híbrido de no mínimo três espécies diferentes. parece ter havido um intercru- zamento de duas dessas gramíneas. ainda mais adequado para a agricultura.000 varieda- des._ . Desenvolveram-se mais de 17. um sustentáculo da civilização. Triticum aestivum. O trigo moderno é descendente dessas plantas híbridas triplas. agricultura ancestrais? Eles tinham grãos maiores. o que repre- senta mais de 20% das calorias consumidas por toda a população humana. Ecultivado em diversos ambientes. produzindo uma espécie que se destacou como planta de cultura. • . segundo alguns. bilhão de pessoas. o trigo é o principal produto agrícola para mais de um do contém os cromossomos de cada progenitor. Agora compreendemos a O cultivo de trigo surgiu há cerca de 10.. ruega até a Argentina. no Irã. produzindo um híbrido triplo. Geneticamente. Aparentemente. .. leucócitos e ~ '. aperfeiçoados e de melhores procedimentos de preparo Até o fim da década de 1960 e início da década de e coloração dos cromossomos. A sobre uma lâmina de microscópio. Como esses tipos aplicação de importantes conhecimentos citogenéticos.2). só foi mossomos e observaram seu comportamento durante a determinado depois do uso da técnica de aumento do mitose. no meio da divisão. foi um MITÓTICOS dos primeiros reagentes com maior capacidade de dis- Os pesquisadores empregam células em divisão. na maioria das análises cito. • diferentes em tamanho ou nas posições de seus centrô- meros. seguida por exame microscópico. as faixas só aparecem quando embriões de animais e extremidades das raízes dos vege. têm um padrão característico de faixas brilhantes sobre lógicas. de maneira que os cromossomos mossomos por coloração das células em divisão com de. tornou possível estudar cromossomos em outros culas de quinacrina inseridas no cromossomo emitam tipos de células (Figura 6.\ />. criminação. leucócitos hu. os cromossomos são expostos à luz ultravioleta (UV). que faz com que absorvam água por osmose e aumen- tem de volume. Exame dos ~ ~Õ' (ff) 'ÕY © 'Õ' Íi( )( \ +1 /( cromossomos. Partes do cromossomo emitem brilho intenso. volume das células. enquanto outras continuam escuras. energia. quando é mais fácil observá-los. foi interrompida são imersas em solução hipotônica. citogeneticistas são capazes de identificar cromosso- cedimento habitual é tratar as células em divisão com mos específicos em uma célula e também de identificar Coleta da amostra de sangue:. Técnicas citoló 1cas Essa interferência captura os cromossomos em mitose. sobretudo se houver da especialidade chamada citogenética. para aumentar o fixação e coloração. As células cuja mitose Os geneticistas usam corantes para identificar cromosso. O desenvolvimento de técnicas de cultura celular. 46. ou com acetocar- sobre o número e a estrutura dos cromossomos. Esse padrão de rados das hemácias . Por exemplo. Essa técnica facili- análise de cromossomos corados é a principal atividade ta muito a análise subsequente. Durante muitos anos A citogenética originou-se da pesquisa de vários bió. tratamento químico e.1 Preparo de células para análise citológica. se dispersam livremente quando elas são comprimidas terminados corantes.. fundo escuro. • FIGURA 6. No entanto. tinham 48 cromossomos. Atualmente os citogeneticistas usam corantes que fazem o tingimento diferencial dos cromossomos ANÁLISE DE CROMOSSOMOS ao longo de seus comprimentos. o mos específicos e analisar suas estruturas. a menos que os cromossomos sejam muito A cromossom1cas. um corante vermelho-escuro. O pro. substân- cia química semelhante ao antimalárico quinina. acreditou-se erroneamente que as células humanas con- logos europeus do século 20 que descobriram os cro. estimula-se a divisão dos leucócitos por também é específico de cada cromossomo (Figura 6.P Retirada dos ~- '-----. em que são usados para impossível para o pesquisador distinguir um cromosso- identificar a associação entre doenças e anormalidades mo do outro. 110 Fundamentos de Genética • uma substância química que desative o fuso mitótico. . de corantes tingem uniformemente os cromossomos. .1). prepara-se Desse modo. ---i)lo~ Q:. A demonstração de que 1970. grande número de cromossomos. com o surgimento de microscópios cada célula mitótica. é principalmente na medicina. O número correto.e cultivados. como substância fluorescente. pela água que entra..9 )lo )lo Separação Estimulação 0) @ Desativação~ Adição_ Compressão de células do da divisão ~ do fuso de soluçao das células plasma por celular. Essa pesquisa prosperou volume celular para separar os cromossomos dentro de durante o século 20. Para aumentar o número de células nesse está. irradiação ultravioleta faz com que algumas das molé- porém. faixas brilhantes e escuras é altamente reproduzível e Em seguida. A quinacrina. Os cromossomos corados com quinacrina mente no meio da mitose. manos podem ser coletados do sangue periférico.que não se dividem .. a meiose e a fertilização. há mim.".cultura in vitro. corante roxo que reage o interesse nessa pesquisa e levou a importantes estudos com as moléculas de açúcar no DNA. costumavam usar material em crescimento. Hoje. com o bandeamento com quinacrina. O conteúdo de cada célula é diluído Os geneticistas estudam o número e a estrutura dos cro. hipotônica sobre a lâmina. centrifugação. mitótico. geral. os uma amostra das células para análise citológica. como a quinacrina é uma gio. A tais. sepa. as dispersões cromossômicas geralmente eram co- os genes estão localizados nos cromossomos fomentou radas com reagente de Feulgen. cromossomos. Cada son- da foi marcada com um corante fluorescente de cor diferente (rosa anormalidades na estrutura de um cromossomo. Gustav Giemsa. essa técnica torna fragmento de DNA. formato e padrão mal semelhante a um veado. Um dos frag- DNA. corados com Giemsa. Os cromossomos foram pintados simultaneamente com dois fragmentos dife- imagens coloridas dos cromossomos pelo tratamen- rentes de DNA humano. Assim. ani. mistura de corantes que recebeu esse nome em ho.4 Pintura de cromossomos. Em vista da natureza específica da possível identificar cada par. re cor rosa. Depois da ligação da sonda. isolados e caracterizados em laboratório. Essa tecn1ca cria . quando estimulado. cromossomos. E possível que célula e se liga a ele. O alvo da sonda Também foram desenvolvidas excelentes técnicas de rosa é o DNA no centrômero de todos os cromossomos. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 111 • FIGURA 6. destacam-se entre todos os cromossomos na dispersão. Quando co- rados apropriadamente. o Giemsa cria um padrão reproduzível de plementar nos cromossomos. Dessa maneira. corados com quinacrina. de bandas. pertencer a um gene específico. A Figura 6. As faixas ou pontos associadas a elas. • FIGURA 6. adquire cor verde rante fluorescente no laboratório e. enquanto coloração não fluorescente. . cada cromossomo duplicado • FIGURA 6.3). depois. de cor observados revelam onde está localizada a se- ficas sejam distribuídas de maneira característica dentro quência de DNA complementar . dos de duas cromátides-irmãs idênticas. as esses tipos de corantes reajam preferencialmente com . a ausência de algumas bandas. marca- mentos liga-se de maneira inespecífica aos centrôme- dos com corante fluorescente. quências de DNA complementares a essas sondas. O outro fragmento liga-se apenas a alguns mento do DNA é marcado quimicamente com um co- cromossomos e. Em condições adequadas. que são XX no sexo feminino e XY no sexo masculino. nos analisados por essa técnica. quando estimulado. atualmente é a pintura cromossômica. interação entre o fragmento de DNA e o DNA com- CARIÓTIPO HUMANO As células humanas diploides contêm 46 cromossomos . adqui- por exemplo. Essa ligação.nos de cada cromossomo. aplicado brilhante. esses poucos cromossomos aos cromossomos dispersos sobre uma lâmina de vidro.const1tu1- táfase mitótica. o alvo da sonda verde brilhante é o DNA de apenas três pares de sa. Para análise citológica. marca o DNA cro.o alvo da sonda . Sondas de DNA humano fo- ram aplicadas a uma dispersão de cromossomos humanos. Assim como a quinacrina. e que essas sequências de DNA especí. Ainda não está o fragmento de DNA de sonda. DNA humano.3 Cromossomos metafásicos do muntíaco asiático. geralmente chamamos faixas em cada cromossomo ( Figura 6. Esse fragmento pode. O frag. dispersões cromossômicas são irradiadas com luz de determinadas sequências de DNA ou com as prote1nas comprimento de onda apropriado. ros de cada cromossomo e. cada um deles marcado com to das dispersões cromossômicas com fragmentos de um corante fluorescente de cor diferente. pode ser reconhecido pelo tamanho. Na me- . o fragmento de DNA se liga A Figura 2. . Cada par de cromossomos tem um pa- mossômico com o corante fluorescente presente no drão característico de bandas. todos os 46 cromossomos sao . por ou verde brilhante) para mostrar a localização cromossômica das se- exemplo. menagem ao seu inventor. A mais popular usa o Giem. as dispersões meta- . Ele busca seu comple- claro por que os cromossomos apresentam faixas quando mento na grande massa de DNA cromossômico de uma são corados com quinacrina ou Giemsa.44 autossomos e dois cromossomos sexuais. na verdade.2 Cromossomos metafásicos da planta Allium carinatum.4 mostra cromossomos huma- A técnica mais avançada usada por citogeneticistas .7 mostra cromossomos humanos pintados ao DNA cromossômico cuja sequência é complemen- com uma série de sondas constituídas de fragmentos de tar à dele. temos a região 5pll. Um pesquisador experiente pode usar o carió. centrômero divide cada cromossomo em braços longo e ganizados em ordem decrescente de tamanho em um curto.1. e assim VARIAÇÃO CITOGENÉTICA 1 por diante.2 e 13.5 Cariótipo corado de um homem para mostrar as bandas de cada cromossomo. por exem- o segundo menor cromossomo foi designado número plo. era di. que é a mais distante do centrômero. Assim. que são or. 13. combinada com um cromossomo e investigar regiões específicas neles. pela letra 1. O maior autossomo é o número petite. que significa "pequeno") e o braço longo. cleo). mais significa "núcleo". 5p14 e 5p15. Os autossomos são numerados de 1 a 22. no é denominado cariótipo (termo originado do grego que braço curto do cromossomo 5. vezes. e o menor é o número 21. a ima. O padrão de bandas no cromossomo é denominado idicr togeneticistas só poderiam organizar os cromossomos em grama. Embora tenham reconhecido sete grupos CONSIDERAÇOES GERAIS - diferentes.5). meros depois do ponto.) O cromossomo X tem tamanho intermediário. X e Y são os cromossomos sexuais. em referência ao conteúdo do nú. Esse quadro de cromossomos números. tipo para identificar anormalidades do número e da Dentro de cada região.6). e o ao braço curto do cromossomo escrevendo apenas "5p". tura também tornaram possível distinguir cada braço de gem de cada cromossomo é recortada. Os fenótipos de muitos organismos são afetados por va- mento e pintura. às de cada cromossomo. 5pl3. próxima do centrômero. graças às técnicas de bandea. depois. é possível fazer a identificação rotineira riações no número de cromossomos em suas células. grupos de acordo com o tamanho. As técnicas de bandeamento e pin. Em cada braço. q (porque sucede o "p" no alfabeto). 13. a partir do centrômero ( Figura 6. O seu parceiro para formar pares homólogos. classificando o maior como grupo A. cromossomo Y tem aproximadamente o mesmo tama.112 Fundamentos de Genética • FIGURA 6. regiões específicas são designadas por nho do cromossomo 22. O braço curto é designado pela letra p (do francês quadro (Figura 6. cada banda é designada por nú- estrutura dos cromossomos. Os ci. (Por motivos históricos. por exemplo. fásicas bem coradas são fotografadas e.3 Antes das técnicas de bandeamento e pintura. Hoje. fícil distinguir um cromossomo humano de outro. um citogeneticista pode se referir especificamente 22. seguida pelas regiões 5pl2. era quase impossível identificar um cromos- somo nesses grupos. referem-se às três bandas que constituem a região 5p13. Assim. até mesmo alterações em parte de um cromossomo . o segundo maior como grupo B. têm reprodução assexuada. não.2 22 .1 13. mas a poliploidia.2 14.2 podem ser significativas.3 14. Portanto. têm 2n cromossomos. os tetraploides.l pode ser fundido a outro cromossomo. geral- 23. os triploides. tais contém espécies poliploides. Os organismos nos quais há deficiência ou excesso de determinado cromos- 15 somo. 31 .1 q 12.2 Os citogeneticistas também catalogaram vários tipos 31 . As 15. Organismos com conjuntos completos. Organismos que têm conjuntos adicio- 12. têm 3n. têm 4n. como 11 .3 conjuntos. presença de conjuntos extras de cromos. "bom" e "vez").31 bandas de cada região são designadas por números depois de um ponto.2 todas essas variações citogenéticas .3 13. aneu- 35.2 dia é uma alteração numérica em um conjunto completo 23.32 cada braço são numeradas consecutivamente a partir do centrômero.3 ção ao restante desse cromossomo.2 nais de cromossomos são poliploides (do grego. Quanto 22 . ou segmento de cromossomo.3 e "vezes"). Nas seções adiante. abordamos 35.1 cos de cromossomos. Por exemplo.l p 14. em animais. mas muito rara produção é basicamente sexuada. As regiões de 15. 15. e assim por diante. são aneuploides (do 21 . 11 . .2 com três conjuntos. a poliploidia é rara. um fragmento de um cromossomo 33.3 sofrem de um desequilíbrio genético específico. e cerca de dois terços das gramíneas são poliploides.2 15. Metade dos gêneros conhecidos de vege- rência e a fertilidade de um organismo. Muitas dessas espécies A poliploidia.3 de cromossomos. A segregação irregu- lar de alguns rearranjos durante a meiose torna possível 35. Essas alterações estru- 34 turais são denominadas rearranjos. Essas diferenças numéricas ge- 13. nos quais a re- somos. de cromossomos são euploides (do grego.6 O idiograma do cromossomo 5 humano. com dois conjuntos bási- 14. PoliP-loidia Conjuntos extras de cromossomos podem afetar a apa. enquanto a poliploi- 23.l 12 ralmente são descritas como variações da ploidia do orga- 11 nismo (termo de origem grega que significa "vez".1 à distinção entre aneuploidia e poliploidia. 14. geralmente desig- 13.l associá-los à aneuploidia. Assim. é bastante comum em vegetais.1 genético. esses organismos 21 .2 a um número básico de cromossomos. ou um segmento 33. a aneuploidia 22 .2 ou normais. "bom" e "vez").3 nado por n. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 113 15.poliploidia.1 em "duas vezes"). e o nível de poliploidia é descrito referindo-se 13. Em animais.1 grego. com quatro 14.2 21 . "muitas" 12. "não". A aneuploidia implica desequilíbrio 31 .3 ploidia e rearranjos cromossômicos.l mente em um único cromossomo.l 13. diploides.33 • FIGURA 6.2 dentro de um cromossomo pode ser invertido em rela- 33.3 é uma alteração numérica em parte do genoma.3 de alterações estruturais nos cromossomos dos organis- 32 mos. PONTOS ESSENCIAIS • A análise citogenética geralmente tem como objeto os cromossomos das células em divisão • Corantes como a quinacrina e Giemsa criam padrões de bandas úteis na identificação indivi- dual dos cromossomos em uma célula • O cariótipo apresenta os cromossomos duplicados de uma célula organizados para análise citogenética. é dificil prever como será manho da célula. é a sinapse dos três homólogos. entre elas rosas. banana (triploide). C.7 Vegetais poliploides de significado agrícola ou hortícola: A. vamos considerar uma espécie tri- ploide com três conjuntos idênticos de n cromossomos. reproduz-se dessa maneira. esse cromossomo téreis. POLIPLOIDES FÉRTEIS Portanto. B. batata. incerteza acerca da segregação aplica-se a cada trio de dem a produzir sementes e frutos maiores. Trigo. Como essa muitas espécies vegetais poliploides. duas cópias do cromossomo. morango (octaploide). idênticos de cromossomos e. Durante a meiose. Essas características têm um significado prático podem ir para o mesmo polo. totalmente estéril. Tais espécies ten. essa esterilidade é contornada pela propagação assexuada das espécies. portanto. Um mecanismo é de gametas muito desequilibrados ( i. cuja alimentação depende de nenhuma ou com três cópias do cromossomo. cada cromossomo tenta formar par com seu As incertezas meióticas que ocorrem em triploides tam- homólogo (Figura 6. dentes. Os três homólogos. Na agricultura e na horticultura. deixando o terceiro sem par. provavelmente porque existem mais o deslocamento dos cromossomos durante a anáfase da cromossomos no núcleo.8). café. Com frequência. os zigotos ção de oosferas não reduzidas. assim como E quase certa a morte dos zigotos formados por ferti- muitas plantas ornamentais cultivadas. crisântemo (tetraploide). uma planta poliploide muito produtiva. zigotos explica por que muitas espécies poliploides são O dente-de-leão. muitas espécies po. a maioria dos triploides é crisântemos e tulipas (Figura 6. também são es- mento. dois outros. e. . . Gravenstein e Baldwin) e bulbos (tuli- liploides são estéreis. Uma possibilidade é que haja pa. no qual há meiose modificada com produ- Caso haja união desses gametas na fertilização. o número total de cromossomos é 3n. produzindo gametas com para os seres humanos. morango e algodão são vegetais poliploides. O acontecimento mais prová- de tamanho está relacionado com o aumento geral de vel é que dois homólogos sigam para um polo e um ho- tamanho do organismo. Outra possibilidade prole viável. com a produção se reproduzir de maneira assexuada. (maçãs Winesap. aneuploides).. Alguns tetraploides. o número total de cromossomos maior rendimento agrícola. enxertos Apesar da aparência fisica robusta. As espécies poliploides tendem mólogo para o outro. O exame atento mostra que essas espécies B A D e • FIGURA 6. as plantas poliploides também podem têm segregação irregular na meiose. o aumento primeira divisão meiótica. portanto. têm cromossomos na célula.7). bém ocorrem em tetraploides. Na natureza. Conjuntos extras de cromossomos pas). essas oosferas formam produzidos quase sempre morrem. de um . que têm quatro conjuntos reamento de dois homólogos ao longo de todo o compri. no qual há pareamento parcial de cada membro com os Um efeito geral da poliploidia é o aumento do ta. Como exemplo. banana. estere1s. algodão (tetra- ploide). D. porém. a apomixia. assim. porém. formando um trivalente terminação sexual. gameta varia de zero a 3n. Em qualquer caso. lização desses gametas. . são capazes de gerar solitário é denominado univalente. A inviabilidade dos sementes que germinam e dão origem a novas plantas.114 Fundamentos de Genética provavelmente porque interfere no mecanismo de de. produzindo gametas com uma ou a ser maiores e mais robustas que as diploides correspon. Os muitos métodos de propagação assexuada POLI PLOI DES ESTÉREIS incluem cultivo a partir de estacas (bananas). A Figura 6. Esse genoma é mui. são cruzados e produzem um hí. como observamos no início 0"""Y deste capítulo. se houver duplicação dos cromossomos desse híbrido. há outras disjunções possíveis na anáfase. há união desses gametas "diploides" e formação de zigotos tetraploides. um organismo tetraploide. Meiose O A meiose no tetraploide é regular. Assim. . essas espécies têm números de cromossomos iguais Vegetal Vegetal ou muito semelhantes. 0"""Y ção desse tetraploide com outro diploide e formação de A8 O Os gametas euploides produzidos pelo tetraploide podem se combinar e um hexaploide.9 mostra um mecanismo diploide diploide plausível para a origem desse tetraploide. grande parte do DNA • FIGURA 6. formam um híbrido. mossomos A e B. Sinapse dos três homólogos. AA 88 brido que recebe um conjunto de cromossomos de cada espécie parental. estéril plicação dos cromossomos ocorreu muitas vezes duran- te a evolução dos vegetais. os tetraploides férteis do tamanho do genoma humano. essa situação de hibridização entre Híbrido espécies diferentes. AA 88 O Os cromossomos são duplicados. desse processo evolutivo. A8 'fj' O híbrido é estéril porque a meiose é totalmente irregular. Cada cromossomo A e B poderá formar par com um ho. Em 2010. No entanto. corresponde a aproximadamente o quíntuplo cada conjunto foi duplicado. A análise de todas es- parecem ter se originado por duplicação cromossômica sas sequências de DNA ajudará a compreender a história em híbrido produzido pelo cruzamento de duas espécies evolutiva do trigo. O primeiro foi a cromossomos A e cromossomos 8 combinação de duas espécies diploides com formação de fazem par com cromossomos B. e o segundo foi a combina. Dois organis- mos diploides. contêm dois conjuntos distintos de cromossomos e que to grande. 0"""Y mólogo perfeito. o trigo moderno parece ter sido forma. na maioria das ve- zes. xaploide que contém três diferentes conjuntos de cro- mossomos. mas relacionadas. todos duplicados. com um total de 21 nos gametas e 42 nas células somáticas. Cromossomos A fazem par com do por dois eventos de h ibridização. Formação univalente. A e B. Em alguns casos. que so. seguida por du. gerando poliploides complexos cromossomos com diferentes conjuntos de cromossomos. diploides diferentes. a segregação meiótica é capaz A Gametas haploides 8 O Gametas de dois vegetais diploides unem-se e de produzir gametas com um conjunto completo de cro. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 115 Metáfase 1 Anáfase 1 I 1 \ 1 t 11 \ I • . Triticum aestivum 0""~ ( Figura 6. mas aparentadas. Cada conjunto tem sete Tetraploide fértil cromossomos. Evidentemente. Os citogeneticistas identificaram cereais Gameta propagar o organismo por reprodução primitivos no Oriente Médio que podem ter participado sexuada. Assim. 0""/} tal de cromossomos. Sinapse de dois dos t rês homólogos. a meiose prosseguirá em ordem razoável.9 Origem de um tetraploide fértil por hibridização de dois do genoma do trigo foi sequenciada. Essa importante espécie agrícola é um he. 1 \ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A B • FIGURA 6. o processo Duplicação dos ocorreu repetidas vezes. formando um trivalente.8 Meiose em organismo t riploide. criando um tetraploide. organismos diploides e subsequente duplicação dos cromossomos. Formação trivalente. deixando um univalente livre para se deslocar até um dos polos durante a anáfase. B. V brevivem em razão do equilíbrio de cada conjunto paren.10). Esse híbrido provavelmente será estéril porque não é possível o pareamento dos cromossomos Meiose A e B. Um dos me- lhores exemplos é o trigo moderno. Na fertilização. Contudo. que pode se deslocar em bloco até um polo durante a anáfase. A. Assim. pode originar células-mães de microsporo dessa planta mostrou 15 bivalentes.Os cromossomos capazes de produzir gametas. (a) Explique a origem da planta robusta e fértil. os cromossomos duplica- dos cromossomos.. os zigotos serão poliploides..grupogen. No fígado triplo-híbrido duplicam-se e formam um hexaploide. processo que produz células poli- (n = 21) diferentes. por acaso. rias cópias de cada cromossomo e dos genes nele exis- hexaploide de três espécies te11 tes. zamento entre essas duas espécies produziu híbridos estéreis A duplicação dos cromossomos é um processo essen. B. A endomitose. e no rim humanos. que contribuiriam para a Em seguida. termo derivado de espécies diferentes interfiram na segregação um do do grego. Os poliploides criados por hibridização entre diferentes es- pécies são denominados alopoliploides (prefixo de origem grega que significa "outro"). como ocorre em animais. os teci.br.Y liploides. No entanto. porém. Na verdade. O genótipo híbrido A x é a entrada da célula em mitose sem que haja citocinese.Y poliploides durante o desenvolvimento. o exame citológico das somos. duplicação de cromossomos de uma única espécie. ro da prole. Os cromossomos Por ser menor a probabilidade de que cromossomos resulta11tes são denominados politênicos. nos quais não se observou pareamento de cromossomos nas cial na formação de poliploides.. 0""'°. é muito maior a chance de fer. • FIGURA 6. dependendo da natureza da poliploidia... um ciclo de e11domito- (n = 21) se produz células tetraploides. com três conjuntos 0"".. Um possível meca11ismo células-mães de microsporo das anteras. Em vegetais.. nove cromossomos nos gametas da espécie vegetal B. os tecidos de microsporo da prole do retrocruzamento? (c) Quantos cro- reproduti.116 Fundamentos de Genética 0"'.. ocorre acúmulo MBBDD 8 Os cromossomos do de cromossomos extranumerários no núcleo. 0""'° O.. espécies diferentes que a de poliploides originados da Cada cromossomo passa por nove ciclos de replicação.. diferentes de Esses zigotos podem dar origem a orga11ismos maduros . nesses poliploides. fértil.. requer duplicação do cromossomo. Quantos bivalentes você esperaria encontrar nas células-mães me11 to. http://gen-io. Os Pareamento de cromossomos poliploides criados por duplicação de cromossomos na em poliploides mesma espécie são denomi11ados autopoliploides (prefixo de origem grega que significa "próprio").re duplicação acide11tal dos cro. MBB X DO e ocruza híbrido tetraploide com outra POLIPLOIDIA E POLITENIA TECIDO-ESPECÍFICA espécie diploide e (n = 14) \ / (n = 7) produz um vegetal Em alguns organismos. ' As vezes.Y por não haver di\risão celular associada. os ge- nomas formadores são qualitativame11te difere11tes. pôde ser propagado de maneira vegetativa por enrai- zamento de estacas das plantas. um tetraploide . Existem seis cromossomos nos gametas da espécie vegetal A e des. ploides. Por meio de divisões subsequentes... a poliploidização ocorre sem a separação das cial de diferentes espécies. que significa "muitos filamentos". é preciso lembrar que a linha. determinados tecidos tomam-se .. Outra possibilidade é a alteração da meiose de AA X BB O Duas espécies maneira a produzir gametas não reduzidos (com o dobro diploides cruzam-se e do número normal de cromossomos). cromossomos em que. O cru- juntos extras de cromossomos. formando um feixe de filamentos paralelos alinhados. Nesses casos. Para compree11der melhor AB no híbrido essas possibilidades acompanhe a solução do problema duplicam-se no boxe Resol.. mais espetaculares de cromossomos politê11icos são e11- tilidade de poliploides originados de 11ibridizações e11tre contrados nas glândulas salivares de larvas de Drosophila. ~ Leia a resposta do problema no site mossomos durante uma dessas divisões celulares... 0"".10 Origem do trigo hexaploide por hibridização sequen. podem ser seu genoma.com. (b) gem germinativa não é separada no início do desenvol\ri. Cada hibridização é seguida por duplicação cromátides-irmãs. um clone de células poliploides. seguida por separação das cromátides-irmãs resultantes. Se esses gametas produzem um híbrido (n = 7) \ l(n = 7) com dois conjuntos participarem da fertilização.ra!: Pareamento de cromossomos em po- e formam (n = 14) liploides. fez-se o retrocruzamento dessa planta fértil com a propagação assexuada do organismo ou para a formação espécie A e o exame citológico das células-mães de microspo- de gametas.. Se hou. hou\re multiplicação de um genoma para criar con.. dos reprodutivos desenvolvidos mais tarde podem ser po- . nesses poliploi.ros só se diferenciam depois de muitos ciclos mossomos sem par (univalentes) você esperaria ver nessa prole? de di\risão celular. A poliploidiza- diferentes de O O trigo moderno cromossomos em ção provavelmente é uma resposta à necessidade de vá- é um híbrido ABD seu genoma. por exemplo. dos acumulam-se próximo uns dos outros. Uma dessas estacas deu origem Essa célula terá o dobro do número habitual de cromos- a uma planta robusta e.. Os exemplos outro durante a meiose. do cromocentro.. -. a cor e mais intensa na ~ cromatina mais densa. O cromossomo é dividido em 20 seções numeradas.. B..-. embora a maioria das sultado é que os braços do cromossomo parecem sair análises citológicas seja feita em cromossomos mitóticos. Os cromossomos politênicos de Drosophila apresentam duas outras características: 1. • "'. Cromocentro Normalmente.12 Mapas de cromossomo politênico de Bridges.. modo. inclusive em moscas e mosquitos. pensamos no pareamento como uma ' Otlt \ propriedade dos cromossomos meióticos. ~ • tibilidade. . Esse feixe é tão grande que pode ser visto sob pequeno aumento ao microscópio de dissecção. Assim. Na década de 1930. as análises mais completas e detalhadas são realizadas em consistem em eucromatina.. ~ 1 1 I 1' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 . provavelmente um recurso para organizar os cromossomos no núcleo.. · )3 14 k6 · . os grandes feixes de cromatina tornam-se ain. Todos os centrômeros de cromossomos politênicos de Bridges ainda é usado atualmente para descrever as ca- Drosophila condensam-se em um corpo denominado racterísticas desses cromossomos excepcionais..12 ). C. Infe- cos genes que circunda o centrômero. a porção do cromosso. Esses cromosso- mo que contém a maioria dos genes. ~ corantes a esses cromossomos..11 ).-. Esses braços.. Há pareamento compacto de todas as cópias com a formação de um feixe espesso de fibras de cromatina. O material presente de cada lado dos Os cromossomos politênicos de Drosophila são retidos centrômeros também é incluído nessa massa..-~. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 117 produzindo um total aproximado de 500 cópias em cada célula. .-..pon. Quando se aplicam - ~ .. mas tam- bém há pareamento dos cromossomos somáticos em • FIGURA6.. os seres humanos não têm cromossomos poli- dos braços eucromáticos do cromossomo. material com pou. Quando há pareamento dos cromossomos politênicos de Dro.. O re. insetos Diptera.. assim. (Em cima) Padrão de bandeamento do cromossomo X politênico. cromocentro. variação na densidade da cromatina. criando um padrão de faixas cla- ras e escuras (Figura 6. a análise citológica de alta resolução que rocromatina cêntrica não se torna politênica.-.- llll AllAAllAAll lll AAA li AA I All AA AA l lAA ll AIAI AIAI All AA 1 1 A 1 111111 Al l l ll l ll l l A I AI AllA A ll llA AAIA I AIAIAI AIAIAA ll A A A l2 3· 56·81 lJ4·91tll213 123 · · 12 ·· · 34 · 12'· .. Bridges enumerou todas as faixas escuras.4 12 ·· · · 3'1 · · 78 . A diferença de ~ - espiralamento ao longo do comprimento do feixe causa .. dividiu cada seção em subseções. na intérfase do ciclo celular.- -.. . Pareamento de cromossomos politênicos homólogos. 12· 4S · 78 · 10 12 34 · 6 12 · 12·45 k2 34 · · · 89 · 1 2 · · 12 3 · 567 ·910 · · 12 ·· 56 1234 · 67· 12 ·45 ·· · · 12 · 45· 12 34 · 12 34 · · 78 A BCDEFA B e D E F A B e D E F A B 1 2 3 4 • FIGURA 6. Assim.·. Ele dividiu arbitrariamente cada cromossomo em seções. é possível em Drosophila não é possível em nossa própria replica-se muito menos aue a eucromatina. permitindo a análise detalhada da estrutura <e do cromossomo. tênicos. o alinhamento exato dos padrões de bandea.. depois.... Esse padrão tem alta reprodu. (Embaixo) Imagem detalhada da extremidade esquerda do cromossomo X politênico mostrando o sistema de Bridges para designar cada banda.. repertório alfanumérico de sítios ao longo do compri- guir cada membro de um par. da maiores. mento de cada cromossomo. essa hete. O sistema alfanumérico de 2.. criando um mento de cada um deles torna quase impossível distin.. divididos em faixas.. detalhados dos cromossomos politênicos (Figura 6. Como esse pareamento é preciso .. to a ponto ao longo da extensão do cromossomo .. Desse designadas pelas letras A a F.. Ao contrário lizmente. .-. o cromocentro mos são encontrados em muitas espécies da ordem de é constituído de heterocromatina. muitas espécies de insetos.. esoec1e. alinhamento dos dois homólogos é perfeito. Dentro de cada subseção..-.. cromossomos interfásicos politenizados.-.o que numerou. Bridges publicou desenhos sophila..11 Cromossomos politênicos de Drosophila. Assim. as glândulas salivares de larvas de Drosophila . ou um segmento de cromossomo. inclusive na nossa. Esses termos abrangem Belling também descobriu o motivo da transmissão uma grande variedade de anormalidades. O trabalho bio causado por um cromossomo 21 extranumerário de Belling com Datura demonstrou a necessidade de que ( Figura 6. a presença de um cromossomo extranumerário em todos os casos.em especial. comum em seres humanos é a síndrome de Down. é hipoploide (prefixo grego que As irregularidades de transmissão desses mutantes eram significa "abaixo"). A análise detalhada verificou que o cromossomo extra era diferente em cada linhagem mutante. Belling constatou trissômico. vegetais trissômicos quase sempre herdam o cro. Desde o trabalho de Belling. Blakeslee colheu plantas com fenótipo alterado e descobriu que em alguns casos a herança dos fenótipos era irregular. Um or- dente à triplicação de um dos cromossomos de Datura ganismo com ausência de um cromossomo. fixo grego que significa "acima"). distúr- mossomo extra do genitor de sexo feminino. Essas triplicações são chamadas trissomias. por Langdon Down. geralmente a alteração na dose de um único cromossomo. Ao todo.118 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • Os polipwides contêm conjuntos extras de cromossomos • Muitos polipwides são estéreis porque a segregação dos vários conjuntos de cromossomos na meiose é irregular • Os polipwides produzidos por duplicação cromossômica em hiOridos interespecí. Durante o crescimento do tubo polínico.13).ficos podem ser férteis caso haja segregação independente de seus genomas constituintes • Em alguns tecidos somáticos . identificaram-se aneu- eram 12 mutantes diferentes. cada um deles correspon. um indivíduo com deleção do braço de um cromossomo também é considerado aneuploide. mas para o crescimento e o desenvolvimento normais. Essa espécie diploide tem 12 pares de cromosso- mos.por exempw. preferencial dos fenótipos trissômicos pelo sexo femi- nino.14A). um cromos- somo a menos ou uma combinação dessas anomalias são aneuploides. ploides em muitas espécies. mento de cromossomo.13 Cápsulas de semente de Datura stramonium normal e os cromossomos das plantas mutantes.não compete bem com o pólen euploide. Trissômicos cipalmente pela planta do sexo feminino. A aneuploidia foi estudada originalmente em vegetais. a mais é hiperploide (pre- mo durante a meiose. Indivíduos que têm um cromossomo a mais. esses mutantes peculiares 9 10 11 12 eram causados por fatores dominantes transmitidos prin. Essa síndrome foi descrita pela primeira cada cromossomo esteja presente na dose apropriada vez em 1866. Datura stramo- nium. que analisaram anomalias cromossômicas de estramônio. ou um seg- (Figura 6. Desse A anormalidade cromossômica mais conhecida e mais modo. A figura mostra todas as 12 trissom ias. Essa definição também inclui segmentos de 1 2 3 4 cromossomos. nos quais se demonstrou que o desequilíbrio cromossô- mico geralmente tem efeito fenotípico. A representação insuficiente ou excessiva de um cromos- somo ou um segmento de cromossomo pode afetar o fenótipo. Um organismo com um cromossomo. Examinando • FIGURA 6. Diploide A aneuploidia é a alteração numérica de parte do genoma. com um total de 24 cromossomos nas células somá- ticas. o pólen com n + 1 cromosso- TRISSOMIA EM SERES HUMANOS mos . com a produção de grandes cromossomos politênicos que são ideais para análise citogenética. Aparentemente. o pólen aneuploide . a base cromossômica só foi compreendida com clareza .há cicws sucessivos de replicação dos cromossomos sem divisões celulares interpostas. consequência do comportamento anômalo do cromosso. médico britânico. O estudo clássico 5 6 7 8 foi o de Albert Blakeslee e John Belling. No entanto. Todos os indivíduos com síndro- ovócito. e os indivíduos afetados timento mental requer orientação e cuidados especiais. entre eles dois cromossomos X em seres humanos. Nas mulheres. disjunção subsequente do cromossomo. vida fetal. nas mulheres com dos pelos corporais. Além disso. mostrando tris- somia do cromossomo 21 (47. desenvolvem essa doença na reduzindo a dose do cromossomo X de maneira que se quarta ou quinta década de vida. XW é outra trissomia viável em seres se.500. aneuploides. as narinas são amplas. Esse aumento do por um espermatozoide excepcional XY. porém. geralmente morrendo nas primeiras semanas de muito menor que das outras pessoas. Os indivíduos triplos outras pessoas. a frequência de não disjunção au. as mu- te são baixas e têm hipermobilidade articular. O evento de não disjunção pode ocorrer em ciadas a esse distúrbio. - 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X A B Trissom ia • FIGURA 6.148 mostra o cariótipo da fertilidade. como XXW.14 Síndrome de Down.15). XXY também é uma trissomia viável todo 47 cromossomos. apresentam anormalidades fenotípicas graves e vivem O período de vida das pessoas com síndrome de Down é pouco. dois X e um Y O fenótipo é masculino. é de 1 em 100. Assim. mamas aumentadas. Menina com síndrome de Down. quase vida. XX. me de Klinefelter têm um ou mais corpúsculos de Barr as células meióticas permanecem na prófase da primei. muito mais cedo que as aproxime do nível normal de um. Além disso. um tipo é o cariótipo triplo-X. de uma paciente com síndrome de Down. O cariótipo XXY pode originar-se menos de 25 anos. mas 47. os cromossomos po. Esses indivíduos têm três cromosso- além do cromossomo 21 extra. As pessoas com vem porque dois dos três cromossomos X são inativados. 47. XXXY. ralmente têm algum grau de comprometimento mental. o crânio é largo. porém é mais provável no sexo nefelter. 13 e 18. H. B. XXX. Esses indivíduos são do sexo masculino e. Portanto. mas só é concluída depois da fertilização do XXXXW e XXXXXY. o risco de ter um filho com síndrome pela fertilização de um ovócito excepcional XX por um de Down é de aproximadamente 1 em 1. nas células. Quanto maior é a duração da prófa. A Figura 6. ex- . Cariótipo de uma criança com síndrome de Down. também podem apresentar algumas características sexu- A trissomia do 21 pode ser causada por não disjun. A. genuvalgo e menor desenvolvimento menta com a idade materna. Outra trissomia viável observada em seres humanos sempre elas desenvolvem doença de Alzheimer. Existem ao O cariótipo 47. Klinefelter descreveu as anormalidades asso- gura 6. feminino. a língua é grande e tem sulcos característicos e as mãos Também há relato de trissomias dos cromossomos são curtas e largas com uma prega palmar. a meiose começa na mais complexos. enquanto espermatozoide Y ou pela fertilização de um ovócito X nas mulheres de 40 anos. XXXW. O cariótipo 47. Portanto. Outros casos têm cariótipos a mulher envelhece. X são do sexo feminino e têm fenótipo normal. XX. O cariótipo risco é causado por fatores que afetam adversamente o XXY representa cerca de três quartos de todos os casos comportamento meiótico do cromossomo à medida que de síndrome de Klinefelter. Durante o longo período antes da fertilização. inclui testículos pequenos. o cariótipo é mos sexuais. e aqueles que têm dois cromossomos X ge- ra divisão. O comprome. O cromossomo 21 a mais na síndrome de Down é um às vezes há leve comprometimento mental e diminuição exemplo de trissomia. maior é a chance de que não haja pareamento nem humanos. Nesse estado de pausa. ou quase. ais secundárias femininas e geralmente são estéreis. Esses indivíduos sobrevi- de demência bastante comum em idosos. F. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 119 . membros longos. agora denominado síndrome de Kli- qualquer um dos pais. são raras. síndrome de Down. sobretudo lheres mais velhas são mais propensas a produzir ovócitos nos tornozelos. 1942. +21. +21). XXXXY. Em ção do cromossomo em uma das divisões meióticas (Fi. As pessoas com síndrome de Down geralmen. dem perder o par. em 1959. esse mosaicismo do cariótipo surge quando há perda apropriados. na qual produzem um fenótipo A monossomia ocorre quando há ausência de um cromos.21). os a intensidade da síndrome tende a ser menor. Moscas com estruturas masculinas e femininas são ginan- Os indivíduos 45. por na. Turner foi o primeiro a As pessoas com cariótipo 45. no qual todas as trissomias possíveis são viáveis. têm anormalidades fenotípicas? A resposta provável é Essa última possibilidade é respaldada pela constatação que um pequeno número de genes permanece ativo nos de que muitos indivíduos com síndrome de Turner são dois cromossomos X em mulheres 46. Em seres humanos. A não disjunção na meiose 1 produz gametas anormais.16). ceto pela tendência a serem mais altos que os homens 46. algumas são 45. só exis. Essas pessoas têm dois tipos de células rentemente. tes com síndrome de Turner. Todas as outras trissomias em seres humanos são corpo será aneuploide e o indivíduo apresentará caracte- letais no período embrionário. têm pescoço dromorfos (derivado das palavras gregas que significam alado. X não têm corpúsculos descrever o distúrbio em 1938. Se a perda ocorrer no início do XY. agora é denomi. proporção entre o número de cromossomos X e de au- te um monossômico viável. a população de células aneuploides será menor. em dose dupla para o crescimento e o desenvolvimento te. 46. Todos os descendentes da célula em que sentes no cromossomo Y explicaria por que os homens .15 A não disjunção meiótica do cromossomo 21 e a origem da síndrome de Down. Apa- mosaicos somáticos. Se a perda ocorrer mais da dose correta do gene. as pacien- nar-se de ovócitos ou espermatozoides sem um cromos. Por que. X e outras. Como nessa espécie o sexo é determinado pela somo em indivíduo diploide. As células XX desenvolvem-se na direção femini- diploide de autossomos. X. terem ovários rudimentares. e as células XO desenvolvem-se na direção masculina. mas. o cariótipo 45. Veja a aná- seres humanos não toleram muitos tipos de desequilíbrio lise dos procedimentos usados para detectar aneuploidia cromossômico (Tabela 6. em parte. essas moscas são. desenvolvimento. "mulher". em parte. X podem origi. deficiência auditiva e anormalidades cardiovas. não apresentam uma síndrome constante de caracte. O fenótipo é feminino. Esses in. "homem" e "forma"). culares significativas. mitose algum tempo depois da fertilização (Figura 6. uma fração considerável das células do rísticas. Os indivíduos 45.1). de Barr nas células. que têm o mesmo número somo sexual ou da perda de um cromossomo sexual na de cromossomos X ativos que as mulheres XX normais. XX. então. tossomos. A constatação de que pelo menos alguns de um cromossomo X durante o desenvolvimento de um desses genes especiais ligados ao X também estão pre- zigoto 46. e Datura. indicando que o único cromossomo nado síndrome de Turner.120 Fundamentos de Genética Não disjunção Primeira divisão Normal meiótica / ~ / ~ Segunda divisão Normal meiótica Normal Não disjunção /~ /~ /~ Gametas: Duplo-21 Duplo-21 Nulo-21 Nulo-21 Normal Normal Duplo-21 Nulo-21 • FIGURA 6. Ao contrário do que ocorre em tarde. são quase sempre estéreis. fêmeas e. em fetos humanos no boxe Em foco: Amniocentese e biopsia de vilosidades coriônicas. XX normais. por isso. divíduos têm um só cromossomo X e um complemento machos. XX.A não disjunção na meiose li produz um gameta com dois cromossomos-irmãos idênticos (duplo-21) e um gameta sem cromossomo 21 (nulo. curioso. Obviamen. Os mosaicos de cromossomos XX/ XO também MONOSSOMIA ocorrem em Drosophila. X presente não foi inativado. Henry H. houve perda são 45. esses genes não inativados são necessários no corpo. mostrando a importância rísticas de síndrome de Turner. que ou têm duas cópias do cromossomo 21 (duplo-21) ou não têm nenhuma cópia desse cromossomo (nulo-21). X geralmente são baixos. X. 16 Origem do cariótipo da síndrome de Turner na fertili. orelhas malformadas e de implantação baixa. micrognatia. XXXY 2n+ 2 48. 45.X 45. anomalias cardíacas. não satisfazem essa exigência acompanhe o exercício do boxe Problema resolvido: De- . A ausência de um segmento cromossômico é denomina- 22 23. e. portanto. sao estere1s.X da deleção ou deficiência..XX plo clássico é a síndrome do miado do gato. pico. prega epicântica.000 Deficiência mental e surdez. esterno curto. 46. principalmente se a deleção for grande. XXXXXY 2n+ 4 47. . Para investi- alguns genes ligados ao X. hiperflexibilidade das articulações. sexo feminino deficiência auditiva. só uma cópia desses genes. DELEÇÕES E DUPLICAÇÕES DE SEGMENTOS CROMOSSÔMICOS Monossomia originada na fertilização. O tamanho da Ovócito Espermatozoide Zigoto Perda do cromossomo X deleção varia.X 23. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 121 Tabela 6. no qual os termos entre parênteses indicam a ausência zação (A) ou na clivagem após a fertilização (B). XXYY 2n+ 2 49. Esse achado significa que os homólogos no camundongo so. . . XY crescem e se desenvolvem normalmente. Grandes deleções podem ser de- Síndrome tectadas citologicamente por estudo dos padrões de ban- X ---->~ de Turner (45. 90% morrem nos primeiros 6 meses depois do nascimento. Um exem- 23. genuvalgo. provavelmente . Curiosamente. fenda labial e/ou palatina. XX) humanos ( Figura 6. deficiência mental. Em um organismo diploide. + 13 2n + 1 Patau 1/20. precisam estar presentes em apenas uma copia para o porque a função ovariana normal requer duas cópias de crescimento e o desenvolvimento normais. Essa hipoploidia pode estar associada a um efeito fenotí- Monossomia originada na clivagem após fertilização.X leção no braço curto do cromossomo 5. mamas desenvolvidas. Esse distúrbio é causado por de- 45. X 2n-1 Turner 1/2. boca aberta com língua grande. a deleção de um seg- 1go o A mento cromossômico faz parte do genoma hipoploide. retardo mental leve. XXY 2n + 1 Kli nefelter 1/500 Homem subfértil com testículos pequenos. membros longos. 47. retardo mental. boca e nariz pequenos com aparência geral de duende. geralmente estéril. Ovócito Espermatozoide z· t não. +18 2n + 1 Edward 1/8. convu lsões musculares leves. X/46. Indivíduos heterozigotos para a deleção e B um cromossomo normal têm o cariótipo 46 del(5) (p14). dos genes humanos implicados na síndrome de Turner XX é reativado durante a ovocitogênese.000 Malformação congênita de muitos órgãos. face redonda.500 Mulher com atraso do desenvolvimento sexual. rim em ferradura ou duplo.XX Mosaico nhecida como síndrome cri-do-chat (do francês) em seres X somático (45. XXXXY 2n+ 3 50. o análogo do cariótipo de Turner XO no camundongo não causa anormalidades anatômicas.1 Aneuploidia resultante da não disjunção em seres humanos. Os indivíduos 45. recém-nascidos do voz aguda feminina. +2 1 2n + 1 Down 1/700 Mãos largas e curtas com prega palmar. X_. X. xxx 2n + 1 Triplo-X 1/700 Mulher com órgãos genitais geralmente normais e fertilidade limitada. calcanhar proeminente. cabeça larga. mas as pequenas. baixa estatura. • FIGURA 6. Além dis. sexo masculino 48. . recém-nascidos do baixa estatura. pescoço alado. que têm gar a origem do cariótipo da síndrome de Turner XO. o cromossomo X que foi inativado nas mulheres 46. Frequência Fórmula Síndrome estimada ao A • Cariótipo cromossom1 ca clínica nascimento Fenótipo 47.17). X) deamento em cromossomos corados. de bandas na região 14 do braço curto (p) de um dos . 47. anormalidades cardiovasculares. tecção da não disjunção de cromossomos sexuais. 47. também co- 46. essa hiperploidia pode estar associa. A biopsia de vilosidades coriônicas é outra técnica para de- tecção de anormalidades cromossômicas no feto. O médico de Laura realizou tica. as células fetais são separadas do líquido amniótico por centrifugação e cul- tivadas durante vários dias a algumas semanas. Essa cavidade. é envolvida por uma membrana. Os resultados de todos es- ses exames podem demorar até 3 semanas. residente em Minneapolis. 3%. Além disso. é possível analisar as células fetais para pesquisa de anormalidades cromossômicas. A denominada duplicação. é preferí- uma amniocentese. quando está em posição. Nem Donald nem Laura Anderson tinham risco ligeiramente maior de aborto que a amniocentese. Os segmentos duplicados também podem ser reco- da a um efeito fenotípico. Nas gestações de rotina. por outras técnicas genéticas e moleculares. antes do desenvolvimento da placenta. O orga11ismo semelhante ao miado de gato i1a infâ11cia. A exemplo do que mossomo inferior. A inserção da agulha foi guiada por ultrassonografia e retirou-se um pouco de líquido am- niótico. O cório é uma membrana fetal que se fixa à parede uterina por interdigitações. A cânula é guiada por ultrassonografia e. é difícil detectar pequenas A mutação Bar (barra) do olho em Drosophila está associa- . cromossomo separado. mais adequado para estudo de deleções e duplicações é a drome. Em geral. parece estar associada a um primeiro filho. com que pareça haver um nó no meio dos cromossomos. pode-se fazer uma biopsia das vilosidades coriônicas com o auxílio de uma cânula plástica introduzida no útero através do colo. é pos- efeito é o mesmo nos dois casos: o organismo é hiperploi. nhecidos nos cromossomos politênicos. Administrou-se anestesia local para evitar o desconforto durante o procedimento. Por essas razões. ta lvez 2 a conhecimento de anormalidades genéticas na família. Outros exames podem ser realizados no líquido colhido do saco amniótico para detectar outros tipos de anormalidades. cromossomos 5. O Em vista da leve separação dos dois cromossomos. O pare- dem ser detectadas por exame dos cromossomos mitóti. esperava o mas não é tão confiável. casal Anderson. e. Esses i11divíduos podem aprese11tar gra. 20 semanas depois da amnio- centese. amento e11tre as cópias consecutivas desse segmento faz cos corados por age11tes de ba11deame11to como quina. que geralme11te são identificadas ve comprometimento mental e físico. O material cole. No caso de Laura.122 Fundamentos de Genética AMNIOCENTESE E BIOPSIA DE que esses tecidos são separados por dissecção. é usada para retirar • FIGURA 1 O médico colhe uma amostra de líquido do saco amni- um pedaço minúsculo de material por aspiração. chamada saco amniótico. tende a ser usada apenas nas gestações em mas por causa da idade de Laura . como a de Laura Anderson. As diminutas projeções coriônicas para o tecido uterino são as vilosidades. ela deu à luz uma menina saudável. Com 10 a 11 semanas de gesta- ção. o choro queixoso. uma "duplicação livre".188 mostra deleção em um dos dois cromossomos do a um dos cromossomos ou pode constituir um novo homólogos pareados na glâ11dula sali\rar de Drosophila. A Figura 6. sível perceber a ausência de uma pequena região no cro- de em relação a parte de seu genoma. formando a placenta. No entanto. não foram detectadas anormalidades. procedimento de retirada de uma pequena vel fazer a amniocentese. é possível determinar o cariótipo fetal. A análise citológi- ca dessas células mostra se o feto é aneuploide.decidiram fazer um que haja um forte motivo para suspeitar de anormalidade gené- teste de triagem de aneuploidia feta l. cuj os cromossomos politênicos garantem uma A presença de um segmento cromossômico extra é oportu11idade ímpar de análise citológica detalhada. ocorre nas deleções.38 anos . Como esse líquido contém células nucleadas descamadas do feto.18C As deleções e duplicações são dois tipos de aberrações mostra duplicação consecutiva (em tandem) de um seg- na estrutura do cromossomo. crina ou Giemsa. ótico de uma gestante para diagnóstico pré-natal de anormalidade tado gera lmente é uma mistura de tecido materno e feta l. dá nome à sí11. Depois cromossômica ou bioquímica. isto é. VILOSIDADES CORIÔNICAS A biopsia de vilosidades coriônicas pode ser feita antes da am- niocentese (10 a 11 semanas de gestação versus 14 a 16 semanas). Figura 6. quantidade de líquido da cavidade ao redor do feto em desenvolvi- mento por meio de uma agulha introduzida no abdome de Laura (Figura 1). As gra11des aberrações po. O segme11to extra pode estar uni. entre elas os defeitos do tubo neural e alguns tipos de mutação. mento no meio do cromossomo X de Drosophila. Drosophila. aberrações dessa forma. Capítulo 6 1 Variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 123 Detecção da não disjunção de cromossomos sexuais PROBLEMA O homem com discromatopsia. o 1. ) 'IJ Na década de 1930. heredograma porque transmitiu obrigatoriamente um cromosso- A fi lha. Esse genótipo poderia ter sido produzido pela fertilização de mo X (genótipo XO).19). Essa mu- tação domi11ante ligada ao X altera o tamanho e o for- mato dos olhos compostos. portanto tem o genótipo x+ Y. . '* • . questão. que é a mãe da criança em casal teve três filhos: um menino normal. bilidade é que o ovócito que tem x cb tenha sido fertilizado por um co de células XO e XX. seu genótipo é x cb X+. cromossomos sexuais durante a meiose no pai de G. Nessa segunda hipótese. Bridges analisou cromossomos X com a mutação Bar e constatou que a região 16A. B. D. que deixam de ser estruturas ~·. Há deteção do braço curto de um dos cromossomos 5. assim garantindo a visão normal das cores. Nessa situação. Além disso.. tem síndrome de Turner.um fenótipo • . A monossomia pode ser causada por não disjunção cromossô. portanto tem de ser heterozi - topsia e uma menina com discromatopsia e síndrome de Turner.f i 7 8 9 10 11 12 casos o olho composto era pequeníssimo . gota para o alelo mutante. vamos desenhar o heredograma e identificar No entanto. que 1 2 3 4 aparentemente continha um gene para formato do olho. O fato de G ter xcby discromatopsia indica que ela não tem células xcb x+ na retina - A B ou provavelmente em nenhuma outra parte do corpo. O. que foi perdido durante uma das divisões iniciais do embrião. Como ao X. Seu mari - plique a origem da menina com discromatopsia e síndrome de Turner.X. cb . . como sabemos que a discromatopsia G tem discromatopsia.". G. um ovócito contendo o cromossomo xcb por um espermatozoide 3.. esféricas grandes e se transformam em barras estreitas. isto é. não houve disjunção dos mica durante a mitose ou a meiose. sem cromossomo sexual.. 1 i~ •\ 13 ' 14 15 16 17 18 • FIGURA 6. .• •• . • . A síndrome de Turner é causada por monossomia do cromosso. também não tem discromatopsia.16B). é uma figura-chave nesse Um homem com discromatopsia casou-se com uma mulher normal. de fenótipo normal. Outra possi - 4. podemos escrever os células XX teriam de ser x cb X+. A não disjunção mitótica em indivíduo XX pode criar um mosai. 46 XX del(S)(p 14). C. G ANÁLISE E SOLUÇÃO seria um mosaico somático de células XO e XX (Figura 6. (( fluorescente gene-específica.17 Cariótipo de mulher com síndrome cri-do-chat. essa explicação não condiz com a observação de que todas as pessoas. Síndrome E F de Turner x+v xcby Deleção da a uma duplicação consecutiva (Figura 6. o genótipo provavelmente é x cb 2.. Os genótipos dos dois primeiros fi lhos do casal também são FATOS E CONCEITOS conhecidos com certeza. pois se G fosse um mosaico somático. a não disjunção de cromossomos sexuais durante a meiose no pai xcbx+ de G é a explicação mais plausível para o fenótipo de discroma - e D topsia e síndrome de Turner. Também fo·- ram observadas triplicações co11secutivas de 16A. O cromossomo à esquerda ligou-se à sonda porque tem esse gene específico. casou-se com um homem normal e o mo X com a mutação cb para a filha C. ... e seria esperado que algumas des- genótipos da maioria das pessoas no heredograma. ao passo que o cromossomo 19 20 21 22 à direita não se ligou à sonda porque houve deleção do gene e do X V material ao seu redor. O detalhe mostra os dois cromossomos 5 marcados com uma sonda ~ ' •' . . Para iniciar a análise. A discromatopsia é causada por uma mutação recessiva ligada que significa que tem apenas um cromossomo sexual . sas células tivessem formado células fotorreceptoras normais na retina. . Portanto. e nesses 6 i . C não tem discromatopsia.. havia passado por duplicação consecutiva. espermatozoide com um cromossomo X. um menino com discroma. B. O último. Ex. essa menina tem discromatopsia. do. . as é causada por mutação recessiva ligada ao X. as técn i- normal das regiões 6 e 7 no meio do cromossomo X de Drosophila.sinal claro da importân cia da dose do gene n a determinação de u m fenótipo.eção ou duplicação de um segmento cromossômico ou de cromossomos inteiros. Por exemplo.cromossomos com o centrome. que é a fusão de segmentos ro perto de uma extremidade .:f • 16 A B~ ~ Normal Duplicação Triplicação • FIGURA 6. Os ci- meio . ou podem u n ir segmentos de diferentes cromossomos.. podem ter diferentes arranjos dos cromossomos.. os genes que codificam nentes nas regiões 7A e 7C estão presentes no cromossomo superior. Portanto. dois pares de autossomos meta. Em (B) as bandas proemi- de organismos. Hoje. Portanto. cujo parentesco n ão é muito distan te. as proteínas da hemoglobin a passaram por duplicação mas ausentes no inferior. .e um par de pequenos autossomos puntiformes. que é a mudança de orientação de um segmento em um A • A tossomos acrocentr1cos. togeneticistas identificaram muitos tipos de rearranjos A Drosophila virilis. Em seres humanos. Esses rearranjos podem tem quatro pares de cromossomos.124 Fundamentos de Genética 5 6 • • A ~I e 8 I' .. 7C gênicas parecem ser relativamente comuns e garantem da esquerda para a direita. Na verdade. como a síndrome de Turner em seres humanos. ••~ . Por exemplo..19 Efeitos das duplicações da região 16A do cromossomo B X no tamanho dos olhos em Drosophila. cromossômicos. variação significativa para a evolução. e translocação.. Rearran ·os da estrutura do cromossomo Um cromossomo pode sofrer rearranjo interno ou se unir gênero. de cromossomos sexuais. na qual a análise de cromossomos politên i- • FIGURA 6. . mesmo e n tre organ ismos variantes em uma mesma espécie sugere que há refor- muito próximos. cêntricos grandes . ainda que do mesmo ranjos cromossômicos têm significado médico porque . 78. nas monossomias.cromossomos com o centrômero n o Em qualquer caso. cromossomo. Muitas e outras duplicações consecutivas foram e n contradas em Drosophila. quatro pares de au. como a síndrome deDown em seres humanos. 78. existe apenas uma cópia de um cromossomo • A aneuploidia pode ser causada por del. tem um par de cromossomos sexuais. PONTOS ESSENCIAIS • Nas trissomias. • denominado barra dupla. indicando que o cromossomo inferior sofreu consecutiva em mamífe ros (Capítulo 19). Em (C} a sequência duplicada é 7C. (B) cas moleculares tornaram possível detectar duplicações heterozigoto com deteção da região 6F-7C em um dos cromossomos consecutivas muito pequenas em uma grande variedade (seta) e (C} um cromossomo X mostrando uma duplicação consecuti- va (em tandem) invertida da região 6F-7C. existem três c6pias de um cro- mossomo. a Drosophila melanogaster mulação contínua do gen oma. a outro cromossomo. as espécies.18 Cromossomos politênicos mostrando (A) a estrutura cos torna a detecção relativamente fácil. 7A. os rear- pun tiformes.e um par de autossomos de diferentes cromossomos. a o rdem dos gen es é alterada.. Essas diferen ças indicam o rearranjo do genoma ao lon- go do processo de evolução. que incluem um par modificar a posição de um segmento do cromossomo. 7A. ~ • A • Tipo selvagem Barra Barra dupla • • E 15 F} . a observação de Na natureza h á considerável variação n o número e n a que é possível e n con trar rearranjos cromossômicos como estrutura de cromossomos. a intensidade do fe- nótipo mutante do olh o está relacionada com o número de cópias da região 16A. As duplicações uma deteção. Aqui analisamos dois tipos: inversão. com o uso de métodos citológicos padronizados.21 mostra essa configuração de tricas. Entretanto. A 8 CD E F tml G H - INVERSOES / ----. que as duas quebras estão no braço longo ( i. Ninguém sabe ao cer. Cromossomo normal A 8 CD E F tmi G H Cromossomo invertido E D e • FIGURA 6. / (Capítulo 17). As inversões também podem ser provocadas B pela reunião de fragmentos do cromossomo gerados por cisalhamento mecânico. cên trico sofre uma inversão com um ponto de quebra perto das extremidades da inversão. por causa da inversão. Desse modo. logo. transwcação recíproca. uma inversão pericêntrica). produzindo uma E D e inversão. Esses rearranjos podem ser A induzidos no laboratório com raios X. e sua re- lação com o câncer. As vezes. a morfologia do cromossomo não - TRANSLOCAÇOES se altera. se um cromossomo acro. durante o deslocamento. há pareamento ponto a pon. os fragmentos se fixam novamen..-. e cêntrica pode alterar os comprimentos relativos dos dois o outro se acomoda ao seu redor.inclui o centrômero.-- / / / / A inversão ocorre quando um segmento do cromossomo t se desprende.20). porque exclui o centrômero. Já na Os citogeneticistas distinguem dois tipos de inver. Abor- ser transformado em um cromossomo metacêntrico. uma in- versão paracêntrica). to que fração das inversões naturais é causada por cada Uma inversão pericêntrica (A) modifica o tamanho dos braços do um desses mecanismos.exclui o centrômero. inversão paracêntrica (B) isso não ocorre. Na prática. há uma inversão da or- dem dos genes no segmento. e. Mas damos as consequências genéticas da heterozigosidade se um cromossomo acrocêntrico sofre uma inversão em para inversão no Capítulo 7. As vezes.-. cromossomo porque o centrômero está incluído na inversão. ) te. Três tir o pareamento na região em que a ordem dos genes cromossomos trocaram trechos de seus braços direitos. de câncer.sequências / / de DNA capazes de mudar de posição no cromossomo ' / -.. apenas um cromossomo forma uma alça. A translocação ocorre quando um segmento de um cro- centncas que inversoes paracentr1cas. e o segmento entre eles foi invertido. a alça para braços do cromossomo. A Figura 6. e. inversão. foi invertida. A • mossomo se desprende e se une a outro cromossomo Um indivíduo no qual há inversão de um cromosso. pode estendidos e há uma tendência à perda da sinapse. A Figura 6. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 125 alguns predispõem ao desenvolvimento de certos tipos Inversão pericêntrica . Também há evidências de inversões naturais A 8 CD E F tml G H por atividade de elementos transponíveis . " • • . .20 Inversões pericêntrica e paracêntrica. No entanto. maximizar o pareamento pode surgir no cromossomo in- ca não tem esse efeito.--. O cromossomo mento de cromossomos no núcleo. não homólogo). e.. cação recíproca entre dois grandes autossomos.22A mostra uma translo- os cromossomos precisam formar uma alça para permi. é muito mais fácil detectar inversões peri. Assim. • FIGURA 6. sões observando se o segmento invertido inclui ou não o centrômero do cromossomo ( Figura 6. que fragmenta os ' Inversão paracêntrica . pareamento. esses / elementos quebram o cromossomo em fragmentos. gira cerca de 180º e se fixa novamente ao A 8 C D G F E restante do cromossomo. A troca de fragmentos de dois cromossomos não ho- to dos cromossomos invertido e não invertido ao longo mólogos sem perda de material genético é denominada de seu comprimento. A consequência disso é que uma inversão peri. que t voltam a se unir de maneira anômala. As inversões pericêntricas incluem o centrômero e as inversões paracên.21 Pareamento de cromossomos normais e invertidos. O significado genético é a transfe- mo. Durante a meiose. enquanto a inversão paracêntri. ( i. no Capítulo 21. não. Abordamos esses tipos de rearranjos. vertido ou no cromossomo não invertido. foi quebrado em dois pontos. mas não de seu homólogo. mas durante o processo um segmento gira e há uma inversão. os cromossomos são em cada braço ( i. é um heterozigoto para rência dos genes de um cromossomo para outro. cromossomos. talvez em razão do entrelaça. Ao todo. Além disso. e. Disjunção adjacente 1. do mesmo modo que os dois centrô- • cados são homozigotos não formam um padrão crucifor. cruciforme foram para o mesmo polo. quando os centrômeros que . A A Pareamento de cromossomos no heterozigoto para translocação. C. para maximizar o pareamento. de cromossomos). to- Como participam do pareamento cruciforme quatro dos os gametas resultantes serão an euploides.22 Estrutura e comportamento de pareamento de uma translocação recíproca entre cromossomos. espera-se que haja pareamen to cruci- locação durante a meiose 1. nam-se. nas gametas an euploides ( Figura 6. forçando o deslocamento de 1 e 3 para o polo oposto. 4 e • FIGURA 6. A. heterólogos). Outro t ipo de disjunção adjacente no centro da cruz. Em vez disso. e. produzindo gametas D e B e aneuploides. 2 1 A Os centrômeros 1 e 2 D A A B vão para um polo e os centrômeros 3 e 4 vão 1 para o outro. e 3 normais B translocados para o outro. produzindo gametas e 4 D 4 3 aneuploides. Quan do os centrô- trômero é identificado para que se possa acompanhar meros que vão para o mesmo polo são de cromossomos os movimen tos do cromossomo. a disjunção do cromossomo em heterozigotos para maneira. Disjunção alternada na qual centrômeros homólogos os cromossomos translocados e não translocados alter. há três pro. Em (8) há pareamento durante a prófase da meiose 1. é mostrada apenas uma forme entre esses cromossomos com translocação e seus cromátide-irmã de cada cromossomo duplicado. Essa configuração de pareamento é diagnóstica de um heterozigoto para translocação. disjunção adjacente no qual centrômeros homólogos seguem até po- mossomos translocados ficam de fren te um para o outro los opostos durante a anáfase. mostrados n a Figura 6. nes. Um tipo de homólogos sem translocação (Figura 6.23A).238). 8. no qual centrômeros homólogos seguem para o mesmo polo durante cados fazem o mesmo. cuja distribuição coorden ada para polos guns segmen tos cromossômicos terão deficiência de ge- opostos na primeira divisão meiótica pode ou não ocor. forman do os b raços da cruz.23. Os dois cro. ' produzindo gametas ' 1 euploides.23 Tipos de disj unção em um heterozigoto para trans- Duran te a meiose. 3 '' Os centrômeros 2 e 3 2 '' vão para um polo e os '' centrômeros 1 e 4 vão B para o outro.228). porque al- centrômeros. seguem até polos opostos durante a anáfase. Para simplificar. há pareamento u n iforme de cada cro. a anáfase. se os cen trômeros 1 e 2 vão para um polo e os tran slocação é um p rocesso um tanto in certo. derivados do mesmo par adjacen te I (Figura 6. meros cinza. e outros serão duplicados ( Figura 6. são denominados disjunção adjacente porque os centrô- Essa figura simplificada só mostra uma das duas cromá.126 Fundamentos de Genética Estrutura de cromossomos no heterozigoto para translocação. • FIGURA 6. mossomo translocado com seu par de estrutura idên tica. Da mesma rer. depois da duplicação dos cromosso- mos. propenso centrômeros 3 e 4 vão para o outro. os dois centrômeros diferentes ( i. a disjunção é denominada brancos são homólogos ( i. Todos esses casos cessos de disjunção possíveis.. Disjunção adjacente li. A 1 B 2 1 A 2 D Os centrômeros 1 e 3 vão para um polo e os Cromossomos Cromossomos D B centrômeros 2 e 4 vão . As células em que os cromossomos translo.23A). me. cada cen. B 4 3 B Disjunção alternada.. meros que estavam próximos uns dos outros no padrão tides-irmãs de cada cromossomo. e os dois cromossomos não translo. Se os centrômeros 2 e 4 seguem para o mesmo polo. são produzidos ape- a produzir gametas aneuploides. A descoberta foi feita por meio de experimentos ge. Se as jacente explica por que os heterozigotos para translocação disjunções adjacente 1.reis produz dois tipos de prole \riá. é improvável que sobrevi''ª· ~ Leia a resposta do problema no site Em vegetais. tozoide m gan observou exatamente o oposto: todas as fêmeas eram Macho " mutantes e todos os machos.rer para um polo diferente durante a divisão.com. W. produz apenas gametas euploides. separan. As fêmeas com X ligado selvagem. Por terem her- genética única. A partir desse cruzame11. que fração do pólen você esperaria que fosse abortada? um gameta euploide. homenagem ao citologista F. com criação de uma estru- tos dos dois segundos cromossomos em Drosophila pode. força11do o deslocame11. cada um deles pode se irmãs XXY para criar um estoque i10 qual os cromossomos mo. ~ to. No entanto. m e a tra11slocação é que o primeiro é a fusão de segmentos de cromossomos homólogos. Investi. duplo-X e nulo-X.24 ilustra o para o alelo~~ significado genético dessa ligação. o zigoto resultante é geneticamente desequilibrado e. X ligados foram perma11e11 temente ma11 tidos i1a linhagem do o cromossomo composto.ragem.ragem de outro estoque. os machos nascidos desse em uma célula desde que tenha apenas um centrômero cruzamento eram férteis e puderam ser cruzados com suas ativo. e os machos XO de fenótipo sel. centrô. locados (Figura 6. Lillian Morgan cruzou + fêmeas homozigotas para uma mutação recessiva ligada ao X m ~ + 4lllS:) X com machos de tipo selvagem. Em muitas espécies de vegetais.rel: fêmeas XXY pólen em heterozigotos para translocação. os heterozigotos para trans- locação são caracterizados por baixa fertilidade. translocação recíproca entre dois grandes cromossomos. Outra pes. sobretudo do lado masculino. XXY Ç? (mutante) YO (letal) produzem dois tipos de ovócitos. m néticos. forma11do uma unidade chos XY de tipo sel. embora metade deles tenha apenas cromossomos trans. um cromossomo funde-se ao seu homólogo. A diferença entre o cromossomo composto alelo mutante recessivo m. Outra possibilidade é a de que os cen trômeros 1 e 4 sigam para o mesmo polo. O cromossomo composto feminina. muitas vezes os próprios gametas aneuploides http://gen-io. criando um cromossomo X ligado ou X du- plo. porta11to. ~ Meiose Esperma- ~ ""'. Um cromossomo composto pode ser estável dado um cromossomo Y da mãe. 23B). As vezes a citoge11ética chama essa estrutura de isocromossomo (do m Fêmea com cromossomos X prefixo grego para "igual").24 Resultados de um cruzamento entre um macho nor- machos produzem dois tipos de espermatozoides. tura chamada translocação robertsoniana (Figura 6. de tipo selvagem. seria de esperar que todas as fêmeas da prole fossem + / XXX Ç? (morre) XO cf (tipo selvagem) do tipo sel. porque seus dois braços são ligados homozigotos para um equi.25 ). Porta11to. Já a tra11slocação é a fusão /Meiose\ de cromossomos não homólogos. Aborto de pólen em heterozigotos to de 2 e 3 para o polo oposto. X e que têm Y A u11ião desses gametas de todas as manei- gue esse efeito acompanha11do o boxe Resolva!: Aborto de ras possí. e são produzi- dos menos zigotos. casada com T. a disjunção é denominada adjacente II (Figu- ra 6. o pólen aneuploide é inviável. mero.grupogen. que têm mal e uma fêmea com cromossomos X ligados. não por análise citológica. adjacente li e alternada nesse heterozi- têm fertilidade reduzida. também pode ser formado pela u11ião de segmentos de Os cromossomos não homólogos também podem se cromossomos homólogos. Suponha que um desses vegetais seja heterozigoto para uma A produção de gametas aneuploides por disjunção ad. .Já que o cromossomo - TRANSLOCAÇOES ROBERTSONIANAS Y é necessário para a fertilidade. os braços direi. esses machos XO são esté- ' reis. normal y m quisa mostrou que os cromossomos X nas fêmeas mutan. mutantes. Mor. Por exemplo.ragem e os macl1os. Lillian Morgan conseguiu propagar os cromossomos As \rezes. fundir em seus ce11 trômeros.br. homólogos). são inviáveis. hemizigoto ~ tes ha. Robertso11.. O primeiro cromossomo composto foi descoberto em Ovócitos 1922 por Lillian Morgan.ralentes. que herdam os cromossomos X ligados da mãe e um cromossomo Y do pai. A Figura 6. Esse cromossomo foi formado pela fusão de dois cromossomos XX Nulo X em Drosophila. ou X ligados por retrocruzamento de fêmeas XXY com ma- duas cromátides-irmãs se unem. Capítulo 6 1 Variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 127 vão para o mesmo polo são do mesmo cromossomo (i.. Esse caso. em riam se soltar dos braços esquerdos e se fundir no . mutantes. denominado para translocação disjitnção alternada. e. H.riam se ligado uns aos outros. criando um meio-cromossomo composto. Morgan. Quando esses gametas fertilizam goto para translocação ocorrerem com frequências iguais. e os • FIGURA 6. Por exemplo. se houver dois centrômeros. que herdam um cromossomo X do pai e não CROMOSSOMOS COMPOSTOS E herdam cromossomo sexual da mãe.23C). lhante à mostrada na figura. (b) um heterozigoto para translocação? getal B aprese11ta 14 bi. . braços curtos desses dois cromossomos se fundiram para criar o cromossomo 2 humano.128 Fundamentos de Genética a fusão de dois cromossomos acrocêntricos produz um . um obser. não há pareame11to dos metáfase da meiose I. XY. (b) um homem com trissomia do 13. com os cromossomos duplicados. (b) configuração em prole são duplicados. . na espécie B. tem braços que Perdido correspondem a dois cromossomos acrocêntricos i1os • Formação de uma translocação robertsoniana meta - FIGURA 6. .. Na espécie A.• cromossomo metacêntrico. que é metacêntrico. Evidentemente. o número básico Resposta: A metáfase mitótica i1essa espécie seria seme. 14 = 24. (b) 47. +13. Como cada cromos. Que tipo de configuração de pareamento seria obser- 2. metacêntrica + cromossomos será estável. a fusão dos robertsoniana . As duas espécies são cruzadas. como a figura mostra o número de bivalentes que deve ser observado na a mitose. é 14. essa fusão ocorreu na evolução de nossa própria espécie. XY del(llp).• . de e. (d) um homem com sí11drome de Klinefelter. Também pode haver fusão termi11oterminal dos cro- Translocação mossomos para formar uma estrutura com dois ce11trô- meros. ele é constituído de duas cro. • •.rados na metáfase da meiose I na prole? (b) longo e outro curto. Desenhe os cromossomos na Espera-se que a prole seja fértil ou estéril? metáfase da mitose. No entanto. (c) uma mulher com síndrome de Turner. X. Os Resposta: (a) A prole é uma combi11ação dos cromosso- cromossomos homólogos estão pareados? mos dos dois pais. (b) A prole é um alotetraploi- cromossomos homólogos. (c) 45. deve ser fértil.rado. PONTOS ESSENCIAIS • A inversão faz com que a ordem de g-enes em um segmento de um cromossomo seja o oposto da ordem inicial • A translocação permuta segmentos entre dois cromossomos não homólogos • Os cromossomos compostos são produzidos pela fusão de cromossomos homólogvs ou pela fusão dos braços dos cromossomos homólogos • As translocações robertsonianas resultam da fusão de cromossomos não homólogos. cêntrica por permuta entre dois cromossomos acrocêntricos não ho- lhada mostrou que aparenteme11te as extremidades dos mólogos. e os cromossomos na Resposta: (a) Co11figuração em alça. o número básico de cromossomos na prole é 1O + somo é duplicado. a espécie ''e- para inversão. Exercícios A~ligue a análise genética básica 1. portanto. (d) 47. XX. Quais são os cariótipos de (a) uma mulher com sín- drome de Down. e. A análise citológica deta. 3. Indique cada cromátide. (e) um homem com deleção no braço curto do cromossomo 11? Resposta: (a) 47. de cromossomos é 10. os diminutos braços curtos dos cromossomos participantes são perdidos nesse pro- Dois cromossomos acrocêntricos X cesso. e i1ão a meiose.25 ge11omas dos grandes primatas. essas fusões de cromossomos foram bastante frequentes durante a evolução. (e) 46. +21. Portanto. (a) Quantos bivalentes serão cruz. A espécie ''egetal A apresenta 10 bivalentes de cro- vada na prófase da meiose I em (a) um heterozigoto mossomos na metáfase da meiose I. Uma espécie tem dois pares de cromossomos. Ao que tudo indica. 4. XXY..ralentes nesse estágio. Se um dos centrômeros for inati. O cromos- somo 2 humano. esse é mátides-irmãs. Ambos os sexos produ- zem dois tipos de gametas . X e Y A combinação de todas as maneiras possíveis produz quatro tipos de zigotos. isto é.21} somos X ligados e machos de corpo cinza com um cromossomo XY composto. 21) . A maneira mais fácil de 2. e em outro. tenha um filho com fenótipo anormal? Ovócitos Resposta: Sim. Uma geneticista de Drosophila obteve fêmeas com Ovócitos cromossomos X ligados 11omozigotos para uma mutação recessiva (y) que torna o corpo amarelo o em vez de cinza. y YO fêmeas (morrem) A disjunção desse tri.e os zigotos XO dão origem a machos de corpo cinza O homem também tem um cromossomo 14 nor- . parte do braço curto do cro- zamento. Preveja os fenótipos da prole desses o XYXYo 00 dois cruzamentos e indique o fenótipo estéril. no entanto. Dura11te x+ XYXY x+ x+o a meiose i1esse homem. se fêmeas (morrem) houver algum. bém produzem dois tipos de gametas. Os dois tipos dessa pro- le viável são férteis. mossomo 21: meas com X ligado e corpo amarelo e os machos de tipo selvagem comuns. ela cruza A A A algumas dessas fêmeas com machos de tipo selva. T(l4. mas o cromossomo co (e fe11otípico) . do cromossomo 14. há alguma chance de que o casal Y ause11te nos machos causa esterilidade. . quatro deles aneu- ploides. Capítulo 6 1 Variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 129 Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1.as fêmeas produzem os mesmos tipos acima.. Agora co11sideramos o cruzame11to entre fêmeas 1 21 Aneuploide com X ligado e corpo amarelo e os machos com cromossomo XY composto. X e nulo..como seus pais. analisamos o cruzamento entre fê.---'A.ragem que têm cromos. apenas dois tipos são viáveis. Espermatozoides somos X e Y ligados.como suas mães. Qua11do esses são unidos de todas as manei- ras possíveis. Se ele se casar mossomo Y O cromossomo Y extra i1as fêmeas não com uma mulher normal do ponto de vista citológi- tem efeito sobre a fertilidade. Os machos tam. Um homem com fenótipo normal tem um cromos- determinar esses genótipos é criar um diagrama somo translocado que co11tém todo o braço longo com os tipos de zigotos produzidos por cada cru. mossomo 14 e a maior parte do braço longo do cro- Primeiro.ralente produz seis tipos di- amarelas ferentes de espermatozoides. o casal teria filhos com síndrome de Down em co11sequência da segregação meiótica A no homem citologicame11te anormal. . formando um trivalente. o cromossomo tra11slo- (morrem) machos cinza cado. exceto pela ausência de um cro. T(l4. ela cruza essas fêmeas (morrem) machos cinza com machos de tipo sel. precisamos conhecer os genótipos.. A x+v XYXY x+v x+v o gem comuns. têm um cromossomo A XY composto. observamos que dois tipos de zigotos 14 e Aneuploide são viáveis: fêmeas de corpo amarelo com cromos._____. Os zigotos XXY dão origem a fê. amarelas Resposta: Para prever os fenótipos da prole. mal e um cromossomo 21 normal. a i1ão ser pelo fato de terem um cromossomo X . As fêmeas produzem 2lq dois tipos de gametas. e os machos produzem XY ou nulo. Em um experimento. 14q meas de corpos amarelos . fará sinapse com os cromosso- Espermatozoides A XYXY y mos normais 14 e 21 . 21) zEuploide III 14. 21. 14. a trissomia do cromossomo 21 não é. como mostra a tabela associada. O hí- híbrido da F 1 da raiz bivalentes univalentes brido da F 1 produziu apenas alguns grãos de pó- A 20 10 o len. Esse cromossomo servar na metáfase da meiose I em um híbrido das perdeu parte do braço longo. Que AXB 20 o 20 procedimento poderia ser usado para disti11guir o AXC 15 5 5 cromossomo X dos outros membros desse grupo? AXD 15 5 5 6. 21. o cromossomo X tem aproxi. 21 14. T(l4. trissomia do morre 14 e 21 Eu pio ide 21) T(l4. (b) Quantos bivalentes e univalentes você esperaria ob- está associado à leucemia crô11ica. entre eles um cromos. cujos gametas têm sete comportam de maneira mais regular que os triploi.5 Uma espécie de \regetal A. e a observação microscópica das células-mães de pó- 6. 21) 14. 21 monossom1a morre do 14 111 14. =euploide normal 21)' 21 Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a capacidade analítica 6. 21 21 T(l4. i1ome da cidade em que foi descoberto. 14.4 A tabela a seguir apresenta dados dos cromosso. ladelphia. II 14 14. 21 . Assim. T(l4. 14 21 . CXD 10 o 10 camen te anormal. Como você indicaria espécies C e B? o cariótipo de um indi. Esperma- Disjunção tozoide Zigoto Distúrbio Resultado . cromossomos. 14. Embora a trissomia ou mo11ossomia do cromossomo 14 e a monossomia do cromossomo 21 sejam condições letais. 14. por que alguns tetraploides se 6. foi cruzada com uma espécie B apa- des? rentada. trissomia do Down 21 21). 21 monossom1a morre do 21 T(l4. denomi11ado cromossomo Phi- (a) Deduzir a origem cromossômica da espécie A. que tem nove. 14. euploide normal 21 T(l4. é possível que o casal tenha um filho com síndrome 14 Aneuploide de Down. um cromossomo 22 citologi. com a produção de Metáfase da meiose 1 um vegetal que tinha 32 cromossomos em suas célu- Número de las somáticas.21) ploide.ríduo que tinha 46 cromos. servar na metáfase da meiose I em um híbrido das somo 22 i1ormal e um cromossomo Philadelphia? espécies D e B? 6.130 Fundamentos de Genética A fertilização de um ovócito co11tendo um cro- li mossomo 14 e um cromossomo 21 por qualquer 21 e Aneuploide espermatozoide aneuploide produz um zigoto aneu- T(l4. (c) Quantos bivalentes e univalentes você esperaria ob- somos nas células somáticas.1 No cariótipo huma110. Explique. 21) . e 10 5 o madamente o mesmo tamanho de sete dos autosso. le11 i1ão mostrou pareamento de cromossomos. I 21 14. Uma mos de quatro espécies de vegetais e dos híbridos parte de um dos híbridos de crescimento vigoroso da F 1 : foi propagada vegetativamente.2 Em seres humanos. Essa pla11ta era fértil. Os híbridos foram estéreis. que foram usados para fertilizar as oosferas B 20 10 o da espécie Y Esse cruzamento produziu algumas . D 10 5 o mos (denominado grupo C de cromossomos).3 Durante a meiose. 21). cromossomos 6.6 Uma espécie de vegetal X com n = 5 foi cruzada Espécie ou na extremidade Número de Número de com uma espécie aparentada Y com n = 7. T(l4. selvagem. tem 46. Na família B.12 Em seres humanos. XXX. de 50%.16 Em vegetais. olhos castanhos. Machos duplamente hete- for cruzada com uma mosca monossômica para um rozigotos foram cruzados individualmente com fê- quarto cromossomo de tipo selvagem. dois indiví.22 Um homem tem cromossomos 21 ligados. te das duas espécies originais e eram muito férteis. dois indivíduos de olhos brancos. Explique. Moscas ho- ele sobrevivem e são férteis. moscas homozigotas para mutações st têm olhos Se uma mosca citologicamente normal homozigo.9 Uma fêmea de Drosophila homozigota para uma A B C D E F e outro tem a sequência M N O P Q mutação recessiva ligada ao X causadora de corpo R.1 O O quarto cromossomo de Drosüphila é tão pequeno 6. respectivamente. 6. se. O gundo cromossomo: . XY. zigoto. 6. uma mosca tinha áreas de pigmento QR em um cromossomo e M NO D E F no ou- amarelo em um corpo cinza. 6.ess (sem olhos) recessiva e st têm olhos brancos. Down? lidades dos cromossomos sexuais que homens XY? 6. produziram quatro classes de prole: tipo 6.18 Em Drosüphila. lher é citologicamente normal. cada uma delas com 24 cro. Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 131 plantas. Depois da cromossomo homólogo com o qual essa sequência autofertilização. e um to e uma translocação robertsoniana? filho com síndrome de Hunter. dois indivíduos de fenótipo normal tiveram duas filhas 6.14 Em um cromossomo da glândula salivar de Droso. quências de bandeamento em uma região do se- phila. Que tipo gumas plantas da F2. em cada 6.13 Embora homens X\Y tenham fenótipo normal. quais serão meas homozigotas bw. st. Sugira uma explicação para esse paradoxo. XO. Vários genes.11 Uma mulher com discromatopsia ligada ao X e sín. ex- os tipos de prole produzidos? Em que proporções? ceto um. Explique a natureza sexuais ocorreu no pai ou na mãe dessa mulher? dessa exceção. enquanto as áreas mossomos translocados com os correspondentes cinza eram femininas. qual é a chance de 6. A única exceção produziu apenas prole de e mãe normal. os organismos heterozigotos para visão de um ovócito secundário em uma mulher. a síndrome de Hunter é reco. foram localizados nesse cromossomo.23 A análise dos cromossomos politênicos de três po- Explique. duos de fenótipo normal tiveram um filho normal.20 Qual é a diferença entre um cromossomo compos- uma filha com síndromes de Hunter e Turner. Todos os cruzamentos. penetrância completa. Que tipo de alteração cromossômica ocorreu 6. os híbridos da F 1 produziram al. 6. a sequência das bandas é 1 2 3 4 5 6 7 8. 6. 6. Essas áreas amarelas tro. entre eles mozigotas para mutações bw têm olhos castanhos. Na família A. Na prole. Por quê? do dessa divisão receba dois cromossomos 21? 6. uma filha com síndrome de Hunter e um Preveja os fenótipos da prole.17 Um cromossomo de um vegetal tem a sequência 6. todas com 19 cromossomos. XXY. normal. Na família C. (b) 1 2 3 4 4 5 6 7 8. (c) 1 2 3 4 5 8 esses híbridos férteis da F2 • 7 6. 6. o eyekss (ey). Os fenótipos de ambos os pais de fenótipo normal tiveram uma filha de fenótipo são causados por mutações recessivas ligadas ao X. mossomos produziu o seguinte arranjo: A B C P gem. cromossomos em sinapse.8 Se houver não disjunção do cromossomo 21 na di. Sua mu- família.21 Uma fêmea de Drosophila de corpo amarelo com de fenótipo normal e um filho com síndromes de cromossomos X ligados foi cruzada com um macho Hunter e Klinefelter. os genes bw e st estão localizados nos A • • A • que as moscas monossom1cas ou tnssom1cas para cromossomos 2 e 3. A não disjunção dos cromossomos tipo selvagem e olhos brancos. a origem da criança indicada em itálico. Ilustre como seria o pareamento desses cro- eram distintamente masculinas. pulações de Drosophila mostrou três diferentes se- 6.19 Um menino de fenótipo normal tem 45 cromosso- nhecidamente uma característica ligada ao X com mos. que o primeiro filho do casal tenha síndrome de ria esperado que tivessem mais filhos com anorma. de alteração cromossômica ocorreu? Desenhe os • mossomos. filho com síndrome de Hunter. escarlate e moscas homozigotas para mutações bw ta para uma mutação eyel. Uma translocação recíproca entre esses cro- amarelo foi cruzada com um macho de tipo selva.15 Outros cromossomos têm as seguintes sequências: Explique a sequência de ocorrências que produziu (a) 1 2 5 6 7 8. 7 Identifique os fenótipos sexuais dos seguintes genó. somos com um cromossomo cuja sequência é 1 2 3 X\Y 4 5 6 7 8. em cada um? Ilustre o pareamento desses cromos- tipos em seres humanos: XX. Essas plantas tinham fenótipo diferen. que tem síndrome de Down. faz sinapse tem sequência 1 2 3 6 5 4 7 8. translocação apresentam aborto de pólen de cerca qual é a chance de que um ovócito maduro deriva. Explique o fenótipo peculiar normais durante a meiose em indivíduo hetero- dessa mosca. olhos escarlate e olhos drome de Turner tinha um pai com discromatopsia brancos. mas sua irmã. Qual foi o Dica: No site. moscas homozi- (a) 12345678 gotas para mutações brown têm olhos castanhos (b) 12263478 e moscas homozigotas para mutações nesses dois (e) 15432678 genes têm olhos brancos. letado do cromossomo Y e inserido no braço curto cho é de tipo selvagem. em Plant Genomes. Se selvagem é dominante em relação ao mutante. normal.28 Em Drosüphila. a esse homem casar com uma mulher de cariótipo pelagem do macho é de tipo selvagem (cor escura). entre elas controle motor foram cruzados com fêmeas triplamente homozigo- deficiente e comprometimento mental grave.29 O exame citológico dos cromossomos sexuais de de cariótipo normal. O alelo no autossomo translocado do ma. depois em progresso no sequenciamento dos genomas poliploi. e castanho (bw) controlam a produção dos pigmen- rentes regiões geográficas apresentava um arranjo tos castanho e vermelho dos olhos. por fim. h e ey. A maioria dos mento de um de seus cromossomos? machos da F 1 produziu oito classes de prole em proporções aproximadamente iguais. corpo piloso e (4) asas vestigiais. Os machos de tipo selvagem tratados com raios X me de anormalidades. Um macho homozigoto (d) 14322678 para mutações nos genes cn e bw tem olhos ver- (e) 16223478 melho brilhantes porque uma pequena duplica- (f) 154322678 ção que tem o alelo selvagem de bw (bw+) é fixada Suponha que o arranjo (a) seja o original. esse segmento contém o gene translocado é mutante. PI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Quando a prole do cruzamento é examinada. (2) sem olhos.26 Um camundongo de sexo masculino heterozigoto ram implicados? para uma translocação recíproca entre o cromosso- mo X e um autossomo é cruzado com uma fêmea 6. mas a criança (um menino) tem uma síndro. clique em Genomes and Maps.132 Fundamentos de Genética População Sequência de bandeamento A fêmea tem pelagem clara porque é homozigota para o alelo mutante do gene determinante da cor. e 4. que tipos de prole serão pro- por cada alteração? duzidos? 6. Um pequeno segmento foi de- pelagem.nih. (3) asas vestigiais. respectivamen- de bandas específico em um dos grandes autosso. sultados peculiares. somos nos cariótipos de um homem. No entanto. e o alelo no autossomo não do cromossomo X. as mutações de asas vestigiais ( vg). O autossomo que sofreu trans. . cada uma delas representando cerca de um quarto do total: (1) tipo selvagem. todos P2 1 2 3 9 8 7 6 5 4 10 os machos têm pelagem clara e todas as fêmeas têm P3 1 2 3 9 8 5 6 7 4 10 áreas de pelagem clara e escura. Os machos da F 1 (todos com fenóti- é a base genética do fenótipo anormal da criança? po selvagem) foram submetidos a cruzamento-teste A criança é hiperploide ou hipoploide para um seg. mal.ncbi.24 Cada uma de seis populações de Drosüphila em dife. Qual tas recessivas. Encontre des da soja ( Glycine max). um macho da F 1 só produziu quatro classes de prole. - çoes. 6.nlm. respectivamente.25 O diagrama a seguir mostra dois pares de cromos.gov 1. Muitas plantas agrícolas são poliploides. Que tipo de aberração cromossômica tem o macho excepcional da F 1 e que cromossomos fo- 6. O homem e a mulher têm fenótipo nor. como o alelo responsável pela diferenciação do macho ( SRY). que tipos de prole terá o casal? Genômica na Web em http://www. com fêmeas homozigotas recessivas. 6. um homem mostrou que ele tem uma transloca- locação tem um gene responsável pela coloração da ção para inserção. sem Mãe Pai Criança olhos. trigo ( Triticum aestivum) e cada espécie e leia sobre as tentativas permanentes de batata (Solanum tuberosum)? sequenciamento do DNA. Genome Project e. uma mulher e corpo piloso (h) e ausência de olhos (ey) são reces- seu filho. 3. no entanto. te. sivas nos cromossomos 2. corpo piloso.27 Em Drosophila. Em que ao cromossomo Y. Moscas homozigotas para mutações cinnabar mos: têm olhos vermelho brilhantes. como seria esperado se houvesse distribuição independen- te dos genes vg. os genes autossômicos cinnabar ( cn) 6. Explique esses re- Explique as relações evolutivas entre essas popula. Se esse macho for cruzado com ordem provavelmente surgiram os outros arranjos? uma fêmea de cariótipo normal homozigota para Que tipo de aberração cromossômica é responsável as mutações cn e bw. Clique no gene destacado para descobrir mais in. APP. está ideograma do cromossomo 21. o menor dos 4. O material distal à constrição secundária . Quando triplicado. Em que banda ele está localizado? cromossomo 21 humano? Dica: Pesquise o APP usando a função "Find in This Dica: Use a função Map Viewer para examinar o ideogra- View". Capítulo 6 1 variação no Número e na Estrutura dos Cromossomos 133 2. Essa proteína parece ter um papel importante na etiologia da doença 5. o cromossomo 21. Pesquise os genes de RNA ribos- formações sobre ele. sômicos usando a função "Find in This View". afastado do centrômero em direção à extremidade Dica: Use o Map Viewerpara encontrar o cromossomo 21 e determinar seu tamanho e conteúdo gênico. Encontre a constrição secundária e o satélite no 3. Localize o gene APPno idiograma do crer contêm genes para o RNA ribossômico. causa a síndrome de somos no genoma humano. ma do cromossomo 21. Isso ocorre no mossomo 21 humano. Quantos pares de nucleotídios estão presentes dárias e uma constrição primária. O gene da proteína precursora de amiloide. situada no centrô- nesse cromossomo? Quantos genes ele contém? mero. assim como alguns outros cromos- autossomos no genoma humano. tem constrições secun- Down.é denominado saté- lite.isto é. mais próxima do cromossomo . localizado no cromossomo humano 21. . O cromossomo 21. As constrições secundárias em alguns cromossomos de Alzheimer. .. conseguiram localizar cada um desses genes em um mapa do cromossomo. ele havia construído o primeiro mapa cromossômico do mundo. Mor- gan estabeleceu os alicerces para esses estudos quando mostrou que o gene para olhos brancos em Drosophila estava localizado no cromossomo X. a estrutura do mapa indicava que um cromossomo era um simples arranjo linear de genes. Esse mapa era uma linha reta. aluno de graduação que trabalhava no laboratório de Morgan. Portanto. Sturtevant não usou instrumentos sofisticados em seu trabalho. Antes que o sol nascesse no dia seguinte. • • 1 ao.. Essa metodologia criou as condições para todas as tentativas subsequentes de estudar a organização de genes em cromossomos. Seu método era simples mentos com ervilhas-de-cheiro. Uma noite. T. os alunos de Morgan mostraram que outros genes estavam ligados ao X e. Como Sturtevant conse- guiu determinar as localizações de cada gene no mapa? Nenhum microscópio era suficientemente eficiente para ver os genes. por fim. ..1). Sturtevant pôs de lado o dever de álgebra para avaliar alguns dados experimentais. nem havia aparelho preciso o bastante para medir as distâncias entre eles. e refinado. . apenas empregou a análise de dados de cruza. ou locus {Figura 7. Na verdade. O método de mapeamento dos cromossomos foi inventado por Alfred H. H.. na qual cada gene estava situado em determinado ponto. recombinação e crossing over Mapeamento cromossômico Mapeamento citogenético Análise de Ligação em seres humanos Recombinação e evolução Primeiro mapa cromossômico do mundo A imagem moderna da organização dos cromossomos surgiu de uma combinação de estudos genéticos e citológicos. em 1911.A ligação entre genes foi descoberta pela primeira vez em experi- mentos experimentais com Drosophila. ross1n overe A e eamento romossom1co em ucariotos PANORAMA Ligação. Sturtevant. e ele explorou um fenômeno que ocorre com regu - laridade durante a meiose. Logo depois. 0 sn (cerdas chamuscadas) criava os quiasmas .0 . depois. 27.0 .1:1:7. f (cerdas bifurcadas) fertilizadas. denominado recombinação. w (olhos brancos) simples. Em . Essa ideia foi inspirada pela observação citológica de que era possí. Quando as plantas da F 1 foram auto- 56.rel ver os cromossomos em co11figurações de pa- reamento que sugeriam a permuta de fragmentos entre eles. Entre as 803 plantas da F2 examinadas.5 pende11te. r (asas rudimentares) eram dominantes. Bateson e R.isto é.4 . B (olhos em barra) ção peculiar de fenótipos na prole.5- troca física de material separa''ª e recombina''ª os genes. i11dicando que os alelos para esses dois fenótipos 55. Os ge11eticistas começaram a usar o termo crossing over para descrever o processo que 21. os dois homólogos cruza- . Os dados experimentais mostravam que genes no mesmo cromossomo poderiam ser separa- y (corpo amarelo) dos durante a meiose e que novas combinações de genes poderiam surgir. Assim.0 . Esse fenômeno é denominado ligação. sd (asas de bordas irregulares) as plantas da F1 ti.0. . C. tais) são sub-represe11tadas. Os pri- juntos na meiose. super-representadas e as duas outras classes (não paren- lanogaster.2.rem de organização dos cromossomos. quan- do havia pareame11to dos cromossomos homólogos. Podemos ver o grau de discordância entre os resultados observados e os resultados esperados i1a parte inferior da Figura 7.3:1.. no entanto.5 t (corpo bronze) ''ªS combinações gênicas .5 . pala.4 ras (olhos de framboesa) EVIDÊNCIAS INICIAIS DA LIGAÇÃO E 33.l . Punnett 43. o processo real de troca e11tre cromossomos pareados.7 32.se (cerdas em escudo) meno. fixado ao outro. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 135 Ligação recombinação e crossin over Os genes que estão no mesmo cromossomo seguem a meiose.a separação de genes ligados e a formação de no- 27. durante a meiose. Bateson e Punnett observaram uma distribui- 57. Um ponto de cruzamento (cros- sing over point) foi de11ominado quiasma. obtiveram uma proporção de 24. ser herdados juntos. s (corpo negro) ( Figura 7. os alelos de genes ligados meiros ge11eticistas não ti11l1am certeza sobre a natureza da ligação. é lógico que Sturtevant baseou seu método de mapeamento no princí- esses pesquisadores tinham em mente um modelo li11ear pio de que genes situados no mesmo cromossomo de. Todas 51. N (asas entalhadas) Uma hipótese afirmava que.1 Mapa de genes no cromossomo X de Drosophila me. . Capítulo 7 1 Ligação. 3. devem seguir unidos durante ção não era absoluta. g (olhos granada) ervilhas-de-cheiro com duas características difere11tes. inclusive Morgan e seus alu- podem ser recombinados por crossing over. Como esses genes estão fisicamente Os primeiros geneticistas também sabiam que a liga- ligados à mesma estrutura. as clas- ses semelhantes aos pais originais (classes parentais) são • FIGURA 7.1. 7.2). cv (asas sem nervuras transversais) vam-se como se cada um deles tivesse sido quebrado e. acreditavam que os genes estavam ligados uns aos outros como as contas de um cordão.ez da proporção 9:3:3: 1 esperada para dois genes de distribuição inde- 62.3 . Esses pesquisadores cruzaram variedades de 44.5. m (asas em miniatura) Algumas das primeiras evidências da ligação vieram de experimentos realizados por W. pela teoria genética 1. v (olhos vermelhão) RECOMBINAÇAO - 36. nos.1ra derivada 20.7 . Co11tudo. cor das flores e comprimento do pólen.reram flores vermelhas e grãos de pólen longos.5. Plantas de flores vermelhas e grãos de pólen longos foram cruzadas com pla11tas de flores bra11cas e grãos de pólen curtos. Nos po11tos de permuta. mas alguns deles. Em vista dessas discrepâncias . uma 5.0 ___ ct (asas cortadas) do grego que significa "cruz".0. '----. Eles concluíram que a recombi- nação .era consequência do processo lz (olhos losango) físico de crossing over. era difícil explicar esse fenô·- 0. 533.2 + 103. Evidentemente. é quase desnecessário calcular o qui-quadrado genes que determinam a cor das flores e o comprimen- para testar a hipótese de distribuição independente das to do pólen estão ligados.2). To.6 50. Essa explicação é apresen. duzidos por plantas da F1 duplamente heterozigotas. A Ervilhas-de-cheiro da F 1 duplamente heterozigotas foram explicação correta para a ausência de distribuição inde. geralmente denomi- fenótipos dominantes. eles não fizeram isso.~ de-cheiro p X 0 o o>---. Portanto. e não dos recessivos.6 150. . os símbolos dos alelos são derivados dos F 1• Podemos usar essa frequência. isto é.8. óbvias. e os alelos do zigotas da F 1 é de 80/1. dos genes que determinam a cor das flores e o compri.000 = 0.Grãos de pólen V X Flores vermelhas Grãos de pólen longos F2 ~~º 11'~ f1'" o o o0 o ~~º 0 Flor vermelha Flores vermelhas Flores brancas Flores brancas Grãos de pólen Grãos de pólen Grãos de pólen Grãos de pólen longos curtos longos curtos (Parentais) (Não parentais) (Não parentais) (Parentais) Observados 583 26 24 170 Esperados 451. R l e r L. Como esse é um cru- gene do comprimento do pólen são L (longo) e l (curto). recombinantes produzidos pelas plantas heterozigotas da vos históricos. para medir a intensida- . a prole revelaria d iretamente os tipos de gametas pro- mento do grão de pólen.) Como os nada frequência de recombinação. às vezes haverá um crossing over entre os dois genes e seus davia.4 + 285. e os outros 80 são recombinantes.08.136 Fundament os de Genética Flores vermelhas Flores brancas Grãos de pólen longos Grãos de pólen curtos Flor da ervilha.9 Esp. A Figura 7. zamento-teste. que é o valor críti. 0. . grão de pólen. 1 + 106. estão ligados. a frequência tada no diagrama da Figura 7.muito acima de 7.2 x2= l: (Obs. produzindo dois outros tipos apenas para mostrar o quanto os resultados observados de gametas. plexa para seus resultados. preci.2 Experimento de Bateson e Punnett com ervilhas-de-cheiro. por moti. Consequentemente.2 alelos serão recombinados. mas que se mostrou errada. incluímos o cálculo do qui-quadrado na Figura 7. Os alelos dos genes da cor da prole recombinante produzida pelas plantas hetero- das flores são R (vermelha) e r (branca). (Observe que.000 organismos da comprimento do pólen estão localizados no mesmo cro. prole. cor das flores e comprimento do F 1 produzam dois tipos de gametas. de crossing over entre os dois genes. Bateson e Punnett apresentaram uma explicação com. cruzadas com plantas homozigotas para os alelos reces- pendente nos dados é que os genes para cor das flores e sivos de ambos os genes. E claro que a frequência desses dois discordam dos resultados esperados. O valor do qui-qua. co para uma distribuição de qui-quadrado com três graus Bateson e Punnett poderiam ter proposto essa explica- de liberdade (ver Tabela 3. ção se tivessem realizado um cruzamento-teste em vez de samos rejeitar a hipótese de d istribuição independente um intercruzamento na F 1• Com um cruzamento-teste.4 apresenta a análise desse cruzamento-teste. esperamos que as plantas da duas características.6 • FIGURA 7. Os resultados na F2 indicam que não há distribu ição independente dos genes para cor das flores e comprimento do grão de pólen.08 também é a frequência de gametas os alelos R e L são dominantes.6 150. 920 assemelham-se a uma das linhagens parentais mossomo.-Esp. RL e r L No entanto.)2 = 38.3. tipos de gametas recombinantes depende da frequência drado é enorme . Entre os 1. li li .3 Hipótese de ligação entre os genes para cor das flores disposição dos alelos em indivíduos heterozigotos (Figu- e comprimento do pólen em ervilhas-de-cheiro. ) CJ _ I li ) da F1 estão ligados no mesmo cromossomo. Esses termos possibilitam dis- tinguir os dois tipos de heterozigotos duplos. rozigotos duplos. 1 1) r I classes (Aa bb e aa Bb). r e ~ do outro. Cromossomos Cromossomos Os cruzamen tos de genes ligados geralmen te são apre- não recombinantes recombinantes sen tados em diagrama para mostrar a fase de ligação . cada classe da F2 ocorrerá com uma frequên cia de 25% (ver Figura 5. Em razão da distribuição independente dos gen es A e B. de um gen itor e dois alelos somo homólogo... Uma frequência R L r I R 1 r L de recombinação inferior a 50% significa que os gen es Gametas ( . li ) Flor vermelha.11 li ) e li li ) e li li ) Os gametas recombinantes são produzidos em conse- Flor vermelha.7). com fenótipo recombinante. Flor vermelha. Além C. .H li 1) disso. e de duas e. ra 7. R e L.08 e1 1 ) e1 li ) • FIGURA 7. R e L. Depois. No experimento de Bateson e Punnett com ervi- os dois alelos dominantes. Quando os alelos dominantes e recessivos estão divididos pólen longo pólen curto nos dois lados da barra. o genótipo tem a fase de ligação de acoplamenw. estão situados no cromos. Outra maneira de interpretar essa simbolização é dizer que os alelos à esquerda e à direi- ta da barra entraram no gen ótipo em diferen tes cromosso- R L r I mos homólogos. dos genes estão situados no mesmo lhas-de-cheiro. como nesse r I X r I e li e li 11 ) exemplo.. / Flor branca. Sempre que todos os f1 ( . um de cada genitor.. faz-se o cruzamento-teste da prole Aa Bb desse cruzamento com o gen itor recessivo duplo.a • FIGURA 7... suponhamos que os ge- nes A e B estejam em cromossomos diferentes e que um Meiose indivíduo AA BB seja cruzado com um indivíduo aa bb. Nas plantas da F1. pólen curto que o crossing over entre os dois genes é muito raro.I . a frequência total de prole recombinan te de um cruzamento-teste de dois genes em cromossomos diferentes será de 50%. há ligação estreita entre os genes que determinam a cor das • FIGURA 7. o que Flor vermelha. 450 470 42 38 Heterozigoto Heterozigoto 920 parentais 80 recombinantes em acoplamento em repulsão R L R I Frequência de recombinantes = 80 ~~ 20 = 0. escrevemos o genótipo dessas plantas R L/r ~ em que a barra (/) separa os alelos herdados de cada genitor. pólen longo ocorre quan do dizemos que h á distribuição indepen- dente dos gen es.. as plantas heterozigotas da F 1 receberam cromossomo. Aqui a fre- e li li ) quência de recombin ação é bastante baixa. Capítulo 7 1 Ligação.. recessivos.. seus alelos recessivos... . na verdade. Flor branca.. r I r L lha-de-cheiro. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 137 R L r I de de ligação e n tre genes. dois alelos dominantes. cujos fe n ótipos R L R L são iguais aos dos pais n o cruzamento original.5 Fases de ligação de acoplamento e repulsão em hete- flores e o comprimento do pólen. Por exemplo. Assim.. Esse limite máximo é r 1 alcançado quan do os genes estão em cromossomos di- e 11 11 ) ferentes. enquanto os genes com liga- R L X r I ção frouxa recombinam-se com frequê n cia. ) alelos dominantes estão de um lado da barra. a F2 será Sem crossing over Crossing over composta de duas classes (Aa Bb e aa bb). a recombinação de 50% é. Como a prole recombinante na F2 representa 8% do e 11 li ) e 11 1 ) total.4 Cruzamento-teste da ligação entre genes na ervi. Flor branca. pólen longo pólen curto pólen curto pólen longo quência do crvssing over entre cromossomos homólogos. A frequência de recombin ação de dois genes quais- R L quer nunca é maior que 50%. Isso significa Flor vermelha. pólen longo "'\. "-. R L r I R I r L CROSSING OVER COMO BASE FÍSICA ( 1 '( ) ( li li ) C.1 li ) e li ••1 ) r I r I r I r I DA RECOMBINAÇÃO e li li ) e . o genótipo tem a fase de ligação de repulsiio.li li .5). Os genes com ligação estreita p ( 1 1 ) e li li ) raramente se recombinam. como em R l/r L. Flor branca. Assim. r e /. permuta em determinado ponto. 1 a _ _ _B a b A B A . que uma permu- nesse local. recombinante Cromossomo recombinante Cromossomo a b não recombinante • FIGURA 7. Por exemplo. (Iremos comentar o significado genético dessas permutas nantes. porém. cada crossing overproduz duas cromá.irmãs durante a prófase 1da meiose. habitualmen- dessas cromátides é quebrada no local do crossing over.7 Consequências de múltiplas permutas entre cromossomos e da permuta entre cromátides. A permuta ocorre durante a pró. As outras duas cromátides não são recombinantes adiante neste capítulo. néticos porque as cromátides-irmãs são idênticas.) Observe. 1 . ta entre cromátides-irmãs não produz recombinantes ge- tides recombinantes de um total de quatro.. Assim. existe a possibilidade de múltiplas permutas em uma té- tides homólogas. Portanto. Observe que apenas duas cromátides participam da como mostra a Figura 7. dos cromossomos duplicados. Embora haja quatro cromá. produzindo os recombi. pode haver ticipam do crossing over em determinado ponto.-B e Crossing over quádruplo a b . e os te denominadas crossing overs duplo. trade de cromátides (Figura 7. Nesse processo há permuta fisica entre os cromossomos. triplo ou quádruplo. 1 1 a b A B A B D Crossing over entre B A B cromátides-irmãs a b > a b a b • FIGURA 7.138 Fundamentos de Genética Quatro produtos da meiose A B A B Cromossomo A B não recombinante Cromossomo A b )lo A a b B .7). depois do pareamento over das outras duas cromátides em outro ponto. . formando uma tétrade. Cada uma duas. Mas pode haver crossing fase da primeira divisão meiótica.6 Crossing over como base da recombinação entre genes. três ou até quatro permutas separadas. fragmentos se fixam novamente. A permuta entre cromossomos pareados durante a meiose produz cro- mossomos recombinantes no fim da meiose. apenas duas par.6. Prófase 1 Produtos da meiose A b A Crossing over duplo A B a b B Crossing over triplo a b . amiláceo. genéticos wx Wx EVIDÊNCIAS DE QUE O CROSSING OVER . Estrutura Estrutura rante o crossingovei? As quebras são causadas por enzimas anormal normal que atuam no DNA das cromátides. Assim. Os resultados mostraram que os recom- binantes C Wx e e wx tinham um cromossomo com apenas Cromossomo X um dos marcadores citológicos anormais. Nesse momento. univalente. ghton e McClintock estudaram cromossomos homólogos morfologicamente distinguíveis em milho. e a outra tinha aberrações cito- é possível ver claramente os quiasmas. Creighton quiasmas é aproximadamente proporcional ao compri- e McClintock realizaram o seguinte cruzamento-teste: mento do cromossomo. Quando os Depois. Um gene marcador controlava rar. O surgimento de quiasmas no fim da primeira prófa- se meiótica poderia significar que é nesse momento que e e e e ocorre o crossing over. Essas duas formas de cro- quiasma (Figura 7. e. Essa separação parcial torna possível mossomo 9 também foram marcadas geneticamente para contar com precisão os quiasmas. e o outro controla- mas que os cromossomos pequenos. examinaram a prole recombinante para pes- quisar indícios de permuta entre as duas formas diferentes de cromossomo 9. colorido. isto é. Marcadores tulo 13. somos pareados. céreo). man- em uma extremidade e um trecho de um cromossomo tendo contato próximo apenas no centrômero e em cada diferente na outra (Figura 7. As evidências citológicas do crossing over são observadas Havia duas formas de cromossomo 9 disponíveis para no final da prófase da primeira divisão meiótica.8 Duas formas de cromossomo 9 no milho usadas nos associada à troca de material entre cromossomos. dados de diferentes experimentos sugerem que o crossing over ocorre antes. As enzimas também 1--. incolor). QUIASMAS E O MOMENTO DO tre esses homólogos e a recombinação entre alguns dos CROSSING OVER genes presentes neles. os cromossomos grandes geralmente têm mais quias- a cor do grão ( C. Capítulo 7 1 Ligação. X Alguns desses experimentos usaram choque térmico wx Wx wx wx para alterar a frequência de recombinação. Harriet Creighton e Barbara McClintock obti- veram evidências de que a recombinação genética estava • FIGURA 7. Como seria de se espe- detectar a recombinação.9 Diplóteno da meiose no macho do gafanhoto Chorthip- Esses achados eram um forte indício de que a causa pus parallelus. Knob são responsáveis pelo reparo dessas quebras.Trecho CAUSA RECOMBINAÇÃO de outro cromossomo Em 1931.8). uma era normal. wx. No entanto. pela heterocromático refixação dos fragmentos à outra cromátide. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 139 Qual é o responsável pela quebra de cromátides du.. Crei. Apresenta- e e remos os detalhes moleculares desse processo no Capí. Cada um dos quatro bivalentes menores tem um quiasma. Os demais bivalentes têm dois a cinco quiasmas. . Há oito autossomos bivalentes e um cromossomo X da recombinação era uma permuta física entre cromos.um knob heterocromático os cromossomos pareados repelem-se ligeiramente. o outro marca- univalente dor anormal havia sido evidentemente perdido por per- muta com o cromossomo 9 normal na geração anterior: e e e e wx Wx Wx wx • FIGURA 7. quando análise. O objetivo era determinar se havia correlação entre a permuta física en. o número de va a textura do grão ( Wx. experimentos de Creighton e McClintock.9). lógicas em cada extremidade . O crossing over durante a prófase da primeira divisão meiótica tem dois resultados observáveis: CROSSING OVER COMO MEDIDA DE 1. Recombinação entre genes em lados opostos do ponto A descoberta fundamental de Sturtevant foi estimar adis- de crossing over. Por fim. porém. a possibilidade de não disjunção é des em que houve permuta provavelmente permanecem reduzida ao mínimo e evita-se a aneuploidia nos gametas. depois da duplicação dos cromossomos • Em um ponto qualquer ao wngo de um cromossomo. os crossing overs tornam-se visíveis como quiasmas. se. Os quiasmas são contados por análise citológica. Erros na disjunção dos cro- Portanto. entrelaçadas durante a maior parte da prófase. Deve haver mais ração. DISTÂNCIA GENÉTICA 2. Na ausência de ligação. Antes de prosseguirmos. mas em uma grande população de células. pela contagem dos quiasmas ou dos cromossomos recom. os dados acumulados sugerem que o crossing mossomos durante a primeira divisão meiótica acabariam overocorre do início ao meio da prófase. as cromátides separam-se cedo. o processo responsável pela recombinação. Assim. parece es. nunca depois disso. Essa síntese limitada de DNA foi inter. tância entre pontos em um cromossomo pela contagem O segundo resultado. o que interferiria na disjunção du- ocorre do início ao meio da prófase. sim. é real de crossing overs. a quantidade que realmente precisamos medir é binantes. o efeito foi mínimo. é preciso estimar o número de crossing overs mente porque há muitas oportunidades independentes. sing over entre dois pontos em determinada célula pode te a meiose. PONTOS ESSENCIAIS • A ligação entre genes é detectada pelo desvio do esperado de acordo com o princípio de distribui- ção independente de Mendel • A frequência de recombinação mede a intensidade da ligação gênica. Nas mulheres. só participam do processo de permuta (crossing over) duas das quatro cromátides de uma tétrade meiótica • No fim da pró/ase I. mátides fraturadas. E preciso. Outros dados entrelaçado criado por um processo de crossing overmais provêm de estudos moleculares sobre o momento da sín. o número médio de crossing overs em determinada região .140 Fundamentos de Genética choques térmicos foram administrados no fim da prófa. próximos. o crossing • se possam ver os qu1asmas. As cromáti. é de quase zero • A recombinação é causada por permuta física entre cromossomos homólogos pareados no início da prófase da primeira divisão meiótica. maioria dos geneticistas acredita que os quiasmas são os homólogos sejam distribuídos corretamente entre as apenas vestígios do processo real de permuta. de um bivalente durante a prófase I. compreender o significado Os geneticistas constroem mapas cromossômicos por estatístico do número de crossing overs. quando são expressos os genes nos cromossomos crossing overs . quando houver divisão. provável que esse crossing over ocorra várias vezes simples- Em vez disso. A prófase I é prolon- pretada como parte de um processo de reparo das cro. As. overparece ser um mecanismo para manter unidos os ho- O que. é essencial definir o que é distância em um mapa cromossômico. do número de crossing overs entre eles. MaP-eamento cromossômico É possível mapear genes ligados em um cromossomo pelo enquanto os cromossomos recombinantes são contados estudo da frequência de recombinação de seus alelos. só é visto na próxima ge. Formação de quiasmas no final da prófase. cada quiasma provavelmente representa um over. porém. uma ticistas acreditam que os entrelaçados criados pelo cros- pequena quantidade é produzida durante a primeira sing over são uma maneira de manter unidos os membros prófase meiótica. não é possível contá-los diretamente. essa frequência é de 50 %. A chance de cros- contagem do número de crossing overs que ocorrem duran. entre pontos distantes que entre pontos recombinantes. cedo na prófase. tese de DNA. são os quiasmas e o que significam? A mólogos pareados de modo que. células-filhas. por análise genética. por exemplo. Portanto. Embora quase todo o DNA seja sintetizado Mas por que existem esses entrelaçados? Muitos gene- durante a intérfase que precede o início da meiose. mas quando administrados mais esses entrelaçados se desfazem. os homólogos tar associado ao crossing over. então. muito antes que por produzir gametas aneuploides. pelo fuso mitótico e vão para polos opostos da célula. o crossing Portanto. Sem crossing overs. como já comentamos. rante a anáfase subsequente. que. como é impossível ver o número ser baixa. a frequência de recombinação foi modificada. pode durar até 40 anos. gada em alguns organismos. Assim. No entanto. na ligação muito estreita. ocorre no início da prófase meiótica. Experimentos com controle pareados poderiam separar-se acidentalmente durante rigoroso dos estágios mostraram que essa síntese de DNA esse longo período. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 141 100 ovogônias p • • • ... de Corpo cinza Corpo preto cross1ng over simples duplo overtriplo vg b vg b 70 20 8 2 li 1 11 11 t Total vg+ b+ vg b 100 Número médio de crossing overs entre A e B = QX (lo~) + 1X ( 1 &) + 2 2 X ( l~Q ) + 3X ( 1 &) = Q.42. que produz asas curtas. em Drosophila. produz corpo preto. a contagem de cromossomos recombi.. UM CRUZAMENTO-TESTE DE DOIS PONTOS duas abundantes e duas raras. ' ' ' . . Em vez disso. longas e corpos cinza. ' ' ' A B 9 d Asas longas Asas vestigiais A B Corpo cinza Corpo preto vg+ b+ vg b a b 1 _ li • li t li li vg+ b+ vg b a b f1 Cromossomos isolados da meiose em gametas X . meas de DrosophiZa de tipo selvagem foram cruzadas com deduzimos sua existência observando a recombinação machos homozigotos para duas mutações autossômicas dos alelos ao seu lado.' . e as classes o cruzamento-teste de dois pontos na Figura 7. em outras. Capítulo 7 1 Ligação. um. .10). 415 405 92 88 gumas células. No fim da meiose. haverá 100 gametas. O giais) e b (corpo preto). e black ( b). assim. consideremos nham o mesmo fenótipo que os pais originais. raras tinham fenótipo recombinante. As distâncias no mapa genético são.es.11 Experimento com dois genes ligados. ' . Estimamos a distância Frequência de recombinação= 1~gg0 = 0. 11 1 • li li 1 1 J 1 1 1 li i Uma maneira de compreendermos essa definição é vg b vg b vg b vg b considerar 100 ovogônias em meiose (Figura 7. Um cromossomo no qual houve . Asas longas Asas vestigiais Asas vestigiais Asas longas Corpo cinza Corpo preto Corpo cinza Corpo preto cia entre dois pontos no mapa genético de um cromossomo é o vg+ b+ vg b vg b+ vg+ b número médio de crossing overs entre el. Sabemos que os ge- . cada um deles contendo um cromossomo com zero. não haverá crossing overs entre os locais A e B.. As fê.18 no mapa genético entre esses Zoei calculando o número • FIGURA 7.. e a prole da F2 foi classificada por fenótipo e contada. dois ou mais crossing overs entre A e B.-B a B a b a B A b 9 d Ausência Crossing over Crossing over Crossing Asas longas Asas vestigiais . MAPEAMENTO DE RECOMBINAÇÃO COM Como mostram os dados. . Em seguida.. resultado desses dados na Figura 7. que recombinação de alelos surgiu obrigatoriamente por cros. Portanto. ' 1 2 3 4 . cromossômica.10 é 0. Todas as moscas da F1 tinham asas sing over. Na prática.. há quatro classes fenotípicas. os alelos selvagens (vg+ e b+) nantes é uma maneira de contar os pontos de crossing over. Essa ideia é importante o bastante para justificar uma definição formal: a distân. haverá um.11 . ' ' ' 97 98 99 100 X . . na verdade. Em al.. fez-se o cruzamento-teste das fêmeas da F 1 com machos de corpo preto e asas cur- tas. baseadas nessas médias.10 Cálculodo número médio de crossing overs entre ge- nes nos cromossomos isolados da meiose.vestigiaZ ( vg). não é possível "ver" cada ponto de permu- ta nos cromossomos que saem da meiose. As classes abundantes ti- Para ilustrar a técnica de mapeamento...42 • FIGURA 7. são dominantes. . vg (asas vesti- médio de crossing overs nessa amostra de cromossomos. dois ou mais crossing overs entre 820 parentais 180 recombinantes esses Zoei.-A. 142 Fundamentos de Genética nes vestigi. Portanto. o número médio de crossing overs em toda a e S dominante para caule alto. Como um crossing over duplo altera o dessas mutações no outro cromossomo X. 75. Assim. Todas as plantas da F1 desse cruzamento apresentaram folhas não recombinantes recombinantes roxas e caules altos. Para ide11tificar os crossing overs que produ- combinação acompanhando o exercício do Boxe Resol. g recessivo na F 2 e observando que cada mosca desse tipo herdou para folhas verdes e G dominante para folhas roxas. As \rezes. M. zer que vg e b estão distantes 18 cM (ou 0.grupogen. o número de crossing overs em cada clas.com. classes parentais eram. 24. Portanto. Portanto. um método para ú11ico cromossomo X. s recessivo para caule baixo e b. Teste tavam diferentes tipos de cromossomos produzidos por sua compreensão dos princípios do mapeamento de re. em homenagem a T. delas foram produzidas obrigatoriamente por um crossing tercruzaram a prole da F 1 para produzir moscas F2 . sem dú.ras em um de seus cromossomos X e os alelos sel\ragens das duas regiões. B.rida. em princípio. Mais tarde. determi11ar a ordem dos genes no cromossomo. caules altos. to-teste. Além disso. 22. 18 de os genes da cor das folhas e altura do caule? 100 cromossomos isolados da meiose tinham um crossing ~ Leia a resposta do problema no site over entre vg e b.18 lhas verdes e caules baixos. temos. meticulosame11te as seis classes recombinantes. o gene para cor da folha tem dois alelos. olhos echinus (equinos [ec]) e asas cros. Olbrycht. Assim.82 + (1) X 0. te por crossing over duplo . plantas da F1 ? (c) Entre as plantas da F2. e (4) folhas roxas. frequência dessa classe. gene do meio em relação aos marcadores genéticos de os machos da F1 ti11ham as três mutações recessivas no cada lado dele. precisamos a11alisar (em escudo [se]). ec-cv-sc Também podemos usar o mapeamento de recombinação com dados dos cruzamentos-teste com participação de Outras possibilidades. ec-sc-cv 3. ses fe11otípicas. Podemos fazer isso calculando a frequência de moscas recombinantes No milho. podemos di. escrita na forma de porce11tagem. 100 ce11tiMorgans i1as fêmeas da F 1 estavam presentes na configuração em correspondem a um Morga11 (M). H. caules al- se de moscas está e11tre parênteses. u11idades de mapa genético.al e black estão ligados porque os recombina11- tes são muito menos de 50% da prole total. em média.br. a prole i1ão recom. menos numerosas. também equivalente a um cruzamento-teste no qual os três genes sabemos que um crossing overduplo deve ser muito menos . As outras duas foram produzidas obrigatoriamen- F1 nesse intercruzamento tinham as três mutações reces. é preciso Mapeamento de dois genes com dados do estimar o número médio de crossing overs nos gametas cruzamento-teste das fêmeas heterozigotas duplas da F 1. abreviado como cM. o outro número é a tos. A Figura 7.cerdas scute Para respo11der a essa pergu11ta.12 ilustra um experime11to dessas porque não há distinção entre as extremidades de C. qua11do se aproxima de 0. Determinação da ordem dos genes - MAPEAMENTO DE RECOMBINAÇAO Existem três ordens de genes possíveis: COM UM CRUZAMENTO-TESTE DE 1. em um total de 200 plantas. que cruzaram machos esquerda e direita do cromossomo. i1ão só os dados dos recombinantes. como cv-ec-sc. Quando retrocruzadas com plantas de fo- (O) X 0. Em seguida. \reremos que. represen- de recombinação subestima a distâ11cia no mapa. Note As moscas da F2 do i11tercruzamento eram de oito clas- que a distância no mapa é igual à frequência de recom. e o gene um cromossomo em que houve um crossing over entre vg para altura do caule tem dois alelos. os geneticistas cha- mam a unidade de mapa de centiMorgan. (1) folhas verdes. (2) folhas roxas. as mais i1umerosas. i11.18 M). Bridges e T. As binação. (3) folhas verdes. qual é a frequência de do todos os dados. Obviamente. 79. esse i11tercruzame11to foi determinar a ordem dos genes. recombinação? (d) Qual é a distância em centiMorgans entre Essa análise simples indica que. caules baixos. mas nós a incluímos no cálculo para enfatizar que ligação dos alelos dom inante e recessivo desses dois genes nas é preciso calcular o número médio de crossing overs usan. sc-ec-cv TRÊS PONTOS 2. Qual das ordens é a de Drosophila de tipo selvagem com fêmeas homozigotas certa? para três mutações recessivas ligadas ao X . acoplame11to. ziram cada tipo de recombinante. Intuitivame11te. vg e' b estão separados por 18 . caules baixos. a frequê11cia As classes recombinantes. observaram-se quatro classes fenotípicas: Nessa expressão. Quatro sveinless (sem i1ervuras tra11sversais [ cv]) . são iguais a uma mais de dois genes. Para determinar a distância entre eles. Uma planta de folhas verdes e amostra da prole é caule baixo foi cruzada com outra de folhas roxas e caule alto. que over simples em uma das duas regiões delimitadas pelos classificaram e contaram. (a) Qual é a evidência da ligação entre os binante não acrescenta cromossomos em crossing overaos genes para cor das folhas e altura do caule? (b) Qual é a fase de dados. http://gen-io. duas pare11tais e seis recombinantes.uma permuta em cada uma si. Observamos que as fêmeas da genes.18 = 0. crossing over.5. é obrigatório que esses genes estejam no mesmo cromos- somo. produziram uma F2 na qual. precisamos primeiro va!: Mapeamento de dois genes com dados do cruzamen. Nlorga11. 13 Cálculo de distâncias de mapa genético a partir dos dados de Bridges e Olbrycht. ec (olhos equinos) e cv (asas sem nervuras transversais) em Drosophila. e Olbrycht. B. Consequentemen. entre as seis classes recombinantes. A distância entre cada par de genes é obtida por estimativa do número médio de crossing overs.. as duas raras têm dos genes é ( 1) se-ee-ev. M. frequente que um crossing oversimples. Genetics 11: 41. Consequentemente. se+ ec+ cv+ V Genótipo do cromossomo X Número Classe Fenótipo de herança materna observado 1 Cerdas em escudo. T. localizado entre os outros dois. asas sem nervuras transversais se ec cv 1..1 centiMorgans Distância de mapa = 3 8 ~. de representar os cromossomos com erossing over duplo.5 centiMorgans • FIGURA 7.455 3 Cerdas em escudo se ec+ cv+ 163 4 Cerdas em escudo. Em nossos dados. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 143 Cerdas em escudo Olhos equinos Tipo selvagem Asas sem nervuras transversais se ec CV se+ ec+ cv+ Bridges e Olbrycht cruzaram moscas p 99 X c!c! diferentes em relação a três genes ligados ao X. . = 0. Dados retirados de Bridges. podemos determinar as as classes parentais 1 (se ee cv) e 2 (se+ ee+ ev+).13).12). raras.091 Morgan= 9. olhos equinos. Mais uma vez. Cálculo das distâncias entre genes são 7 (se ee+ cv) e 8 (se+ ee cv+ ).105 Morgan= 10. Comparando essas classes com Estabelecida a ordem dos genes. Capítulo 7 1 Ligação. cada uma delas com apenas uma mosca (Figura 7. o méto- que o alelo eehinus foi trocado em relação a seute e cross. o gene eehinus tem de estar região cromossômica (Figura 7. asas sem nervuras transversais se ec+ cv 1 8 Olhos equinos se+ ec cv+ 1 Total: 3. as classes de crossing overduplo. Assim. C. Crossing overs entre se e ec Classe Número Crossing overs entre ec e cv Classe Número observado observado se ec CV se ec+ cv+ se ec CV se ec cv+ 3 163 5 192 4 130 6 148 se+ ec+ cv+ se+ ec cv se+ ec+ cv+ se+ ec+ cv se ec cv se ec+ cv se ec cv se ec+ cv 7 1 7 1 se+ ec+ cv+ se+ ec cv+ 8 1 se+ ec+ cv+ •• se+ ec •• cv+ 8 1 Total: 295 Total: 342 Distância de mapa= 3 8 ~~1 = 0.12 Cruzamento de t rês pontos de Bridges e Olbrycht com os genes ligados ao X se (cerdas em escudo}. a ordem correta te.. olhos equinos se ec cv+ 192 6 Asas sem nervuras transversais se+ ec+ cv 148 7 Cerdas em escudo.158 2 Tipo selvagem se+ ec+ cv+ 1. asas sem nervuras transversais se+ ec cv 130 5 Cerdas em escudo. do é calcular o número médio de erossing overs em cada veinless. o equivalente transversais a um cruzamento-teste - se ec cv se ec CV para estimar o grau de recombinação nas fêmeas 99 X c!c! heterozigotas triplas. verificamos distâncias entre genes adjacentes. se ec cv V Cerdas em escudo Olhos equinos Asas sem nervuras A prole foi intercruzada - Tipo selvagem neste caso.248 • FIGURA 7. 1926. Por exemplo. é possível estimar a distância entre se e cv overinibia a ocorrência de outro próximo. 7 (se ec+ cv) e 8 (se+ ec cv+ ). Esse resultado sugere que um crossing tivas. 7 e over inibe a ocorrência de outro próximo dele? 8..144 Fundamentos de Genética Podemos obter o comprimento da região entre se e lando as frequências de recombinação entre cada par de ec identificando as classes recombinantes em que havia genes adjacentes. é preciso calcular a porque um dos dois crossing overs ocorreu entre ec e cv. podemos usar as todos os intervalos de mapa entre esses marcadores. se estava em ses: 3 (se ec+ cv+ ). e na região II foi Consequentemente. a cada 100 cromossomos originados da meiose nas tagem em relação ao cruzamento de dois pontos: torna fêmeas da F1.195 + (2) X 0. de segmento do cromossomo X (Figura 7. e f na outra. o'? ()'? º~'? rênteses.8 cM. um crossing over na região entre se e ec (região I Da mesma maneira.0006 = 0.1 cM + 10.1 centiMorgans).i~"' e. um entre dores de sítios específicos no cromossomo X.9 11. ec e cv estão distantes 10. 9.1 unidades permutas em regiões adjacentes são independentes.196 c. possível detectar crossing overs duplos e determinar se as Portanto.9 quência e o número de crossing overs que representa. Assim.::S ~ -~o º~'? ~ º~'? º~ c. eles frequências dessas quatro classes para estimar o número estimaram que o comprimento total do segmento mape- médio de crossing overs entre se e ec. podemos calcular a distância en- no mapa do cromossomo X) é independente de um cros- tre ec e cv. O grau de interferência é medi- no mapa: do habitualmente pelo coeficiente de coincidência.8 Bridges e Olbrycht estudaram sete genes ligados ao X em seu experimento de recombinação: se.668. A frequência esperada de crossing overs duplos.. Na hipótese da inde- de mapa. Os recombinantes duplos também estão incluídos aqui Para responder essas perguntas. Crossing ' ' overs duplos entre se e cv eram muito menos frequentes As distâncias de mapa calculadas dessas formas são adi- que o esperado.105 mapa de Bridges e Olbrycht.As distâncias são apresentadas em centiMorgans.~ ~~ ~ ~ t:--'15 ~~ Aqui o número de crossing overs é apresentado entre pa.5 9.6 cM razão entre a frequência observada e a frequência espe- rada de crossing overs duplos: Também podemos fazer essa estimativa calculando di- retamente o número médio de crossing overs entre esses frequência observada de crossing overs duplos genes: e = frequência esperada de crossing overs duplos Classes com Classes com • • 0. e.248 = 0.Gj a'? ~Q. cv.091 X 0. exemplo. Todos os sete genes que As classes 3 e 4 tiveram um crossing over simples entre se e Bridges e Olbrycht estudaram eram. X em Drosophila. que é a 9. g (olhos • FIGURA 7. e seu multiplicador é a frequência combinada <§.14 Mapa de Bridges e Olbrycht de sete genes ligados ao granada [garnet]) e f (cerdas bifurcadas [forked]). Classe 3 Classe 4 Classe 7 Classe 8 163 + 130 + 1 + 1 295 Total = 3. 1 10.105 = mos o mapa 0. que foi de 2/3. marca- ec. obte- no intervalo entre se e cv seria. 9. o número médio de crossing overs nesse segmento era 0. Agora podemos comparar essa frequência à fre- sc-9 l-ec-l O 5-cv quência observada. uma extremidade. 5 e 6 7e8 oº ~'? (O) X 0. 9.1 tinham um crossing over entre se e ec. na verdade.105.0006. 6 (se+ ec+ cv). 4. 'J>'? <§. ~ ~ ~'15 -~. Somando se e ec e outro entre ec e cv.091. ado era 66. Podemos fazer isso multipli- Classe 5 Classe 6 Classe 7 Classe 8 cando as frequências de crossing over para duas regiões 192 + 148 + 1 + 1 342 cromossômicas adjacentes.0006 Classes sem • crosszng over crosszng simples over crosszng duplo over = o 0095 = ' º'º63 le2 3.i ~Q.º ~ ~'15 -<$' º~'? o'? 'J>'? ~e. Quatro classes recombinantes apresentavam sing over na região entre ec e cv (região II)? Ou um crossing um crossing over nessa região: 5 (se ec cv+ ).805 + (1) X 0. <u~ '?Q. portanto. se preferir.5 unidades (192 + 148 + 1 + 1)/3.248 = 0.. v (olhos vermelhão [ vermilion]). e as classes 7 e 8 tiveram dois crossing overs.248 = 0. Portanto. Em outras g se ec CV ct V f palavras. Calcu. Q.:§.2 15.248 = 0. a frequência de crossing over foi (163 + 130 + 1 + 1)/3. com base no frequência total dessas quatro classes é: conceito de independência. ec. a distância entre esses genes é de 9. na região I do Total = 3.5 cM = 19. um fenômeno somando os comprimentos dos dois intervalos entre eles denominado interferência. pendência. Assim.14). (j ~ ~'? ~'15 ~'? ~ ~ (j das classes com esse número de crossing overs. .'15 Q. ct (asas Cromossomo X de Drosophi/a cortadas [cut] ). eles construíram um mapa de um gran- crossing over entre esses genes.091 Interferência e coeficiente de coincidência O cruzamento de três pontos tem uma importante van- Assim. Existem quatro dessas clas.i. 0. cada classe recombinante contribui para adis- 1 1 1 1 1 1 1 tância de mapa de acordo com o produto de sua fre.0095. 66. Por de mapa (ou.2 10.248 = 0. 4 (se+ ec cv). a frequência esperada de crossing overs duplos Combinando os dados acerca das duas regiões. em tância no mapa é igual à frequência de um cro55ing over simples 10.2). Os machos mutantes triplos só são produzidos se houver um cro5- restá 15 cM à esquerda de 5. Usando essa frequê11cia mossômicas curtas. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 145 O nível de interferência. quantos deles serão simples: frequência observada de cro55ing over5 duplos = e X fre- mutantes triplos. o geneticista obtém = 0. na prá- de marcadores genéticos. o grau de interferência é uma função da dis. o ''alor máximo possível. é calculado sing overs.20 = 0. pode ser muito maior que a frequê11cia são feitas as previsões baseadas em mapa acompanhando de recombinação observada. o segundo crossing over anula o efeito do primeiro.2 X 3% devem ter um cromossomo X no intervalo. é possível usá-lo tica. é possível estimar as distâncias entre os genes e por 1 = 1 . 4. r5 t? quência esperada de cro55ing over5 duplos. distância calculada pela soma dos comprime11tos das re- Portanto. a interferência próximos. e o outro é de interferência. to por Bridges e Olbrycht. No e11ta11to. A frequência espera- da de cro55ing over5 duplos é ca lculada a partir das distâncias no FATOS E CONCEITOS mapa.03. concluiríamos que se interferência enfraquece até o po11to em que os crossing e f estavam distantes 50 unidades de mapa. os sência de i11terferência. Se hou. Quando estão afastados. r 5 + t/r+ 5 t+ Essas fêmeas cro55ing over5 dup los. Cruzando os dois estoques. e11ta11to. raramente há crossing overs duplos em regiões cro. medido pelo coeficiente de coincidência (aqui e homozigoto para 5. significaria que os crossing ge11es i1as extremidades do mapa do cromossomo X fei- overs foram i11depe11dentes.8 cM. Como e = frequência observada/frequência esperada de fêmeas que são heterozigotos triplos. Esses dados tornam possível tica. O coeficiente de coincidência é igual à razão frequência obser- entre os genes 5 e t. No outro extremo. isto é. Quando os intervalos no mapa são pequenos(< 20 cM). A frequência esperada de cro55ing over5 duplos é calculada com base na suposição de que os dois cro55ing over5 são independentes. terão o tipo selvagem triplo.rer múltiplos cros- o Problema resolvido: Uso do mapa genético para prever sirtg overs entre genes muito afastados.16 ). supondo-se que os cro55ing over5 nos intervalos adjacentes 1. Consideremos. Pode ha. apenas metade desses 60 fi lhos vada/frequência esperada de cro55ing over5 duplos. a frequência de recombinação entre se e fera de assim. combi11antes.937. 50%. Veja como um cromossomo. é muito maior.000 filhos machos dessas fêmeas. Um estoque é homozigoto para r e t. Assim. giões i11terpostas no mapa. de recombinação pode não refletir a verdadeira distân- um coeficiente de coi11cidência igual a um implicaria au. cujo símbolo é 1. em regiões 1011gas. deduzir onde ocorreram os erossing overs em uma amos. 66. No quando as distâncias no mapa são menores que 20 cM.rer outro erossing Nas seções anteriores. A ' Esse exemplo mostra que a ''erdadeira distância ge11é- Uma vez construído o mapa genético. Se o geneticista de cro55ing over5 duplos depois de uma reorganização algébrica examinar 10. por exemplo. A frequência desses cro55ing over5 dup los é uma criar um cromossomo X que tenha os alelos mutantes recessivos função das duas distâncias no mapa (15 cM e 20 cM) e do nível dos três genes.terão o cromossomo X mutante triplo.8 cM distante de f.15).e= 0. vamos supor FREQUÊNCIA DE RECOMBINAÇÃO E que haja um erossing over simples entre duas cromátides em uma tétrade. então. cruzadas com machos de tipo selvagem. Para verificar isso. e alguns deles po- o resultado de um cruzame11to.000 filhos machos. que teve um cro55ing over entre os genes r e 5 e outro cro55ing over 2. cia no mapa ( Figura 7. tanc1a no mapa. a frequê11cia era muito forte (/está próximo de 1). reconvertendo as cromátides recombinantes em não re- tra de cromossomos. representá-los em um mapa cromossômico. 5 e t estão no meio do cromossomo X de Dro5ophila.2. abordamos a construção de mapas over entre essas mesmas duas cromátides. Os machos herdam o cromossomo X das mães. dem não produzir cromossomos geneticamente recom- binantes ( Figura 7. na extremidade direita. 30 . 0.isto é. No entanto. a para estimar a distância no mapa. adis. que depende do número médio de crossing overs em para prever os resultados dos experimentos. do mapa sejam independentes: O. Assim. causa11do a recombinação dos marca- DISTÂNCIA NO MAPA GENÉTICO dores ge11éticos flanqueadores. . Capítulo 7 1 Ligação. Um geneticista quer tipo selvagem. i1a extremidade esquerda. os outros 30 3. e testá 20 cM à direita de 5. podemos ca lcular a frequência observada são. o coeficiente de coincidência (e) é 0. Nessa 5ing over duplo nas fêmeas r 5 + t/r+ 5 t + cruzadas com machos de região. Localizando e co11tando esses eros. os marcadores cromossômicos a partir de dados sobre a recombinação flanqueadores voltarão à configuração original. Como nesse exemplo o coeficiente de coincidência é Esse método é eficaz desde que os ge11es estejam bem próximo de zero. porém. 15 X 0. E claro que a / overs ocorrem de maneira mais ou menos independe11te. . se. Muitos estudos mostraram que a interferência é forte esta''ª 66. o valor mí11imo possível. ai11da que te11ha havido dois erossing RESOLVIDO Uso do mapa genético para prever o resultado de um cruzamento PROBLEMA ANÁLISE E SOLUÇÃO Os genes r. 8 centiMorgans J Diferentes relação matemática entre a frequência de recombinação e a distância no mapa genético. e a frequência de recombinação é uma boa estima- bifurcadas tiva da verdadeira distância genética. essa discrepância é pequena quando a distância é in- Recombinantes ferior a 20 cM. nen huma das cromátides dela será re- de heranca • materna combinan te para os marcadores flanqueadores. a in terferência é grande se+ f 1.17 mostra a Porcentagem de recombinacão = 1. Na práti- Cerdas em escudo 816 ca. overs duplos A b mos não recombinantes. em bora contribua para o número médio de per- Parenta is f+ 1. Um crossing over quádruplo se+ Tipo selvagem 931 teria o mesmo efeito.619 o suficiente para inibir quase todas as permutas múlti- Cerdas 803 plas.16 Consequências do crossing over duplo entre dois loci. (C) Os * a B crossing overs duplos de quatro filamentos produzem . Prófase 1 Produtos da meiose A B A B Crossing overs duplos A B de dois )o filamentos a b a b A a b A B A b Crossing * overs duplos A B de três filamentos )o * a b a b A B A B A b )o * a b a B • 1 r* B a b • FIGURA 7. (B) Crossing overs duplos de de quatro · · -____B 1 * filamentos a três filamentos produzem metade dos cromossomos recombinantes e metade não recombinantes. 1 -· * apenas cromossomos recombinantes. se+ f+ V F2 Fenótipo Genótipo do Número cromossomo X observado overs nessa tétrade. principalmente porque se torn a muito mais p rovável a ocorrência de permutas múltiplas. Os cromossomos recombinantes são A B indicados por um asterisco. e a b . Essas e outras permutas múltiplas são responsáveis pela discrepância entre a fr equência de se f+ recombinação e a distância n o mapa gen ético. Nessas distân cias. 146 Fundamentos de Genética se f se f • FIGURA 7.629 mutas em um cromossomo. 3.15 Discrepância entre a distância de mapa e a porcen- tagem de recombinação. Quando a distância Total = 3. A Figura 7. Crossing * plos de dois filamentos produzem apenas cromosso. se f Esse segundo exemplo mostra que um crossingoverdu- Cerdas em escudo. (A) Os crossing overs du.619 x 100% = 50% Distância de mapa .248 é maior que 20 cM. essas duas quan tidades divergem. 698 plo não pode con tribuir para a frequência de recombi- bifurcadas nação. A distância de mapa entre os genes se e fé X maior que o percentual observado de recombinação entre eles.248 = 66. Capítulo 7 1 Ligação. como bandas. podem-se vincular as posições desses genes no mapa a então os heterozigotos w/Dfnão serão capazes de produ- locais no mapa citológico de um cromossomo. Esse mo X politênico. Se o gene white tiver sido deletado do cromossomo Df. cia. com estudo Um método é p roduzir moscas heterozigotas para dos efeitos fenotípicos de rearranjos cromossômicos. frequências de recombinação acima de 20 % subestimam a distância no mapa porque crossing overs múltiplos nem sempre produzem cromossomos recombinantes. ção. uma cópia de tipo selvagem necessária para dos genes nos mapas citológicos dos cromossomos. estudo genético de Drosaphil. acima de 20 cM. O mapeamento da recombinação torna possível identificar Mas está perto de qual das duas extremidades? E a que as posições relativas dos genes usando a frequência de cros. Portanto.a. geralmente simbolizada por Dj) gicamente esses tipos de rearranjos. é preciso localizar o gene white as técnicas de localização do gen e white ligado ao X de den tro dos limites dessa deficiência. MaP-eamento cito . Esse proces. há uma relação aproximadamen- te linear entre a porcentagem de recombinação e a distância no mapa.18). a posição do gene white n o mapa citológico do cromosso- ferência citológicos. o exa- me dos olhos dos heterozigotos w/Dftorna possível deter- AUXÍLIO DAS DELEÇÕES E DUPLICAÇÕES minar se uma deficiência específica deletou o gen e white. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 147 50 o tCO ~· 40 e ·- . Para responder a essas perguntas. pigmentação dos olh os. Portanto. do cromossomo Df.17 Relação entre a frequência de recombinação e a distância no mapa genético. está dessa extremidade? sing aver como medida de distância. Tomemos como exemplo de mapeamento citogenético Caso isso tenha acontecido. porém. PONTOS ESSENCIAIS • Os mapas genéticos de cromossomos são baseados no número médio de crossing overs ocorri- dos durante a meiose • As distâncias no mapa genético são estimadas pelo cálculo da frequência de recombinação entre genes em cruzamentos experimentais • Frequências de recombinação abaixo de 20 % estimam diretamente a distância no mapa. e seus olhos LOCALIZAÇÃO DE GENES COM O serão vermelhos (o fenótipo selvagem). leção (ou deficiência. p recisamos encontrar bilita a localização de genes em relação aos pontos de re. nos cromossomos. o gen e whitenão tiver sido deletado citológicos com detalhes extraordinários. no entanto..o E 8 30 ~ Q) -o E Q) 20 ti() ~ e Q) ~ 10 ~ 20 40 60 80 100 120 Distância no mapa (cM) • FIGURA 7. Se for possível associar esses efeitos fen o. Esses heterozigotos w/Df servem como teste um cromossomo..5 do mapa. a porcentagem de recombinação subestima a distância no mapa. como uma mutação nula recessiva do gen e white ( w) e uma de- deleções e duplicações. No entanto. não possi. . perto de uma extremidade do cromossomo X. Se.Abaixo de 20 cM. os heterozigotos w/Df terão um gen e white ativo em algum lugar desse cromossomo. pode-se correlacion ar citologicamente definida em parte do cromossomo X seus efeitos fenotípicos a determinadas regiões ao lon go de (Figura 7. Como é possível reconhecer citolo. cujos grandes cromossomos os olhos dos heterozigotos w/Dfserão brancos (o fenótipo politênicos com bandas oferecem aos pesquisadores mapas mutante). tipo de localização requer outro procedimento. zir o pigmento do olho porqu e não terão uma cópia ativa so de mapeamento citogenétim foi totalmente desenvolvido no do gene white em n enhum dos cromossomos X. em termos citológicos. enet1co Os geneticistas desenvolveram técnicas de localização Drosophila. Esse gene ocupa a posição 1. distância. funcional para localizar o gene white em relação à deficiên- típicos a genes já posicionados em um mapa de recombina. uso de duplicações de pequenos segmentos do cromos- somo X que foram translocados para outro cromosso- w mo.18 Princípios de mapeamento de deleção para localizar é compatível com os resultados dos testes de deleção já um gene em cromossomo de Drosophila. A Figura 7. Olhos vermelhos como gostam de dizer os geneticistas. exceto por pesqui- Olhos brancos sarmos uma duplicação que mascara o fenótipo de uma ~ mutação recessiva. mente úteis para localizar genes nos mapas citológi- cos de cromossomos de Drosophila. expostos. ele tem obrigatoriamente uma cópia de Df não exclui o gene w+ . perto do do Boxe Resolva!: Mapeamento citológico de um gene limite direito de Df(l)wrf1• de Drosophila. . O princípio básico Diferentes deficiências do cromossomo X possibilita. definido pela mutação recessiva w que causa olhos brancos. mo X. lOEl-2 Olhos vermelhos w Df(l)r+75c 14813. Como essa deficiência "revela" a mutação cobre uma mutação recessiva contém obrigatoriamente white. 3C2 Olhos brancos w Df(l)ctlB 6Fl-2.148 Fundamentos de Genética Genótipo w/Df Fenótipo Também podemos usar duplicações para identificar a localização citológica dos genes. Esse fato localiza esse gene Cada deficiência foi combinada a uma mutação white re. sabemos que o gene white está obrigatoriamente uma cópia de tipo selvagem do gene mutante.ou. Pontos Heterozigotos wjDf Deficiência de quebra Fenótipo w Df(l)wrJl 3Al. O procedimento é se- w melhante ao que emprega deleções. Esse fato localizado no segmento do cromossomo que ela deleta. Em deficiências menores. O princípio básico no cessiva. 15A9 Olhos vermelhos w ~ Df(l)ma/3 19Al-2. Isso localiza o gene white entre as seções 2D e 3D no cromossomo X politênico. produziu mapeamento da duplicação é que uma duplicação que olhos brancos. isto é. o gene white foi localiza. dentro dos limites da deleção. Teste sua capacidade de localizar genes com base em nico. 7Cl-2 Olhos vermelhos w Df(l)m259-4 lOCl-2. vagem do gene mutante.19). Os pontos de quebra de deficiência são apresentados usando as coordenadas do mapa citológico de Bridges do cromossomo X politênico.19 Localização do gene white no cromossomo X de Drosophila por mapeamento de deleção. mascara . localiza esse gene dentro dos limites da duplicação. • FIGURA 7. entre as bandas 3Al e 3C2 do cromossomo politê. "cobre" . Apenas uma dessas duplicações. 20A Olhos vermelhos A cor mutante dos olhos observada em Df(l)wrJl indica que o gene white está entre os pontos de quebra da deficiência nas bandas 3Al e 3C2 no cromossomo X. mas só uma das deficiências. tipo selvagem de white. Dp2. assim. O gene white no cromosso. Df(l)utl1.a muta- w+ ção white.20 mostra um exemplo de Df exclui o gene w+. no mapeamento da deteção é que uma deleção que revela ram que os pesquisadores localizassem o gene white perto uma mutação recessiva não tem uma cópia de tipo sel- da extremidade esquerda do cromossomo X (Figura 7. o que • FIGURA 7. deficiências e duplicações acompanhando o exercício do na banda 3C2 do cromossomo politênico. é As deleções e duplicações foram extraordinaria- usado como exemplo. .grupogen. D ~ Vermelha sophila por mapeamento de duplicação. o cromossomo Y nesses machos tinha uma duplicação citolo- brancos gicamente definida de um pequeno segmento do cromossomo X. porém. . algumas regiões de um cromossomo e construção de mapas de recombinação são baseados são mais propensas ao crossing over que outras... mas próximos no mapa físico do cromossomo. :::i G li-----1 Castanha denadas do mapa citológico de Bridges do cromossomo X politênico. Assim.com.>· m <. nossa hipótese é verda. muscadas (sn ).. essas re- Os genes w e ec estão distantes no mapa genético. mas próximos no mapa genético. a. 1OE3-4 Olhos nico. as na incidência de crossing over entre cromossomos parea. Mapa w ec ct sn genético o 10 20 • Extremidade FIGURA 7. e também próximo do centrômero.. olhos brancos (w). o outro cromossomo não é mostrado.. Para simplificar. 1 23 4 5 6 789 10111213 14 Op5 14813. Olhos 1E2-4 brancos gene de Drosophila Uma mutação recessiva ligada ao X produz olhos castanhos em w Drosophila hemizigota ou homozigota para ele. ~ c Castanha o • FIGURA 7. os olhos das Dp2 20. E menos provável que o crossing relação seja refletida no comprime11to de seus mapas over ocorra perto das extremidades de um cromossomo ge11éticos. <l> F mo.>· regiões 20 e 30 no cromossomo X. distâncias i10 mapa genético i1ão correspondem exata- dos. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 149 Pontos Combinações w/ Dp Duplicação de quebra Fenótipo w Mapeamento citológico de um Opl extremidade. DISTÂNCIA FÍSICA Os procedimentos para medida da distâ11cia ge11ética <leira. asas Os genes y e w estão distantes no mapa físico do cortadas (ct) e cerdas cha- cromossomo. no entanto. ] Cor dos olhos A cor dos olhos de tipo selvagem observada em Op2 indica que o A 1 Castanha (/) gene white está entre os pontos de quebra da duplicação nas 1~ B Castanha <. por isso.br. O geneticista também produziu machos que tinham a mutação de olhos castanhos em seu cromossomo Op3 6E2. Os tO <. A partir dos resultados. 30 Olhos moscas de tipo selvagem são vermelhos. I11tuitivamente. Cada duplicação é um seg- (/) E 1 1 Castanha mento do cromossomo X que foi translocado para outro cromosso.. Todas as fêmeas com mutação/deteção e todos os machos brancos com mutação/duplicação foram classificados de acordo com a cor dos olhos. gos tenham mais crossing overs que os curtos e que essa mossomo ( Figura 7. 7C4-6 Olhos X. A extensão de cada deteção e duplicação é mostrada adiante w em relação a um mapa de 14 bandas no cromossomo X politê- Op4 9F3.21 esquerda do cromossomo X politênico de Drosophila e a Cromossomo porção correspondente do X politênico mapa genético mostrando B lc o EF A BI F AB e oE F A B e o EIF A Je o EF A BC D E F os genes para corpo ama- 1 12 2 3 34 4 5 56 6 7 7 relo (y).21 ). o outro cromossomo Xtinha uma deteção cito- w logicamente definida. Um geneticista produ- vermelhos ziu fêmeas que tinham essa mutação recessiva em um de seus cromossomos X.20 Localização do gene white no cromossomo X de Dro. o H 1 Vermelha ~ Leia a resposta do problema no site DISTÂNCIA GENÉTICA E http://gen-io. Capítulo 7 1 Ligação.> H Vermelha pontos de quebra da duplicação são apresentados por meio das coor. Na maioria das vezes. localize o gene da cor do w olho no menor intervalo possível no mapa citológico. me11te às distâncias físicas no mapa citológico do cro- / . olhos equinos (ec). 15A9 Olhos brancos . espera-se que os cromossomos lon. as distâncias genéticas não são proporcionais às distâncias citológi. Renwick . examinemos parte do trabalho de J. a mulher na geração II tem o ge- todos moleculares modernos. Portanto. recombinantes. O genoma humano tem 22 au. inferência está correta. podemos estimar a frequência de recombinação en- dogramas humanos. Lawler.22A. Em ter- redogramas estudados por Renwick e Lawler. os pesquisadores podem nótipo NPSJ B/+ O. entretanto. os outros 7 eram não recombinantes. os genes podem ser wcalizados em mapas dos cromossomos politênicos por combinação de mutações recessivas com deteções e duplicações citologi. As que grosso modo. locais específicos têm giões. Para aprimorá-la. o genótipo de seu marido é +O/+ O. não mostra as distâncias físicas sica e genética. Se presumirmos que essa a herança de dois genes ou mais. Hoje. D. além disso. Essa análise mul. Como mostra o heredograma na estar em qualquer um deles. Para detectar e analisar a ligação gênica em seres huma. E muito mais difícil identificar a ligação tes. Renwick e S.150 Fundamentos de Genética giões estão condensadas no mapa genético. unha-patela. tre os wciNPSl e ABOcomo 3/10 = 30%. Em 1955 esses pesquisadores estimativa não usa todas as informações do heredogra- relataram evidências de ligação entre o gene controla. gameta (+ O) produzido pelo homem II-2 produz quatro tossomos diferentes. Essa observação sugere que ção em seres humanos concentraram-se em heredogra. Ao todo. As = 13 indivíduos da prole no heredograma eram recombi- pessoas com essa síndrome têm anormalidade das unhas nantes. eles combinantes e dois com cromossomos não recombinan- estão ligados. nas quais os crossing overs são mais frequentes.camente definidas • Uma deteção revela o fenótipo de uma mutação recessiva localizada entre seus limites. apenas 3 (III-3. a distância entre os wci NPSJ e ABO. Muitas vezes esses dados são limitados ou incom. ma. indicados posições desses genes no mapa? Essas são questões que por asteriscos na Figura 7. Outras re. ção revela a verdadeira ordem dos genes ao longo de um Embora não haja relação uniforme entre distância fí. no mesmo conjunto de heredogramas. cromossomo. podemos incorporar as informa- dor do grupo sanguíneo do sistema ABO (Capítulo 4) e ções dos três netos dos casais. A Figura 7. As- Para saber como a ligação gênica é detectada em here. exceto um desafios para os pesquisadores. a tela. III-6. Assim. PONTOS ESSENCIAIS • Em Drosophila. dois com cromossomos re- te identificado. nação entre os wci NPSJ e ABO é de 4/13 = 31 %. ao passo que uma duplicação oculta ofenótipo mutante • Os mapas genéticos e citológi. No entanto. Análise de li ão em seres humanos A análise do heredograma torna possível localizar genes quanto à presença ou ausência da mutação da síndrome nos cromossomos humanos. Em que autossomo está o Figura 7. graças aos mé. essa H. No entanto. redograma e sugere uma estratégia para estimar. o mapeamento de recombina- tão expandidas. Nenhum de seus pais nem de mas. es.cos são colineares. todos eles. rência da mutação NPSJ. A combinação desses gametas com o tipo simples de entre genes autossômicos. Sem dúvida. Se dois genes tiverem esse padrão. isto é. isto é. a mutação NPSJ está ligada geneticamente ao alelo B do mas nos quais era possível acompanhar simultaneamente wcus do grupo sanguíneo ABO. designada NPSJ. estimamos que a distância indivíduos nesse heredograma foram caracterizados entre esses genes é de aproximadamente 31 cM. A Figura 7. Portanto. sim. (III-6). ou oferecem informações ambíguas.. Estudos clássicos de liga.. A mulher da geração II representa uma nova ocor- nos. tipos diferentes de gametas. ainda ção e de elaborar mapas cromossômicos detalhados.22B é praticamente um res humanos são aquelas entre genes no cromossomo X. Todos os mos de um mapa de ligação. Entre os cinco indivíduos que tinham a síndrome tarefa de elaborar mapas de ligação humana cria muitos unha-patela nesse heredograma. os geneticistas precisam colher dados de heredogra. então. tinham sangue tipo B. e um gene não ligado ao X poderia genótipos diferentes. A mulher II-1 pode produzir quatro Esses genes seguem um padrão de herança prontamen.cas. cromossomo são colineares. II-1 e II-2 tiveram todos os quatro tipos de gene? Que outros genes estão ligados a ele? Quais são as filhos. os mapas genéticos e citológicos de um reais entre eles. 3 + 1 = 4 dos 10 + 3 autossômico raro denominado síndrome unha-patela.22A) de seus 10 filhos eram desafiam o pesquisador em genética humana. O relações de ligação gênica mais fáceis de estudar em se. seus 11 irmãos tinha o fenótipo da síndrome unha-pa- pletos. casamento indicado na Figura 7. dos quais apenas um (IV-1) uma mutação dominante responsável por um distúrbio era recombinante. III-12. concluímos que a frequência de recombi- e das patelas. No entanto.228 ilustra os fenômenos genéticos desse he- tilocus aumentou muito a capacidade de detectar a liga. ela é um heterozigoto em re- analisar a herança de dezenas de marcadores diferentes pulsão. a mesma ordem. cruzamento-teste.22A mostra parte de um dos he. determinou-se o tipo sanguíneo ABO da maioria dos indivíduos. identificou o autossomo específico em que estão locali. grupo sanguíneo Duffy. Essas variantes uma variante do cromossomo 1 que era mais longa que o resultam de diferenças na sequência de DNA em partes . B.>Gametas (") 1 1 1> + o (_i 1 11=> CI ! 11) e 11 11) < 11 11:> + o + o + o + o + o Síndrome Ausência Síndrome Ausência unha-patela de síndrome unha-patela de síndrome Tipo Tipo Tipo Tipo B sanguíneo B sanguíneo O sanguíneo O sanguíneo B • FIGURA 7. o wcus FY foi localizado aproximadamente 10%. Quadrado de Punnett mostrando os genótipos produzidos pelo casal na geração li. A análise do heredograma mostrou que. quando R. Donahue e colaboradores mostraram que o wcus do dores ligados. A pesquisa subsequente localizou esse NPSl e ABO é de aproximadamente 1O cM. como duas doenças genéticas diferentes. Essa demonstração baseou-se na descoberta de car variantes genéticas no próprio DNA. Os indivíduos afetados pela síndrome unha-patela são indicados por símbolos vermelhos. tornou-se possível identifi- somo 1. cil encontrar heredogramas com segregação de marca- P. Assim. Capítulo 7 1 Ligação. o genótipo do locusABO é apresentado abaixo de cada símbolo. designado FY. Quando conhecido. A primeira localização de um gene em um autos. Parte de um heredograma mostrando a ligação entre os loci do sistema ABO e da síndrome unha-patela. Usando técnicas O estudo de Renwick e Lawler dos wci NPSl e ABO diferentes. amento gênico humano foi lentíssimo porque era difi- somo humano específico ocorreu em 1968. está no cromos. esse cromossomo longo era segregado eles estimaram que a frequência de recombinação é de com alelos FY específicos. mas não extremidade do braço longo do cromossomo 9. A . a distância entre os genes no cromossomo 1. Na década de 1980. porém.) + o V Gametas Não recombinantes Recombinantes CI 1 11) Genótipo de 11-2 NPSl B + o NPSl o + B + o NPSl B + o NPSl o + B ~ CI 1 11. o avanço no mape- zados.) e 11 1. . em de- em outros heredogramas. terminada família. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 151 1 1 2 li 11 80 00 1 2 3-13 Ili 80 00 80* 80 AAouAO 00* 00 00 80 00 00 80* 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Síndrome unha-patela IV 80* AO AO Ü D Ausência de síndrome 1 2 3 A Genótipo de 11-1 NPSl B CI 1 11:'. Assim. Até o início da década de 1980. Os asteriscos indicam os recombinantes.22 Análise da ligação gênica em heredograma humano. Combinando todos os dados.-. e Lawler analisaram a ligação entre os genes NPSl e ABO normal. locus na região 1 p3 l desse cromossomo. os Zoei NPSl e ABO foram situados perto da estabeleceu que esses dois genes estão ligados. Contudo. que qualquer um dos mutantes isolados. marcadores mole. en- quanto elas estão se disseminando. Suponha. de quebra de um rearranjo em condição heterozigota. pode estimar as distâncias entre dogramas. Essa linhagem o esperado é que essas combinações benéficas se dissemi. muitos deles implicados em doenças he. genética para potencializar as mudanças evolutivas. analisou-se a ligação enfrentados pelo desenvolvimento de técnicas citológi- entre o gene HD e um conjunto de. dução sexuada. espécie. um pesquisador pode procurar a ligação entre geneticistas humanos determinar as relações de ligação cada marcador e o gene em estudo. em um indivíduo. recombinadas com a produção de uma linhagem melhor brevivência ou da capacidade reprodutiva. ou onde está determinado gene na Huntington (HD). mos que tenha surgido uma mutação benéfica em cada provavelmente porque o rearranjo desorgamiza o pare- . E possível avaliar a vantagem evolutiva da recombinação ção pode ser impedido por rearranjos do cromossomo. exceto no caso manas. sível criar mapas de cromossomos humanos a partir de nicas usadas para revelar essas diferenças moleculares. em outro indivíduo. Um dos exemplos mais expressivos é a pesquisa de ligação ao X. imagem fisica desse cromossomo. Durante a meiose. com técnicas entre genes que não são segregados nos mesmos here- estatísticas apropriadas. e. Suponhamos também que. . Então. Algumas mas. Recombinaç_ ão_ _e_e_v_o_l_ u_. tunidade de criar novas combinações de alelos. o gene e os marcadores ligados a ele. Assim. Portanto. uma di. essa análise não nos diz que cromossomo que localizou no cromossomo 4 o gene da doença de está sendo mapeado. o gene HD foi mapeado a 4 cM de um desses terminada sequência poderia ser GAATTC em um dos marcadores. A custa de trabalho sômica (Capítulo 6).152 Fundamentos de Genética dos cromossomos. Embora precisemos Os marcadores moleculares também tornaram pos- adiar para os capítulos posteriores a discussão das téc. um conjunto de heredogramas e que o gene B está liga- reditárias graves. por fim. análises totalmente independentes.tem um papel es. além da análise fenotípica habitual. Ao longo do tempo. Esses desafios foram te e. no organismo sexuado. Essa localização precisa estabeleceu os ali- filamentos de DNA. gação gênica dos cromossomos.ou sua ausência . o esperado seria a dissemi- sencial na evolução. por ocasião da aproxi. Com o tempo. há uma opor. Por exemplo. ção pode permitir a reunião de alelos favoráveis de dife- ção meiótica é uma maneira de embaralhar a variação rentes genes no mesmo organismo. mediante comparação de duas espécies. cas como bandeamento cromossômico e pintura cromos- culares em grandes heredogramas. não. A análise de dados de recombinação dos heredogra- Esse método permitiu que os geneticistas mapeassem mas possibilita que os geneticistas elaborem mapas de li- um grande número de genes implicados em doenças hu. as duas mutações podem ser delas podem beneficiar o organismo por aumento da so. Se. essa segunda mutação seja recombinada com a primeira. - SUPRESSAO DA RECOMBINAÇAO SIGNIFICADO EVOLUTIVO POR INVERSÕES DA RECOMBINAÇAO . a recombina- constituição genética da espécie. PONTOS ESSENCIAIS • A ligação entre genes humanos pode ser detectada por análise dos heredogramas • A análise do heredograma também possibilita estimar as frequências de recombinação para mapear genes nos cromossomos humanos. os membros de um heredograma são analisados quanto então é óbvio que existe uma ligação entre o gene A e o à presença ou ausência de marcadores moleculares no gene B. fatal. ferença de apenas um nucleotídio. recombinante será capaz de se disseminar por toda a po- nem na população e se tornem características usuais da pulação da espécie. meticuloso. Caso se tenha de- aqui podemos analisar como elas ajudaram a mapear os monstrado que o gene A está ligado ao marcador x em genes humanos.:. a análise desses marcadores faculta aos DNA. benéfica em um indivíduo não mutante de cada espécie. não há possibilidade de que mação dos cromossomos e do crossing over. Em termos evolutivos. O efeito de embaralhamento de genes na recombina- . um distúrbio neurológico debilitan. de. do ao marcador x em outro conjunto de heredogramas. a recombina. ocorra outra mutação A recombinação é uma característica essencial da repro. nação dessas mutações. uma capaz de se O crossing over geralmente é inibido perto dos pontos reproduzir de maneira sexuada e outra.-ã_o______________ A recombinação . No organismo assexuado. a sequência cerces para o isolamento e a caracterização molecular do de DNA correspondente poderia ser GATTTC. Nessa pesquisa. próprio gene HD. ção foi usada em experimentos com Drosophila. 3 . b.. Os cromossomos dicêntricos (1 2 3 1) e acêntricos (4 3 2 4} forma- dos a partir das cromátides que tiveram crossing over são aneuploides e causam inviabilidade da geração subsequente. na qual mátides invertidas e não invertidas na tétrade produz o cromossomo invertido geralmente tem uma mutação duas cromátides recombinantes. Pela análise da sa perda de cromátides é a supressão da recombinação variação no grau de divergência. Para evi- estão associados à redução na frequência de recombina. Uma das cromátides não tem centrômero Esse cromossomo marcado por inversão é denominado . ~ e e+.ses de Bruce Lahn e David Page..j r 1 t • FIGURA 7. centrômeros e. 1 Anáfase 1 2 Crossing over simples 1 3 4 - 2 Centrômeros ti )o . e.. mos sexuais em mamíferos. O efeito final des. tido um papel importante na evolução dos cromosso- essa ponte se quebra e divide a cromátide em pedaços. lo... Suponhamos. humanos . Se houver pareamento desse cromossomo com crocodilos e aves. . A supressão da recombinação por inversão parece ter tas. e+. mas provavelmente as dominante que permite seu acompanhamento duran- duas cromátides serão perdidas durante a meiose ou te uma série de cruzamentos sem exames citológicos.tar essa mistura. Consequentemente. O crossing over entre cro.com duplicação de alguns genes mossomos X e Y. portanto. que um cromossomo a linha evolutiva dos mamíferos divergiu da linha de an- cuja estrutura é normal tenha os alelos recessivos a. é incapaz de balanceador. os alelos recessivos e Y causou a supressão regional da recombinação entre Prófase 1 ~ t \. Os dados provêm das análi- Ainda que as cromátides acêntrica e dicêntrica produzi. Portanto. pois permite manter um cromossomo de in- se deslocar até a devida posição durante a anáfase da teresse em condição heterozigota sem quebra e recom- primeira divisão meiótica. formando uma ponte de cromátide dicêntrica.mida por diferentes períodos durante a evolução. será puxada em direções opos.23). Entre 240 e 320 milhões de anos atrás. A menos que haja crossing overs perto dos pontos de quebra da inversão é complicada duplos na região invertida.23 Supressão da recombinação em heterozigoto para inversão. multiplicado então pode ser transmitido para a prole na Para analisar esse efeito de supressão da recombi. b+.e. O cromossomo mutante over na região invertida. as sequências letal. indicando que foram rearranjados por e deficiência de outros . consideremos uma inversão no braço longo de Muitas vezes. essas cromátides serão eliminadas por de DNA das cópias ligadas ao X e ao Y desses genes em seleção natural na próxima geração. essa técnica de supressão da recombina- um cromossomo (Figura 7. 3/ 4 4 Ponte Fragmento 1 dicêntrica 3 t 4 4 1 acêntrico 2 4 -.ram de um par de autossomos algum tempo depois que mo. muitos rearranjos selvagens serão misturados por recombinação. Capítulo 7 1 Ligação.comum divergiram em diferentes graus. Além disso.forma de uma unidade genética intacta. Esse efeito é mais acentuado em heterozigotos por pode ser pareado com o cromossomo de tipo selvagem inversão porque a inibição do crossing over que ocorre que tem uma inversão..' 4 2 . Lahn e Page distingui- entre cromossomos invertidos e não invertidos em he.regiões nas quais a recombinação foi supri- Os geneticistas exploraram as propriedades de su. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 153 amento dos cromossomos. As duas cromá.é um fragmento acêntrico . os produtos do crossing over entre os cromossomos invertidos e não invertidos não são restabelecidos..genes em comum ocupam posições diferentes nos cro- tides são aneuploides .e a aneuploidia geralmente é inversões durante a evolução. Por fim. outro de estrutura normal que tenha os alelos selvagens uma inversão no que deveria se tornar o cromossomo correspondentes a+. tigos répteis que levou ao surgimento dos dinossauros. portanto. A outra cromátide tem dois binação. Esses improvável que os zigotos sejam viáveis. essa heterozigosidade estru- pela perda seletiva de cromossomos que tiveram crossing tural suprimirá a recombinação. por exemplo.. depois dela. é nes presentes nos cromossomos X e Y humano. o cromossomo com os alelos recessivos ção. d e e. nação.ram quatro "níveis evolutivos" nos cromossomos sexuais terozigotos. que estudaram 19 ge- das por crossing over na inversão sobrevivam à meiose. Lahn pressão da recombinação pelas inversões para manter e Page presumem que os cromossomos X e Y se origina- alelos de diferentes genes juntos no mesmo cromosso.. Portanto. E/FlAX algum momento entre 80 e 130 milhões de anos atrás e .flores roxas com lhantes. mas no cromossomo Y hou\re degeneração da maioria dos genes pelo acúmulo de SMCY- E/FlAY- mutações aleatórias. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. e os -RPS4X genes remanescentes estão arranjados em outra ordem ( Figura 7.24). eventos que causam recombi11ação estejam sujeitos a mu- se aspecto.154 Fundamentos de Genética X e Y Na li11hagem que originou os seres huma11os. o processo de permuta. Ne nhuma dessas bra11cas e folhas brilha11tes. inclusive da nossa. entre eles leveduras e Drosophila. a Drosophila é diferente da maioria das espé. (a) Quais das quatro classes da F2 são recom. Alguns desses produtos gênicos partici- pam do pareamento dos cromossomos.24 pseudoautossômicas nos cromossomos X e Y humanos.6% das pla11tas da F2 . genes ativos foram preser\ra- dos no cromossomo X. todas as quais tinham textura das foll1as? (e) Qual é a distância de mapa flores roxas e folhas foscas. V CONTROLE GENÉTICO DA RECOMBINAÇAO - . O efeito final dessas inversões foi suprimir a recombinação e11. mostraram que produtos de muitos genes participam da X recombinação.i1a F2 são recombinantes. hoje o cromossomo Y tem RBMY- muito me11os genes ativos que o cromossomo X. recombi11antes são 18.mui- binantes? (b) Qual é a evidê11cia da ligação e11tre to menos que os 50% que seriam esperados se os ge11es para cor das flores e textura das folhas? os ge11es da cor das flores e da textura das folhas . sabemos que o grau de Um fe11ômeno curioso. Abordaremos algumas dessas atividades com mais detalhes i10 Capítu. Resposta: (a) As duas últimas classes . sobretudo as inversões. nas quais o crossing over ocorre lo 13. Talvez os próprios ocorrência de crossing overem machos de Drosophila. (d) Qual é a frequência de recombi11ação li11hagem e11dogâmica de flores brancas e folhas entre os genes que determinam a cor das flores e a brilhantes. foram retrocruzadas ge11ético e11tre esses genes? com a linhagem de flores bra11cas e folhas bri. 46 com flores cas . Além disso. podem suprimir a recombinação • A recombinação está sujeita a controle genético. PONTOS ESSENCIAIS • A recombinação pode reunir mutações favoráveis • Os rearranjos cromossômicos. Estudos com vários organismos. 12 com flores roxas e combinações de fenótipos estava presente nas folhas brilhantes e 10 com flores brancas e folhas linhagens usadas no cruzamento inicial. Uma linhagem endogâmica de boca-de-leão de (c) Faça o diagrama dos cruzamentos desse expe- flores roxas e folhas foscas foi cruzada com outra rimento. em ambos os sexos. Nes. (b) Os foscas.ZFX uma delas entre 30 e 50 milhões de anos atrás. e ainda outros ajudam a reunir os segmentos das cromátides quebradas. As pla11tas da F 1. e obtiveram-se as seguintes plantas da F2 : folhas brilhantes e flores brancas com folhas fos- 50 com flores roxas e folhas foscas. Assim. outros catalisam • Ordem de genes compartilhados fora das regiões FIGURA 7. cies. .SMCX tre a maioria das regiões i1os cromossomos X e Y Por força da seleção natural. duas delas em . é a não recombinação varia entre as espécies. ainda inexplicado.RBMX Não surpreende que um processo tão importa11te qua11- to a recombinação esteja sob controle genético. houve no mínimo três outras inversões. danças evolutivas. Ma- 3 16 chos hemizigotos para uma mutação sn recessi- 4 6 va foram cruzados com fêmeas que tinham várias deficiências (indicadas por Dj) no cromossomo X Qual é o comprimento genético. tipo selvagem 33 alelos dos genes da cor das flores e da textura das folhas: W = roxa. e as permutas entre eles são observadas vagens.7E cerdas chamuscadas alelos selvagens foram cruzadas com machos y ct m. bem como a ordem 2. nesses dados. Para os dados apresentados. O primeiro cruzamento é W S/W S X 5. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 155 não estivessem ligados. 8. y ct m/+ + +. S = fosca. asas em miniatura 8 w s/w s. primeiro é preciso atribuir símbolos aos 2. 4 7C.) ovei? Quando e onde você procuraria por ele? . corpo amarelo 10 brilhante. o Resposta: O comprimento genético de um cromossomo esquema de cruzamento era machos sn/Y X fêmeas é o número médio de permutas em uma cromáti- Df/B. rentais. portanto. os homólogos pareados repelem-se le. (e) A distância de mapa genético é representam crossing overs duplos? (c) Que gene está estimada pela frequência de recombinação como no meio dos outros dois? (d) Qual era o genótipo 18.3C tipo selvagem cadores recessivos ligados ao X. Os dados são: de crossing over duplo. asas cortadas 1 (2) w s/w s. 7. deficiências diferentes são: a média é O X (18/100) + 1 X (20/100) + 2 X (40/100) + 3 X (16/100) + 4 X (6/100) = 1. fêmeas tinha. menos numerosas. os três alelos sel- vemente. As classes Total: 100 1 e 2 são tipos parentais. Não é fácil. as classes 1 e 2 são tipos pa- cio ao meio da prófase da meiose I. o gene ct tem de es- tar entre os genes y em. as clas- e é difícil. Um geneticista estimou o número de permutas ocor- queadores pelo processo de permuta dupla. Assim. 8C cerdas chamuscadas Obteve-se a seguinte prole: . qual dos três genes está no meio porque o marca- dor intermediário é separado dos marcadores flan- 3. asas cortadas 5 W S/w s. corpo amarelo.72 Pontos de Fenótipo das fiJhas sem Morgans ou 172 centiMorgans. identificar as permu. w = branca. (3) W s/w se ( 4) w S/w s. As classes de crossing over duplo informam • como qu1asmas. O retrocruzamento é W S/w s X w s/w s. Capítulo 7 1 Ligação. das fêmeas heterozigotas usadas no cruzamento? (In- dique a fase de ligação correta. Os resultados dos cruzamentos com quatro de no fim da meiose. portanto. (a) Que classes são tipos parentais? (b) Que classes ção é 18. e seus 3 6F. em centiMorgans. Um geneticista de Drosophila fez experimentos para 2 40 localizar o gene das cerdas chamuscadas (singed [sn]) no mapa citológico do cromossomo X. nesses dados. 1 20 5. a letra maiúscula indica que o alelo é 4. esses genes es. mo cromossomo X. se não impossível. obrigato- o 18 riamente. (c) Para representar os cruza- miniatura mentos. o alelo ct está separado de y e m nas classes tides distinguidas em gametas. ses 7 e 8 são as classes com crossing over duplo. e as classes 3 e 4 são recombinantes. asas cortadas e em miniatura 12 dominante.6%. Fêmeas de Drosophila heterozigotas para três mar. corpo amarelo. Deficiência quebra olhos em barra 4. (d) O genótipo das fêmeas Número de permutas Frequência heterozigotas usadas no cruzamento era. 2 4D. o outro cromossomo X nessas se estágio. Resposta: E provável que o crossing over ocorra do iní- portanto. obrigatoriamente. corpo amarelo. y (corpo amarelo). N es. 5C tipo selvagem ct (asas cortadas) e m (asas em miniatura). (c) tas por métodos citológicos. Nesses ridas durante a meiose em cada uma das 100 cromá- dados. Portanto. s = 3. produzindo plantas da F 1 com o genótipo 6. (b) As classes com crossing overduplo são as porém.6 centiMorgans. analisar os cromossomos nesses estágios. A melhor evidência As classes parentais mostram que os três alelos mu- citológica de que houve crossing over é obtida das tantes entraram nas fêmeas heterozigotas no mes- células perto do fim da prófase da meiose I. 1 2F. Classe fenotípica Número tão ligados no mesmo cromossomo no genoma 1. Resposta: (a) As classes parentais são as mais numerosas. Qual é a indicação citológica de que houve crossing correta dos marcadores ao longo do cromossomo. asas cortadas e em 30 da boca-de-leão. balanceadas em relação a um cromossomo X com do cromossomo analisado nesse estudo? múltiplas inversões marcado pela mutação semido- minante para olhos em barra (Bar [B]). (d) A frequência de recombina. asas em miniatura 1 produzindo quatro classes de prole: (1) W S/w s. eh. no heredograma como um todo ID Discromatopsia e hemofilia não existem e\ridências de recombinação entre os genes Ce H. os dois alelos não mutantes existentes no seu tipo Df/sn.5 tos para repulsão foram cruzados com mosquitos homozigotos para os alelos recessivos dos genes. obrigatoriame11- te. Ela herdou um cromossomo C 1-I do pai. Um desses bisnetos tem genótipo C H e D Q Normal o outro.0 [ brown]). tem chamuscadas) neste mapa citológico? fe11ótipo i1ormal e. dois Zoei. a primeira neta de I-1. K Sakai. tem. cada uma delas subdividida ligados ao X. ela é um heterozigoto em acoplame11to para os na região 7C-7E. o alelo para hemofilia. 3 e 4. A filha. II-1. os alelos não mutantes. K Akhtar e C.156 Fundamentos de Genética O mapa citológico do cromossomo X é dividido em Resposta: Os genes para discromatopsia e hemofilia são 20 seções numeradas. quais são os mo eh da mãe. mal ( C H). Não é possível determinar pelo he- 1 2 redograma qual desses cromossomos ela recebeu. Portanto. portanto. Em cada cruzame11to.Porcen tagem de cruzamentos-teste com o mosquito AnopheZes euZiei. estimamos as distâncias entre cada par de ge11es a tivo. Dubash (1985. seu genótipo é C 1-I. 1 2 mas o cromossomo herdado da mãe pode ser C H. como II-1 herdou e e h do cura do fe11ótipo cerdas chamuscadas tinham genó- pai. seu genótipo tem de ser eh. elabore um mapa das relações de ligação. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. O máximo que podemos dizer sobre o genótipo de Ili 4 III-4 é que há um cromossomo com os alelos C e H. desses dois genes Resposta: As filhas sem olhos em barra exami11adas à pro- ligados ao X. Assim. Além disso. A mutação singed foi "revelada" por duas genótipo têm de estar no cromossomo X herdado deficiências. O ge11ótipo da neta remanescente (IIl-4) é 1 incerto. C h. heterozigo. ou e H. Como I-1 tem discromatopsia e hemo- em subseções A a F. portanto. tem discromatopsia e hemofilia. 1 bzu + / + e 850 503 37. Para representá-los em um mapa de ligação. partir das frequê11cias de recombinação observadas: . goto para Recombi. dois (III-3 e III-5) têm tanto hemofilia quanto indivíduo i10 heredograma aprese11ta evidências de discromatopsia. um vetor da malária no sul da Asia. tem de estar na região da mãe. assim como nenhum dos dois bisnetos da Legenda dos fenótipos : geração IV. III-2. Os da. li e h. isto é. Madle. m ento rep ulsão Paren tal nante recombinação faeies. O bisavô. C e H. o genótipo de II-1 é C H/e b. portanto os três Zoei estão li- recombinante. a frequência de recombi- e a prole foi classificada em genótipo parental ou 11ação é inferior a 50%. Há alguma ligação entre esses três gados. 1 2 3 5 6 Ne11hum dos quatro i1etos aos quais podemos IV atribuir ge11ótipos apresenta evidências de recom- 1 2 binação e11tre os ge11es para discromatopsia e he- mofilia. O heredograma a seguir mostra quatro gerações heterozigoto em acoplamento. isto deletada no cromossomo X comum a ambas. esses netos têm genótipo eh. 3 e+/ + Blk 629 183 22. H eterozi. genes estudados i1os cruzamentos? Em caso afirma.J 1-Iered. é. tem esse genótipo porque seu filho tem discroma- ner. topsia e hemofilia ( e h) e seu pai tem fenótipo nor- ~ Considerando que e representa o alelo para discro.J. assim. Prole 76: 140-141) apresentaram dados de um grupo de Cruza. Inferimos que ela de uma família descrita em 1928 por M. Entre os netos de sexo masculino de genótipos dos cinco netos desse homem? Algum I-1. R. I-1. também é um 6. e (olhos incolores [ eolorZess] ) e Blk (corpo preto [black]). E evide11te que III-2 herdou o cromosso- matopsia e h. recombinação entre os genes para discromatopsia e O outro neto de sexo masculino (III-6) não tem dis- hemofilia? cromatopsia i1em hemofilia. Resposta: Em cada cruzame11to.2 dos apontavam três mutações: bw (olhos castanhos 2 bw +/+ Blk 750 237 24. Onde está o gene singed (cerdas filia. portanto. Para isso. e en- nervuras transversais. dem proposta dos genes . a cada gera- parênteses para indicar incerteza acerca da ordem ção a geneticista cruza machos B com fêmeas l(1) dos genes.2 + 13. asas sem 32 mos as frequências observada e esperada de crossing nervuras transversais overs duplos: 6 cerdas chamuscadas.2 8. uma mutação letal recessiva.2-sn-13. que indicam apenas interferência moderada. Capítulo 7 1 Ligação. Para fazer isso. os crossing overs duplos observados. Crossing overs entre cv e sn: 2. A geneticista examina a prole de cada cru- .2 = 20. no caso de genes muito separados. Número: 61 + 65 + 3 + 3 = 132 lhão. 3• Uma geneticista de Drosaphila está pesquisando tico entre sn e cv.2%. é preciso que com um cromossomo X balanceador marcado determinar o genótipo da fêmea heterozigota que com uma mutação semidominante para olhos em produziu as oito classes de prole. No cruza. Para to. As fêmea heterozigota tinha as mutações cv e v em um moscas homozigotas ou hemizigotas para o alelo dos cromossomos X e a mutação sn no outro. l(1)r13. Crossing overs entre sn e v: mento-teste de uma fêmea heterozigota para todos esses três genes com um macho de cerdas chamus. escritos entre manter a mutação l(1)r13 em estoque. Essas são as classes citológica de l(1)r13. asas sem nervuras transversais e olhos verme. Classe: 4 6 1 8 cadas. do cruzamento 1) é bem menor Estabelecida a ordem dos genes.5 e Duas permutas nesse genótipo produzem gametas cv sn v ou + + + . Cerdas chamuscadas ( sn).006 C= ----=----. barra (B). asas sem nervuras trans.cv sn v . identificamos as duas classes parentais (2 e 7).está correta. Essa mutação é mantida em esto- Resposta: Antes de tentar analisar esses dados.000 = 7. Todas as duplicações estão vinculadas ao cro- sing overduplo em uma fêmea que tem o genótipo.= 0. olhos 65 vermelhão frequência observada 7 cerdas chamuscadas 410 de crossing overs duplos 0. asas sem 3 Entre cv e sn. a tam crossing overs entre cv e sn. é preciso cruzamento com seus irmãos de olhos em barra.2 cM. o mapa de ligação olhos vermelhão desses três genes é: 3 olhos vermelhão 34 l"'lr7. Classe: 3 5 1 8 versais ( cv). o genótipo dos machos usados CV+ V nesses cruzamentos pode ser representado como + sn + X/Y-Dp.072 X 0.5). Na são as mais numerosas. Po. e quais representam frequência de recombinação subestima a verdadei. Portanto. Isso identificar quais classes recombinantes represen- mostra que. obteve-se a seguinte prole: Determinamos as distâncias entre esses pares de ge- Classe Fenótipo Número nes calculando o número médio de crossing overs. localizada no te de coincidência? cromossomo X. as menos numerosas. a distância é 72/1. Assim. que a mutação B reduz os olhos a barras estreitas. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 157 bw 24. ra distância de mapa. que correspondem às classes 1 e 37. Portan. e cor vermelhão dos olhos ( v) são cau- sadas por alelos mutantes recessivos de três genes Número: 34 + 32 + 3 + 3 = 72 ligados ao X em Drosaphila melanogaster. causa olhos reniformes.0 Blk 22.000 = 13. O identificar as classes com crossing over duplo entre os objetivo da geneticista é determinar a localização seis tipos de prole recombinante. crossing overs entre sn e v.000 crossing overs duplos Qual é a ordem correta desses três genes no cro. Podemos estimar vermelhão a distância entre cv e v como a soma desses valores: 2 • asas sem nervuras transversais.63 8 tipo selvagem 3 frequência esperada de 0. mas.2 cM. mossomo Y Assim. ela cruza fêmeas l(1) 1 e 8. usa- 5 cerdas chamuscadas. olhos tre sn e v é 132/1. mossomo X? Quais são as distâncias de mapa gené. 392 7. Essas classes informam que a condição heterozigota. agora é possível que a distância real entre esses genes (46. Elas mostram que o gene rl3/B com vários machos que têm duplicações de singed está entre os genes crossveinkss e vermilron. rl3/B e seleciona as filhas de olhos reniformes para Para determinar a ordem dos genes. Em condição homozigota e hemizigota. a or- Observe que a frequência de recombinação en. sn e v. e cv e v? Qual é o coeficien. selvagem de B têm olhos grandes e esféricos.2-v 4 asas sem nervuras transversais 61 Para calcular o coeficiente de coincidência. segmentos curtos do cromossomo X em seus geno- demos verificar isso investigando o efeito de um cros. tre bw e c (37. o genótipo era ( cv + v) / ( + sn + ). 1 cerdas chamuscadas.132 Total: 1.4 cM. Cada seção é subdividida em seis subseções. é. Podemos refinar a localização da mutação letal observando que há superposição das Presença de duas duplicações desde a subseção 3A até a subse- machos sem olhos ção 3D.4 Os camundongos têm 19 autossomos 110 genoma. ge11es no mesmo cromossomo se recombinem com ganismos.machos sem olhos da distância entre os dois genes. nótipo da F 1. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analít ica 7. Como ela herdou a mutação para ca- B/B (olhos em barra). Qual é a cha11.6 Se dois Zoei esti. 1 2D-3D Sim 4.rerem distantes 10 cM.3 Se a está ligado a b. 2. 11a fase de ligação de repulsão: cruzamento para determi11ar a localização citológi. que modificação poderia ter feito toriamente estejam 110 mesmo cromossomo? no princípio da distribuição independente? 7. d e e estão 110 mesmo cromossomo ou em 7. E possível que dois Cc DdEe X cc dd ee produziu uma prole de 1. B/Ye as fêmeas l(l)rl3/B são selecio11ados para cru. as duas características. primeiro é preciso determi- chos B/Y (olhos em barra) . A subseção A está no lado de cada seção numerada mais de que o primeiro filho desse casal tenha catarata e perto da extremidade. e+ ca da mutação letal pode ser representado como +P fêmeas l(l)rl3/B X machos X/Y-Dp --4 machos l(l) Para que uma criança herde os dois alelos mu- rl3/Y-Dp (se viáveis. por herança materna. a+ b+/a+ b+ foi cruzado com outro a b/ a b.isto guir. que a criança herde os dois alelos mutantes é de dos. ce de que dois ge11es autossômicos escolhidos alea- Caso conhecesse. que. sível estimar a probabilidade desse evento a partir A primeira classe de moscas .000 or. fêmeas l(l)rl3/X (sem com um cromossomo recombinante. os machos tarata do pai e a mutação para polidactilia da mãe. eles 11ão aparecerão. Portanto.7 Os genes a e b estão distantes 20 cM. apenas metade esses machos aparecerão na prole da criação. .5%. que proporção diferentes cromossomos? Explique. Caso dos recombinantes será CP. A partir desses da. a mutação tem A partir dos resultados apresentados na tabela a se. os alelos mutantes têm de estar em cromossomos zamentos a fim de perpetuar a mutação letal. polidactilia? Resposta: O cruzamento para manter a mutação letal em Resposta: Para calcular a chance de que a cria11ça te11ha estoque é machos B/Y X fêmeas l(l)rl3/B --4 ma. Dp 1 e Dp (15/ 2) % = 7. qual é a chance A a F. das células na prófase da primeira divisão meiótica conterá um crossing oversimples na região entre eles? 7. CP. machos l(l)rl3/Y (mor. B/Y-Dp (olhos em barra). e e a d. sem olhos em barra). determine a localização citológica de l(l)rl3. -.158 Fundamentos de Genética zame11to à procura de machos sem olhos em barra. e b a e.5 Genes em cromossomos difere11tes recombinam-se / 7. começando com a seção 1 na extremidade e ter. e polidactilia (um 5 4B-4E Não dedo extranumerário). a chance de contrário. entre 2D e 3E. combinação de 15% . os genes dessas duas características estiverem 15 cM minando com a seção 20 perto do centrômero. tendo em barra . fêmeas l(l)r13/B (olhos re11iformes) e fêmeas po da mulher. Os essa frequência? genes e. A cada geração. cobrem a mutação letal. nar a fase de ligação dos alelos mutantes 110 genóti- rem) . Um indivíduo e d? Explique.ee tinha 351 indivíduos. isto é. A classe G D. 2 3A-3E Sim cada uma delas causada por uma mutação em um 3 3D-4A Não gene diferente: catarata (uma anormalidade of- 4 4A-4D Não tálmica). um experimento de recombi11ação detectaria ligação gênica e11tre a 7. O *O braço longo do cromossomo X é dividido em 20 seções marido não tem nenhuma dessas características. tre os gametas produzidos por cada genitor e o ge- todos com quase o mesmo tamanho. 15 cM. Se isso acontecer. a mutação está obrigatoriamente NomeDp Segmento Dp* em barra 11a região 3A-3D do cromossomo X. verificamos que duas duplicações.2 O cruzame11to entre indi. a mulher terá que produzir um ovócito .1 Mendel desco11hecia a existência de cromossomos. Se numeradas. E pos- olhos em barra) e fêmeas B/X (olhos reniformes). deve ser equivalente à re- "cobre" ou não a mutação letal.ríduos com os genótipos com uma frequência de 50%. Um opostos.informa se uma duplicação específica em vista a i11terferência. Uma mulher tem duas características dominantes. Assim. Assim. ordenadas alfabeticamente de distantes no mesmo cromossomo. de estar dentro dos limites dessas duplicações . . por hera11ça pater11a. No entanto. machos tantes. (a) Represente o cruzamento em um diagrama e mos- 7 . os genes ae b estão nas posições 22. 4 plantas anãs com fruto piriforme.8 Responda às perguntas (a) a (e) do problema ante. O resultado foi: variedade homozigota de folhas verdes e sementes 81 plantas altas com fruto esférico. (a) Que tipos de gametas serão produzidos pelas fêmeas Qual é a frequência de recombinação? Represente da F1? Em que proporções? o cruzamento. (b) Que tipos de gametas serão produzidos pelos ma- res genet:Icos nos cromossomos. 7. e as fêmeas da F 1 foram retro- cruzadas com os pais recessivos quádruplos. a F 1 foi cruzada F1 com indivíduos a b/a b? Em que proporções? com coelhos homozigotos duplos recessivos.12 Outra fêmea de mosca-das-frutas com fenótipo (c) Qual é a prole esperada do cruzamento de fêmeas selvagem heterozigota para os dois genes mencio. 79 plantas anãs no pendão. Há ligação entre os genes que esférico. 124 de corpo preto e asas normais.11 Uma fêmea de tipo selvagem da mosca-das-frutas plantas altas com frutos esféricos. Na presença de no mínimo um alelo e. chos da F1? Em que proporções? 7. Qual 7.0 e 25.14 Em tomateiros.10 Uma variedade homozigota de milho de folhas ver. Repre- determinam a cor da planta e o tipo de semente? sente esses dois cruzamentos mostrando os mar- Explique. planta alta (I) com fruto esférico foi cruzada com melhas e sementes normais foi cruzada com outra uma planta anã de fruto piriforme. . cadores genéticos nos cromossomos. com fruto piriforme. O cruzamento e e (corpo ébano [ebony]) estão localizados a 62 e produziu a seguinte prole: 126 de corpo cinza e asas 70 cM.0 no cromossomo 2. com o seguinte resul- vermelhas e sementes no pendão. 5 plantas altas com fruto sementes no pendão. e os genes e e d estão nas corpo preto e asas vestigiais. 22 plantas altas com fruto pi- cruzados com a variedade de folhas verdes e semen. Uma 7. os alelos recessivos.15 Em Drosophila. recessivo). Os alteração ocorreria na proporção de gametas e da genes para altura da planta e formato do fruto são prole do cruzamento-teste? ligados com recombinação de 20% entre eles. mostrando o arranjo dos marcado- .0 vestigiais. 17 plantas anãs com fruto esférico. respectivamente. 123 de folhas verdes e tas anãs com fruto esférico. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 159 (b) Que gametas os indivíduos da F1 podem produzir? Uma linhagem homozigota de coelhos com pela- Em que proporções? gem castanha foi cruzada com uma linhagem ho- (c) Qual seria a prole esperada do cruzamento da mozigota de albinos. 24 de corpo cinza e asas vestigiais. a+ b/a+ b X a b+ /a b+.17 Os genes de Drosophila vg (asas vestigiais) e cn preta (B. 127 de corpo cinza e asas 7.16 Em Drosophila. relação à planta anã (á) e o fruto esférico (P) é mas anteriores fosse de 40% em vez de 20%. Toda a prole apresentou fenó- os genes para cor do corpo e comprimento da asa? tipo selvagem (corpo cinza e sem listras).0. 26 de do cromossomo 3. 124 de corpo preto e para e+ foi cruzada com um macho de corpo ébano asas vestigiais. da F1 com machos de corpo ébano e listrado? Em que proporções? nados no problema anterior foi cruzada com um (d) Qual seria a prole esperada do intercruzamento de macho homozigoto de corpo preto e asas vestigiais. 100 de pelagem albina. que dominante em relação ao fruto piriforme (p). Uma mosca ligação? Qual é a frequência de recombinação? Re. Em seguida. 125 de folhas tado: 21 plantas altas com fruto piriforme. Em seguida. Outra tes no pendão. produ- (d) Esse é um exemplo da fase de ligação de acoplamen- zindo os seguintes resultados: 34 de pelagem preta. outro gene determina se a pelagem é 7. os híbridos foram retro. Que classes fenotípicas você esperaria do cruzamento das duas 7. dominante) ou castanha (b.9 Se a frequência de recombinação nos dois proble.0 e 57. Esses dados indicam posições 10. Uma fêmea listrada homozigota corpo preto e asas normais. e obteve-se a seguinte prole: 124 de planta alta de fruto esférico (II) foi cruzada com a folhas vermelhas e sementes normais. machos e fêmeas da F 1? Em que proporções? O cruzamento produziu a seguinte prole: 23 de cor- po cinza e asas normais.13 Em coelhos. Esses dados indicam ligação entre homozigoto para sr+. mostran- 7. 126 de folhas planta anã de fruto piriforme. riforme. do o arranjo dos marcadores genéticos nos cromos- rior supondo que o cruzamento original tenha sido somos.0 no cromossomo 3. homozigota para os alelos selvagens desses quatro presente o cruzamento. Capítulo 7 1 Ligação. mostrando o arranjo dos genes foi cruzada com uma mosca homozigota para marcadores genéticos nos cromossomos. o alelo recessivo e produz pela- que proporções? gem incolor (albino). Há (e) Qual seria a prole esperada do intercruzamento da F1? Em que proporções? ligação entre os genes b e e? Qual é a frequência de recombinação? Represente o cruzamento. isto é. to ou repulsão? 66 de pelagem castanha. I X II? Em heterozigota para genes que controlam a cor do que proporções? corpo e o comprimento das asas foi cruzada com um macho mutante homozigoto de corpo preto 7. da extremidade esquerda normais. 18 plan- verdes e sementes normais. (olhos cinabre) estão localizados em 67. os genes sr (tórax listrado [stripe]) (alelo b) e asas vestigiais (alelo vg). o alelo dominante C é necessário para seria a prole esperada desse retrocruzamento? Em pelagem colorida. . a planta alta (D) é dominante em 7. 26 de e 42. que genótipos você espera de cerdas encontrar? Em que proporções? Considere que a in- terferência é completa nesse intervalo de mapa. e corpo ébano.22 Um geneticista de Drosophilafez um cruzamento en- st ss e tre fêmeas homozigotas para as três mutações liga- 44 58 70 das ao X (y. ec e w e estime ss (ausência de cerdas [ spineless] ) e e (corpo ébano as distâncias entre eles no mapa de ligação do cro- [ebony]) estão localizados no cromossomo 3. Preveja os fe. v. Fêmeas de fenótipo e olhos em barra com pigmento vermelho-escuro. olhos escarlate.20 No milho. Uma fêmea de Fêmeas Machos Número uma linhagem homozigota de moscas com asas ves. cruzou as fêmeas da (c) Qual é a ordem dos genes? F 1 com machos mutantes triplos e obteve os seguin- (d) Qual é a distância de mapa entre e e st? tes resultados: (e) Entre ee ss? . ausência de cerdas 1O 7. B.19 No milho. 106 e 112. ausência de cerdas 347 for realizado cruzamento-teste das plantas da F1 com corpo ébano. para folhas verdes). + + + /yecw + + + 475 tigiais foi cruzada com um macho de uma linhagem y ec w/y ec w yecw 469 homozigota de moscas com olhos cinabre. corpo amarelo. As fêmeas da F 1. Se plantas homozigotas para os corpo ébano 8 alelos recessivos desses genes forem cruzadas com corpo ébano. vermelhão vegetal pigmeu (pigmy) (recessivo em relação a Py.18 Em Drosophila. sm tipo selvagem para estilo-estigma salmão (salmon) (recessivo em corpo amarelo } 244 relação a Sm. corpo amarelo. os genes st (olhos escarlate [scarlet]). Em seguida. Py/pl Sm Py foram submetidos a cruzamento-teste 7 . corpo amarelo. olhos em barra somo 6. corpo cinza). 7. os genes Tu. os genes Pl para folhas roxas (purple) vermelhão (dominante em relação a pl. para estilo-estigma amarelo) e py para olhos em barra. + ecw/y ecw + ecw 7 (a) Quantos tipos diferentes de gametas poderiam pro. formato de olhos em Todas essas mutações são recessivas em relação ao barra. tipo selvagem 67 respectivamente. olhos escarlate 368 olhos escarlate. posições de mapa são: 7. e+. e as mossomo X. foram cruzadas com machos y W v. selvagem.160 Fundamentos de Genética respectivamente. ss+. olhos vermelhão } 160 para vegetal de tamanho normal) estão no cromos. Os híbri- dos da Fl tinham fenótipo selvagem (asas longas e y + + /y ecw y+ + 8 olhos vermelho-escuros). st (olhos escarlate) e ss (ausência de cerdas) do que (a) não haja interferência e (b) haja inter- obteve a seguinte prole: ferência completa. no cromossomo 2. 546 7. cor vermelhão dos olhos) e machos de tipo alelo selvagem (st+. j2 e gl3 estão localizados no Fenótipo Número cromossomo 4 nas posições de mapa 101. olhos vermelho-escuros. formato (a) O que indica que os genes estão ligados? de olhos equino.21 Um geneticista de Drosophila fez um cruzamento ausência de cerdas 54 entre fêmeas homozigotas para as três mutações re- cessivas ligadas ao X (y. ec. Preveja os fenótipos zigotas para três mutações recessivas e (corpo éba- da prole e as frequências com que ocorrem supon- no). y + w/y ecw y+ w 18 <luzir as fêmeas da F 1? Em que proporções? + ec + /y ec w + ec + 23 (b) Que tipo de prole seria esperado do cruzamento + + w/y ecw + +w o dessas fêmeas com machos de olhos cinabre e asas vestigiais? Em que proporções? y ec +/y ecw y ec + o 7. corpo amarelo. w. Determine a ordem dos três wci y. que tinham corpo cinza cerdas lisas. com o seguinte zadas com machos recessivos triplos. olhos em barra.23 O cruzamento-teste de fêmeas de Drosophila hetero- com plantas pl sm py/pl sm py. selvagem com genótipo st ss e+/ st+ ss+ e foram cru. resultado: nótipos da prole e as frequências com que ocorrem supondo que (a) não haja interferência e (b) haja Fenótipo Número interferência completa. ausência 78 plantas recessivas triplas. com as seguintes posições de mapa: corpo amarelo olhos em barra } 50 pl sm py olhos vermelhão 45 55 65 Determine a ordem desses três wci no cromosso- Híbridos do cruzamento Pl sm py/pl sm py X pl Sm mo X e estime as distâncias entre eles. olhos escarlate 68 plantas homozigotas para os alelos dominantes. cor dos olhos branca) e machos (b) Qual era o genótipo das fêmeas heterozigotas origi- nais? de tipo selvagem. isto ++ e 348 é.e z. os genes a e b estão hemofilia ligadas ao X em uma família.4.25 Em Drosophila.. as moscas l(2)gl4/Cy sobrevivem e têm 7. Essa última mutação. foi mantido das com machos hemizigotos para a mutação g.-. uma mutação letal recessiva. as mutações recessivas ligadas ao correta desses três genes e estime as distâncias en- X prune (pn) e garnet (g) recombinam-se com fre. todas com olhos vermelho-escuros. cessivo. tre eles.010 1 1. Moscas sem a mutação Cy têm asas ao X. wé epistático em relação a dor.. e os genes b e e estão distantes genótipo de II-2? Algum de seus filhos apresenta 10 cM: a + e/+ b + X a b e/a b e. i - nao Usando esses dados.. Capítulo 7 1 Ligação. . ++ z 430 + y z 32 Cruzamento Local da deleção Prole sem asas recurvadas x + + 27 X y + 441 X y Z 31 9101112 1 234 5 67 8 Total: 2. . 3 1 . mostra a herança de discromatopsia e 7. e em estoque com um cromossomo balanceador as filhas da F 1. •I - nao coincidência. l(2)gl4. Se um heterozigoto para repulsão com mutações recessivas nesses genes Em que banda está localizada a mutação letal l(2) for autofertilizado.31 O heredograma a seguir..28 No cruzamento-teste a seguir. a b e 65 ção terá olhos vermelhos ou laranja-escuro? Faça um mapa de ligação mostrando a ordem 7 .. O resultado do w dor+ cruzamento foi: w+ dor Fenótipo Número Os alelos recessivos w e dor causam cores dos olhos ++ + 75 mutantes (branca e laranja-escuro. 7 . quantos indivíduos homozigotos recessivos (g) Faça o diagrama dos cruzamentos desse experi. construa um mapa de liga- ção gênica dos três genes e calcule o coeficiente de 2 1. triplos são esperados na prole de 1..30 Um segundo cromossomo de Drosophila que tinha meas homozigotas para a mutação pn foram cruza.. que proporção dos filhos machos dessa fêmea a b + 306 heterozigota terá fenótipo mutante? Que propor. b e e. que fração da prole terá corpo g14? troncudo e movimentos descoordenados simulta- 7. também está associada a um efeito letal re- olhos vermelho-escuros nesse último cruzamento. foram cruzadas com machos genótipo do cromossomo X: homozigotos para as três mutações. respectivamen- te). Qual é o distantes 20 cM. •I - nao nam-se com uma frequência P. y.010 do quanto à presença ou ausência de prole com Machos ++ + 39 asas retas. recurvadas ( curly). os genótipos w dor/Y e w dor/w produzem olhos + b e 96 brancos. No entanto. Cada cruzamento foi classifica- Fêmeas ++ + 1.26 Suponha que haja em Drosophila três genes ligados asas recurvadas.. designa- Preveja a frequência de filhos machos que terão da Cy. Um pesquisador cruzou fêmeas l(2)gl4/Cy em relação ao alelo selvagem.000 indivíduos? mento. 7..5 nesse intervalo no mapa de discromatopsia e hemofilia? . mas esse efeito é diferente do efeito de l(2) g14. L. os genes liga. Se houver recombinação de 40% entre w a + + 110 e dor... .29 Fêmeas de Drosophila heterozigotas para três muta- 7. marcado por uma mutação dominante para asas foram cruzadas com os irmãos de olhos castanhos. x. Crossing over e Mapeamento Cromossômico em Eucariotos 161 (f) Qual é o coeficiente de coincidência? ligação.-. a. Essas duas mutações tornam os olhos castanhos em vez de vermelho-escuros. Fê. O cruzamento entre com machos que tinham os segundos cromosso- fêmeas heterozigotas para esses três wci e machos mos com diferentes deleções (todos homozigotos de tipo selvagem produziu a seguinte prole: letais) balanceados em relação ao cromossomo Cy (genótipo Df/Cy). dos dpy (corpo troncudo [dumpy]) e une (compor- 4 •I Sim tamento descoordenado [ uncoordinated]) recombi. Birch. apresentado em 1937 por neamente? C. Assim.24 Considere uma fêmea de Drosophila com o seguinte ções recessivas. e que cada alelo mutante é recessivo retas. Se o coeficiente evidências de recombinação entre os genes para de coincidência é 0.27 No nematódeo Caenorhabditis elegans. Sim 7. quência de 0. nih. sr (tórax listrado [stripe]) à direita e ro (olhos rugosos [ rough]) à esquerda. diferentes de recombinantes. Então. Um homólogo desse gene. e os genes em ques- tão são separados por I O cM. cujo pai tinha discromatop. clique em FlyBase.nlm. clique em Insects. de tipo selvagem. clique em Genomes and Maps.Localize esses dois ge- Genome Project e. MI e M2. mostra a herança de discromatopsia e he. Em que bandas estão localizados? nético do cromossomo X de D. Esse casal pretende ter 1 2 D Q Normal outro filho. O gene SRY responsável pela determi- 1. casou-se com um homem normal. em Genomic Biology. H. que é o banco de dados de in- cromossomos sexuais? formações genômicas sobre Drosüphila. qual poderia ser o res- Drosüphila melanogaster e. gina Map Viewer do site. Use a função Map Viewer no site para localizar w.gov Os mapas cromossômicos foram desenvolvidos por T. . Genômica na Web em http://www. procure por um dos três genes para encon. Essa inversão 1 2 D Q Normal inclui duas mutações. tes dessas mutações. Rath. nismo experimental. me f Morgan e seus alunos. em nes em relação a SOX. 7. Encontre no mapa genético as posições dos genes w nação do sexo em seres humanos está localizado no (olhos brancos). Encontre mossomo I) de Drosophila melanogaster. A luz da história evolu- Genoma resources. e seu pri. e (corpo ébano [ebony]) e cd li Discromatopsia (olhos vermelho-vivo [ cardina[j).162 Fundamentos de Genética 1 Legenda dos fenótipos: mutações recessivas ligadas ao X. Os híbridos produzidos pelo mofilia ligadas ao X em uma família. melanogaster. 4.35 Um geneticista estudioso de Drosüphila identificou Legenda dos fenótipos: uma linhagem de moscas com uma grande inversão 1 no braço esquerdo do cromossomo 3. em Sequencing Centers.33 Uma mulher normal. Genes homólogos são genes derivados de um ances- tral comum. Na página princi- pal de FlyBase.ncbi. na barra ponsável pelas posições desses dois pares de genes nos lateral. mutante múltiplo. é hemofílico. 5. são. m (asas em miniatura) e f (cerdas bi- cromossomo Y.3 e SRY. e e d. e é ladeada por 1 2 D Hemofilia duas outras mutações.32 O heredograma a seguir. depois em cromossomos X e Y humanos. 7. esses dois genes nos ideogramas dos cromossomos se- 2. a. Abra a página sobre tiva dos cromossomos X e Y. A li- 7.3. está localizado no cromossomo X. Qual é a diferença entre MI e M2? e hemofilia. 3. Qual é a probabilidade de que ele tenha li Discromatopsia hemofilia? Discromatopsia? Hemofilia e discroma- 1 2 3 topsia? Nem hemofilia nem discromatopsia? D Hemofilia 7 . denomina- furcadas) no cromossomo X (também designado cro- do SOX. neticista está contando para alcançar seu objetivo? cromatopsia quanto a hemofilia são causadas por Explique. Encontre as posições desses três genes no mapa citoge- xuais humanos. apresentado em I 938 por nhagem WI é homozigota para os alelos dominan- B. . Tanto a dis. O Ili IJ Discromatopsia e hemofilia geneticista quer substituir as mutações e e cd den- 1 2 3 4 B Visão das cores incerta tro da inversão por seus alelos selvagens e pretende fazer isso recombinando o cromossomo invertido. RBMX e RBMY são outro par de genes homólogos nos Dica: No site. são homozi- Ili gotas para quatro mutações recessivas. que usaram Drosüphila como orga. no ideograma do cromossomo X. um menino. com um cromossomo sem inver- sia. Dica: Pesquise usando a função "Find in This View" na pá- trar as localizações genéticas e citológicas. Com que ocorrência o ge- meiro filho.34 Duas linhagens de milho. avalie se os filhos de II-I têm evidências de produzidos pelo cruzamento de M2 e WI não têm recombinação entre os genes para discromatopsia recombinantes. enquanto os híbridos sível. por fim. b. 1 2 3 em um dos grandes cromossomos no genoma. Quais são os cruzamento de MI e WI apresentam muitas classes possíveis genótipos de II-I? Para cada genótipo pos. desde Nova York até amigos t inham medo de visitá-las e contrair a doença. mesmo durante os me. bióticos usados no tratamento da TB MDR. com uma tosse incessante. Alexander Fleming descobriu a penicilina. e sua vida imediatamen. Milhares de fam ílias fronteiriças como os Peter- sons lutaram para sobreviver ao flagelo da tuberculo- se na primeira parte do século 20. Ele abandonou a escola para cuidar dos irmãos mais tulo 17. mu itos médicos acred itavam que a TB pode- ria ser totalmente erradicada. sua mãe adoeceu gravemente. tu . que resistem tosse ou espirra. tuberculosis é transm itido por uma série de fármacos e antibióticos. enética actérias . a família extremamente resistentes {XDR). porque não existia trata. causada pela bactéria fvtycobacterium tuberculosis. tuberculosis são resistentes a toda tamente contagiosa porque o fv1. . A base genética dessa TB multirresistente é analisada Oscar morreu quando ele t inha 14 anos.f\1ycobacterium tuberculosis. por isso. Depois. Mas essa infância feliz durou pouco. houve uma nítida queda da incidência de tuberculose nos EUA durante a década de 1970. Hoje. as fam ílias XDR de M. Depois. adiante neste capítulo (veja Plasmídios e epissomos) e no Capí- te mudou. A mãe de a Sibéria. a bactéria causadora da tubercu lose em seres berculosis resistente que matara os presidiários e. tuberculosis estão presentes em todo o mundo. Des- se modo. essa linhagem resistente era apenas a ponta do iceberg. uma doença tem ida. filho de noruegueses que imigraram para bactérias a fronteira do Minnesota no fim do século 19. Prescrevia-se ar fresco e. à maioria dos antibióticos normalmente prescritos. lizmente. Logo. com que tinham alguém doente viviam em isolamento quase total. estavam errados! Em 16 de novembro de 1991. mu itas linhagens de M. e houve uma revolu- ção no tratamento das doenças bacterianas. Por ser a tuberculose tão contagiosa. e seus 1rus PANORAMA Vírus e bactérias em genética Genética dos vírus Genética das bactérias Bactérias multirresistentes 1 Mecanismos de troca genética em bactérias Uma bomba-relógio? Significado evolutivo da troca genética em Oscar Peterson. Na verdade. novos enquanto o pai trabalhava. resistentes também aos anti- Peterson dormia com as janelas abertas. Essas linhagens resistentes gotículas em aerossol produzidas quando uma pessoa infectada são de dois tipos: linhagens multirresistentes {MDR). Muitas vezes era fatal.humanos. A TB é al. Os frequências particularmente altas nas prisões. Durante as décadas de 1940 e 1950. As linhagens MDR e ses de inverno. era uma crian- ça feliz. dor torácica e febre alta. Sua mãe t inha t uberculose {TB). os cientistas descobriram um arsenal de antibióticos altamente efi cazes. e linhagens mento eficaz na época. uma manchete no The New York Times anunciava: "Tuberculose resisten- te a medicamentos provoca 13 mortes nas prisões de Nova York". Infelizmente. um agente penitenciário em Siracusa morreu vít ima da mesma linhagem de M. infe. Essas sequências Para um cientista pesquisador. Se as bactérias não desempenhas.írus podem nética. um pesquisador é capaz de vírus que infectam bactérias como a E. definiu a Em algumas regiões do mundo. ~íruse bactérias e~ g~e_n_ ét_i_ ca~~~~~~~~~~~~~ Bactérias e vírus fizeram contribuições importantes para identificar as necessidades químicas do organismo e in- a ciência da genética.antagens em comparação com organis.ras. Os avanços da biologia molecular dura11te as últimas tica de bactérias e vírus possibilitou que pesquisadores décadas garantiram muitas informações sobre os ge110- sondassem a natureza química dos genes e seus produtos. Iniciaremos nossa te. Para os primeiros geneticistas bac.4 milhões desenvolvem TB tuberculosis. Em 18 de março de 2010. A ter- nitrogênio atmosférico em substâncias que podem ser ceira vantagem é que bactérias e vírus têm estruturas usadas por outros organismos e decompõem o corpo de e fisiologia relativamente simples. Lee Reichman.. grande quantidade de vírus e bactérias.. Esses microrganismos incluem a bactéria Escheri- crescer em meio de cultura definido bioquimicame11. A segunda é que bactérias e . linhagens incapazes de crescer nesse tipo de meio são terianos e virais.i1a . A análise gené. As da hereditariedade. Em todo o mun. Examina- pequenos.000 casos mundiais em 2008.por exemplo. a da TB MDR e XDR agora . ~ versos e que essas difere11ças são hereditárias. Talvez devamos tomar medidas para enfrentar a crise ativa e 2 milhões morrem anualmente. uma espécie de bactérias . esses minúsculos organismos pareciam mutantes em relação ao metabolismo da lactose. A capa- oferecer a possibilidade de ampliar a análise genética até cidade de obter linhagens muta11tes de bactérias e vírus um nível bioquímico mais profundo .írus oferecem informações detalhadas sobre o controle gené- têm diversas . tuberculosis latente. coli. tico do metabolismo em diversas espécies de micróbios e. como as que usamos para produ. tubercitlosis cultivado em material colhido de um capturam energia das substâncias no ambiente. 2 bilhões de pessoas {15 milhões nos EUA) estão infectadas ferência. essa proteica e a divisão celular em i1ível molecular. Um experime11ta. Desses. conhecemos as se- Tudo que agora chamamos de biologia molecular teve quências i1ucleotídicas completas dos genomas de uma como base o estudo de bactérias e . i1ão existiria a vida da maneira que Por fim. quase sempre constatamos que têm fenótipos di- como nos.reis bactérias e como antibióticos ao meio para destruir as bactérias se- vírus. as bactérias e os . Genômica comparativa). elas estão infectadas pelas linhagens MDR e XDR de fvf. mos como o milho ou a Drosophila. Algumas bactérias.. dor pode criar 10 1º bactérias em um pequeno tubo de Neste capítulo nos concentraremos em alguns vírus e cultura. chia coli e dois 'rírus que a infectam. tuberculosis MDR como uma "bomba-relógio". anos depois da co11solida.írus. Esse tipo de tratamento possibilita ao pes- prejudiciais. complexos como o recrutamento de energia. uma em cada quatro pessoas com fvf. se o J\1. 8. são úteis. como a J\1. A primeira é que são principalmente. Por exem- Os geneticistas começaram a estudar as bactérias e seus plo. perspectiva empolgante foi concretizada. Como os constituintes do meio de cultura podem investigação com os microrganismos mais simples . .. mas de muitos vírus e bactérias. Hoje.164 Fundamentos de Genética Qual é a gravidade da ameaça que o surgimento das bactérias Organização Mundial da Saúde divulgou que a TB MDR e a TB XDR MDR e XDR representa para a saúde humana? O Dr. com 440. um dos grandes especialistas mundiais em tuberculose. já 10 1º Drosophila ocupariam uma sala de 4 m bactérias que tiveram papéis importantes na análise ge- X 4 m X 4 m.antes que a "bomba" exploda. algumas linhagens de espécies bacterianas podem vírus em meados do século 20. Elas erodem as rochas. outras. alcançaram níveis recorde..os ser modificados à vontade.erdade. mas outras i1ão. Ao examinarmos bactérias ou a sobrevivência de grandes organismos multicelulares vírus. vestigar como ele processa essas substâncias durante seu metabolismo. Esses diminutos organismos possibilitam esses microrganismos. sem essas funções. remos algumas dessas informações no Capítulo 15 (veja des populações em questão de dias. a síntese Como veremos neste capítulo e nos subsequentes. até as possibilitou que os geneticistas a11alisassem fe11ômenos moléculas que constituem os genes e os cromossomos. quisador identificar linhagens resistentes e sensíveis de zir iogurte.ramente. tubercitlosis. para verificar te nos ecossistemas do planeta. sobre suas relações evoluti.. reproduzem-se com rapidez e formam gra11. Portanto. As bactérias têm papel importa11. fixam o paciente é resiste11te a determinado a11tibiótico. por fvf. são leti. são ideais organismos mortos.. é fácil detectar a variabilidade genética entre conhecemos. crescer em um meio defi11ido bioquimicamente cuja ção dos pri11cípios de Mendel e da teoria cromossômica única fonte de energia é a lactose. TB não é tratada corretamente com esquemas antibióticos de re- do. para o estudo de processos biológicos fundame11tais. Também é possível acrescentar fármacos Vivemos em um mundo com incontá. Muitas se contrai e empurra o centro da cauda através da parede questões difíceis de responder quando se usavam siste. não cresce nem se desenvolve. decompõem o DNA do hospedeiro. Os bacteriófagos são vírus que infectam e lambda estabeleceram paradigmas genéticos relevantes para compreender outros tipos de vírus. dois tiveram papéis mais pedeiro. genéticas são armazenadas em uma molécula de DNA bi- Nesse estado. Genética dos vírus Os vírus só se reproduzem ao infectarem células hos. O bacteriófago lambda (X. distúrbio denominado doen- ça do mosaico do tabaco. Considere.1 B). coli. Na verdade. o tempo de geração curto e as estruturas simples tornaram bactérias e vírus sistemas-modelo úteis para estudos genéticos • Muitos conceitos básicos de genética foram deduzidos inicialmente a partir de estudos de bactérias e vírus. prescindível para que o fago infecte uma célula de E. BACTERIÓFAGO T4 chas nas folhas do tabaco. com o hospedeiro e replicar seu genoma junto com o Como já mencionado. O cromossomo de T 4 tem aproximadamen- responde a estímulos ambientais. O vírus é quase todo constituído de proteí- normalmente associadas aos sistemas vivos: não se repro- duz. é um canal usado para injetar o DNA do fago na bactéria. uma enzima codificada pelo fago. bacilo presente do fago iniciam a replicação do DNA do fago. liberando cerca de 300 fagos por deira. produ- transcrição e tradução do DNA. As seis fibras da cauda são usadas para localizar mas eucarióticos mais complexos foram resolvidas pelo receptores na célula hospedeira. Os resultados de estudos realizados com bacteriófagos T4 pedeiras vivas. nos con. de proteínas que bloqueiam a transcrição. ou fazer uma associação especial célula infectada. Depois que é injetado na bactéria hospedeira. Alguns genes do fago codificam nucleases que importantes na elucidação de conceitos genéticos. o T4 codifica nucleases que de- genoma da célula hospedeira a cada duplicação celular. Sem tem vários componentes importantes. infecção. Es. são expressos os genes que codificam os pos -virulentos e temperados . Os produtos dessa degra- . centraremos em vírus que infectam bactérias: discorrere. começa a de vida nas células infectadas. Entre os mui. não usa energia e não nas e DNA . rus assuma o controle do mecanismo metabólico do hos- tos bacteriófagos identificados. Os bacteriófagos são classificados em dois ti. 17 min após a infecção. é a simplicidade dos vírus que os torna A bainha da cauda atua como um pequeno músculo que recursos de pesquisa ideais para análise genética.de acordo com o estilo componentes estruturais do vírus. o DNA do mos sobre a organização de seus genomas e os métodos fago comanda com rapidez (dentro de 2 min) a síntese desenvolvidos por geneticistas para analisá-los. coli). Em seguida. O bacteriófago T4 (fago montagem dos fagos da prole. os vírus em suspensão infectarão as racterizados e um número igual de sequências não carac- células.800 pares de bases e contém cerca de 150 genes ca- a folha do tabaco. HIV no Capítulo 17). 11 e 12 discutiremos experimentos com uso O bacteriófago T 4 é um fago lítico. a bactéria hospedeira. um vírus que produz man. O vírus do mosaico do tabaco O bacteriófago T4 é um vírus grande cujas informações (TMV) pode ser cristalizado e armazenado durante anos. Outras proteínas ses dois vírus infectam a Escherichia coli. zindo cerca de 300 vírus por célula infectada ( Figura 8. pítulos 10. usarão a energia fornecida pe.1A). é outro colifago (fago que infecta lisozima. Vários conceitos genéticos importantes foram imunodeficiência humana. HIV (veja discussão sobre o descobertos graças aos estudos de bacteriófagos. "comer bactérias"). Por volta de 25 min depois da lula durante esse processo. como o fago T4. esse fago. a prole infecciosa começa T4) é um fago virulento. denominada um fago temperado. bactéria.em quantidades aproximadamente iguais (Figura 8. por exemplo. Um pou- no cólon. Os vírus situam-se na fronteira entre seres vivos e não vi- vos. O tos que usaram vírus para mostrar que as informações funcionamento correto de todos esses componentes é im- genéticas são armazenadas no DNA e no RNA. quando infecta uma de vírus para esclarecer os mecanismos de duplicação. se reproduzirão. No Capítulo 9. como o vírus da bactérias. da bactéria. A cavidade central dúvida. terizadas que supostamente são genes. se uma suspensão líquida contendo o TMV for esfregada sobre te 168. e as espículas da cauda uso de vírus.2). porém. usa o mecanismo metabólico a se acumular na célula hospedeira aproximadamente da célula hospedeira para se multiplicar e destrói a cé. permitindo que o ví- bacteriófagos (do grego. co mais tarde. A cauda do vírus las células vegetais e responderão a sinais celulares.). Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 165 PONTOS ESSENCIAIS • O tamanho pequeno. No entanto. não apresenta nenhuma das propriedades filamentar armazenada dentro de uma cabeça proteica (Figura 8. nós discutiremos experimen. na placa basal ligam-se com firmeza a esses receptores. decompõe a parede celular bacteriana e rompe E. gradam o DNA do hospedeiro. replica-se e destrói a célula hospedeira. a tradução e Os vírus que infectam bactérias são denominados a replicação de genes bacterianos. pode destruir a célula hospe. Neste capítulo. eles apresentam propriedades de sistemas vivos. Nos Ca. "' A .1 Bacteriófago T4. a molécula de DNA de À é convertida em uma forma cir- cular. . Os cruzamentos são realizados por infecção simultânea de bactérias hos- pedeiras com dois tipos diferentes de fagos. coli (Figura 8. Espícula enquanto os mutantes termossensíveis crescem a 25ºC. Ou B pode entrar em uma via lisogênica. . durante o qual se reproduz e codifica enzimas 200 nm que lisam a célula hospedeira. As mutações termossensíveis (ts) estão entre as mais úteis. enzimas que participam da replicação do DNA do fago. cos . derivados das moléculas de glicose ligados à HMC.por exemplo. coli. Essas Essa recombinação ocorre em sítios de ligação específi- modificações protegem o DNA do T4 contra a decompo. Existem muitos tipos diferentes de alelos mutantes no fago T4. assim como o fago T4.e é mediada pelo produto do gene int do À. Nesse estado integrado. os genes do prófago que codificam pro- dutos participantes da via lítica . e a lisozima que catalisa a lise celular . No entanto. da combinação sítio-específica ocorre na região central dos .não podem ser truir o DNA do vírus? A resposta é que o DNA de T4 tem expressos. a integrase do À.. bact eriófago T4. Quando as distâncias são curtas.5-hidroximetilcitosina (HMC.CH20H ligado a um dos átomos da evento de recombinação sítio-específico entre o DNA cir- molécula de citosina) . seguida de pesquisa de genótipos recombinantes na prole de fagos. Essa molécula linear de DNA está na cabeça do À ( Figu- ra 8.4).3). • o método de mapeamento é um pouco diferente do usa- do em um organismo como a Drosophila. Logo depois de ser injetado na célula de E. na qual é inserido no cromossomo da bactéria hospedeira e.166 Fundament os de Genética mesma maneira que em eucariotos. há cular do À e o cromossomo circular de E. são calculadas da cauda como o número médio de crossing overs ocorridos entre Colo marcadores genéticos. A integrase faz a inserção covalente do E possível mapear os genes nos cromossomos do DNA do À no cromossomo da célula hospedeira. da cauda mas não a 42 ºC. depois. . é replica- • FIGURA 8. ~ =------Fibra As distâncias de mapa. em centiMorgans.em vez de citosina. B. uma base incomum . Diagrama mostrando a estrutura do do junto com esse cromossomo.502 pares de bases de comprimento. o cromossomo circular de À pode molécula de DNA seguir por duas vias (Figura 8. mas seu ciclo de vida é mais complexo. A integração do cromossomo do À ocorre por um sina com um grupo . Pode entrar em um ci- clo lítico. Para que esse tro) cujo DNA foi liberado por choque osmótico. estado continue.attP no cromossomo de À e attB no cromossomo sição pelas nucleases que decompõem o DNA da célula bacteriano . Uma extremidade da molécula de DNA BACTERIÓFAGO LAMBDA O bacteriófago lambda (À) é outro colifago que fez gran- des contribuições à genética. cito. Mas como nas estruturais necessárias para a morfogênese do fago essas enzimas degradam o DNA do hospedeiro sem des. Épossível ver as duas extremidades da molécula linear de DNA. O T4 de tipo selvagem cresce em tempe- raturas que variam de aproximadamente 25ºC a 42ºC. que participa de todos os processos intracelulares subsequentes. Além disso. Are- bacteriófago T 4 usando frequências de recombinação. é possível distinguir os mutan- tes ts do fago de tipo selvagem por cultura do fago em baixa e alta temperatura. Discutiremos essas mutações A termossensíveis e outros tipos de mutantes de T4 nos Capítulos 12 e 13. . O genoma de lambda contém cerca de 50 genes em uma molécula de DNA bi- filamentar com 48. hospedeira. como os virus tem so um cromossomo que nao passa por meiose. Ele é menor que o T4.. Assim. proteí- dação são usados na síntese de DNA do fago. Outra extremidade da Dentro da célula. as distâncias de mapa são aproximadamente iguais à por- Vibrissa centagem de cromossomos recombinantes na prole. Micrografia eletrônica de um bacteriófago T4 (cen- o cromossomo do À é denominado prófago.5). A. .'\P.'\P. ..Q Q Q~ mRNA de T4 fixado a T = 14 min: começam a surgir cabeças ribossomos do hospedeiro contendo DNA.. .'\P.P partículas completas T = 6 min: do fago. a replicação do DNA do fago começa. DNAdo T4 pelo fago.3 Bacteriófago À.. T = 25 min: o lise da bactéria hospedeira. • T = 2 min: início da síntese de mRNA específicos do fago. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 167 '"'" ~- T = O min: um bacteriófago T4 fixa-se à célula de E.. o DNA do hospedeiro foi degradado Legenda: por nucleases codificadas ...2 O ciclo de vida do bacteriófago T4...P ~. caudas sem fibras e fibras da cauda montadas. colí e injeta seu DNA...P ..P 300 fagos filhos. • DNAna J cabeca • • • • • • Cauda A B 50 nm • FIGURA 8. com liberação de aproximadamente ._• Cabeca .P T = 17 min: • montagem das primeiras • . DNA de E. Micrografia eletrônica (A) e diagrama (B) mostram a estrutura do bacteriófago À.'\P... • • • • • . o Proteínas específicas do fago í \ Fibra da cauda montada • FIGURA 8. .. ~.. . co/í .'\P. Produz um cromossomo do À autônomo que tem a forma pré-integração original. Analisare- fago À é excisado espontaneamente do cromossomo do mos a replicação do cromossomo do À no Capítulo 9. a excisão é anômala. por irradiação com luz ultravioleta. a excisase do À. isto um dos laureados com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou é.4 O ciclo de vida do bacteriófago À. o vírus resultante é capaz de transferir ge- integrado também contêm a sequência de 15 pares de nes bacterianos de uma bactéria hospedeira para outra. Via lítica II.168 Fundament os de Genética Fago Célula de E. o pró. onde attP e attB têm a mesma sequência sítio-específica entre as sequências centrais em attB/P e de 15 pares de nucleotídios: attP/B. As vezes. sítios de ligação. o DNA nessa sequência central durante a integração. binação sítio-específico muito semelhante. Via lisogênica cromossomos v1ra1s ºººº ºººº ~ Recombinação sítio-específica 0000 Prófago lambda Montagem virai Lise celular • FIGURA 8. Esse fenômeno explica descoberta do prófago À (graças à qual André Lwoff foi por que se diz que o prófago está em estado lisogênico. Quando attB/P e attP/B resultantes que flanqueiam o prófago isso ocorre. é praticamente o inverso do pro- quências muito diferentes. nucleotídios. (Capítulo 17) e de vários vírus tumorais de RNA de verte- so de excisão geralmente é preciso. A excisão requer a inte- GCTITTTTATACTAA grase do À e o produto do gene xis do À. co/i Forma circular do cromossomo de lambda Muitos 1. ção sítio-específica que . por provirais do vírus da imunodeficiência humana (HIV) exemplo. ainda que com baixa frequência. A hospedeiro e entra na via lítica. Discutiremos esse processo adiante (veja Mecanismos de cilitam a excisão do prófago por um processo de recom. Medicina em 1965) criou o paradigma para os estados A excisão do prófago À também pode ser induzida. troca genética em bactérias). attP e attB têm se. os sítios bacteriano é excisado junto com o DNA do fago. Essas estruturas são importantes porque fa. . Estudos com o fago À contribuíram muito para nosso Cerca de uma vez em cada 105 divisões celulares. co/i lambda DNAde + lambda (na cabeça) Cromossomo de E. Como a recombinação ocorre cesso de integração. capaz de causar lise. conhecimento sobre os fenômenos genéticos. CGAAAAAATATGATI Essas duas enzimas medeiam um processo de recombina- Com exceção dessa sequência central. com recombinação brados (Capítulo 21). O proces. Os dois estados intracelulares do bacteriófago lambda: crescimento lítico e lisogenia. 5 Integração da molécula de DNA do À ao cromossomo de E. e em um n úmero variável de duzem fenótipos alterados. alguns m ilhares de genes. 1 0"'"7 l O Infecção Forma intracelular circular do cromossomo de lambda. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 169 att P ~ Forma linear de empacotamento do cromossomo de lambda mostrando as localizações de alguns genes. Ly-J att B Cromossomo circular da E. Os epissomos armazenadas em u m cromossomo principal.das células doadoras para as replicação autôn oma que têm de três a várias centenas receptoras. 1 0"'~ l 8 Integração '). ou em uma via lisogênica. vivas • Os bacteriófagos são vírus que infectam bactérias • O bacteriófago T4 é um f ago lítico que infecta E. se reproduz e lisa a célula hospedeira • O bacteriófago lambda (À) pode entrar em uma via lítica. de gen es. coli lisogênica. Os plasmídios são moléculas de DNA circulares de bactérias é unidirecional . que tem são semelhantes aos plasmídios. • FIGURA 8. mas a replicação dos .. o cromossomo do À é denominado pró/ago. coli. PONTOS ESSENCIAIS • Os vírus são parasitas obrigatórios que só se reproduzem ao infectarem células hospedeiras . como T4. e seus genes líticos mantem-se inativos. prófago Cromossomo circular de uma célula da E. coli. X Recombinação sítio-específica mediada pela integrase do À. Algumas bactérias contêm até 11 diferentes As informações gen éticas da maioria das bactérias estão plasmídios além do cromossomo principal. coli. A • • Genética das bactérias As bactérias contêm genes que sofrem mutação e pro. A transferência gênica em "minicromossomos" den omin ados plasmídios e episso- mos. na qual seu cromossomo é inserido no cromossomo da bactéria • Em seu estado integrado. coli de tipo selvagem pode usar praticamente qual- meiótico . Eles se multiplicam em outros açúcares. A E. Mutantes incapazes de sintetizar um produzindo uma colônia visível na superfície do meio. coli resistente a esses antibióticos são designados ampr e tef. os anti- bactéria Serratia marcescens que cresce em meio contendo ágar. No entanto. Portanto. metabólito especial O número de colônias surgidas em uma placa de cultura pode ser usado para estimar o número de bactérias origi. Portanto. respectivamente. Quando há genes das bactérias podem modificar tanto a cor quanto mutação de um gene que codifica uma enzima necessá- ria para a síntese de um metabólito essencial. multiplicar. a E. como marcadores selecionáveis dominantes. apenas lac). Além desses mutantes para cor e somo. Se cultivada em meio semissólido. a primeira letra é maiúscula.a partir dessas substâncias. nos genótipos. fontes energéticas específicas metogênese em eucariontes. Os fenótipos são Amps e Tet5 • Os alelos mutantes que tornam a E. por exem.aminoácidos. coli de tipo selvagem é capaz sintetizar triptofano. as três letras são minúsculas e em itálico. a célula geralmente contém duas ou mais cópias úteis em estudos genéticos de bactérias. Esses mutantes são denominados auxotróficos. . piri- plo. A nomenclatura clássica para descrever esses daremos esses processos depois de analisar alguns tipos e outros tipos de bactérias mutantes usa abreviaturas de de mutantes usados em genética bacteriana e a natureza três letras com sobrescritos correspondentes. à produção de colônias pequenas ou petites. processos semelhantes à reprodução sexuada . e ainda outros. Nos fenóti- unidirecional da transferência de genes entre bactérias.que ocorrem durante a reprodução sexuada quer açúcar como fonte de energia. Além disso. Assim. contendo uma fonte de energia e alguns sais inorgânicos. Os cromossomos de bacté- rias não passam pelos ciclos de condensação mitótica e Mutantes com bloqueio da capacidade de usar meiótica que ocorrem durante a divisão celular e a ga. Outros mutantes não usam galactose. • FIGURA 8. Ela se desenvolve se o metabólito for acrescentado ao meio. Algumas mu- A reprodução das bactérias é assexuada por divisão tações alteram a morfologia da bactéria sem modificar a simples. a recombinação foi tão importante na evolu. a processos parassexuados . necessitam de nutrientes auxiliares. qualquer mutação cromossomo principal . com formação de midinas etc. vitaminas. alguns em eucariotos não ocorrem em bactérias. A bióticos podem ser usados para selecionar bactérias que cor que distingue as colônias é consequência do pigmento vermelho têm genes para resistência. mas "multinucleadas".6 Colônias bacterianas. . verdade. As bactérias que têm esses alelos mu- tantes podem crescer em meio contendo os antibióticos. essas células têm fenótipo Trp + e genótipo trp+. a E. Abor. e cada célula-filha recebe uma cópia do cromos. com frequência capazes de usar lactose como fonte de energia têm fenó- exigindo aeração. Os genes de resistência atuam produzido por essa espécie. mutantes não usam lactose. para se Todavia. ou morfologia da colônia.6 ). Elas são monoploides. o açúcar do leite.e genótipo [aç (às vezes. os processos de recombinação . Cada espécie de bactéria produz colônias com cor e Essas células são capazes de sintetizar todos os metabó- morfologia específicas. Os mutantes in- As bactérias crescem em meio líquido. colide tipo selvagem cresce em meio (meio mínimo) nalmente presentes na suspensão aplicada à placa. não.ocorrem em bactérias. coli de tipo selvagem são destruídas por antibióticos como ampicilina e tetraciclina. coli de tipo selvagem tem fenótipo Lac+ (capaz de usar lactose GENES MUTANTES EM BACTÉRIAS como fonte de energia) e genótipo lac+.em um estado integrado como que reduza a velocidade de multiplicação da bactéria leva o prófago À.170 Fundamentos de Genética epissomos pode ser autônoma ou ocorrer como parte do a morfologia da colônia. Mutantes resistentes a fármacos e antibióticos As células de E.distribuição independente e crossing over A E. Como exemplo. sólido contendo ágar. mas não se multiplica na ausência dele. Fotografia mostra colônias da mas as bactérias de tipo selvagem. morfologia da colônia.e trp-. arabinose. purinas. A Serratia marcescens. produz um pigmento vermelho. As bactérias de colônias vermelhas distintas ( Figura 8. outros tipos de mutantes foram seja. idênticas do cromossomo. Os auxotróficos para trip- tofano são Trp. Na não em meio cuja única fonte de energia seja a lactose. ou na superfície de um meio semis. mas ção de bactérias quanto na evolução de eucariotos. a bactéria mutante passa a ter uma nova exigência para se multipli- car. tipo Lac. pos. Mutações nos tipo selvagem são denominadas prototróficas. cada bactéria divide-se e cresce de maneira exponencial. litos necessários . depois. cromossomo (da célula doadora) e um cromossom o com- Logo. Mecanismos de troca enética em bactérias As bactérias trocam material genético por três processos (Figura 8. ..7A). Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 171 Dois crossing overs Um crossing over 0""1'-v 0""1Y Fragmento do cromossomo ---. contendo um fragmento Crossing over simples Cromossomo do cromossomo da célula Cromossomo circular intacto doadora. As bactérias dividem-se rapidamente e produzem gran. inserindo segmentos dos cromossomos da célula doadora nos cromossomos da receptora. O fragmento da produz um cromossomo célula receptora linear instável. livres de DNA liberadas de u ma bactéria (a célula doado- ra) por outra bactéria (a célula receptora). é decomposta. Com raras exceções. de genes bacterianos de u ma célula doadora para uma nismo de transferência do DNA de uma célula para outra célula receptora por um bacteriófago. as bactérias foram usadas para estudar eventos ra. e tora.. Além é unidirecional. A. bactérias geralmen te ocorre entre um fragme n to de u m nem genótipos bacterianos específicos (meios seletivos). Para manter a integri- dade dos cromossomos circulares. A transformação é a captação de molécu las parassexuados diferentes.. e não entre dois cromossomos ros como a mutação de genes e a recombinação e n tre completos como em eucariotos. contendo no Capítulo 13. Os processos parassexuados que ocorrem em bactérias produzem diploides parciais que contêm fragmentos lineares do cromossomo das células doadoras e cromossomos circulares intactos das células receptoras.8).<-=:=:--. Desse modo. A recombinação em disso. e não bidirecional. os crossing overs têm de ocorrer em n úmero par e inse- TRANSFERÊNCIA GÊNICA rir um segm ento do cromossomo da célula doadora no cromossomo da receptora (Figura 8. Um crossing over UNIDIRECIONAL EM BACTÉRIAS sim ples (ou qualquer número ím par de crossing overs) Os p rocessos de recombinação em bactérias implicam destruirá a integridade do cromossomo da célula recep- a transferên cia de genes de u ma bactéria para outra. a transferência de gen es des populações de células para estudos gen éticos.ficas.7 Recombinação em bactérias. B. A transdução é a transferência difere n ça mais óbvia entre esses três p rocessos é o meca. circular intacto da célula receptora da célula receptora 0""1'-v 0""1'-v 0 Dois crossing overs Cromossomo 8 Um crossing over simples inserem um segmento do entre o fragmento linear cromossomo da célula recombinante linear da doadora e o doadora no cromossomo cromossomo circular circular intacto da célula instável intacto da receptora receptora . Comen taremos alguns desses estudos células receptoras tornam-se diploides parciais. um trecho linear do cromossomo da doadora e um cro- mossomo circular completo da receptora. os crossing overs têm de ocorrer em número par. PONTOS ESSENCIAIS • As bactérias geralmente contêm um cromossomo principal • As bactérias de tipo selvagem são prototró. pleto (n a célula receptora). a meiose em eucariotos. A conjugação é a transferência direta de DNA de u m a célula doadora Três processos parassexuados ocorrem em bactérias. produzindo uma molécula de DNA linear incapaz de se replicar. Assim. Um único crossing over entre um fragmento de um cromossomo da célula doadora e um cromossomo circular da receptora destrói a integridade do cromossomo circular.78). a+ O A transferência de genes Fragmento do -:-r----~ O A transferência de em bactérias produz uma cromossomo genes produz uma da célula célula receptora da célula bactéria parcialmente doadora parcialmente diploide doadora diploide. que. A substituído é decomposto.:----. A para uma célula receptora..a e algumas moléculas • A • inorganicas • As bactérias mutantes auxotró. é relativamente fácil preparar meios que selecio. são capazes de sintetizar tudo de que necessitam para se multiplicar e se reproduzir quando têm uma fonte de energi.ficas necessitam de outros metabólitos para seu desenvolvimento • A transferência gênica em bactérias é unidirecional. genes de uma célula doadora são transfe- ridos para uma célula receptora.. as gen es próximos. produzindo u m a molécula de DNA linear inviável não as trocas recíprocas de genes que ocorrem durante (Figura 8. B • FIGURA 8. sem que haja transferência da receptora para a doadora. . A sensibilidade à DNase é de. Os pneumo- Critério cocos. crescimento das bactérias. mas não de bactérias. por exemplo. Tabela 8. A ocorrência ou não de transformação ou conjuga- dação por DNase durante a transdução e a conjugação. Se houver recombinação. não contém genes codificadores to celular é ou não necessário para a transferência gênica das proteínas necessárias para captar o DNA livre. o processo é a transformação.em bac. coli em labora- grandes para permitir a passagem de moléculas de DNA tório usando tratamentos químicos ou físicos que as tor- e vírus. Pressão Tampão de algodão .8 Os três t ipos de transferência gênica em bactérias. como todos os outros seres vivos.172 Fundamentos de Genética Transformação: captação de DNA livre. (1) O processo requer contato celular? (2) O processo é sensível à desoxirribonuclease (DNase). coli em condições naturais. exibem variabili- dade genética que pode ser reconhecida pela existência Processo de Necessidade de recombinação contato celular? Sensível à DNase? de diferentes fenótipos (Tabela 8.as bactérias • FIGURA 8. que re- (produzir muitas cópias de) genes estranhos em células quer contato direto entre células doadoras e receptoras. coli.<'-Bactéria com DNase -----. Apenas a conjugação e a transdução ocorrem nas células cultura em U (Figura 8. As duas caracterís- . não atravessam o filtro. No entanto. . - genot1pos sao postas em braços opostos de um tubo de não há transformação em E. de E. discorreremos nica entre as bactérias cultivadas em braços opostos do sobre o uso de métodos de transformação para "clonar" tubo U.1). Se não houver mais transfe- Os três processos parassexuados não ocorrem em to- rência de genes. coli. -- - . separadas por um filtro de vidro que impede o contato entre elas. . necessários e do mecanismo metabólico nessa espécie. o processo não pode ser a conjugação. o processo não pode ser a conjugação.9 O experimento com tubo em U com bactérias. conjugação e transdução . Se houver transferência gê- nam permeáveis ao DNA No Capítulo 14. bacteriana. enzima que degrada DNA? O teste experimental desses dois critérios é muito fácil. Tubo em U Célula r "'.• Célula doadora receptora -. • FIGURA 8.2). na verdade. Os dois braços são separados de E. Se a transferência gênica observada ocorrer na presença de DNase e na ausência de contato celular. (Tabela 8. . a transdução las proteicas dos bacteriófagos e as paredes e membranas provavelmente é o único que ocorre em todas as bacté- das bactérias protegem o DNA do doador contra a degra- rias. bactérias com diferentes .e - 1 asp1raçao Bactéria 1-. Um experimento simples pode determinar se o conta- A E. .9).. - - - . • ticas fenotípicas importantes na demonstração da trans- Transformação nao Sim formação por Griffith são (1) presença ou ausência de Conjugação • Sim - nao uma cápsula polissacarídica (polímero de açúcar com- Transdução - nao - nao plexo) ao redor das células bacterianas e (2) o tipo de . coli em habitats naturais.Cromossomo bacteriano !~ Conjugação: transferência direta de DNA de uma bactéria para outra . celular.- Bactéria lisada Meio líquido ---.- Transdução: transferência de DNA bacteriano por um bacteriófago. Bactérias de diferentes genót ipos são post as em cada ramo térias podem ser distinguidos por dois critérios simples do tubo. Nesse experimento. Assim.transformação.-1. receptora Filtro de vidro sinterizado . As cápsu- das as espécies de bactérias. mas os vírus e o DNA atravessam. coccus pneumoniae (pneumococo) em 1928. em U é usado para verificar se a recombinação exige ou não contato ca . çao em uma espec1e depende do surgimento dos genes respectivamente. O tubo Os três processos parassexuados de transferência gêni.1 TRANSFORMAÇÃO Distinção entre os três processos parassexuados Frederick Griffith descobriu a transformação em Streptrr em bactérias. o processo é terminada pelo simples acréscimo da enzima ao meio de de transdução. cientistas des- por um filtro de vidro que tem poros suficientemente cobriram como transformar células de E. . 11 ). têm genes que orientariam a síntese de um tipo específico (antigênico tipo li ou Ili) de cápsula se não houvesse bloqueio da formação da cápsula. o tipo de cápsula (li ou Ili) é determinado por esses genes. . com frequência aproxi- mada de uma em cada 107 células. isto é. Os pneumoco. muitos dos camundongos pneumonia em mamíferos como camundongos e seres sucumbiriam à pneumonia. dos pelo calor (virulentos quando vivos) mais pneumoco- cos encapsulados são virulentos (patogênicos). porque protege a bactéria contra a destruição por leucócitos. em última Tipo lllS destruído análise. pneumococos com A descoberta inesperada de Griffith foi que.2 Características de linhagens de Streptococcus pneumoniae quando cultivadas em meio ágar-sangue.). Quando essas células t ipo llR sofrem retromutação em células tipo S encapsuladas. Quando cultivados tipo III. • FIGURA 8. pneumoniae por Griffith. esses pneumococos avirulentos não Isolamento de bactérias encapsulados produzem pequenas colônias de superfí. o que depende da composição mole. Quando as células t ipo R sofrem retromutação em células tipo S encapsuladas. II. Assim. e seriam encontradas células humanos. tipo lllS vivas cie rugosa (Figura 8. cápsula. Quando presente. A cápsula polissacarídica é necessária para a virulência. as células R derivadas de células t ipo 115 são designadas tipo llR.10) e são jetasse em camundongos pneumococos tipo IIIS destruí- designados tipo S (do inglês. rough.11 Descoberta da transformação em Streptococcus coccus pneumoniae estudadas por Griffith em 1928. Quando cultivados em meio ágar-sangue. mas não os do tipo I nem do polissacarídios presentes na cápsula. rugoso). Morfologia da colônia Reação com antissoro preparado contra Tipo Aparência Tamanho Cápsula Virulência Tipo llS Tipo lllS llRª Rugosa Pequena Ausente Avirulento Nenhuma Nenhuma llS Lisa Grande Presente Virulento Aglutinação Nenhuma 111Rª Rugosa Pequena Ausente Avirulento Nenhuma Nenhuma lllS Lisa Grande Presente Virulento Nenhuma Aglutinação ªEmbora as células t ipo R não tenham cápsula. causando cos tipo IIR vivos (avirulentos). Quando se injeta- tação para uma forma avirulenta (não patogênica). é claro. a cápsula pode ser de vários tipos antigênicos diferentes Cápsula (tipo I. designados tipo Tipo lllS vivo Camundongo vivo R (do inglês. Os pneumococos tipo S virulentos sofrem mu. Esses anticorpos tipo II aglutinam Tipo llR vivo Camundongo vivo Ausência de cápsula Camundongo vivo o Isolamento de bactérias Tipo lllS destruído tipo lllS vivas o pelo calor + tipo llR vivo Camundongo vivo Camundongo morto • FIGURA 8. do genótipo da célula. as cápsulas são de tipo li. III etc. liso). pelo calor Camundongo vivo Os diferentes tipos de cápsula podem ser identificados imunologicamente. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 173 Tabela 8. a composição molecular específica dos os pneumococos do tipo II. tipo IIIS vivas nos corpos (Figura 8.10) e são. Camundongo morto cular específica dos polissacarídios e. se ele in- cápsulas formam grandes colônias lisas (Figura 8. smooth.10 Fenótipos das colônias das duas linhagens de Strepto. portanto. não tem cápsula polissacarídica. A injeção de células tipo II na cor- rente sanguínea de coelhos leva o sistema imune dos co- elhos a produzir anticorpos que reagem especificamente Camundongo vivo com as células tipo II. que vam apenas pneumococos tipo IIIS destruídos pelo calor. em ágar-sangue em placas de Petri. As bactérias CONJUGAÇÃO desenvolvem competência na fase avançada do ciclo de A transformação não ocorre em E. o filamento substi- hereditariedade em pneumococos. Por outro lado.a espécie de crescimento . podem estar na mesma molécula de DNA transformador. influenzae lécula de DNA com a+ e de outra molécula com b+).2 a 0. S. Essas bactérias são ditas compe- tentes. dois homodúplex ao se replicar. in. ao passo que H.isto recombinação. Em vista de seu papel plex (uma dupla hélice "heterozigota").. A. tes de terminar a divisão celular. capazes de captar DNA. exceto se dois genes estiverem muito próximos.174 Fundamentos de Genética nenhum dos camundongos morria. As moléculas de DNA captadas por células competen- pítulo 9. nem todas as células podem fazê-lo. Com Griffith mostraram que o fenótipo tipo IIIS das células o auxílio da RecA e de outras proteínas mediadoras da transformadas era transmitido para as células-filhas . comentaremos essa demonstração no Ca. e cada grupo é designado célula tipo IIR. pneumoniae. pareando-se genótipo das células . de que o DNA era responsável pela dupla hélice de DNA desse tipo é denominada heterodú- transformação em pneumococos. e as proteínas que medeiam o processo de trans- formação são proteínas de competência {Com). são armazenadas no DNA. não IIIS.12). tuído da célula receptora é decomposto. Os genes de competência suladas. por uma letra . pode-se usar a frequência de cotrans- Na verdade. a dupla hélice recombinante formada terá um alelo em monstração. O primeiro gene Assim. bactéria mais estudada . A resposta a essa .por exemplo. Uma e Maclyn McCarty. Na verdade. no entanto. O processo básico é estarão na mesma molécula do DNA transformador. não era mediado por um hospedeiro vivo. (enzima que move ou "transloca" o DNA). Assim. quando essa mutação ocorre em uma estão localizados em grupos. terial genético. apenas 0. de células competentes.quando a densidade celular é alta. subtilis. to de DNA é decomposto por uma desoxirribonucle- ção. Colin MacLeod um filamento e outro alelo no segundo filamento. Os semelhante nas quatro espécies. há variações transformantes duplos para dois genes (p. a transformação de células tipo IIR avirulentas em em cada grupo é designado A. Quando o DNA ligado é puxado Em 1931. Portanto. ComEA e ComG ligam o DNA bifilamentar às superfícies lulas tipo IIR vivas em células tipo IIIS. dois genes próximos cerca de 600 cópias em seus respectivos genomas. gonorrhoeae captam apenas seu próprio DNA de transformação (captação e integração de uma mo- ou o DNA de espécies bastante próximas. Haemophi. B.em condições naturais. o filamento único de DNA transformador é. coli. subtilis (Figura 8. tos detalhes em S. O processo pelo qual as poderíamos perguntar se existe algum tipo de transfe- células se tornam competentes é mais bem compreendi. é dividida em imprescindível no estabelecimento do DNA como o ma. Altas concentrações dos fero- Os pneumococos patogênicos vivos isolados dos corpos mônios induzem a expressão dos genes codificadores de tinham cápsulas polissacarídicas tipo III. experimentos subsequentes realizados por para o interior da célula pela DNA translocase ComFA Richard Sia e Martin Dawson mostraram que o fenôme. A e N. é importante porque as células tipo R não encapsuladas Concentremo-nos no mecanismo de transformação podem sofrer mutação de volta em células tipo S encap. nunca lus influenzae e Neisseria gonorrhoeae. subtilis e b em b+. era causado por alteração hereditária permanente no invade o cromossomo da célula receptora. Mesmo quando a espécie de bactéria é capaz de captar com o surgimento de transformantes duplos com alta fre- DNA do ambiente. o segundo. a em a+ de mecanismo em cada uma. em 1944. rência gênica entre células de E. Desse modo. Esse resultado proteínas necessárias à transformação. As proteínas mortas (o "princípio transformador") converteram as cé. e o outro filamento fenômeno ocorreu em tubo de ensaio quando se culti. Contudo. C. é protegido contra a degradação por um revestimento varam células tipo IIR vivas na presença de células tipo de proteína de ligação ao DNA unifilamentar e proteí- IIIS destruídas pelo calor. agora denominado transforma. Portanto. por Oswald Avery. e assim por células tipo IIIS virulentas não é explicável por mutação. Portanto. em que as células secretam feromônios cia observada não era causada por algumas células tipo de competência. ex. usando uma célula doadora a+ b+ e uma re- captam DNA de qualquer origem. um filamen- no descrito por Griffith. alguns componentes das células tipo IIIS gene do quinto grupo é designada ComEA. B. em B. e não nas proteínas. a pri. ceptora a b) necessitarão de dois eventos independentes fluenzae e N . a célula resultante torna-se IIS. mas an. 10 em Neisseria) presente em cada evento isolado. probabilidade de que esses dois eventos independentes quência curta especial de pares de nucleotídios (11 pares ocorram juntos é igual ao produto da probabilidade de de bases em Haemophilus. Como os experimentos de na RecA (proteína necessária para recombinação). gonorrhoeae só captam o DNA que contém uma se. diante. somente as células que expressam os genes formação de dois marcadores genéticos para estimar a codificadores das proteínas necessárias ao processo são distância entre eles no cromossomo do hospedeiro. H. quência. O mesmo ase (enzima que degrada o DNA). pequenos peptídios que se acumulam IIIS que haviam sobrevivido ao tratamento pelo calor. a virulên. pneumoniae e B. em alta densidade celular. Em seguida. a proteína codificada pelo primeiro Na verdade. coli . tes durante a transformação geralmente correspondem a O mecanismo de transformação foi estudado em mui. foi a de. do em B. Bacillus subtilis.a demonstração de transformação com o filamento complementar de DNA e substituindo preparou o terreno para determinar a base química da o filamento equivalente. Se as células do- meira comprovação de que as informações genéticas adora e receptora tiverem alelos diferentes de um gene.5% do cromossomo completo. . no qual é um canal de conjugação intracelular especializado que se forma entre elas ( Figura 8.. Quando o DNA é puxado através do canal DNA - constituído de proteína ComEC na membrana pela DNA translocase ComFA.13 foi PilusF provocada por forças de estiramento durante o preparo • • para m1croscop1a. Na verdade.. onde pode se recombinar ao DNA cromossômico da célu la receptora. As células doadoras têm apêndices superficiais chama. Uma bactéria compet ente contém um receptor de DNA/complexo de trans- locação e transporta-o para dentro da célula. forma-se um canal de conjugação entre portante método de mapeamento genético nas espécies as células. Joshua Lederberg e Edward do estabelecimento de contato. doadora ~ Receptor de DNA e Cromossomo --- complexo de translocação _ d_a_c_é_lu_la_r_e_ce.- Desoxirribonuclease > ~ f / Nucleotídios 0ÂP-y Proteínas Proteína de ligação O O DNA exógeno liga-se ao complexo do receptor ComG ~ ao DNA unifilamentar pelas proteínas de competência ComEA e ComG... um filamento de DNA é ComEC (canal) Proteína decomposto por uma desoxirribonuclease. genet:Ica. ComEA. As bactérias que contêm um fator F são capazes de transferir genes para outras bactérias. célula Hfr H e uma célula F-.20). conjugaçao - trolada por genes presentes em uma pequena molécula circular de DNA chamada fator F ([atar de fertilidade). . Heterodúplex Bactéria transformada • FIGURA 8. Canal de dos pili F (singular.. mostra a conjugação entre uma passasse da célula doadora para a célula receptora atra... . . A maioria dos fatores F tem aproximadamente 105 pares de nucleotídios (Figura 8. Em 1946. a separação observada na Figura 8. e. Depois que os pili aproximam a célula doadora e a genes por conjugação. Essa antiga micrografia eletrô- em contato íntimo. porém.. O fator F existe em dois estados: ( 1) o estado autô- Du rante a conjugação. No passado. Andersen. não da transferência de Tatum descobriram que as células de E. e é inestimável em pesquisa doadora para a célula receptora.. pilus F). feita por Thomas F. de maneira que as duas células são postas • FIGURA 8. Os pili F só participam mostrado foi distendido durante o preparo para microscopia. EC. O Uma bactéria competente pode se ligar a DNA exógeno e transportá lo DNA da célula para dentro da célula. . coli transferem DNA. 0""~ "" ' ' O O filamento único de DNA do doador é integrado ao cromossomo da célula receptora produzindo um heterodúplex de DNA com alelos diferentes nos dois filamentos. Veja outros detalhes no texto.12 Mecanismo de transformação em Bacillus subtilis. FA e G são proteínas de competência... coli. O RecA filamento de DNA remanescente é estabilizado Extracelular Intracelular pela proteína de ligação ao DNA unifilamentar e proteína RecA. A síntese dos pili F é con. há justaposição das células vés de um pilus F.--. / Parede celular \ Membrana citoplasmática O filamento substituído da célula Outras proteínas que medeiam receptora será degradado a recombinação .p_to_r_a_ _. doadora e receptora durante a conjugação. O canal de conjugação mostraram que essa ideia é errada. pergunta é "sim". no qual sua replicação é independente do cro- célula doadora para uma célula receptora através de mossomo bacteriano.13). Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 175 Bactéria competente 0""~ / -. só são sintetizadas em células competentes. Experimentos mais recentes. o DNA é transferido de uma nomo. .. Observe que há conta- to direto entre as células doadoras e receptoras durante a conjugação.~ . A conjugação mostrou-se um im... através dele. o DNA é transferido da célula de bactérias em que ocorre. e (2) o estado integrado.. . célula receptora. acreditava-se que o DNA nica..13 Conjugação em E. Os pili F de uma célula doadora fazem contato com uma célula receptora que não tem fator F e se ligam 1 µm a essa célula.. um dos Hfr H três sítios no fator F em que a replicação do DNA pode ser iniciada.Recombinação fator F integrado é denominada célula Hfr (high-Jrequency . B. e cada célula recebe uma có..a origem da transferência -. coli antes que a transferência do cromossomo esteja comple- ta. Figura 10. se uma população de células F+ é misturada de genes cromossômicos em conjugações Hfr X F-. a molécula circular de DNA "rola" durante a replicação da célula F+.. Quando uma célula F+ se conju.14 O fator F em E. A. replica-se durante a transferência por um me- Plasmídios e epissomos adiante neste capítulo). Em geral. tora) tornam-se células F+ porque o fator F é replicado Como a transferência é iniciada no fator F integra- durante a transferência. como nos cruzamentos F+ X F-. F+ e Hfr. não durante a conjugação. Uma célula F. Uma célula Hfr tem um fator F que é integrado ao cromossomo (inserido de maneira covalente no cromossomo). • FIGURA 8.oriV e oriS .são usa- dos para iniciar a replicação durante a divisão celular. Célula f+ um fator F pode integrar-se a muitos sítios diferentes Fator F no cromossomo bacteriano.176 Fundamentos de Genética Célula F. Uma célula que tem um Sequências de DNA homólogas i--. coli: células F-. A transferência é iniciada em um sítio especial Célula Hfr integrado denominado oriT . O fator F é inserido de maneira covalente no cro- Durante a conjugação. Assim. O fator F. replicado na célula receptora. porque célula doadora que tem fator F autônomo é denomina. Assim. O mecanismo de transferência de DNA de uma cé- lula doadora para uma célula receptora durante a con- jugação parece ser o mesmo se for transferido apenas o fator F.15). um filamento da molécula cir. parte do fator Fé transferida antes da transferência pia. . Uma célula F+ tem um fator F cuja replicação é inde- pendente do cromossomo. ou o cromossomo Hfr que contém essas propriedades são denominados epissomos (veja o fator F. síntese de uma cópia do cromossomo na célula doadora. mossomo por recombinação sítio-específica ent re sequências de DNA cular de DNA é cortado em oriTpor uma enzima.. as células se separam da E. praticamente todas as restante do fator F é transferido depois dos genes cro- células adquirem um fator F.. Uma canismo chamado de replicação por círcuÚJ rolante. o fator F medeia a transferência do cro- mossomo da célula Hfr para uma célula receptora (F-) Cromossomo durante a conjugação.14).-. Célula f+ Fator F integrado Célula Hfr Fator F --------. somente o e o filamento de DNA da célula doadora transferido é fator F é transferido. assim.não t em fat or F. No es- tado integrado. oriVé a origem de replicação primária durante a divisão celular. Os elementos genéticos com (Figura 8. inserido de maneira covalente no cromossomo bacte. há denominada célula F-. Cromossomo autô orno Cromossomo ' ' Cromossomo ' A B e • FIGURA 8. sítio-específica recombination. fator F autônomo. extremidade é transferida para a célula receptora através riano e replica-se como qualquer outro segmento desse do canal que se forma entre as células em conjugação cromossomo (Figura 8. Os outros dois sítios . ou se for transfe- rido o cromossomo bacteriano. oriS é uma origem secundária que realiza essa função quando oriV está au. A integração do fator Fé mediada por sequências curtas de DNA que estão presentes em múltiplas cópias tanto no fator F quanto no cromossomo bacteriano.16).. C. Uma célula receptora que não tem fator Fé (Capítulo 10. a célula receptora adquire um fator O fator F pode integrar-se ao cromossomo bacteriano F completo e só é convertida em célula Hfr em casos por eventos de recombinação sítio-específicos (Figura 8. mossômicos. O a uma população de células F-. do. Assim. raramente há transferência de um cromossomo inteiro de uma célula Hfr para uma célula receptora. Durante a conjugação. As duas células (doadora e recep. como nos cruzamentos Fator F Hfr X F-.30). e uma homólogas no fator F e no cromossomo.15 A formação de uma célula Hfr pela integração de um sente ou inativo. recombinação de alta frequência). ga (ou "cruza") com uma célula receptora F-. que o isolou). o fator F é inte. Replicação por círculo rolante "\Replicação 0""/}-y O A transferência do fator F está concluída. ton5 /tonr e do uma linhagem específica de Hfr den ominada Hfr H str/str controlam a sensib ilidade (s) ou a resistên cia (r ) (em homenagem a William Hayes. em Paris. no in glês. Nessa lin hagem. Elie Wollman e Fran çois de usar lactose e galactose. Um filamento de DNA é clivado na origem de replicação do fator F. respectivame nte. 0""P_. de energia. como fo n tes Jacob.eu são respon- inteiro.. O gene thr e o gene /. O Os pili F da célula doadora f + fazem contato com a célula receptora F. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 177 Célula doadora f + Célula receptora F- Fator F o Pi/us " Cromossomo Cromossomo do doador do receptor 0""P_.de genótipo thr l.16 Cruzamento entre células F+ e F-.eu. quando há tran sferência de um crom ossomo Hfr azi" tonr laç gat str. produzindo duas bactérias f + . respectivamente. O fator F da célula doadora é replicado durante a transferência de uma célula F+ para uma célula F-. trou. cada célula t em uma cópia do fator F. A ponte de conjugação é o canal entre as células. Os alelos lac+ e laç e os alelos gaz+ e grado perto dos Zoei thr (treonina) e /. ao bacteriófago TI e à estreptomicina. as amostras azis tons lac+ gaz+ str com células P.eu (leucina). à azida de sódio. Vários detalhes da conjugação foram decifrados usan. Em 1957. trabalhando no Instituto Pasteur.e aproximam as células. raros. O A replicação por círculo rolante transfere um filamento do fator F para a célula receptora . A replicação do fator F ocorre nas duas células (um filamento é sintetizado em cada célula) durante a transferência. respectivamente.eu+ foram misturadas para in iciar o cruzamento. Célula f + Célula f+ • FIGURA 8.. Os pares de alelos azi5 /azi:.15. Genes no fator F orientam a síntese da ponte de conjugação. foram retiradas e agitadas vigorosamen te em agitador . xeram uma nova perspectiva ao p rocesso de conjugação Em tempos variados depois que as células Hfr H e F- por cru zamento de célu las Hfr H de genótipo thr+ 1. Quando o processo t ermina. sáveis pela síntese dos aminoácidos treonina e leucina. . como gat determinam a capacidade ( +) ou in capacidade (-) mostra a Figura 8. geneticista microbia. ~--. pode-se usar a transformação ou a transdução onde é iniciada a transferência gênica em cada linhagem para fazer o mapeamento mais preciso. As células doadoras Hfr H seriam destruídas pela estreptomicina. e ave.. :e O'---~. A série de placas incluía A meios contendo suplementos específicos que possibilita- ram a Wollman e Jacob determinar se os recombinantes Interpretação dos resultados tinham alelos da célula doadora ou receptora de cada gene. As frequências dos alelos da célula doadora não Quando a conjugação foi interrompida menos de selecionados presentes em recombinantes thr+ leu+ str são apresen- 8 min depois da mistura das células Hfr H e F-.. Interpretação dos resultados com base na t ransferência linear ( thr+ 1..em uma ordem temporal específica..... uma série de placas contendo diferentes meios seletivos o. ---------- ~-__. A to.---. coordenada zero desse mapa circular foi arbitrariamente nes de Hfr H estavam sendo transferidos para as células definida no gene thrA. de Hfr...- - Q) .. Além disso. A distância de mapa (Figura 8. A maioria dos . deduza as localizações cromossômicas dos genes em diferentes sítios no cromossomo...~-L.LI.---- . Origem da transferência tinguir células azis e azi". em um cromossomo principal e em uma a várias molécu- A transferência de um cromossomo completo de uma las de DNA extracromossômico chamadas plasmídios. coli.. um plasmídio é um elemento genético com capa- locidade da transferência parece ser razoavelmente cons. -_.:-. . seja a b e d em sentido horário (Figura 8.eu+ str) surgiram cerca de 8 min e meio depois da de genes da célula Hfr para a célula F-· A transferência é iniciada na mistura de células Hfr H e F. 18 e 25 min de cruzamen. O meio contendo lactose como única fonte de carbono foi usado para determinar se os recom- o 9 11 18 25 Tempo desde a transferência binantes eram lac+ ou laç.'. co cer nesse meio sel. Os recombinantes to...18). Por célula Hfr para uma célula F.etivo. o tempo necessário para a transferência de cipal em um estado extracromossômico.---------. respectivamente.e acumularam-se até alcançar origem no fator F.... refletindo a ordem tação em E..--.. O meio contendo o bacteriófago azis tons lac+ gat+ TI foi usado para classificar bactérias recombinantes como tons ou tonr. Quando se célula F. Agora sabemos que o analisados no Problema resolvido: Mapeamento de genes fator F pode integrar-se a muitos locais diferentes no cro.-----. foram plaqueadas em meio que continha o antibiótico estreptomicina....eu+ do V) -gu 2c 60 genitor Hfr H e o gene str do genitor F.----· tons tlO+ . Apenas as • . no fim desta seção... com o auxílio de dados de conjugação.o :5 Q) células recombinantes que têm os genes thr+ e 1.. lac+ e gaz+ surgiram dições padronizadas. Assim.. Portanto. e as células receptoras F- co e E:..15) para ~:e o . minada primeiro por mapeamento de conjugação. Wollman e Jacobs. .- ..s~ As colônias produzidas pelos recombinantes thr+ !. O gene azis de Hfr H surgiu pela primeira vez de 1 min corresponde à extensão de um segmento cro- em recombinantes cerca de 9 min depois da mistura das mossômico transferido em 1 min de conjugação em con- bactérias Hfr e F-· Os marcadores tons. cujo cruzamento havia sido 'I::. Essas células.leva cerca de 100 min. --. 80 . pela primeira vez depois de 11.17 Experimento de cruzamento interrompido clássico de recombinantes gaz+ e gat. V) u V) azis interrompido com tanta indelicadeza.. .seja d e b a em sentido horário...15) . coli ou em sentido anti-horário ( Figura 8...0 Q) "'O E~ E o 40 . não foram tadas em função do momento em que foi interrompido o cruzamen- detectados recombinantes thr+ 1. coli é dividido em 100 intervalos de 1 min (Figura 8. B. a orientação da integração do fator F..: .-.. definição. e o meio contendo galactose (minutos} B como única fonte de carbono foi usado para identificar • FIGURA 8. gat+ não cresceriam sem treonina e leucina.178 Fundamentos de Genética para quebrar as pontes de conjugação e separar as células Resumo dos resultados em conjugação. Para Estudos subsequentes com diferentes linhagens de Hfr testar seu conhecimento sobre o mapeamento da conju- mostraram que a transferência gênica poderia ser iniciada gação... .. coli e que o local de integração determina Em seguida..19).. e o momento em que um gene é transferido para a uma frequência máxima em alguns minutos. o mapa de ligação de E..eu+ e e Q) Q) 20 str foram transferidas (Capítulo 13... ti() Q) ---...17).-'------"'---L-~---'-~~-'----~~L-- para determinar quais dos outros marcadores da célu.--. .depende da distância entre ele e o fator F.19).. 0 10 20 30 40 50 60 Tempo em minutos antes da interrupção do cruzamento la doadora estavam presentes. Esses resultados indicaram que os ge...poderiam cres. cidade de replicação independente do cromossomo prin- tante. Figura 13. analisou a presença dos marcadores da célula doadora em intervalos variados depois da mistura de células doadoras e genes durante a conjugação pode ser usado para mapear receptoras. sua localização no cromossomo é deter- dos genes no cromossomo (Figura 8.. 100 º . A. mas +='+:::s •Q) e Q) Q) ---------.. O meio contendo azida de sódio foi usado para dis...... Quando se identifica uma nova mu- F. . mossomo da E.eu+ str. - V)~ não tinha os aminoácidos treonina e leucina. o material genético de uma bactéria está ligação de E. os alelos das doadoras foram transferidos para células receptoras em uma sequência temporal específica genes em cromossomos bacterianos.determina se a transferência de PLASMÍDIOS E EPISSOMOS genes ocorre em sentido horário em relação ao mapa de Como já citado. AP 8-Y 25 min depois do cruzamento • FIGURA 8.----' .y O 11 min depois do cruzamento ..A transferência começa na origem da replicação no fator F integrado e prossegue com a transferência sequencial de genes de acordo com sua localização no cromossomo..:. Há transferência linear de genes da célula do- adora (Hfr H) para a célula receptora (F-).:~"' :1> 'Õ -< .:. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 179 Célula Hfr H Célula F- +u '> Pi/us F ~~ ~ '><.A. \eu Origem thr+ de F " ' Fator F integrado ~~"l <tJ~:S iF origin 1 s'<S . de maneira que as células Hfr e F. .AP O 18 min depois do cruzamento \ ..AP 'fj' 9 min depois do cruzamento ' ' ' -- - .18 Interpretação do experimento de cruzamento interrompido de Wollman e Jacobs. O cromossomo replica-se durante o processo de transferência..terminam com uma cópia do DNA transferido.:.:. . dizemos que são não conjugativos.. ou integrada (por inserção covalente) ao cromossomo da cam proteínas que destroem células sensíveis de E... dizemos que são plasmídios conjugativos. propriedades especiais. Da mesma ma- Alguns plasmídios dotam as células hospedeiras da ca. Os fatores de que o fator F e alguns outros elementos genéticos tinham fertilidade (F) já foram apresentados (veja Conjugação). ~Hfr G11 Htra7 str ~ \ 'f. A capacidade dos epissomos de se inserirem nos cro- dade.""" aroA 80 \ 20 __. nos.. plasmídios R e alguns plasmídios Col têm essa proprie. eles podem ser essenciais se volvimento de bactérias resistentes a múltiplos fármacos tiverem um gene para resistência ao antibiótico. portanto. O círculo externo most ra a posição de genes selecionados.. O círculo interno mostra os locais de integração do fator F em linhagens Hfr selecionadas.400 pares de nucleotídios) são transpo- patogênicas. CX> .. em que cada unidade é o comprimento de DNA transferido durante um minuto de conjugação. não é ne. integrados e. Todos os plasmídios F+. em determinadas condições ambientais. coli. são epissomos. são sinônimos. não são epissomos. Os plasmídios cial para o hospedeiro. (veja O futuro: Bactérias resistentes a antibióticos). como na fins não terapêuticos contribuiu para o rápido desen- presença de um antibiótico.. coli: Em 1958. muitos cromossomos de fagos lisogênicos..__... Muitos plasmídios não existem em estados mas eles não serão discutidos com mais detalhes aqui. Além disso. a_ ' " ~v~ \ _.. coli. 17 e 8. Os termos plasmídio e epissomo não Há uma grande quantidade de plasmídios Col diferentes. um epissomo é um elemento genético não essen- ticos e a outros fármacos antibacterianos.. Eles definiram essa classe de ele- Os plasmídios R (plasmídios de resistência) têm genes mentos e os denominaram epissomos. Wollman.19 Mapa circular de ligação da E. FrançoisJacob e Elie Wollman reconheceram fatores F.18). muitos genoma do fago À.\-\._t . . Existem três tipos principais de plasmídios em E. ... IS [insertion sequences]).. bactéria hospedeira.. Os elementos IS estão presentes tureza conjugativa de muitos plasmídios R tem um papel tanto nos epissomos quanto nos cromossomos bacteria- importante na rápida disseminação de genes de resistên. Essas sequências curtas (cujo comprimento varia de cia a antibióticos e fármacos nas populações de bactérias cerca de 800 a 1. hospedeiras resistentes a múltiplos antibióticos tomou-se cessária para a sobrevivência da célula em que residem. O mapa é dividido em 100 unidades. como foi comentado no início deste capítu.. podem passar de um cromossomo para ou- lo. PYrD \ pyrC 1 Hfr KL19 purB malTi-t. No um problema médico grave. ou seja. 70 30 ~'~ 50 • FIGURA 8. isto é. Os genes mostrados em vermelho foram usados no famoso experimento de cruzamento interrompido de Wollman e Jacobs (Figuras 8. A na.. mas não plasmídios.180 Fundament os de Genética 10 o. neira. como o pacidade de conjugação. os elementos IS medeiam ... e o uso de antibióticos para entanto.. cuja replicação pode ser autônoma Col (antes denominados fatores colicinogênicos) codifi. As setas indicam se a transferência pela Hfr é horária ou anti-horária. níveis. A evolução de plasmídios R que tornam as bactérias tro (Capítulo 17). . plasmídios R e plasmídios Col.. Outros mossomos depende da presença de sequências curtas de plasmídios R e Col não conferem às células a capacidade DNA chamadas sequências de inserção (ou elementos de conjugação. Segundo Jacob e que tornam as células hospedeiras resistentes aos antibió. plasmídios é dispensável ao hospedeiro. coli e em qualquer orientação (horária ou anti-horária). de O a 100 minem sentido horário a partir de thr.20). pectivamente) e man+.de F-. codificam enzimas necessárias para a síntese dos aminoácidos tre.e xy/+ (necessários para a capaci- ANÁLISE E SOLUÇÃO dade de catabolisar os açúcares manose. e a linhagem F. Com o objetivo de determinar a lo. coli. O mapa genético do cromossomo da E. 5. Você acredita rê11cia durante a co1tjugação ( Figura 8. indique a direção com uma seta). O cromossomo da f. arginina e isoleucina mais valina. e usá-los como fontes de energia). Na verdade. e 1 min é o comprimento do DNA transferido de uma selvagens dominantes dos genes marcadores. inicia-se na origem de replicação no fator F integrado. coli contém uma molécula circular de Hfr)< DNA. que esse processo de recombi11ação possa ser reversível? . Se examinarmos a sequência de transferência dos genes de cada li - nhagem de Hfr para a linhagem de F-. \ 3. do cromossomo de E.leva 100 min. tirosina. o aminoácido triptofano (Trp-). <Jl genes cromossômicos. sem levar em conta o uso da linhagem A ou B de Hfr (1) a localização relativa de cada gene. tos de cruzamento interrompido com quatro linhagens diferentes 6. os da transferência de cromossomo para cada Hfr (sentido horário ou dados produzirão o mapa genético circular a seguir. coli é dividido em mi - de Hfr.tinha linhagem de Hfr para uma linhagem de F. lac.trp 1. coli que não sintetiza orientação do fator F no cromossomo de Hfr. arg+ e i/v+ (que do cromossomo circular completo tem 100 min. a transferência de ~. man + (1) trp + (9) aro + (17) ga/+ (20) lac+ (29) thr+ (37) linear em todos os casos. se combinarmos os resultados obtidos F é integrado a cada uma das quatro células Hfr e (3) a direção usando as quatro linhagens de Hfr e pusermos thr na posição O. aro +. galactose. O mapa circular anti-horário. a recombi11ação e11tre elementos genéticos não homólo. portanto. A distância entre man e trp é de 8 min. Hfr B. FATORES F' E SEXODUÇÃO gos no toca11te aos demais aspectos. 2. thr+ (3) i[v+ (20) xy/+ (25) arg+ (33) met+ (39) tyr+ (47) dos genes por diferentes linhagens de Hfr. Em todos os casos. portanto. (2) a posição em que o fator no experimento. coli. A transferência de todo o cromossomo de uma célula Hfr para alelos selvagens dos genes marcadores na linhagem Trp. coli também é circular. Atribuiu-se arbitrariamente ao locus thr a posição "O" no mapa onina. lactose e xi lose. his+. uma li11h agem Hfr é documentado no caso do fator F em E. é um resultado satisfatório já que sabemos que o DNA cromossô- mico da f . fez experimen. O crossing over produzida pela integração de um fator F ao cromossomo entre elementos IS no fator F e o cromossomo bacteriano por recombinação entre elementos IS no cromossomo produz Hfr com difere11tes orige11s e direções de tra11sfe. O DNA cromossômico é transferido de células doadoras Hfr 44 ~ para células receptoras F. mo da f. A replicação por circulo rolante e. O diagrama a seguir conjugação. No mapa do cromossomo da f . met+. tirosina e triptofano. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 181 Mapeamento de genes com o auxílio de dados de conjugação PROBLEMA 4. O papel dos elemen- tos IS na mediação da integração de epissomos é bem Como discutido na seção anterior. as linhagens de Hfr tinham os alelos nutos. trp + (6) man+ (14) his+ (22) tyr+ (34) met+ (42) arg+ (48) Observe também que seja qual for a sequência de transferência Hfr C . tyr+. A direção da transferência (horária ou anti-horária) depende da Você identificou uma linhagem mutante de E. a distância entre genes Hfr D .no cromossomo da f. os aminoácidos aromáticos fenilalanina. thr 0/100 min 1 o ~ 17/ Hfr C 3ro 20- Xy/ -78 Hfr s\-- FATOS E CONCEITOS 28. respectivamente. o mapa de ligação gênica genes marcadores são thr+. observaremos uma sequência Hfr A . met+ (2) arg+ (8) xy/ + (16) i[v+ (2 1) thr+ (38) lac + (46) adjacentes continua igual. 8. Os uma célula F.20).durante 1 min de os alelos mutantes recessivos desses genes. metionina. ga/+. indique por exemplo. e elementos IS no fator F (Figura 8. coli. com aumento da distância de ligação histidina. coli circular apresentado. O fator F pode integrar-se a muitos locais diferentes no cromosso- calização da mutação trp. res. mostra o momento de entrada em minutos (entre parênteses) dos 7.por replicação por círcu lo rolante. 20 Elementos IS medeiam a integração do fator F. o cromossomo e o F'.outro mecanismo de transferência gene bacteriano até metade do cromossomo bacteriano gênica em bactérias .eu+ gerado por excisão cente.9).22). tra F•• tra K1 tra E1 tra L1 Célula f+ Fator F traA • tra J. com distâncias em quilobases (1. coli.20B). As setas indicam o elemento IS específico que mediou a integração do fator F durante a formação das linhagens Hfr indicadas.produzem diploides parciais das linhagens foi infectada por um vírus denominado thr leu/F" thr+ leu+. O tamanho dos fatores F' varia de um A transdução . Portanto. indi. Nenhuma linhagem era capaz de se dos para células receptoras em frequência muito maior. para o surgimento dos prototróficos excluiu a conjuga- Os cruzamentos entre células doadoras F' thr+ 1. A.182 Fundamentos de Genética ·~ Hfr P3 (. Portanto. foram identi. No entanto. - TRANSDUÇAO ficados pela primeira vez por Edward Adelberg e Sarah Bums em 1959. ou pode haver recombinação entre raros prototróficos detectados por Zinder e Lederberg . der e Joshua Lederberg em 1952. eventos de excisão anôma. leia Re- na Figura 8.(Figura 8. produzindo uma célula Hfr. Além disso. desenvolver em meio mínimo sem esses aminoácidos. replica- ção (genes rep) e inibição do crescimento do fago (genes phi} são mostradas junto com as posições de três elementos IS. Esses fatores F modificados. na. ocorre pelo mesmo meca. <~ ~ t§' ~ tra s *~ ~ tra Ci ""i# tra D tra 1 ' IS3 ~ tra H.000 pares de nucleotídios). murium cujo desenvolvimento exigia suplementos de nismo que a transferência de fator F em cruzamentos F+ aminoácidos. e o fato de que o contato celular era dispensável anômala do fator F de Hfr H. Na verdade. quando Zinder e Lederberg cultivaram as cos. DNase exclui a transformação como mecanismo subja- Considere um fator F' thr+ !. Além disso.As localizações dos genes necessários para transferência conjugada (genes tra). ainda foram produzi- outros testes genéticos que exigem duas cópias de um dos recombinantes prototróficos. a outra necessitava de metio- nes bacterianos incorporados aos fatores F' são transferi. Experimentos subsequentes mostraram que uma lulas receptoras thr leu. triptofano e tirosina. A insensibilidade à gene na mesma célula.21 produzem fatores F des parciais? autônomos que têm genes bacterianos.eu+ e cé. como mostra a Figura 8. a sexodução pode ser usada para de. o~' A IS3 Célula Hfr Fator F integrado B • FIGURA 8. denominados F' ("F linha"). bacteriófago P22 e que esse vírus levava genes de uma veis porque o fator F' pode ser perdido. ção. produzindo célula (doadora) para outra (receptora). Os fatores F' são instrumentos úteis para estudos genéti.16). A recombinação entre elementos IS insere o fator F no cromossomo bacteriano. Uma linhagem necessitava de fenilalani- X F. os haploides thr leu-. Para analisar com mais detalhes o uso de basicamente o inverso do evento de integração mostrado diploides parciais em mapeamento genético. com uma diferença importante: ge. solva!: Como mapear genes próximos usando diploi- la como o que mostra a Figura 8 . meio contendo DNAse. podem ser usados para produzir diploides parciais linhagens juntas.21. Zinder e Lederberg A transferência de fatores F' para células receptoras estudaram linhagens auxotróficas de Salmonella typhi- (F-) é denominada sexodução. Mapa abreviado da estrutura do fator F em linhagem K12 de E.foi descoberta por Norton Zin- (Figura 8 . mas as separaram nos dois ra- terminar as relações de dominância entre alelos e fazer mos do tubo em U (Figura 8. quando cultivaram as linhagens em ligados. produzindo recombinantes thr+ cando que há excisão do fator F (por um processo que é leu+ estáveis. nina e histidina. foram produzidos raros prototrófi- com duas cópias de qualquer gene ou conjunto de genes cos. B. há raras células F+ em culturas de Hfr.'# 0 f!! tra (g tra a1 e. Esses diploides parciais são instá. . O Um crossing over excisa o fator F que tem os genes thr e leu.?.as estruturas formadas pela união das duas extremidades de cada F'. Quando quantidades iguais de prole são plaqueadas em meio seletivo. observam-se cerca de 200 recombinantes prototróficos no cruzamento 1. . Observe que a ordem dos três genes (x.22F' em E.com. ::-"'. eles são escritos arbitrariamente em ordem alfabética. coli Hfr H • 117 121 Á 1 r- """ .ez do partículas do fago que contêm DNA bacteria110 são de- cromossomo do fago.e . se detectam mais de 4.grupogen. Qual é a ordem dos três genes no cromossomo? teriano levado pelo vírus e o DNA no cromossomo da célula receptora. .ÇJ 1 1 ~ Fator F "'<:>~ 105' ' \.!!/ 90 100/0 - Min 10 147 141 80 20 1106 0"'p 70 30 G7 Oaofator F faz uma alça externa cromossomo com os genes 60 50 40 thr e leu na alça. pos muito diferentes de transdução.(/5 '\ \.br.. y . Mapa do cromossomo de f . Na transdução especializada. produzindo F' thr leu. -0. célula doadora >ry z+ X célula receptora x +y + z-. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 183 Cromossomo de f . y e z) é desconhecida. há na cabeça do fago um fragme11to aleató- rio ou quase aleatório do DNA bacteriano em .. Suponha • FIGURA 8. produzindo um cromossomo partículas transdutoras especializadas sempre contêm do fago que co11tém um trecho de DNA bacteriano. Na realidade. coli e designado F' thr leu. Fazem-se os seguintes cruzamentos recíprocos: com uma delecão• dos genes thr e leu.."' ~ . 1.<o'\ 20 1 1 124 integrado -~ ~ ~ 11 2 1 1 31:i2:i~~ 2~~~ 13 ~~ 3 <. As o cromossomo do fago. coli.. há uma nominadas partículas transdutoras. http://gen-io. 148 116 • FIGURA 8.\. As partículas transdu- recombinação entre o cromossomo do hospedeiro e toras generalizadas contêm apenas DNA bacteriano. célula doadora x +y + r X célula receptora >ry z+ e 2.\. enquanto foram produzidos por recombinação entre o DNA bac. F' thr leu Como mapear genes próximos usando diploides parciais? Suponha que se queira determinar a ordem de dois genes (y e z) em um locus em relação a um marcador (x) em um locus Cromossomo da E.. Na transdução ge- neralizada. As DNA do fago e da bactéria. . nantes prototróficos (x+y + z+)._. coli próximo.000 no cruzamento 2.21 Formação de um F'. são moléculas circu lares de DNA . Os F' são desenhados como estruturas lineares para alinhá-los com os segmentos cromossô- micos que contêm. ~ Leia a resposta do problema no site Estudos posteriores mostraram que existem dois ti. coli K12 mos- trando os genes presentes em F' representativos. A excisão anômala do fator F de que todos os mutantes sejam auxotróficos e que se possam um cromossomo de célula Hfr produz um fator F que tem os genes thr preparar meios seletivos nos quais cresçam apenas recombi- e leu da f.z -cP . mente (cerca de uma em cada I 0 5 divisões celulares).:. o que explica por que o À transduz ape- transferido são incorporados ao cromossomo da célula nas esses genes. As vezes. por irradia- Transdução especializada ção de células lisogênicas com luz ultravioleta.AI> . excisando o genes gal da E. A excisão do prófago também pode ser induzida. Cromossomo À.. coli.. o processo é bastan. O bacteriófago lambda (À) é o fago transdutor fago e de bactérias intactos (Figura 8..:. . .~ . e os genes do À cromossomo do fago À.23A). e há pareamento de attBP sem pareamento de attBP e attPB. coli. Assim.. a Cromossomo da E. coli para criar um estado liso- S. typhimurium e PI em E. coli DNA do À A B • FIGURA 8.daí o nome transdução generalizada..dgal do À circular Excisão anômala do Excisão normal do prófago À produz um prófago À cromossomo transdutor attPB Àdgal attB attB Cromossomo da Cromossomo E. energia) e bio (essencial para a síntese de b iotina) de portar qualquer gene bacteriano de uma célula para uma célula de E. coli com prófago À inserido entre os genes ga/ e bio . e apenas I a 2% do DNA (Figura 8. Recombinação Recombinação anômala sítio-específica .J>.5). que causa sua entrada na via lítica. com attPB. Já comentamos neste outra .. são deixados no cromossomo da E..1> ( / O prófago À faz uma alça externa.184 Fundamentos de Genética Transdução generalizada especializado mais conhecido. À leva apenas os genes gal (necessário para uso da galactose como fonte de Fagos transdutores generalizados são capazes de trans. por exemplo. receptora por recombinação. coli ou PI contêm DNA bacteriano. coli para outra. culas de fago. Comparação entre (A) excisão normal do prófago À e (B) excisão anômala com produção de cro- mossomos transdutores X. O cromossomo de À integrado .o prófago À .dgal.:. A excisão A transdução especializada é característica de vírus normal é basicamente o inverso do processo de integra- que transferem apenas determinados genes entre bac. O sítio de inserção las de fago produzidas por bactérias infectadas por P22 está entre os genes gale bio no cromossomo da E.:.Afl-y O Há recombinação sítio. coli contendo da E. a frequência de transdução de qualquer uma célula lisogênica sofre excisão espontânea rara- gene bacteriano é de aproximadamente I por I 0 6 partí. ção sítio-específico e produz cromossomos circulares do ' térias. co/i. Os fagos capítulo a inserção sítio-específica do cromossomo do transdutores generalizados mais conhecidos são P22 em À no cromossomo da E. O Arecombinação excisa um específica entre attBP e cromossomo do À que transporta attPB. Apenas Ia 2% das partícu- gênico (veja Bacteriófago lambda).23 Excisão de prófago lambda.J>.em te ineficiente.. ( / O prófago À faz uma alça externa anômala. instável. Na verdade. transdução de baixa ga/+ e gal frequência) . attPB . enquanto eventos de recom. parcialmente diploide ga/+/ ga/ apenas genes bacterianos situados próximos do prófago A podem ser excisados com o DNA do fago e acondicio- nados na cabeça dos fagos. / mente.23B. Cromossomo de transdutante Em vista do tamanho pequeno da cabeça do fago. A frequência de partículas transdutoras Cromossomo do receptor gal ""' em lisados produzidos por indução de células lisogêni. partículas transdutoras especializadas durante a excisão do prófago.dgaf+ no esse fago transduz marcadores trp.infectadas tegração do Àdgaz+ produzirá um diploide parcial gal+ / por fago transdutor )l.-.. Integração de )l. os cromossomos defeituosos serão + capazes de se integrar ao cromossomo do hospedeiro.dgaf + para o cromossomo. outro sítio que não o sítio de ligação original. cromossomo receptor produzirem transdutantes gal+ (Figura 8. 8. via lítica. 50% de partículas À+. elas só devem ser produzidas quando células lisogênicas entrarem na attPB . o Cromossomo de transdutante cromossomo do fago defeituoso só será capaz de se in. com ocorrência de crossing over em Integração de Ã. Esses fagos transdutores são receptor ga/ \\~ : · designados Àdgal (fago À deficiente transportador de Integração de Àdgal genes gal) e Ãdbio (fago À deficiente transportador de genes bio). Os lisados Hft aumentam radicalmente produzidos serão diploides parciais gaz+ /gat. como mostra a Figura 8. Caso sejam formadas cromossomo do hospedeiro. mas houver um sítio att e um gene int (integrase).238).248). Outro fago transdutor es- pecializado. Um crossing over duplo insere o alelo gaf+ de Ã. Eles são partículas de fago deficientes porque um ou mais genes necessários para a reprodução lítica ou lisogênica permaneceram no cro- mossomo do hospedeiro. a in.Recombinação duzem fago transdutor especializado que leva os genes cromossomo do sítio específica ~. • FIGURA 8. as partículas transdutoras não es- tão presentes em lisados produzidos a partir de infecções líticas primárias. respectivamente... O destino das moléculas de DNA Àdgal e Àbio depois da injeção em novas células hospedeiras depende dos genes do À ausentes. Se o gene int estiver ausente. portanto. duz um diploide parcial gaf+!ga/. gal ou bio do hospedeiro.dgaf+ em attB produz um diploide parcial gaf+/gal:. . ga/+ estável B tegrar na presença de um auxiliar de tipo selvagem. as cé.dgaf+. '-±-' ::. esses lisados são denominados Lft (do Troca de inglês. portanto. exceto se houver um À de tipo selvagem. Se um fago Àdgal+ infectar uma célula receptora gat. essas células dos pelo genoma À +. lisados dutantes gaz+ /gat forem induzidos com luz ultravioleta. Um crossing over duplo binação raros entre gaz+ no DNA transdutor e gat no transfere o alelo gaf + de )l. / cas é de aproximadamente 1 em cada 106 partículas da attB prole. a frequência dos eventos de transdução. 80. coli (necessários para a síntese do aminoácido triptofano). Se os genes para crescimento lí. transdução de de tipo selvagem e um prófago ÀdgaL Os transdutantes alta frequência). Ambos os prófagos se replicarão lulas receptoras serão infectadas tanto pelo fago À de com igual eficiência usando os produtos gênicos codifica- tipo selvagem quanto por Àdgaz+. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 185 excisão é anômala.dgaf+ em attB pro- gat instável (Figura 8. tico estiverem ausentes.24 Recombinação em células receptoras ga/.24A). agindo attB como fago "auxiliar". Hft são usados preferencialmente em experimentos de os lisados conterão cerca de 50% de partículas Àdgal e transdução. Esses lisados são denominados Hft serão lisogênios duplos que transportam um prófago À (do inglês. uma parte do cromossomo bacteriano é excisada com o DNA do fago e uma parte do cromosso- mo do fago é mantida no cromossomo do hospedeiro (Figura 8. Se a proporção entre fagos e bactérias for alta. Quando isso acontece. Essas excisões do prófago anômalo pro. No entanto. A. portanto. integra-se perto dos genes trp de E. high-:frequency transduction. não serão capazes de se reproduzir litica. low-:frequency transduction. Se os trans. http://gen-io. foram produzidos recombinantes recombi11ação certame11te é tão importante na evolução met+ser+cys+str. e a re. Mas a linhagem a partir de uma colônia. de- Esses processos parassexuados são parcialmente respon. de No''ª York na década de 1990 foi. Assim.. em vez disso. e o cruzamento foi repetido pela terceira vez (cruzamento desenvolvido em bactérias.sexuadas de recombinação produzem novas combinações de gYJnes em bactérias • Os mecanismos parassexuados estimulam a capacidade de adaptação das bactérias às altera- ções no ambiente. Além disso.transformação. coli. Em eucariotos. corrente do surgime11to de uma li11hagem de M . coli produziu todas as bactérias F+. Si nificado evolutivo da troca enética em bactérias A troca genética é tão importante em bactérias quanto em outros organismos. zamento li. Um cruzamento (1) entre linhagens F+ met+ser+cys+str5 e F- mer ser cys. os eventos de recombinação . a modificações súbitas dos habitats existe11tes. conjugação e transdução . que dotam as bactérias de resistência a antibióticos e fár. o que beneficia as bactérias patogênicas geralmente pre- ticos (\reja O futuro: Bactérias resistentes a antibióticos). Esses mecanismos parassexu. O uso disseminado de antibióticos i1a agricultura com as li11hagens predominantes de 1V1.186 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • Três processos parassexuados . Não foram produzidos recombinantes met+ser+cys+str no ados . .ocorrem em bacté- rias. têm uma série completa de genes de resistência a antibió. mas tipos influenciados por seleção natural.geram cruzamento Ili. conjugação e tra11sdução . Ili}.são parte da reprodução sexuada. e o cruzamento foi repeti- reprodução das bactérias não é sexuada. Portanto. PONTOS ESSENCIAIS • Os mecanismos paras. A mutação é a fo11te de nova variação genética. tubercu- sáveis pela rápida evolução e disseminação de plasmídios losis resistente a sete a11tibióticos diferentes. fizeram-se novas culturas a partir de colônias isola- mações genéticas e recombinação de genes te11ham se das. criam graves problemas para os seres hu. o ressurgimento da tuberculose na cidade manos que estão tentando combater doenças bacterianas.ras combi11ações de genes e possibilitam a evolução meio contendo estreptomicina tinha o genótipo met+ser+cys- str e fenótipo F+. Teste seu conhecimento sobre a importância da recombinação em ~ Leia a resposta do problema no site bactérias lendo Resol\ra!: Como evoluem os genomas bac. a do. e a adaptação das bactérias a i10\ros i1ichos ambie11tais e explique esses resultados.transformação. Depois de várias outras gerações das linhagens usadas no cru- não causa surpresa que mecanismos para troca de infor. não produziu recomb inantes prototróficos met+ser+cys+str. judica os seres humanos. fizeram-se novas culturas de cada e crossing over . E5ses processos são distinguidos por dois critérios: a inibição da transferência gênica por desoxirribonuclease e a necessidade de contato celular • A transformação implica a captação de DNA livre por bactérias • A conjugação ocorre quando uma célula doadora faz contato com uma célula receptora e transfere DNA para a célula receptora • A transdução ocorre quando um vírus leva genes bacterianos de uma célula doadora para uma célula receptora • Os plasmídios são elementos genéticos extracromossômicos autorreplicantes • Os epissomos são replicados de maneira autônoma ou como componentes integrados de cromos- somos bacterianos • Os fatores F que contêm genes cromossômicos (jatores F') são transferidos para células F por sexodução. Na verdade.novas distribuições de genes responsáveis pelos fenó.str de E. mas todos esses recombinantes foram F-. Apesar disso. a linhagem de Nova York está intimamente relacio11ada macos. tuberculosis resis- e na medicina resultou no surgimento de plasmídios que te11 te na China e em outras regiões do mundo. das bactérias quanto na evolução de eucariotos. em grande parte. Como evoluem os genomas bacterianos? combinação produz novas combinações dessa variação . terianos? Embora os processos parassexuados sejam be11éficos para bactérias. Usando um mapa do cromossomo da E. Dessa vez (cruzamento li).distribuição independente Depois de várias gerações.com.br. toda a prole que sobreviveu no no.grupogen. nas populações de bactérias. mu ltiple drug-resistant) de fvfycobacterium tuberculosis. tratamento documentado de um ser humano com estreptomicina A lém disso. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 187 • FUTURO BACTÉRIAS RESISTENTES A ANTIBIÓTICOS linhagens de Shigella isoladas em esgotos e rios poluídos em 1953 eram resistentes a algum dos antibióticos e fármacos testados. a frequência de linhagens de Shigella que o aumento das linhagens multirresistentes (MDR. vezes.2% das animais? E no sabonete.surgem bactérias resistentes a anti- bacterianas salvou mi lhões de vidas. Mais tarde. Em alguns países. a notícia verdadeiramente ruim a bactéria causadora da tuberculose (TB).ampicilina.elementos tratamento das superbactérias NDM-1 . ticos e fármacos? Como os seres humanos contribuíram para essa os genes nesses plasmídios R podem se disseminar rapidamente possível crise? Podemos resolver esse problema? Em caso afirma. O surgimento de bactérias resistentes a uso de penicilinas e tetraciclinas como promotores do crescimento antibióticos confirmou o poder da seleção natural. Até hoje. Shigella dysenteriae e outras tetraci cli na. embalagem de carnes ou consomem carne mal passada. Em face do surgimento disseminado de linhagens MDR de fvf. A administração a pessoas com infecções ração. Na verdade. m março de 201 O. Elas desen.que podem se O que levou à evolução dessas bactérias resistentes a antibió. uso de antibióticos na ração de animais sobre a produtividade foi O resultado era inevitável: a disseminação de bactérias resistentes mínimo. todas resistentes ao antibiótico. surgiu um novo gene. glês. resfriado comum e a gripe. mas a re- recorde. em Rochester.S. divide-se e pro. tivo. talvez seja recomendável restringir o uso de No entanto. o mundo usou 1O toneladas de estrep. para surpresa de todos. isto é. os genes de resistência a anti bióticos volvidos apenas dois antibióticos com possibilidade de eficácia no costumam estar presentes em elementos genéticos . No entanto. Uma bactéria de animais na década de 1970. tetraciclina. o gene foi encontrado em E. o uso gera l de antibióticos caiu 55% desde o a antibióticos. flexneri. e ocorre o inevitável . Os efeitos negativos da proibição do duz uma popu lação de bactérias. quase metade dos antibióticos estreptomicina e. Infelizmente. ucraniano que imigrou para os EUA. O gene Os genes que protegiam as bactérias contra antibióticos geral- NDfvf-1 está localizado em um plasmídio faci lmente transferido de mente estão presentes em pequenas moléculas de DNA denomina- uma bactéria para outra. e fármacos . e. a Dinamarca proibiu o contra os antibióticos. resistentes a antibióticos e fármacos isoladas nos mesmos lugares . prescrevem -se antibióticos contra infecções virais como o briu a estreptomicina em 1943. e a Suécia proibiu qualquer uso não sem gene de resistência a antibióticos é destruída pelo antibiótico. Em 1955. bactérias patogênicas. Apenas 0. inclusive como promotores do cresci- Uma bactéria que tem o gene de resistência cresce.testados. gens MDR de bactérias é o uso excessivo de antibióticos. designado NDfvf-1 (metalobeta. sistência da maioria delas a no mínimo quatro dos seis antibióticos cazes no tratamento de até um quarto dos indivíduos com TB. Staphylococcus aureus. o uso mundial de estreptomicina havia au. produzidos nos EUA é usada como aditivo na ração de animais. Na verdade. aumentara para 58% . S. tuberculosis.mas não restam muitas dúvidas de que vá se disseminar transferência de uma célula para outra e até mesmo de uma es- para outras espécies de bactérias. mover de uma molécula de DNA para outra (Capítu lo 17). como fvf. sonnei . Muitas Selman Waksman. as bactérias logo começaram a reagir. canamicina. precisamos dele? . na Suécia. como? Primeiro. boydii e S. mentado para 50 t. tomicina. estreptomicina. de outras bactérias. os antibióticos são usados em larga escala e grandes foi o de uma mulher de 2 1 anos na Clínica Mayo. início da proibição de usos não terapêuticos. usados com fre. Agora. transponíveis ou "elementos genéticos móveis" . O primeiro tiviral e não devem ser usados no tratamento das infecções virais. têm genes que medeiam a própria graves . de animais para evitar infecções bacterianas que reduzem a velo- Em 1944 foi iniciado o tratamento experimental com injeções de cidade de crescimento. Também começaram a surgir linhagens MDR importante grupo de antibióticos. Muitos plasmídios e Klebsiella pneumoniae . dysenteriae. mento de animais. nossos melhores antibióticos são inefi. coli das plasmídios R (ver Plasmídios e epissomos). terapêutico de antibióticos. os carbapenéns. Assim. deu o nome de anti. Em 1950. ou ao menos limitar.causadoras de disenteria. desco. pécie para outra. quência no tratamento de linhagens M DR das bactérias. em 1986. su lfanilamida e cloranfenicol . Talvez seja hora de os Alguns dos primeiros estudos que documentam a evolução de EUA e o restante do mundo seguirem o exemplo da Escandinávia bactérias resistentes a antibióticos e fármacos foram realizados no . Rapidamente. Os antibióticos não têm atividade an- bióticos a essa classe de fármacos antibacterianos. a Organização Mundial da Saúde divulgou Apenas 12 anos mais tarde. a tuberculose foi curada. estão sendo desen. que torna as bactérias resistentes a um sistentes de Shigella. o uso não terapêutico de antibió- Japão nas quatro "espécies" de Shigella . do in. trabalham na indústria de de antibióticos. bióticos. a estreptomicina e outros antibióticos tornaram-se Eles são acrescentados em proporções de 2 a 50 g por tonelada de "fármacos miraculosos". essas bactérias resistentes são transmitidas aos Logo os seres humanos começaram a usar grandes quantidades seres humanos que cuidam dos animais. mais cerca de 1O t de cloranfenicol e 1O t de tuberculosis. Realmente precisamos acrescentar antibióticos à ração dos S. havia alcançado níveis não era a resistência dessas linhagens aos antibióticos. quantidades como "promotores do crescimento" na alimentação Minnesota. Eram linhagens multirre- lactamase de Nova Delhi).ambas causadoras de infecções urinárias R são autotransmissíveis. Além disso. vamos analisar a história dos antibióticos e Uma explicação para o desenvolvimento tão rápido de linha- das bactérias resistentes a antibióticos. Então.proibir. alguns de nossos melhores antibióticos ao tratamento de doenças volveram novos genes codificadores de produtos que as protegiam humanas possivelmente fatais. Essa paciente tinha um caso avançado de tuberculose. ticos. necessar1os . • tos de um tubo em U (Figura 8. cruzamento 2 porque a formação de um cromos- os crossing overs têm de ocorrer em números pares. trocam material genético.-. / crossing over simples. impede o contato entre células nesses ramos. Fragmento de a b+ e a b+ e a+ b.. Quando culti\radas juntas. coli. qua. o único processo paras. Em geral.-. 4 crossing overs 2 crossing overs do é responsável pela formação dos recombinantes a+ b+ quando essas linhagens são cultivadas ju11tas? a+ b+ e+ Cromossomo .188 Fundamentos de Genética Exercícios Aplique a análise genética básica 1. Que processo parassexua.ida curto. não há produção do receptor a de recombinantes a+ b+. duas linhagens de E. as célu- ciclo de vida em um período que varia de cerca de las doadoras são a+ b e+ e as células receptoras são a 20 min a algumas horas.em E. e estão presentes no cro- e (2) o ciclo de . essas duas linhagens são culti\radas em ramos opos.- Resposta: As duas li11hagens de E. indique ( 1) a localização relativa de cada .. cromossomo 1 1 1 . Quais são as principais diferenças entre o crossing mentos.--. e11tre parênteses) dos alelos selvagens dos cinco primeiros marcadores (genes (a) No mapa a seguir do cromossomo circular da mutantes) na linhagem His-.-1-. você prepara placas com meio mínimo em over em bactérias e eucariotos? que apenas os recombinantes a+ b+ e+ produzem Resposta: O crossing over em bactérias geralmente ocorre colônias. Em que cruzamento você esperaria obser- entre um fragmento do cromossomo de uma célu. b e e .. Desse modo.9). Cromossomo • . Quais as vantagens dos \TÍrus em relação a organis. Você identificou três marcadores genéticos próxi- Resposta: As duas pri11cipais va11tagens dos vírus em rela. a+ b+ e+ sexuado em bactérias que requer contato celular. de transdução com o fago PI usando linhagens de mente pequeno de genes. No cruzamento 1.7B). coli. var a maioria dos recombinantes a+ b+ e+? la doadora e um cromossomo circular intacto em Resposta: Você esperaria mais recombina11tes a+ b+ e+ no uma célula receptora (Figura 8. os vírus têm mossomo na ordem a-b-c. HfrC his (3) cys (13) tyr (21) met (27) xyl (39) mento interrompido com cinco li11hagens difere11. O filtro de vidro que separa os ramos do tubo em U mos celulares e multicelulares para a pesquisa ge. coli. HfrD xyl (7) thr (25) lac (40) bio (48) glit (62) tes de Hfr.a. destrói a integridade do cromossomo mossomo a+ b+ e+ no cruzamento 1. 3. Cruzamento 1 Cruzamento 2 Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. ao passo que sao.em menos de 1 min.7A).-. . No e11ta11to. recombinante formações por conjugação. nética? 4. mos . Os marcadores são trans- ção a organismos celulares e multicelulares para os feridos de uma li11l1agem Hfr para uma linl1agem estudos genéticos são (1) a simplicidade estrutural F. e podem completar o genótipo a+ b e+ e a b+ e. as células doadoras são a b+ e e as células receptoras são a+ b e+. coli HfrA bio (4) glit (20) his (27) cys (37) tyr (45) que não sintetiza histidina (His-). b+ e. O diagrama a seguir mostra o mome11to HfrE his (4) glit (11) bio (27) lac (35) thr (50) de entrada (minutos. .--i. Nos dois cruza- 2.--1--. coli.1. Você identificou uma linhagem mutante de E. Com o objeti''º HfrB xyl (6) 1net (18) tyr (24) cys (32) his (42) de determinar a localização da mutação his. qua11do do doador . ou qualquer número ímpar de tro crossing overs (dois pares) para produzir um cro- crossing overs. . Você faz experimentos um único cromossomo. com um número relativa. E. Os crossing overs circular e deixa em seu lugar uma molécula linear i1ecessários são mostrados no diagrama a seguir. No cruzamento 2. você faz experimentos de cruza.no cro- mossomo de E. de DNA (Figura 8. coli estão trocando i11.1. O i1esse cruzamento. levando à pro.I- dução de recombinantes a+ b+. somo com os três marcadores de tipo selvagem só que inserem segmentos do cromossomo da célula requer dois crossing overs (um par de crossing overs) doadora no cromossomo da célula receptora. < thr+ _ _ . Visto que cy. (2) a posição em que o fator F é integra. portanto. Justifique sua resposta."leu2.. está dentro de I min de his. l'" ~ s. a ordem certa é •E thr. no gene leuA em re- lação ao gene ligado thrA da E.. e nenhum dos outros genes (indique a direção com uma seta). mas não leucina. você usa a linhagem mutante como receptora em um experimento de transdu- Cruzamento ção com bacteriófago PI.."leu1• Ordem 1: thr-leu 1-leu2 Ordem 2: thr-leu2-leu1 + + Cruzamento 1: i . Qual é a ordem de "leu1 e "leu2 em relação ao marca- tém 4. e os sítios de integração do fator F e a di.. Mas se a ordem 2 estiver certa.... preven- ºr met bio do mais recombinantes + + + no cruzamento 2 e menos no cruzamento I. -------J --. deve haver mais recombinantes + + + no glu cruzamento I e menos no cruzamento 2... Em cada cru- zamento.. col~ você esperaria do doador do receptor combinantes leu+ de thr+ que houvesse cotransdução de algum dos genes 1. thr 2. __ _..~. qual deles? Observe que o cromossomo de E...------------L---------.. mostrando as duas ordens possíveis.. > thr+ __ . linhas vermelhas tracejadas marcam as partes dos reção de transferência em cada Hfr são indicados dois cromossomos que têm de estar presentes em pelas setas A a E..> thr+ 1 1 i . coli.6 milhões de pares de nucleotídios e que a dor externo thir transferência de todo o cromossomo durante a conjugação leva I 00 min. (b) Não haveria cotransdução de nenhum marca- do a cada um dos cinco Hfr e (3) a direção da dor com his+ porque o fago PI só comporta I % do transferência de cromossomo para cada Hfr cromossomo de E. Os resultados são apresentados na tabela (b) Para definir melhor a localização da mutação his adiante: no cromossomo..-1_ _ _ _ _ _ _ J.. recombinantes thr+-"leu1+ -"leu2 + ( + + +)... Cruzamentos com transdução de três pontos re- cíprocos foram usados para determinar a ordem de duas mutações.... recombinantes leu+ foram selecionados em meio mínimo contendo treonina.. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 189 gene. thr+ leu2 thr "leu1 60 thr+: 300 thr 17 seu gene mutante his? Em caso afirmativo. Considerando-se que o fago PI comporta cerca de I % da molécula Marcadores Marcadores Alelo thr em re....~ < thr+ i . coli. a formação de recom- ~ thr binantes + + + exigirá 4 crossing overs (2 pares de xyl crossing overs) no cruzamento I e apenas 2 crossing overs (I par) no cruzamento 2.-. L---------- + + + + Cruzamento 2: __ . leu1 e "leu2. e testados para thr+ ou thr por plaquea- men to em réplica em placas que não continham treonina. Note que se a ordem I estiver certa.. thr+ leu1 thr "leu2 350 thr+: 349 thr 50 mostrados na figura anterior com o alelo his+ de 2. e as adiante. Resposta: Os diagramas dos dois cruzamentos são apre- Resposta: (a) A ordem dos genes é mostrada no mapa sentados.... + + Observado t Portanto.-"'his foi observado o segundo resultado.-1 . a ordem 2 está certa .. Porcentagem de DNA cromossômico de E.. coli con. Qua11do fez o cruzame11to recíproco (Hfr H lacz+ lacY-proc+ essas duas linhagens são cultivadas juntas.14 Como é possível mapear os genes bacteria11os por somo do À ao cromossomo do hospedeiro durante experime11tos de cruzamento i11terrompido? uma infecção lisogênica e o crossing over entre cro- 8. Você prepara dade à estreptomici11a. 2 h. controlam a resistência e a se11sibili- para seus alelos selvagens a+. A partir dos dados .7 Você ide11tificou três mutações . genéticos? tipos alterados como olhos brancos em Drosophila.lacr proG str). 8. marcada em 10 Zoei. Os alelos str e str.10 (a) Quais são as diferenças genotípicas entre cé. células F+ e células Hfr? (b) Quais são as receptora pode ser determinada por experimentos diferenças fenotípicas? (c) Qual é o mecanismo de de cruzamento interrompido. durante a selvagem e a usa para tra11sformar uma li11hagem . Como é possí. Que tipos de fenótipos mutantes lacY. contendo lactose como única fonte de carbono. a mistura foi diluída e plaqueada em meio que tococcus? continha estreptomici11a. mas não prolina. Essas enzimas minar as localizações dos genes nos cromossomos são codificadas por dois genes próximos. Quando se analisou a capacidade das colônias recombinan- 8.3 Quais são as diferenças entre o ciclo de vida dos bacteriófagos T4 e À? Quais são as semelha11ças? 8..16 Em E. 8.8 Uma linhagem de E. lacz+ lacY. Todos os três são recessivos pectivame11 te. pouquíssimas delas quan to outra linhagem com deficiê11cia nutricio11al foram capazes de ferme11tar a lactose. ex. proC e str. controla. Sabe-se que Hfr H transfere o DNA a partir de uma linhagem doadora de tipo os dois genes lac. colide sin- 8. conJugaçao. lacZ e desses eucariotos. formam-se alguns genótipos recom- F é incorporado ao cromossomo da linhagem F+.9 Suponha que ''ocê acabou de demonstrar a recom. coli. e11- como única fonte de carbono. b e e. Como ''ocê determinaria se a lar em muitos pontos. e de carbono requer a presença das e11zimas 13-galac- alteração da cor da pelagem em coelhos para deter- tosidase e 13-galactosídio permease. Outro gene. alguns strs X F.lacz. binantes. de maneira que as linhagens recombinação observada foi resultado de transfor- Hfr resulta11tes transfiram os marcadores genéticos mação. muitos dos recombi- organismos da prole são capazes de crescer em 11antes proc+ str foram capazes de crescer em meio meio mínimo que não co11tém timina nem leucina.de genótipo b+ e+.15 O que é cotransdução? Como se podem usar as fre- mossomos homólogos? quências de cotransdução para mapear marcadores 8. a capacidade de usar lactose como fonte flores brancas e sementes rugosas em ervilhas. mas não transforma11tes lacZ. b+ e e+ . a capacidade das células de E.a. coli com deficiência nutricio- tes proc+ st1" de crescer em meio co11tendo lactose 11al cresce apenas em meio con te11do timina.13 Que papéis representam os elementos IS na inte- vírio11 À? gração de fatores F? 8.ZacY+proc+ st1.1 e uma linhagem F. proC.em Strep. Depois de aproximadamente mativo. Você observa tra11sformantes a+ Fez-se um cruzamento entre Hfr H de genótipo b+ e transformantes a+ e+.12 Quais são as diferenças básicas entre transdução ge- 11eralizada e transdução especializada? 8.190 Fundamentos de Genética Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a capacidade analítica 8. Quando se cresce apenas em meio contendo leucina.proG str. Essas mutações estão próximas? Em caso afir.. Em qualquer linhagem Hfr. respectivamente. qual é sua ordem no cromossomo do Strep. quando uma linhagem de 8.1 Quais critérios consideram os vírus seres vivos? Não conversão das células F. res- tococcus pneumoniae.6 Os ge11eticistas usaram mutações que causam fenó·.rel explicar esse resultado? Qual é a ordem dos genes lacZ e lacY em relação 8.2 Qual é a difere11ça entre bacteriófagos e outros ví. a+ b+ e a b) em uma espécie de bactérias O fator F pode se integrar ao cromossomo circu- não estudada a11tes. dá origem genótipo a b+ está presente em uma li11hagem de espontaneamente à prole Hfr sempre que o fator genótipo a+ b. nessa ordem. a ordem de marcadores que entram em uma célula lulas F-. 8. a proC? binação genética (p.5 Qual é a diferença entre a integração do cromos.em células F+? Das células vivos? F+ em Hfr? Das células Hfr em F+? 8.4 Quais são as diferenças entre as estruturas do pró- fago À e do cromossomo do À acondicio11ado no 8. conj ugação ou tra11sdução? em ordens difere11 tes.- com genótipo a b e. foram usados para mapear genes em bactérias? em parte. 8. tetizar o ami11oácido proli11a.17 Uma linhagem F+.11 (a) Qual é a utilidade dos fatores F' em análise ge- rus? 11ética? (b) Como são formados os fatores F'? (c) Qual é o meca11ismo de sexodução? 8. foram ordenadas em relação a trp A223 linhagem F+. Qual é a ordem 2 -0-K-S-R~ linear de anth e dos três sítios mutantes no gene 3 -K-0-W-I~ trpA? 4 -Z-T-I-W~ Alelo anth em 5 -H-Z-T-I~ Marcadores Marcadores recombinantes % Cruzamento do doador do receptor trp+ anth+ 8. Anth é um marcador ligado não selecio. trp A58 nhagem F+. HfrC..20 Duas outras mutações o gene trp A de E. anth. his (1) man (9) gal (28) lac (37) thr (45) 4 anth+ . qual é a ordem dos três genes no cromossomo de E. mas sem purinas para selecionar transdutantes 0/100 pur+. O quadro a seguir mostra o momento A34 A223 332 anth- de entrada (minutos. Depois de incubar as bactérias uma seta). anth. coli que não sintetiza histidina (His-). Em face dos resultados a seguir. I se II) estão localizadas entre os genes 31 e 32 no . coli. 8. anth-. As colônias pur+foram transferidas para meio mínimo com e sem prolina e com e sem histidina para determinar as frequências de cada marcador externo.. anth. que pro+ his+ IOO codifica a subunidade beta da enzima ribonucleotí- dio redutase). anth. thr (4) rha (18) arg_ (36) ser (43) ~s (47) da em E. 380 anth+: 50 nado. Os resultados desses cruzamentos I -Z-H-E-R~ são resumidos na tabela a seguir. Um lisado transdutor de PI foi pre- parado pelo cultivo do fago PI em bactérias pur+ No mapa a seguir do cromossomo circular de E. classificados em relação 4 anth+ . depois. 72 anth+: 82 de testes de transdução de três pontos feitos para A487 A223 332 anth- determinar a ordem de sítios mutantes no gene A 2 anth+ . você faz experimentos de cruza- Cruzamento do doador do receptor trp+ anth+ mento interrompido com cinco linhagens diferen- 1 anth+ . anth. 60 anth+: 80 ao marcador anth ( anth+ ou anth-). determine a ordem dos marcadores na e trp A 487. (2) a posição necessárias para a síntese de purinas. 196 anth+: 48 que codifica a subunidade a do triptofano sintetase A58 A223 180 anth- em E. Em cada cruzamento. Permitiu-se que o fago e co células Hfr e (3) a direção da transferência de as partículas transdutoras nesse lisado infectassem cromossomo para cada Hfr (indique a direção com células pur pro+ his+. thr (3) lac(ll) gal (20) man (39) his (47) HfrD. conforme descrito no Linhagem Hfr Marcadores doados em ordem Problema 8. 196 anth+: 52 selvagens dos cinco primeiros marcadores (genes A46 A223 180 anth- mutantes) na linhagem His. que codifica uma pro. HfrE. man (15) his (23) cys (38) ser (42) arg (49) A223 A46 280 anth. pro e his codificam enzimas coli. A223 A487 379 anth- ram selecionados e.his+ 22 proteína que auxilia a fixação da fibra da cauda) pro+ his. Os genes pur. coli. pro. 60 anth+: 20 HfrB. e ao marcador externo anth por cruzamentos com transdução de três fatores. respectivamente. elas foram plaqueadas em thr meio mínimo suplementado com prolina e histidi- na. coli..no cro- Marcadores Marcadores recombinantes % mossomo de E. 72 anth+: 18 tes de Hfr. entre parênteses) dos alelos 2 anth+ . coli. 3 anth+ . infectadas por um período suficiente para permi- tir que haja transdução.. 380 anth+: 50 A223 A34 379 anth. anth. Qual é a ordem A223 A58 280 anth- linear dos alelos anth e dos três alelos mutantes do gene A indicada pelos dados na tabela? 8. recombinantes trp+ fo... 3 anth+ . I50 e nd 28 ( denA. HfrA.. que codifica a enzima endonuclea- pro. indique (I) a localização de cada gene em rela- ção a thr (localizado em 0/IOO min). am M69 (gene 63. Capítulo 8 1 Genética de Bactérias e seus Vírus 191 para várias linhagens Hfr derivadas da mesma li. prolina e his- em que o fator F é integrado a cada uma das cin- tidina.his-.19 O bacteriófago PI medeia a transdução generaliza. I8.18 Os dados da tabela adiante foram obtidos a partir 1 anth+ anth.22 Sabe-se que as mutações nrd II (gene nrd B. Com o objetivo Alelo anth em de determinar a localização da mutação his.21 Você identificou uma linhagem mutante de E. colz? Genótipo Número observado 8.his. cys (3) his (18) man (26) gal(45) fac (54) 8. am A453-am M69 X nd 28 2. O genoma genoma da linhagem Kl 2 de E. coli. Genome Biology ~ Entrez Genome tamanho observada entre os genomas de diferentes ~ Microbial Genomes ~ Complete Genomes ~ Escherichia linhagens de E.1 7. am N54-nrd 11 X am M69 1.gov O genoma de E..9 .192 Fundamentos de Genética cromossomo do bacteriófago T 4. linear dos cinco sítios mutantes? respectivamente. am A453-nrd 11 X nd 28 2. amA453-nrd 11 X amM69 4.. d f ~ · d b. am N54-am M69 X nrd 11 3.6 milhões de pares de nucleotídios) do mamíferos que linhagens como a K12.5 8. am A453-nd 28 X nrd 11 2. am N54-nrd 11 X nd 28 1. d 2 (prole de tipo selvagem) X 100.O as as requenc1as e recom inaçao sao ca1cu1a as como t tal pro1e o Genômica na Web em http://www.7 11. .2 3.. coli foi publicada em dessas linhagens é maior ou menor que o de Kl 2? As setembro de 1997. Quantas linhagens diferentes de E.9 12. am A453-am M69 X nrd 11 2. ª J. 0157:H7.. coli tiveram os de algumas linhagens serem patogênicas e outras genomas sequenciados desde 1997? não? 2. am N54-nd 28 X am M69 1.N54-amM69 X nd28 2. por exemplo.N54 e am A453 estão localizadas nos genes 31 e 32.ncbi. Todos esses genomas têm o mesmo tamanho aproximado? Caso não tenham. A sequência nucleotídica são mais patogênicas para seres humanos e outros completa (4.nlm. am A453-nd 28 X am M69 3. Algumas linhagens de E. qual é a variação de Dica: No site do NCBI. . coli foi um dos primeiros genomas 3. coli? coli. am.9 6.5 4. am N54-nd 28 X nrd 11 2.9 9.6 2.. As mutações am to de três fatores na tabela a seguir.nih. Em vista dos dados do cruzamen- Dados do cruzamento de três fatores Cruzamento % de recombinaçãoª 1. bacterianos sequenciados. comparações dos genes nas linhagens patogênicas e não patogênicas poderiam dar pistas sobre a razão 1.7 10.5 5. qual é a ordem . polinucleotídicas. . 2 anos depois da apresentação. ea strutura o ecu ar romossomos PANORAMA Funções do material genético Comprovação de que as informações genéticas são armazenadas no DNA Estruturas do DNA e do RNA Estrutura do cromossomo em procariotos e vírus Estrutura do cromossomo em eucariotos A descoberta da nucleína Em 1868. o artigo de Miescher que descrevia a nucleína só foi publicado em 1871. No entanto. o principal componente do material ácido da nucleína de Miescher. jovem suíço estudante de Medicina. depois tratou as células com pepsina. ficou fascinado com uma substância ácida que isolou de piócitos obtidos em ataduras usadas em curativos de feridas humanas. não era possível prever a importância da subs- tância que Miescher chamou de nucleína. O papel dos ácidos nucleicos no armazenamento e na transmissão de informações genéticas só foi confirmado em 1944. mu itos geneticistas relutavam em ace itar a ideia de que era menor que a das proteínas. A nucleína de Miescher era incomum. o editor da revista à qual enviou o artigo rece- beu os resultados com ceticismo e decidiu repetir os experiment os ele próprio. Mesmo genéticas. Primeiro. Depois do tratamen- to com pepsina. Johann Friedrich Miescher. Miescher escreveu um artigo descrevendo a descoberta da nucleína em piócitos humanos e o apresentou para publicação em 1869. ele separou piócitos das ataduras e dos frag- mentos associados. só foi documentada na década de 1940. do is elementos que na época se pensava que só coexistissem em alguns t ipos de gor- dura. e a estru. enzima proteolítica isolada do estômago de porcos. porque continha grandes quantidades de nitrogên io e fósforo. coli rota com extrusão de grande parte de seu DNA. Naquela época. e não as proteínas. A existência de cadeias Micrografia eletrônica de transmissão com cor acentuada de uma célula de E. os ácidos nucleicos. Por esse motivo. porque a variabilidade estrut ural dos ácidos nucleicos em 1953. continham as informações tura em dupla hélice do DNA só foi descoberta em 1953. ele isolou uma substância ácida que chamou de "nucleína". A função evolutiva. expressão gênica. posteriores de descobrir a base química da hereditarie- cido pouco a natureza molecular dos genes. a demonstração. há correlação Quando ele injetou em camundongos bactérias tipo IIIS precisa entre a quantidade de DNA por célula e o núme. lulas destruídas pelo calor . Algum elemento das cé- minativas haploides (gametas) da mesma espécie. Mendel mostrou que os "Merkmalen" (agora comportamento dos cromossomos durante a reprodução "genes") transmitiam informações genéticas. Assim. enquanto o RNA e as proteínas também niae por Frederick Griffith foi comentada no Capítulo 8. Maclyn McCarty. Existem dois tipos de ácidos nuclei- são as informações dos pais para a prole. organismos as informações são codificadas na estrutura 3. são abundantes no citoplasma. Richard Sia e Martin Dawson fizeram o mesmo ex- a composição do RNA e das proteínas varia muito de um perimento in vitro. . o RNA. uma comprovação. o ma. adaptação dos organismos a modificações do ambien- mento e o desenvolvimento do organismo e possibilitar a te. em muitos vírus pequenos as infor- alterações para produzir variações que possibilitem a mações genéticas estão no RNA. Por exemplo. de maneira que haja evolução. Durante a década de 1940 e o início da década de 1950 2. Avery e colaboradores mostra- . contradas células tipo IIIS vivas.convertera as células tipo IIR vivas em tipo IIIS. e a função evolutiva. . sexuada. A maioria térias tipo IIR (avirulentas) vivas. Além disso. as tentativas foram amplamente estudados. muitos camundongos das células somáticas de organismos diploides contém o tiveram pneumonia e morreram. mutação. poderíamos esperar que fosse estável. os estudos dade concentraram-se nas moléculas presentes nos cro- genéticos clássicos mostraram que o material genético mossomos. os resultados de experimentos precisos indicaram clara- tico controla o fenótipo do organismo. PONTOS ESSENCIAIS • O material genético tem três funções essenciais: a função genotípica. seus padrões de transmissão estão localizados nos cromossomos. Em ções) em todas as células de um organismo. de maneira ficadas no DNA. tem três funções essenciais: Os cromossomos são constituídos de dois tipos de 1. Ou seja.194 Fundamentos de Genética Fun ões do material . (virulentas quando vivas) destruídas pelo calor mais bac- ro de conjuntos de cromossomos por célula. pneumoniae era o DNA. enet1co O material genético deve se replicar. 1 Comprovação de que as informações genéticas são armazenadas no DNA Na maioria dos organismos. de que o "princípio transformador" em Embora essas correlações sejam uma forte indicação de S. mente que as informações genéticas são armazenadas terial genético determina o crescimento do organismo em ácidos nucleicos. O material genético sofre do DNA. ou as proteínas. Na maioria dos desde o zigoto unicelular até o adulto maduro. Colin MacLeod e le. Em alguns vírus. não em proteínas. Outros estudos genéticos iniciais estabeleceram correla- ção precisa entre os padrões de transmissão de genes e o Em 1865. a função f enotípica. A função genotípica. replicação.o "princípio transformador" posição molecular do DNA é a mesma (com raras exce. A com. as informações estão codi. e. adaptação do organismo a variações do ambiente. geração após cos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). um forte indício de que os genes geralmente meira parte do século 20. a maior parte do DNA celular está nos A descoberta da transformação em Streptococcus pneumo- cromossomos. expressão gênica. e nos corpos foram en- dobro da quantidade de DNA presente nas células ger. as proteí- mazena informações genéticas e transmite com preci. - geraçao. O material gené. não são. No entanto. O DNA é mais estável que o RNA participavam do processo de transformação (Figura 9. ao passo que 1931. COMPROVAÇÃO DE QUE O DNA É O Várias linhas de evidências indiretas sugeriram que o MEDIADOR DA TRANSFORMAÇÃO DNA abriga as informações genéticas de organismos vi- vos. mostrando que os camundongos não tipo celular para outro. A função fenotípica. mutação. na pri. Embora tenham esclare. replicação. controlar o cresci. como o DNA. que o DNA é o material genético.1). o material genético é alguma. O material genético ar. por Oswald Avery. nas e os ácidos nucleicos. Uma vez que o material genético tem de O experimento de Sia e Dawon preparou o terreno para armazenar e transmitir informações dos pais para a pro. grandes moléculas orgânicas (macromoléculas). . que decompõe o RNA.. do Prêmio Nobel de 1969) e Martha Chase. . ter certeza de que o DNA cápsula tipo III é fisicamente inserido no cromossomo era realmente puro? E dificílimo comprovar a pureza de da célula receptora tipo IIR durante o processo de trans- qualquer substância macromolecular. Cápsula Ausência de colônias Bactérias tipo lllS destruídas pelo calor em meio de cultura Tipo lllS destruídas pelo calor t \. ram que o DNA é o único componente das células tipo estão no DNA.--.-. Em ex- perimentos separados.. •. Os vírus são os menores organismos vivos.. formação. COMPROVAÇÃO DE QUE O DNA tivos na comprovação por Avery. (2) ribonucle. T2) estavam no DNA.--. Tratamento com ' soro que precipita células llR da mistura • • Tipo llR vivas Bactérias llR precipitadas Tipo lllS destruídas pelo calor mais tipo llR vivas em meio de cultura • FIGURA 9.. Os experimentos mais defini. Os resulta- ase (RNase).1 Demonstração da transformação em Streptococcus pneumoniae in vitro por Sia e Dawson.. ------. informações genéticas especificando a síntese de uma Mas como eles poderiam . e essas proteínas contaminantes fossem responsáveis pela transformação observada. li• ~:: •• :: --.~ . ---. -à.. em razão da simplicidade do experimen- a aboliu por completo (Figura 9.-. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 195 Tipo llR vivas . ção de DNA contivesse algumas moléculas de proteína..2).. ou (3) proteases. ao menos no tocante ao controle da reprodu- resultados obtidos por Avery e colaboradores mostraram ção por informações genéticas armazenadas em ácidos claramente que as informações genéticas do Streptococcus nucleicos por processos iguais aos observados nos orga- . --. que decompõe o DNA..ele terial genético. to de Hershey e Chase. que dos de seus experimentos mostraram que as informações decompõem proteínas. o DNA altamente purificado de Outras evidências de que o DNA é o material genético fo- células tipo IIIS foi tratado com as enzimas (1) desoxir.--. . em seguida. . Esses resultados tiveram grande Apenas o tratamento com DNase teve algum efeito sobre impacto na aceitação pelos cientistas do DNA como ma- a atividade transformadora da preparação de DNA. .:01 . eles são se- nha continuado desconhecido durante muitos anos. Hoje os geneticistas sabem que o segmen- IIIS necessário para transformar células tipo IIR em tipo to de DNA no cromossomo de Streptococcus que abriga as IIIS ( Figura 9. Talvez a prepara. .-- --. --. -à. ..---. . os res vivos... MacLeod e McCarty de CONTÉM AS INFORMAÇÕES GENÉTICAS que o DNA era o princípio transformador empregaram NO BACTERIÓFAGO T2 enzimas que degradam DNA. RNA ou proteínas. Ausência Bactérias tipo llR vivas Colônias tipo llR de cápsula crescendo em meio de cultura Tipo lllS destruídas pelo calor -...-----.-- -.•...2). ..- .---.. ------.a . testou-se a capacida. --.. .-. Embora o mecanismo molecular de transformação te. genéticas de determinado vírus bacteriano (bacteriófago de do DNA de transformar células tipo IIR em tipo IIIS. ram publicadas em 1952 por Alfred Hershey (ganhador ribonuclease (DNAse).. . que o DNA da partícula viral entrou na célula. 32P. em vez do res de energia e outros componentes) do hospedeiro.3).---. quando Hershey e Chase mostraram células infectadas por centrifugação a baixa velocidade.. Quando se usaram partículas de T2 cujo DNA fora cherichia coli..-. •••• • • + destruídas + células llR + RNase )o -. um bacilo comum do cólon...196 Fundamentos de Genética . enquanto informações genéticas necessárias para a reprodução vi. Como os ral estavam presentes no DNA. foi possí- bacterianos reproduzem-se em 15 a 20 minem condições vel retirar a maior parte da radioatividade (portanto. vírus foram de enorme valia no estudo de muitos proces. mas não de tados de Hershey e Chase indicaram que as informações enxofre. coli por alguns minutos e mica simples (muitos contêm apenas proteínas e ácidos as células infectadas por fagos foram submetidas a forças nucleicos) e da reprodução muito rápida (alguns vírus de cisalhamento em homogeneizador Waring. porém.. Células tipo llR pelo calor da mistura Colônias lllS DNAde Soro que • •• •••• células lllS precipita )o --.. mas deixa as partí- to a maior parte das proteínas do vírus permaneceram culas de fagos suspensas. Portanto.. são pa. os resul- de Hershey e Chase é a presença de fósforo.. • ••• • ~:: .:::--.. -:--- ::.. MacLeod e McCarty de que o "princípio transformador" é o DNA.:: Células tipo llR pelo calor da mistura Colônias lllS • DNAde Soro que •••• •••••• • • + células lllS + precipita + DNase destruídas células llR Células tipo llR pelo calor da mistura Ausência de colônias • FIGURA 9. a conclusão foi que as o DNA dos vírus entra na célula hospedeira. demonstrou-se que as partículas da . --..-.. ). Hershey e das cápsulas proteicas da prole dos vírus estão no DNA e Chase conseguiram identificar especificamente (1) o parental. 35S.. Os vírus. é aproximada. no DNA. praticamente toda a radioativi- mente 50% DNA e 50% proteína (Figura 9. Quando as partículas do fago T2 marcadas com 35S fo- sos genéticos em vista da estrutura e da composição quí...2 Comprovação por Avery. Os isótopo normal.. :_ •••• • Células tipo llR + destruídas pelo calor + células llR da mistura + Protease -.. genéticas que orientam a síntese das moléculas de DNA cia quase total de fósforo. de todos os bacteriófagos T2 ocorre dentro das células As cápsulas dos fagos removidas foram separadas das de E.. A reprodução depende totalmente mal. proteínas) das células sem afetar a produção de fagos da A composição do bacteriófago T2.... e a presença de enxofre. 32S (Figura 9. enquan. nismos celulares (Capítulo 8)..3). DNA do fago por cultura em meio que continha o isó- rasitos acelulares que só se reproduzem em células hos. Esses resultados indicaram que adsorvidas ao exterior da célula. mas ausên... Colônias lllS DNAde Soro que • •••••• células lllS precipita --. Além disso. •••• • •• Células tipo llR Colônias llR DNA de células lllS destruídas )o pelo calor Ausência de colônias DNAde Soro que • ••• • ••••• • • + células lllS + destruídas precipita células llR )o --. as ideais)..... o DNA tos anteriores a 1952 haviam mostrado que a reprodução não foi retirado por cisalhamento em homogeneizador. prole.. 31P. a cápsula proteica permanece fora da célula. topo radioativo do fósforo. Assim.. ::. ou (2) a cápsula proteica do fago por cultura do mecanismo metabólico (ribossomos. ram misturadas a células de E..J ::.. ou seja.. nas proteínas... marcado com 32P.•. em meio que continha enxofre radioativo. porém. A base do experimento vírus da prole são produzidos dentro da célula. em vez do isótopo nor- pedeiras apropriadas.. que infecta a Es. coli. :::--. que causa a sedimentação das células. Experimen. :-. sistemas gerado. dade foi encontrada dentro das células. •• 32P-DNA com 32P-DNA • •. mas definitivo. Nesses experimentos. há produção de por uma cápsula proteica. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 197 1-~~====1 Cápsula proteica Cabeça z----L DNA --~-~ Centro da cauda Bainha da cauda ------------<. e Chase de que o material genético do fago T2 é DNA.• . publicado em 1957. homogeneizador Experimento li: Radioatividade 35 S-Proteína fago marcado no sobrenadante com 355 . • Baixa radioatividade fago marcado • • . armazenam informações genéticas em ácidos nucleicos.. • . mas não DNA. RNA. ~ Cápsula de ~ 35S-proteína D + ~ + D 10 min . todos os casos estudados até hoje. Em seguida.3 Demonstração por Hershey e Chase de que as informações genéticas do bacteriófago T2 estão em seu DNA. E possível identificar diferen- prole infecciosa normal dos fagos.• . um pequeno vírus infectados pelo DNA puro do fago. experimento simples. • Experimento 1: . assim como todos os outros organismos. Em fago parental. coli infectada dos fagos sedimento (pe//et} de células • FIGURA 9. coli podem ser o vírus do mosaico do tabaco (TMV). comprovando que o tes linhagens de TMV pelas diferenças de composição material genético desses vírus bacterianos é o DNA química das cápsulas proteicas. as bactérias. + ~ ri > + D > 10 min ~ KJ Homogeneizador ~ l. Mais recentemente. Fraenkel-Conrat e colaboradores trataram partículas de TMV de duas linhagens diferentes com substâncias COMPROVAÇÃO DE QUE ORNA químicas que dissociam as cápsulas proteicas virais das ARMAZENA AS INFORMAÇÕES moléculas de RNA e separaram as proteínas do RNA. seria possível afirmar o RNA como material genético em vírus de RNA foi o que essa pequena fração das proteínas do fago continha denominado experimento de reconstituição de Heinz as informações genéticas.. os cientistas Fraenkel-Conrat e colaboradores. foi realizado com lulas cujas paredes foram removidas) de E. Fibras da cauda • . • • .____. Assim. coli dos fagos no sedimento (pe//et} de células 0"'/} 0 "'/l 0 "'/l 0"'/}""Y OV Mistura de fagos Q ""YTempo para que 'fi Aplicação de forças O Separação de bactérias e e bactérias. misturaram as proteínas de uma linhagem com GENÉTICAS EM ALGUNS VÍRUS as moléculas de RNA da outra linhagem em condições A' medida que um número cada vez maior de vírus foi que ocasionam a reconstituição de vírus infecciosos com- identificado e estudado. prole continham parte do 32P. D Centrífuga D Célula de Fago T2 Célula infectada Célula infectada Cápsulas Radioatividade E.molécula de RNA envolvida chamados de experimentos de transfecção. Um dos primeiros experimentos que estabeleceu las hospedeiras com o DNA. mas não tinham o 35S do deles continham RNA e proteínas. constituído de uma única . está claro que esses Havia um problema com a comprovação de Hershey vírus de RNA. os fagos infectem de cisalhamento no fagos por centrifugação. • • no sobrenadante • ~-~· 32P-DNA • "ri: ~ D [Qj e\) ~ . não em proteínas.• . Os resultados mostraram que uma quantidade significa. tornou-se evidente que muitos pletos constituídos de proteínas de uma linhagem e RNA .•. Homogeneizador D Centrífuga D Célula de Fago T2 Célula infectada Célula Cápsulas Baixa radioatividade no E. O desenvolveram procedimentos nos quais protoplastos (cé. de proteína) foi injetada nas célu. embora neles o ácido nucleico seja o tiva de 35S (portanto. 4). guanina e citosina. 1. NATUREZA DAS SUBUNIDADES ESTRUTURA DO DNA 1 A DUPLA HÉLICE QUÍMICAS NO DNA E NO RNA Um dos avanços mais empolgantes na história da biologia Os ácidos nucleicos. Estruturas do DNA e do RNA Em geral. Quatro bases diferentes são comu. são armazenadas rentes subunidades. Erwin Chargaff e colaboradores . por esses vírus mistos reconstituídos.e muito importante: geral- da vida. a citosina. o DNA é bifilamentar. não proteína. O RNA geralmente também contém ade- nina com timina e de guanina com citosina. são macromoléculas constituídas de (Figura 9. PONTOS ESSENCIAIS • As informações genéticas da maioria dos organismos vivos são armazenadas no ácido desoxir- ribonucleico (DNA) • Em alguns vírus. de Watson e Crick baseou-se em dois tipos principais de No DNA. o açúcar é a ribose (daí. (T) e citosina (e). mas tem uma base diferente. três dos componen- uma sequência longa de nucleotídios. é constituído apenas de RNA e proteína. Quando analisaram a composição do DNA de muitos mente encontradas no DNA: adenina (A). como o DNA e o RNA. Quando as folhas de tabaco eram infectadas nhagem parental doadora do RNA (Figura 9. a timina e a uracila são bases de anel simples chamadas pirimidinas. da outra. os nucleotídios. com exceção dos vírus de RNA. O TMV não contém DNA. uracila (U).8) deduziram a estrutura correta do DNA.. Esse subunidades repetidas.. ocorreu em 1953. com pareamento de ade. ou nucleotídios: dois nucleotídios no DNA. Cada nucleotídio modelo em dupla hélice da molécula de DNA sugeriu é constituído de (1) um grupo fosfato.4 O material genético do vírus do mosaico do tabaco (TMV) é RNA.1-0"CDeco mpo sição Infecção da • : . e (3) um das informações genéticas. e não nas proteínas. sem dúvida..5). guanina (G). as informações genéticas estão no ácido ribonuckico (RNA). principais componentes da nucleí. são armazenadas as informações genéticas? Que carac- Em polinucleotídios.6). no RNA. Portanto. O RNA precisa das informações genéticas de uma geração para geralmente é um polímero unifilamentar constituído de outra? As respostas são. (2) um açúcar imediatamente um refinado mecanismo de transmissão com cinco átomos de carbono. A estrutura em dupla hélice composto nitrogenado cíclico chamado base (Figura 9. tanto o DNA quanto o RNA têm quatro dife- vos. RNA. e em que forma purínicos e dois nucleotídios pirimidínicos (Figura 9. timina organismos diferentes. quando James Watson e Francis Crick na de Miescher. mente é uma molécula bifilamentar. nina. bases de anel duplo chamadas purinas. ácido ribonucleico). As informações genéticas de todo os organismos vi- Portanto.7). Proteína de A folha de tabaco TMVtipo A RNA ~ deA • FIGURA 9. ou pentose. O RNA geral.198 Fundamentos de Genética Proteína de A Decomposição ~ Proteína de B Proteína de B • ~ / TMV tipo B RNA Vírus Prole de B )lo misto • reconstituído RNA RNA deA de A f"'"J-µJ. O DNA tem um tes mais importantes de nossa compreensão da natureza nível de organização a mais . A adenina e a guanina são mente é unifilamentar e contém uracila no lugar da ti mina. Qual é a estrutura do DNA. o açúcar é a 2-desoxirribose (daí o nome ácido evidências: desoxirribonucleico). no lugar da timina. essas subuni- terísticas da estrutura do DNA facilitam a transmissão dades são unidas em longas cadeias (Figura 9. os vírus da prole as informações genéticas do TMV são armazenadas no sempre tinham fenótipo e genótipo idênticos aos da li. N/3 ""C-H 5 N~ 3 ""C-H 5 H-N 5 nitrogenada 1 lI 1 lI 1 lI cíclica: O=C~1 C. (1) o- Um i o--P = O grupo fosfato: o- 1 (a) No RNA: (b) No DNA: ribose 2-desoxirribose (2) Um OH OH 1 1 açúcar 5·CH 2 Q~OH . e as bases com anel duplo são purinas. denominados pa- sugeriram fortemente que a timina e a adenina.5 Componentes estruturais dos ácidos nucleicos. bem drões de difração.H 6 O= C C-H 6 N/ N/ ""N/ 1 1 1 H H H Uracila Citosina Timina Pirimidinas Purinas • FIGURA 9.H 6 O = C~1 C.Ausência de grupo hidroxila (a) Só no RNA (b) Tanto no RNA (e) Só no DNA (com raras exceções): quanto no DNA: (com raras exceções): o NH2 o (3) 11 1 11 e4 e4 / e""C-CH3 Uma base H. os raios X são defletidos pelos átomos das sempre igual à de guanina (Tabela 9. fotossensível. respectivamente. de luz podem ser registrados com uma câmera e filme tal de purinas (adenina mais guanina.1).1). Os resultados moléculas em padrões específicos. Os sistemas tradicionais de numeração dos átomos de carbono nas pentoses e dos átomos de carbono e nitrogênio nos anéis das bases são mostrados em (2) e (3). Quando incidem através de filamentos de moléculas igual à de adenina e que a concentração de citosina era purificadas. estavam presentes no DNA a organização dos componentes das moléculas. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 199 Os ácidos nucleicos são constituídos de subunidades repetidas denominadas nucleotídios.( i·c i\H H/i i\H H/1 carbono H~--l· 2gH H~3· 2gH (pentase): 1 1 1 1 OH OH OH H . ver Tabela 9 . que oferecem informações sobre como a citosina e a guanina. Cada nucleotídio é composto de três unidades. filme sensível aos raios X exatamente como os padrões mina mais citosina) era sempre igual à concentração to. Os dados também padrões de difração de raios X podem ser registrados em mostraram que a concentração total de pirimidinas (ti. Esses em algum tipo de inter-relação fixa. constataram que a concentração de timina era sempre 2.. Watson e Crick usaram dados de difra- .. ~ 5·9Hyo~9H com cinco 1 1 átomos de cif i e cr. As bases com anel simples são pirimidinas. dAMP desoxiguanosina. a cadeia tem uma terminação de carbono 5' no topo e uma terminação de carbono 3' na parte inferior. Os dois filamentos polinucle- 1 s· o--ri-O-CH2 Q otídicos são mantidos juntos em configuração helicoidal o 4· por ligações de hidrogênio (Tabela 9.8) e seus colaboradores. os átomos de carbono nos açúcares dos nucleotídios são numerados de 1' a 5' para distingui-los dos átomos de carbono nas bases. Cada uma das duas cadeias polinucleotídicas em uma Citosina dupla hélice consiste em uma sequência de nucleotídios unidos por ligações fosfodiéster. Note que o polinucleotídio mostrado tem H 3· 2 H polaridade química no sentido 5' (em cima) para 3' (embaixo) porque H cada ligação fosfodiéster une o carbono 5' da 2' -desoxirribose de um 3' OH nucleotídio ao carbono 3' da 2' -desoxirribose do nucleotídio adjacen- Extremidade 3' te. como os degraus de uma escada espiral (Fi- o gura 9. nos dados o 4· l' de difração de raios X de Wilkins e Franklin. o--P-0-CH2 Q li Com base nos dados químicos de Chargaff. Crick e o Wilkins receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Me- s· 1 o--ri-o-cH2 0 dicina de 1962 pelo modelo de dupla hélice. Rosalind Franklin NH 2 (Figura 9. associando desoxirribo- o ses adjacentes (Tabela 9. dTMP desoxicitidina._ .6 Estruturas dos quatro desoxirribonucleotídios comuns presentes no DNA. Franklin teve morte prematura (aos 37 anos de idade) o 4· em 1958.9) Extremidade 5' apresentados por Maurice Wilkins... os pares de bases resultantes são em- H 3· 2 H pilhados entre as duas cadeias perpendiculares ao eixo H da molécula.. e não há concessão póstuma do Prêmio Nobel. com subestruturas repetidas a intervalos de 0. .200 Fundamentos de Genética Nucleotídios pirimidínicos Nucleotídios purínicos o o H""'-.2) entre bases em filamentos opostos. Infelizmen- te.10). Watson. dCMP desoxiadenosina.2). Os o--P-0-CH2 li e nucleotídios em cadeias de polinucleotídios são unidos por ligações o 4· l' fosfodiéster (C-O-P-0-C). 6 N N0 3 5 H I~ H""'--NA 3 5 4_. 1 5.. Watson e Crick H propuseram que o D NA é uma hélice dupla dextrógira na 5' Ti mina qual as duas cadeias polinucleotídicas são espiraladas ao redor uma da outra (Figura 9.. e nas infe- o rências a partir da construção do modelo. Portanto.. A cadeia de o tetranucleotídios mostrada é uma cadeia de DNA que contém o açú- 1 s· car 2' -desoxirribose.. 4· i· 1 -o s· 4· l' -o 4· i· 3· 2 3· 2 3· 2 3· 2 OH OH OH OH Monofosfato de Monofosfato de Monofosfato de Monofosfato de desoxitimidina.34 nanômetro (1 nm = 10-9 metro) ao o longo do eixo da molécula.. Esses dados in- dicaram que o DNA era uma estrutura bifilamentar.~H N/ OÁ N H 1 6 O 1 N o o H o li H 11 li 11 -0-P-O-CH 2 n -0-P-O-CH2 e -o-P-O-CH2 Q -o-P-O-CH2 G 1 s· " s· -o 1 4· -o 1 5. O pareamento de bases é específico: adenina HN 1 6 5 N 7) H2N~~ 9 8 Guanina 4 N • FIGURA 9. Os átomos de carbono e nitrogênio nos anéis das bases são numerados de 1 a 6 (pirimidinas) e de 1 a 9 (purinas). As cadeias de RNA contêm o açúcar ribose. dGMP • FIGURA 9.7 Estrutura de uma cadeia polinucleotídica. ção de raios X sobre a estrutura do DNA (Figura 9. Portanto.10). Adenina altamente organizada. James Watson e Rosalind Franklin (em sentido horário a partir de cima à esquerda} .00 fvficrococcus lysodeikticus 14. Tabela 9.6 24.4 32.7 1.99 1. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 201 • FIGURA 9.9 19.6 1. 1 14.6 32.4 37.8 Os quatro protagonistas principais .00 2.5 24. Eucariotos Saccharomyces cerevisiae 31.01 1.32 Ili.53 .2 34.2 29.7 35.3 17.8 1.9 1.na descoberta da estrutura em dupla hélice do DNA.3 1.2 19.39 Ramibacterium ramosum 35.9 15.36 li.8 0.08 Bacteriófago T2 32.3 25.06 0.7 18.7 19.8 1.1 Composição de bases do DNA de vários organismos.0 23.6 18.3 34.8 24. Maurice Wilkins.6 13.00 1. Bactérias Escherichia coli 26.3 1. 1 16.9 25.88 Herpes simples 13.5 1 Homo sapiens (ser humano) 30.00 1.6 30.6 20.8 37.2 23.04 Drosophila melanogaster 30.07 0.4 1.03 1.01 1. Razões molares A+G A+T Espécie % de adenina % de guanina % de citosina % de timina T+C G+C /.80 Zea mavs (milho) 25.04 1.6 25.Francis Crick.0 24.6 12.6 1.Vírus Bacteriófago À 26. 9 Fotografia do padrão de difração de raios X obtido com DNA. e guanina e • FIGURA 9.. •• • • Os pares de bases empilhados formam um centro hidrofóbico.e: H-0 H C-H C-0 .4 nm estrutura helicoidal..I H• ••••O:.._.... (a) Ligações covalentes (e} "Ligações hidrofóbicas" Ligações químicas fortes por compartilhamento de Associação de grupos apoiares entre si quando presentes elétrons entre átomos.--------. N.• 1 o• H o.1 Substâncias também polares ••••••• :e · .... e 5· da : 1 : e 3' da 2 '-desoxirribose +0 .. --~ (b} Ligações de hidrogênio Ligação fraca entre um átomo eletronegativo e um átomo de hidrogênio (eletropositivo} unido por ligação covalente a um segundo átomo eletronegativo... ..--. todos os pares de bases são constituídos de uma pu- rina e uma pirimidina........_ .o• são muito solúveis em água ("hidrofíl ica s").2 Ligações químicas importantes na estrutura do DNA.34 nm das bases em suas configurações normais (Figura 9. em soluções aquosas em razão da sua insolubilidade (1) Em bases e açúcares em água.11 ).. Centro hidrofóbico . · -----~----- ..-. -·: .. sempre com timina....202 Fundamentos de Genética 3' 5' • FIGURA 9.. N-:H· · · · ·N .. P. ~ ... • ----..... ------ o---·.10 Diagrama da estrutura de dupla hélice do DNA... o• o· V 1-------..... ... 0-H Elétrons compartilhados o• 0-H Substâncias apoiares (sem grupos N-H 1 carregados) são muito insolúveis H o• em água ("hidrofóbicas"}... C-N o• o... . e guanina sempre com citosina. O padrão cruciforme central indica que a molécula de DNA tem 3... (2) Em ligações fosfodiéster ...O + 2'-desoxirribose : 11 : : • o -·: •.... Em suas configurações estruturais comuns.. A especificidade do pareamento de bases resulta da capacidade de ligação ao hidrogênio 0...... .. . .--. As- sim. ir o• :e- • e: ••••••• 0-H As moléculas de água são muito polares (0 ô-e H ô+). adenina e ti- mina formam duas ligações de hidrogênio. Tabela 9. t.. e as bandas escuras nas partes superior e inferior indicam que as bases estão empilhadas perpendicu larmente ao eixo da molécula com periodicidade de 0..34 nm.. ido: Cálculo do conteúdo de bases no DNA). não há rea l pareamento de bases. to de bases A:T e G:C como no DNA bifi lamentar. citosina formam três ligações de hidrogê11io. torna o DNA excepcionalmente .. O pareamento de bases no DNA. filamentos de uma dupla hélice de DNA são. não é possível prever a proporção par com a timina no filamento complementar. a adenina de um fi lamento sempre faz pareamento de bases. se 33% das O DNA genômico unifilamentar foi isolado do bacteriófago bases são guaninas. metade é A e a outra metade é terminar que porcentagem das bases no DNA no vírion <t>X174 cor- T. ---. é possível No DNA genômico bifilamentar de M. Logo. tuberculosis lamento está unida. a uma T no filamento correspondia a resíduos de adenina? complementar. não há estrito 1. é possível de. Quando se conhece a sequência de bases de um dos complementares. 66% das bases são G e C e que 34% (100 . é determinado pelo potencial de ligação de hidrogênio das bases. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 203 Polaridades opostas dos dois filamentos Ligação de hidrogênio nos pares de bases A-T e G-C 5· 3· ' Timina p o " " " s " " . Como A sempre faz par com T. e a análise química mostrou que 33% das bases ANÁLISE E SOLUÇÃO no DNA eram resíduos guanina. No DNA bifilamentar.66%) das bases são A e T. p Ade nina p . dois filameritos da dupla hélice. Os dois estruturais comuns. cada A de um fi- determinar que porcentagem das bases no DNA de M. 2. e a guanina de resíduos de adenina no DNA com base na proporção de citosi- de um filamento sempre faz par com a citosina no outro fi- nas. " " s "" " 3· "" p p p HO 3· 5· • FIGURA 9.- RESOLVIDO 11 Cálculo do conteúdo de bases no DNA PROBLEMA mação de estruturas em grampo. portanto.. Com base nessa informação. A ligação de nhece a sequência de bases do outro filamento por causa hidrogênio i1ão é possível entre citosina e ade11i11a nem do pareamento específico de bases (ver Problema Resol- entre timina e guanina quando elas estão em seus estados . tuberculosis respondia a adeninas? são adeninas..Assim. e a análise química mostrou que 22% das bases no DNA de <l>X17 4 eram citosinas.7) dos dois filamentos e da ligação de hidrogênio entre timina (T) e adenina (A) e entre citosina (C) e guanina (G). com for- .. Na verdade. 3· s p 5· s s 5· p -------. No DNA unifilamentar. T com A e C com G. 17% (34% x 1/2) das bases no DNA de M. rium tuberculosis. 33% das bases são citosinas. apenas o pareamento esporádico entre bases no único fi lamento de DNA. Dada essa informação. FATOS E CONCEITOS No DNA unifilamentar de bacteriófago <t>X174. e o mesmo acontece entre G e e. a complementaridade dos filamentos de uma dupla hélice de DNA. . Essa propriedade. Há al. não é possível sequer prever a porcentagem de lamento. Isso significa que <l>X174. Portanto. mas não há estrito pareamen- O DNA genômico bifilamentar foi isolado da bactéria Mycobacte. -. também se co. como o DNA no vírion <l>X17 4.11 Ilustração de uma dupla hélice de DNA mostrando a polaridade química oposta (Figura 9. tuberculosis.. adeninas com base na porcentagem de timinas no DNA unifilamen- tar. por ligação de hidrogênio. gum pareamento entre bases dos fi lamentos simples. S = açúcar 2-desoxirribose. P = um grupo fosfato. ao sulco menor. O DNA.com. Leia Resol. Os pares de bases no DNA são empilhados. As estruturas das moléculas de DNA variam em fu11- ção do ambiente.10). Ao contrá- rio. como em pares de bases o B-DNA. em média. é muito mais largo solubilidade em água. Em altas concentrações de sais ou em estado de desidratação parcial. em parte. o DNA existe Q = Carbono e nitrogênio =Fósforo na forma de A-DNA. 10. Os arcabouços do DNA bifilamentar de açúcar-fosfato dos dois filamentos compleme11tares são antiparalelos (Figura 9. é o comprimento desse segmento do gene HBB quando presen- A estabilidade das hélices duplas de DNA é conse. em parte.grupogen. A grande maioria empilhados das moléculas de DNA prese11tes no protoplasma aquoso Sulco das células vivas existe na conformação B. A diferença entre o sulco bases empilhados contribui bastante para a estabilidade maior e o sulco menor é importante quando se exami- nam as interações entre DNA e proteí11as reguladoras da expressão gê11ica. com 10 pares de bases por \rolta Cite algumas características importantes (360 º) da dupla hélice (Figura 9. te em uma célula como DNA bifilamentar? Quantas moléculas quência.ra! Cite algu- 5' 3' mas características importantes do DNA bifilamentar e avalie a compreensão da estrutura do DNA. Algumas proteínas ligam-se ao sulco Centro de pares de bases empilhadas maior. O empilhame11to dos pares de bases é mais bem ilustrado por um modelo espacial da das moléculas de DNA presentes nos protoplasmas aquo- estrutura do DNA (Figura 9. O modelo espacial mostra também de bases são relativame11te apoiares e.4 pares de nucleotídios por volta. as ligações humano (que codifica a [3-globina) começa com a sequência fosfodiéster de um filamento vão de um carbo110 3' de nucleotídica S' -ATGGTGCATCTGACTCCTGAGGAGAAGTCT- um nucleotídio a um carbono 5' do i1ucleotídio adjace11. portanto. tendem que os dois sulcos de uma dupla hélice de DNA não são a ser hidrofóbicas (i11solúveis em água). o ce11tro hidrofóbico de pares de que o outro. dista11- tes cerca de 0. do grande número de ligações de hi. responden- Arcabouço do as pergu11tas. mas com 11 pares de nucleotídios por volta • FIGURA 9. o sulco maior. B-DNA é a conformação adquirida pelo Pares de DNA em condições fisiológicas (em soluções aquosas bases contendo baixa co11centração de sais). da ligação hidro- http://gen-io. as moléculas de DNA apresentam grande flexibilida- de de conformação.10.2). idênticos.34 nm.11).12 ). o sulco menor.12 Modelo espacial de uma dupla hélice de DNA. As faces pla11as dos pares sos das células vivas. A conformação exata de determi11ada molécula ou segmento de molécula de DNA depe11de da 5' 3' natureza das moléculas com as quais está interagindo. Um filamento de DNA na região codificante do gene HBB nal ao longo de uma dupla hélice de DNA. outras. transcrição e Qual é a polaridade química do filamento complementar? Qual recombinação do DNA.204 Fundamentos de Genética adequado para armazenar e transmitir informações genéticas de geração para geração (Capítulo 10).3). onde S' e 3' designam os átomos de carbono nos grupos te. de 2-desoxirribose existem nesse segmento de DNA? Quantas drogênio entre os pares de bases (embora cada ligação moléculas de pirimidina existem nesse segmento do gene HBB? de hidrogênio isoladame11te seja fraca. Portanto. maior rém. esse carbono 5' para um carbono 3'. Em \rista da in. Legenda: Na verdade. 0. com leitura da esquerda para a direita. O A-DNA é uma hélice dupla mais espessa e . fóbica (ou forças de empilhamento) entre pares de bases adjacentes (Tabela 9. Qual é a sequência nucleotídica do dos filamentos complementares de uma dupla hélice de filamento de DNA complementar nessa região do gene HBB? DNA tem papel importante na replicação. (Tabela 9. não é uma molécula estática e invariável. Essa "polaridade oposta" filamento de DNA tem polaridade química S' . muito mais fraca ~ Leia a resposta do problema no site que uma ligação covale11te) e. Em sentido unidirecio.br. que é uma hélice dextrógira. e não exatamente O = Hidrogênio O = Oxigênio =Carbono 10 como mostra a Figura 9. um deles.3'.34 nm de açúcar- fosfato ESTRUTURA DO DNA: FORMAS ALTERNATIVAS DA DUPLA HÉLICE Sulco menor A estrutura de dupla hélice de Watson e Crick descrita é chamada B-DNA.34 nm . enquanto no filamento complementar seguem de um 2-desoxirribose nas extremidades do filamento. 3'. po- 0. o B-DNA intracelular parece ter. mais curta com diâmetro de 2. Se girarmos a extremidade sentam outro nível muito importante de organização . . superespiralada surge quando há subenrolamento do B-DNA. fone em espiral ou a um anel elástico torcido (Figura 9. No entanto. o Z-DNA (Ta.3 Formas alternativas de DNA. helicoidal dupla levógira denominada Z-DNA (Z por cau- sa do zigue-zague dos arcabouços de açúcar-fosfato da es- trutura). com Algumas sequências de DNA existem em uma forma menos de uma volta da hélice para cada 10. • FIGURA 9. dade livre na direção oposta (para a esquerda). quando as moléculas de DNA participantes têm super-he- A super-helicoidização ocorre apenas em moléculas licoidização negativa. enquanto a outra extremidade va. culares de DNA presentes na maioria dos cromossomos bela 9. embaixo. E quase certo que as moléculas de DNA nunca existem como A-DNA in vivo.4 pares de bases. a super-helicoidização no DNA. fe- chada por ligação covalente.14). como as mitocôndrias. . Forma da Direção da Pares de bases Diâmetro da hélice hélice por volta hélice A Dextrógira 11 2. não é o mecanismo de dização causa o colapso de uma molécula de DNA em produção das super-hélices no DNA in vivo. e muitas funções papéis essenciais na replicação do DNA (Capítulo 10) e biológicas dos cromossomos só podem ser realizadas em outros processos. Além mesma maneira que são incorporadas às moléculas cir- da estrutura helicoidal levógira exclusiva. expressão gênica e regulação da expressão nelas eucarióticas. Existem graus semelhantes de super-helicoidiza- grandes moléculas lineares de DNA presentes em cro. analisando uma molécula circular de DNA. Essa super-helicoi. apre- removidas das moléculas de DNA por enzimas que têm sentam super-helicoidização negativa in vivo. As super-hélices são introduzidas em uma DNA (para a direita). Se clivarmos da não está clara.4 pares de bases por volta da hélice. enquanto mantemos NEGATIVAS IN VIVO fixa a outra extremidade.3 nm. será pro- mentares em uma extremidade são rodados ou torcidos duzida uma super-hélice (DNA superespiralado) negati- ao redor um do outro. . Embora essa seja a maneira mais simples de definir é mantida fixa e. nismo é discutido no Capítulo 1O.13 Comparação entre as estruturas relaxadas e negativa- lamento de RNA complementar) ou dúplex RNA-RNA mente superespiraladas de DNA. A estrutura relaxada é B-DNA com 10. As moléculas de DNA de quase todos os organismos. procar1ot1cos. lice na molécula (Figura 9. ou ambos. Se girarmos a extremi- filamentos. um filamento de uma dupla hélice de DNA circular. com extremidades fixas.1 µm filamento de DNA cujas bases formam pares com um fi. E claro que as extremidades das moléculas cir. de bases por volta. ção negativa nas moléculas de DNA presentes em cro- mossomos eucarióticos também são fixadas por ligações mossomos bacterianos e eucarióticos. tam arqueobactérias tem super-helicoidização positiva. (O DNA de alguns vírus que infec- de DNA. que não giram livre. A função do Z-DNA em células vivas ain. da contêm resíduos purinas e pirimidinas alternados. introduziremos uma super-hé- Todas as moléculas de DNA ativas em células vivas apre. As gênica. O Z-DNA foi descoberto por análise de difração espaçadas e nas extremidades aos componentes não de raios X de cristais formados por oligômeros de DNA DNA dos cromossomos. são fixas. Essas ligações possibilitam que contendo pares de bases G:C e C:G alternados.9 nm z Levógira 12 1. Há muitos dados indicativos de que a super-helicoidiza- culares de DNA (Figura 9.8 nm e um único Talvez seja mais fácil visualizar a super-helicoidização sulco profundo. e girarmos 360º (uma volta ESTRUTURA DO DNA 1 SUPER-HÉLICES completa) uma extremidade do filamento clivado em torno do filamento complementar. livre na mesma direção em que é girada a dupla hélice de a super-hélice. um diâmetro de 1. O Z-DNA enzimas introduzam super-hélices nas moléculas linea- está presente em hélices duplas que são ricas em G:C e res de DNA presentes em cromossomos eucarióticos. não gira. será produzida uma super-hélice molécula de DNA quando há clivagem de um de seus (DNA superespiralado) positiva. a conformação A-DNA é importante porque heterodúplex DNA-RNA (hélices duplas constituídas de 0.8 nm . e quando os filamentos comple.) mente. semelhante a um fio de tele. Esse meca- estrutura muito espiralada. A estrutura negativamente existem em estrutura muito semelhante in vivo. As super-hélices são introduzidas e desde os menores vírus até os maiores eucariotos. combinação. re- cromossomos procarióticos e nos cromossomos de orga.13) presentes na maioria dos ção negativa participa da replicação (Capítulo 10).13.3) difere das conformações A e B por ter 12 pares .3 nm B Dextrógira 10 1. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 205 Tabela 9. à direita). portanto. grande molécula de DNA presente em cada bactéria . covalente e relaxado cortado. uma rotação de 360º para a direita DNA fechado por ligação DNA circular. Os pro." que se refere não de cromossomos metabolicamente ativos ou funcio- especificamente ao número de cromossomos reduzidos nais. . o ge. dios são conhecidas em vários casos. a lhança com as moléculas isoladas de DNA viral e bacteria- molécula única de RNA no genoma do bacteriófago MS2 no observadas em micrografias eletrônicas. a maio- nizadas em domínios com super-helicoidização negativa.écula uni. mossomos eucarióticos era de cromossomos meióticos junto único de genes é armazenado em um só cromosso. contém uma só molécula de ácido estados cromossômicos metabolicamente inativos. Estrutura do cromossomo em rocariotos e vírus As moléculas de DNA de procariotos e vírus são orga.386 nucleotídios de comprimento que contém aproximadamente 1. eucariotos têm pouca semelhança morfológica com cro- nes.569 nucleotídios e contém 4 genes. mossomos na metáfase mitótica ou meiótica. . é preciso que a T2 e os poxvírus animais. de "cromossomos" procarióticos eram. O perímetro total da molécula circular de DNA pre- noma do bacteriófago <l>Xl 74 é uma molécula de DNA sente no cromossomo da bactéria Escherichia coli é de com 5.206 Fundamentos de Genética Extreí!lid~~e estacronana 11I Corte unifilamentar Giro de 360º Uma rotacão • de 360º para Corte de a esquerda. Como o diâmetro de uma 11 genes.500 µm. Bactérias como a E. Embora a estrut ura das super-hélices de DNA sej a ilustrada com mais clareza pelo mecanismo mostrado aqui. em contraste com os cromossomos eucar1ot. que os eucariotos.éculas de DNA funcionais nas células apresentam super-helicoidização negativa.500 genes. um filamento ligação União das Corte de um extremidades filamento.cos com suas foi obtida pelo estudo de procariontes. principalmente porque são menos complexos. ria em uma única molécula de DNA. mo que. têm pouca seme- completas dos genomas de muitos vírus. Essa ideia genético quanto bioquímico. Por exemplo.ementaridade dos dois filamentos de uma dupla hélice torna o DNA excepcional- mente adequado para armazenar e transmitir informações genéticas • Os dois filamentos de uma dupla hélice de DNA têm polaridades químicas opostas • ORNA geralmente é uma mo/. por sua vez. ou Os menores vírus de RNA conhecidos têm apenas três nucleoides (nucleoides. PONTOS ESSENCIAIS • O DNA geralmente é uma dupla hélice. em sua maioria. ra se sabe que os cromossomos procarióticos ativos. e (2) a maioria das fotografias publicadas de cro- nos gametas. como o bacteriófago célula de E. em vez de núcleos. as sequências completas de nucleotí.mais uma vez. confundir "monoploide" com "haploide. fechada por ligação covalente • FIGURA 9. coli é de apenas 1 a 2 µm.J. tanto do ponto de vista proteínas associadas e morfologia complexa.filamentos unidos por ligações de hidro- gênio entre as bases compkmentares: pareamento de adenina com timina e de guanina com citosina • Essa compl.) Na maioria dos vírus e procariotos. (Não se deve micrografias eletrônicas de moléculas de DNA isoladas. Os maiores vírus de DNA. No passado. o con.500 a 3. errada surgiu em parte porque (1) as imagens publicadas cariotos são monoploides (mono= um). com os dois. ou mitóticos altamente condensados . o método de sua produção in vivo é diferente (ver Capítulo 10).filamentar que contém uracila em vez de timina • As mo/. e são conhecidas as sequências de nucleotídios são envolvidos por membrana nuclear). cromossomos procarióticos eram fre- Grande parte das informações sobre a estrutura do DNA quentemente denominados "moléculas nuas de DNA". . Por exemplo. só têm um con. Mais uma vez. assim como é constituída de 3. Os os cromossomos em intérfase metabolicamente ativos de menores vírus de DNA conhecidos têm apenas 9 a 11 ge. porque não genes. relaxado Super-hélice negativa de DNA. junto de genes (uma cópia do genoma). coli têm 2. Ago- nucleico (RNA ou DNA).14 Definição visual de DNA superespiralado negativamente. contêm cerca de 150 genes. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 207 RNA clivado (e) Cromossomo parcialmente desespiralado . que pode ser (usados com frequência paralise das células) e mantidos parcialmente relaxado pelo tratamento com desoxirri- na presença de alta concentração de cátions como polia. Ao contrário dos grande parte desse DNA não contém genes.. pelo me- . e todas as alças não cortadas per- de um cromossomo bacteriano. a introdução de "cortes" unifilamenta- gativa do DNA. todos com super-helicoidização negativa Quando cromossomos de E.15 Diagrama da estrutura do estado ativo do cromossomo de E. No entanto. de DNA é ordens de magnitude maior.. têm várias có- eucarióticos têm estruturas exclusivas. .. Como a minas (pequenas proteínas básicas ou de carga positiva) super-helicoidização de cada domínio do cromossomo ou sal IM para neutralizar os grupos fosfato de carga ne.. Essa estrutura.. na Cromossomo (e) circular.RNA Digestão parcial independente por RNase de cada alça.15). é independente. Digestão parcial por DNase (a) Cromossomo (b)Cromossomo dobrado. independente (Figura 9. 30µm . colisão isolados por procedi. não dobrado verdade.. Embora os eucariotos tenham ape- nas 2 a 15 vezes mais genes que a E. a grande molécula de DNA em 50 a 100 alças.. Além disso. com tamanho comparável ao do nucleoide DNase que cliva o DNA em sítios internos só relaxa o DNA in vivo. um de cada geni- tor. alguns vegetais a meiose. 2µm .. procariotos. pois elimina a organização da molécula de DNA em No genoma dobrado. a quantidade Os genomas eucarióticos têm níveis de complexida. ou seja. os cro. é o estado ativo nos domínios cortados. manecem super-helicoidais. PONTOS ESSENCIAIS • As moléculas deDNA nos cromossomos de procariotos e vírus são organizadas em domínios com super-helicoidização negativa • Os cromossomos bacterianos contêm moléculas circulares de DNA divididas em aproximada- mente 50 domínios. . Os centrômeros e telômeros de cromossomos angiospermas são poliploides. Estrutura do cromossomo em eucariotos Os cromossomos eucarióticos contêm enormes molécu. Como discutimos no Capítulo 6. com las de DNA altamente condensadas durante a mitose e dois conjuntos completos de genes. o tratamento com RNase não um cromossomo de E. coli. esteja altamente condensada (dobrada ou espiralada). pias do genoma. mínios ou alças. a maioria dos eucariotos é diploide. A destruição dos conectores mossomos intracelulares ativos de vírus bacterianos são de RNA pela RNase desdobra parcialmente o genoma do- muito semelhantes aos genomas de bactérias. brado. . bonuclease (DNase) ou ribonuclease (RNase). com 40 a 50 alças dobrado super-helicoidal DNA cortado Cromossomo (d) DNA parcialmente desespiralado cortado • FIGURA 9. Tanto o RNA quanto as proteí- mentos cuidadosos sem emprego de detergentes iônicos nas são componentes do genoma dobrado.. coli. os cromossomos se mantêm altamente res no DNA por tratamento dos cromossomos com uma condensados. de não encontrados em procariotos. o genoma dobrado. Embora menores. coli é organizada em 50 a 100 dír afeta a super-helicoidização dos domínios do cromossomo. Estão presentes na cromatina de ideia de que são importantes na estrutura da cromatina todos os eucariotos em quantidade equivalente à quanti. coli tem perímetro total de 1. - prox1mas seçoes.16). a análise química.5 nm de raios X da cromatina isolada (o complexo de DNA. As histonas foram muito . . e cada cromossomo contém não histônicas \ \ 15 a 85 mm de DNA.000 µm) de DNA no maior cromos- conteúdo nuclear total. Existem algu.208 Fundamentos de Genética nos não genes codificadores de proteínas ou molécu- las de RNA. denominados Hl. como será analisado adiante. Os cinco tipos de histona estão presentes em propor- COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE ções molares de aproximadamente 1 Hl :2 H2a:2 H2b:2 CROMOSSOMOS EUCARIÓTICOS H3:2 H 4. Proteínas nhos e formatos variáveis. As histonas duais. Lembre-se de que o \ cromossomo de E. turais básicas da cromatina.5 mm. pode aumentar ou diminuir o nível de tonas. t ina (seta tracej ada). proteí. As to. H2a. porém. 1 1 ONA somos. Em vez disso. esse metro \ \ de DNA é subdividido entre 23 cromossomos de tama. com o DNA. pecíficos com o DNA e produzem as subunidades estru- veis à microscopia óptica. Esses cinco principais tipos de his.16 Composição química da cromatina em função do Como os 85 mm (85.5 µm de diâmetro e nicas presentes depende do procedimento usado para isolar a croma- 10 µm de comprimento? Quais são as estruturas dos cro. ou genoma. altura) chamadas nucleossomos. mas a quantidade de proteínas não histô- metáfase mitótica com cerca de 0.000 mm de DNA (ou cerca de \ \ 2. o que. Agora considere que o complemen. por sua vez. sobre a estrutura dos cromossomos eucarióticos. Essa relação sugere uma interação entre inespecífica na regulação da expressão gênica. modificações químicas histonas de todos os vegetais e animais constam de cinco das histonas podem alterar a estrutura do cromossomo.. de nucleoproteína. contas elipsoides pequenas a microscopia eletrônica e os estudos de difração com (aproximadamente 11 nm de diâmetro por 6. como R~A esse DNA também está empacotado em vários cromos. e cada cromossomo está presente em duas cópias 1 1 (diploides) ou mais (poliploides). ação das histonas como policátions. No entan- as histonas e o DNA que é conservada em eucariotos.quatro dos cinco tipos isolados dos núcleos) proporcionaram informações úteis de histonas são semelhantes em todos os eucariotos. Já a fração de proteínas não histônicas da cromatina mas exceções. sentes em quase todos os tipos celulares. sobretudo em alguns gametas masculinos. expressão de genes localizados na cromatina modificada. H2b. O conteúdo de DNA e histona da cromatina somo humano são condensados em uma estrutura da é relativamente constante. coletiva. observa-se um aglomerado irregular são básicas porque contêm 20 a 30% de arginina e lisina. A análise química da cromatina iso. • • • A nas cromossom1cas e outros constituintes cromossom1cos • conservadas durante a evolução . em todos os tipos celulares de um organismo e até mes- As histonas desempenham um papel estrutural im. mossomos interfásicos metabolicamente ativos? As res- postas de algumas dessas questões são apresentadas nas . isto é. não têm carga em pH 7. são básicas e outras são ácidas. estão pre. H3 e H4 mente denominadas proteínas cromossômicas não histônicas. em sua fatos de carga negativa. de um ser hu. Os procariotos têm uma molécula de DNA por cromossomo ou muitas? Caso sejam muitas. cromatínicos \ mano contém cerca de 1. Constituintes l nucleares não Histonas to cromossômico haploide. os geneticistas tinham \ poucas informações sobre a organização desse DNA nos cromossomos. dois aminoácidos de carga positiva (ver Figura 12. A maioria dos 20 aminoácidos nas proteínas tem carga Quando a cromatina é isolada dos núcleos interfási. A notável constância das histonas H2a. A maioria dos eucariotos não só contém muitas vezes 1 a quantidade de DNA existente em procariotos. mo em espécies muito divergentes é compatível com a portante na cromatina. é constituída de um grande número de proteínas hete- . Quatro dos cinco tipos formam complexos es- Os cromossomos interfásicos geralmente não são visí. 1 1 ou cerca de 1. H2b.1).500 µm. Além disso. maioria ácidas (carga negativa em pH neutro). que é polianiônico em razão dos grupos fos- tonas e (2) um grupo heterogêneo de proteínas. (empacotamento do DNA) e têm participação apenas dade de DNA. nas quais as histonas são substituídas por outra classe de proteínas básicas pequenas denominadas protaminas. como é a organização das moléculas em relação umas às outras? • FIGURA 9. cies. Os lada mostra que é constituída principalmente de DNA e grupos -NH3+ expostos de arginina e lisina possibilitam a proteínas com menor quantidade de RNA (Figura 9. neutra. Os grupos laterais de As proteínas são de duas classes principais: (1) proteínas carga positiva nas histonas são importantes na interação básicas (carga positiva em pH neutro) denominadas his. No passado. classes de proteínas.000 mm por célula diploide). H3 e H4. No entanto. não é possível reconhecer os cromossomos indivi. Algumas espé- cos.. Existem Centro do nucleossomo. Como todo vadas por microscopia eletrônica (Figura 9. . A estrutura . essa molécula de comprimento. .17A). os ligadores. . supostamente as contas obser- que tem apenas 1a10 µm de comprimento. que se acredita ser uma molécula gigante. dentro esse DNA é condensado nos cromossomos compactos das quais o DNA é empacotado em uma forma resistente presentes durante a mitose e a meiose? As muitas molé.cos e mitot. nos cromossomos. cleotídicas individuais de DNA.praticamen- dobrada) no cromossomo.. De alguma maneira. (B) da subestrutura de contas em um cordão dos nucleossomos na cro- gação do material genético durante as divisões celu.l 7A). Essa "conta" ou subunidade de culas de DNA seguem paralelas por todo o cromossomo cromatina é denominada nucleossomo. A digestão POR CROMOSSOMO parcial de cromatina por essas nucleases produziu frag- mentos de DNA em uma série de tamanhos variados Um cromossomo eucariótico típico contém 1 a 20 cm que eram múltiplos inteiros do menor fragmento. As histonas TRÊS NÍVEIS DE EMPACOTAMENTO protegem o segmento de DNA no centro do nucleosso- DO DNA EM CROMOSSOMOS mo contra a clivagem por endonucleases. essa molécula de DNA é empaco- tada em uma estrutura metafásica com diâmetro aproximado de 0.5 µm e comprimento aproxima- A do de 1O µm . ou nas uma dupla hélice de DNA que se estende de uma ex. Esses (104 a 2 X 105 µm) de DNA. nesse caso.. No entanto. Estudos fisicos EUCARIÓTICOS O maior cromossomo do genoma humano contém cerca de 85 mm (85. Depois da ampla de DNA que se estende de uma extremidade à outra do digestão por nuclease.) o DNA com comprimento aproximado de 200 pares de Atualmente há dados consideráveis indicativos de que nucleotídios é associado a cada nucleossomo (produzido cada cromossomo contém uma única molécula gigante por clivagem de cada região ligadora). formando uma fibra genes que estão sendo expressos é diferente do em.. Assim.n-n. esse DNA é empacotado em um cromossomo estrutura com repetições. . "filamento" Após digestão parcial do DNA na cromatina por uma refere-se à dupla hélice de DNA. . Essa estrutura resistente à nuclease é de- DNA gigante está altamente condensada (espiralada e nominada cerne do nucleossomo. a composição da fração de proteí.uma condensação de quase 104 vezes Nucleossomos 50nrn entre o comprimento da molécula de DNA desnu- ~ .000 µm ou 8. Que B um octâmero de histonas outros níveis de condensação ocorrem nessas estru.J.é constituída de um trecho de DNA com 146 pares de nucleotídios e de duas molé- culas de cada histona H2a. cromossomos meiot. não às cadeias polinu. . Em vez disso. à nuclease ( Figura 9.5 X 107 nm) de DNA. • FIGURA 9. de DNA enrolados em de 8 a 114 pares 13/ 4 volta em torno de de nucleotídios condensados que os cromossomos interfásicos. Outros dados sobre o empacotamen- to periódico e regular de DNA vieram de estudos sobre UMA GRANDE MOLÉCULA DE DNA a digestão da cromatina por várias nucleases. filamentos de DNA entre os nucleossomos de DNA. endonuclease (enzima que cliva o DNA internamente). condensada de 11 nm.o modelo uninêmico suscetíveis ao ataque da nuclease. H3 e H 4. os DNA ligadores prova- lares? O empacotamento das sequências de DNA de velmente estão entrelaçados com os nucleossomos. são tremidade à outra do cromossomo . Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 209 rogêneas. do e o cromossomo metafásico. ln vivo.o modelo multinêmico ou "multifilamentar" . matina isolada de núcleos em intérfase.ou há ape. 178). De acordo com o .17 Micrografia eletrônica (A) e ilustração em baixa resolução turas especiais destinadas a garantir a correta segre.J. pacotamento de genes que não estão sendo expressos? nas cromossômicas não histônicas varia muito entre os Vamos investigar alguns dados que estabelecem a existên- diferentes tipos celulares do mesmo organismo.5 nm de comprimento) unidas por filamentos finos (Figura 9. Como ocorre essa } 11 nm condensação? Que componentes dos cromossomos participam dos processos de empacotamento? Existe um método universal de empacotamento? ..cos sao muito mais . resta em cada nucleossomo um cromossomo passando pelo centrômero.. segmento de DNA com 146 pares de nucleotídios de como discutimos na seção anterior. Além disso. cujo diferentes níveis de empacotamento? E claro que os 146 pares de nucleotídios comprimento varia . DNA ligador. conceito atual de estrutura da cromatina. cas não têm papéis decisivos no empacotamento de DNA O exame ao microscópio eletrônico da cromatina iso- nos cromossomos. é provável que sejam lada de células em intérfase mostra que é constituída de candidatas a papéis na regulação da expressão de genes uma série de contas elipsoides (cerca de 11 nm de diâ- ou conjuntos de genes específicos. te invariável em eucariotos . ou unifilamentar? (Observe que. metro e 6. Durante a metáfase da meio- resultados são bem explicados se a cromatina tiver uma se e mitose. H2b. cia de três níveis diferentes de empacotamento de DNA provavelmente as proteínas cromossômicas não histôni. sições relativas da super-hélice de DNA e das histonas.188). respectivamente. vermelho. que uma molécula de histona H1 estabilize todo o nucleossomo. Cerne do nucleossomo Octâmero de histonas 2 H2a + 2 H2b + 2 H3 + 2 H4 14&1 par de nucleotídios ~ 2nm A l ll par de nucleotídios A 11 nm B Nucleossomo completo Octâmero de histonas Histona Hl DNA com comprimento ae e B 166 pares de nucleotídios • FIGURA 9.19 Estrutura do cerne do nucleossomo com base em es- • FIGURA 9. O cerne do nucleossomo con. que mostra com mais clareza as po- moléculas de cada histona: H2a. com apenas oito pares de nucleotídios. H2b.18B). Os filamentos pleto tem 166 pares de nucleotídios que formam quase duas voltas complementares de DNA são mostrados em marrom e verde. e longos. DNA ligador e proteínas cro. Acredita-se histonas H2a.19A e B). macromolecular do cerne do nucleossomo é mostrada ao longo do tém 146 pares de nucleotídios enrolados em 1. e as da super-hélice de DNA ao redor do octâmero de histona. H2b. aumentando a estabilidade do nu- externa da estrutura (Figura 9.A composição somo e do (B) nucleossomo completo.28 nm. H3 e H4 são mostradas em amarelo. tudos de difração de raios X com resolução de 0. Há relatos de ligadores curtos.65 volta de uma super-hélice ao redor da O mapa de alta resolução do cerne do nucleossomo pro- parte externa de um octâmero de histonas (Figura 9. As interações entre as várias moléculas de his- ligador varia de acordo com a espécie e com o tipo celu.28 nm por difração com raios X. todos estabiliza.65 volta de DNA em eixo da super-hélice (A) ou perpendicular a ele (B). H3 e H4.210 Fundamentos de Genética (difração por raios X e análises semelhantes) de cristais A estrutura do centro do nucleossomo foi determina- do centro do nucleossomo mostraram que o DNA é en. negativa de DNA ( Figura 9. azul e verde. O tamanho do DNA cleossomo. duzido mostra a localização precisa das oito moléculas de A subunidade de cromatina completa é composta de histonas e os 146 pares de nucleotídios da super-hélice cerne do nucleossomo.18A). da com resolução de 0.18 Ilustrações da estrutura total do (A) cerne do nucleos. O nucleossomo com. Alguns segmentos mossômicas não histônicas associadas. com até 114 pares de nucleo- tídios. terminais das histonas passam sobre e entre as voltas da dos pela ligação de uma molécula de histona Hl à parte super-hélice de DNA. Os dados sugerem que o nucleossomo completo (ao contrário do cerne do nucleossomo) contém duas voltas completas de super-hélice do DNA (um trecho de DNA com 166 pares de nucleotídios de comprimento) na superfície do octâmero de histonas e a estabilização dessa estrutura pela ligação de uma molécula de histona Hl (Figura 9. (C) Ilustração da super-hélice negativa em torno de um octâmero de histonas .duas estrutura de meio nucleossomo. . rolado como 1. tonas e entre as histonas e o DNA são mais claras na estru- lar. ra observada na metáfase? Infelizmente. quantos nucleossomos existirão nesse dos cromossomos na ai1áfase. Há evidêi1cias de que a . Mas quais são os detalhes dessa relação entre estrutura e função? As caudas de algumas moléculas de histona salientam-se do nucleossomo e são ..754 pares de nucleo.21C ) e o zigue-zague (Figura 9.21 D). até agora não há resposta clara para essa pergunta.913. de 30 nm. . haja entrelaçamento das moléculas de DNA de diferentes cleossomos e o DNA ligador médio entre nucleossomos tiver cromossomos e consequente quebra durante a separação 50 pares de nucleotíd ios.218). O componente estrutural básico da cromatii1a eucarió- tica é o nucleossomo..rel e depei1de dos procedimentos usados.ra!: Quantos nucleossomos há em um cromossomo X humano? para a\raliar seu conhe- cimento sobre a estrutura do nucleossomo. O acréscimo des- ses grupos pode modificar o nível de expressão de genes empacotados em i1ucleossomos que contêm as histonas modificadas (Capítulo 19). a estrutura dessas fibras parece dados disponíveis indicam que cada cromátide tem uma fibra grande muito variá. fica claro que a microscopia óptica só permite ver as regiões em que essas fibras de 30 nm estão densamente empaco- tadas ou condei1sadas. quando a cromatina 100 nm em intérfase é isolada por meio de procedimentos mui- • FIGURA 9. altamente espiralada ou dobrada. O que é certo é que a estrutura da cromatii1a não é estática. Os cromossomos metafásicos são os mais condensados Quantos nucleossomos há em um dos cromossomos eucarióticos i1ormais. zigue-zague ou ambas. seção anterior. há clara interação entre os nucleossomos para Qual é a subestrutura da fibra de 30 nm obsenrada condensar os i1ucleossomos de 11 nm em fibras de cro- em cromossomos? Os dois modelos mais populares são matina de 30 i1m. . Mas como ~ Leia a resposta do problema no site essas fibras de 30 nm condensam-se ainda mais na estrutu- http://gen-io.. . Na verdade. ln vivo. obsenram-se menos estruturas em "zigue-zague" densamei1te empacotadas i1as fibras de o solenoide ( Figura 9. o cromossomo X humano? papel desses cromossomos altamei1te coi1densados é or- Segundo o banco de dados Entrez Genome do National Cen- gai1izar e empacotar as moléculas de DNA gigantes dos ter for Biotechnology lnformation. Essas fibras Fibra de de cromatina têm diâmetro médio de 30 nm.21A). Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 211 .. Aii1da não se sabe ao certo se a estru- tura é solenoide. a segregação entre os núcleos das células-filhas sem que tídios. acessiveis as enzimas que acrescentam e retiram grupos químicos como metila (-CH3 ) e acetila.19C). Conforme observamos na cromossomo durante a intérfase? Quantas moléculas de histo. tura de metade do ceri1e do nucleossomo (Figura 9.grupogen. dependendo das coi1dições. Se o DNA desse cromossomo for organizado em nu. Quai1do se cromatina comparam as estruturas observadas por microscopia ópti.com.. também é constituída de fibras de 30 nm humano mostrando a presença de fibras de cromatina de 30 nm.20). que coi1tém apenas 73 pares de nucleotídios de DNA super-helicoidal. o primeiro cromossomo X cromossomos eucarióticos em estruturas que facilitem humano sequenciado continha 154. a cromatina pode se expandir e contrair em resposta a modificações químicas da histona Hl e às caudas da histona que se salientam dos nucleossomos. de30nm ca e eletrônica durante os estágios iniciais da meiose.. Leia Resol. a unidade estrutural básica do cromosso- na H3 existirão nesse cromossomo X? mo metafásico é a fibra de cromatina de 30 nm. . Contudo.20 Micrografia eletrônica de um cromossomo metafásico to delicados. Os ( Figura 9. Quando observadas por microscopia crioeletrôi1ica (mi- croscopia que usa cromatina congelada rapidamente em vez de cromatina fixada).br. Mas as estruturas de todos os nucle- ossomos são iguais? Qual é o e\rentual papel da estrutura do nucleossomo na expressão gênica e regulação da ex- pressão gênica? Sabe-se que a estrutura dos nucleossomos i1as regiões de cromatii1a com atividade de trai1scrição é diferente da estrutura dos nucleossomos em regiões sem atividade de transcrição. Sem dúvida. 30 nm (Figura 9. As micrografias eletrônicas de cromossomos metafási- cos isolados mostram massas de fibras irregulares dei1sa- mente espiraladas ou dobradas (Figura 9. ou cerne central. CENTRÔMEROS E TELÔMEROS Em resumo. segmentos das moléculas gigantes de DNA presentes me pool ou halo de DNA (Figura 9. 1. fuso a regiões específicas dos cromossomos. mais uma vez. duas de tos na anáfase dependem da ligação de microtúbulos do cada: H2a. da fibra do nucleossomo de 11 nm para produzir a O centrômero de um cromossomo em metáfase ge- fibra de cromatina de 30 nm. o conceito de uma molé- cula de DNA gigante por cromossomo. são necessários pelo menos três níveis de Conforme foi comentado no Capítulo 2. esse achado respalda. Como todos os centrômeros têm a mesma fun- super-helicoidização adicional da fibra do nucleosso. as proteínas cromossômicas não histônicas tringida (Figura 9. em cromossomos eucarióticos em domínios ou alças mossômico é constituído de proteínas cromossômicas não com super-helicoidização independente. anáfase única da mitose. as cromátides-irmãs de cada produzindo uma fibra de cromatina interfásica com cromossomo seguem para polos opostos do fuso e tor- 11 nm de diâmetro. Evidentemente. O segundo nível de condensação é o dobramento ou meros. estrutura total dos cromossomos metafásicos não depende da fibra de cromatina de 30 nm em cromossomos de histonas. de moléculas de DNA na micrografia da Figura 9. opostos do fuso meiótico durante a anáfase I da meiose.22. a produção de dois formam um esqueleto que participa da condensação centrômeros ativos é uma etapa essencial na transição da . Na verdade.212 Fundamentos de Genética Fibras de 30 nm Expandidas Contraídas 50 nrn 50 run 50nrn A Micrografia eletrônica B Micrografias crioeletrônicas C Modelo solenoide Expandida Contraída D Modelo zigue-zague • FIGURA 9. A histona Hl participa dessa super-helicoidização estruturais semelhantes. O primeiro nível de condensação é o empacotamento Da mesma maneira. os centrô- 2. durante a anáfase II da meiose e a do DNA em super-hélice negativa nos nucleossomos. O mecanismo histônicas.20). H3 e H4. Micrografias eletrônicas de cromossomos me. (C} De acor- do com um modelo popular. circundado por um enor. A estrutura das fibras de cromatina de 30 nm parece variar de acordo com os procedimentos usados para isolá-las e fotografá-las. Esse terceiro tafásicos isolados cujas histonas foram removidas mostram nível de condensação parece incluir a separação de um esqueleto. os dois cro- condensação para empacotar os 103 a 105 µm de DNA em mossomos homólogos (cada um deles contendo duas um cromossomo eucariótico em uma estrutura metafási. Esses movimen- de um octâmero de moléculas de histona. metafásicos densamente empacotados. que produz a fibra de cromatina de 30 cromossomos de uma espécie contenham componentes nm.expandida versus contraída . a fibra de 30 nm é produzida por helicoidização da fibra do nucleossomo de 11 nm em uma estrutura solenoide com seis nucleossomos por volta. Observe a ausência de extremidades aparentes desse terceiro nível de condensação é desconhecido. Esse esqueleto cro. ralmente pode ser reconhecido como uma região cons- 3. é natural que os centrômeros de diferentes mo de 11 nm. há participação nam-se cromossomos das células-filhas. ção básica. quando observada após criopreservação (congelamento rápido} sem fixação.22). H2b. a cromatina exige estrutura em zigue-zague cuja densidade .23 ).21 Micrografia eletrônica (A) e micrografias crioeletrônicas (B) de fibras de cromatina de 30 nm em cromossomos eucarióticos. Por fim. (D) No entanto. cromátides-irmãs) de cada par separam-se em polos ca com alguns micra de comprimento ( Figura 9.varia com a força iônica e com as modificações químicas das moléculas de histona. . • ' ~ . • . . . ~· ..: • • • • . • • i . .. . .23 Ilustração mostrando os diferentes níveis do empacotamento de DNA nos cromossomos. • I ..•..• . a molécula de DNA de 2 nm é condensada em nucleossomos de 11 nm. . • • .. .. • r· .22 Micrografia eletrônica de um cromossomo metafásico humano do qual as histonas foram removidas. Cromossomo metafásico Nucleossomos / Fibra de cromatina de 11 nm . Em seguida.helicoidais por meio da ligação aos esqueletos do cromossomo constitu ídos de proteínas cromossômicas não histônicas. .-. ..• < • --... Um enorme pool de DNA circunda um "esqueleto" central constituído de proteínas cromossômicas não histônicas. Observe também a ausência de extremidades das molécu las de DNA no halo de DNA que circunda o esqueleto. Observe que o esqueleto tem aproximadamente o mesmo formato do cromossomo metafásico antes da retirada das histonas.. que são ainda mais condensados em fibras de cromatina de 30 nm.' •1 : . .. ~.. . Primeiro... •• . as fibras de 30 nm são segregadas em domínios ou alças super..de 30 nm DNA de 2 nm \ • FIGURA 9. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 213 . >•' • • : ".. ' ' 2 µm • FIGURA 9. '• • .. ~ '· > ./ \ Molécula de --. mossomo para outro na mesma espec1e. e tem de haver um centrômero outras extremidades quebradas ou nativas. DNA e (3) facilitar a replicação das extremidades das mo- traram que um segmento de 450. em seres humanos e outros vertebrados é TTAGGG. os telômeros desempe- uma sequência com 171 pares de bases denominada se. os telô- tas vezes. Barbara McClin- incluem mamíferos.000 pares de bases do léculas lineares de DNA sem perda de material.000 repetições TTAGGG e encurtam aos poucos com a idade. . midades das moléculas (Capítulo 10). . Esse segmento é constituído ras exclusivas que incluem sequências nucleotídicas curtas principalmente de sequências satélites alfa. frequentemente em longas séries. ou extremidades dos cromossomos vegetal Arabidopsis thaliana é TTTAGGG. mas contém presentes como repetições em série. variem um pouco em diferentes espécies. Os fragmentos cromos. a repetição TTAGGG é altamente raios X . . denominados boxes CENP-B. que do clássico de cromossomos do milho. nham no mínimo três funções importantes. de um cro- as extremidades naturais dos cromossomos normais (ín.000 cópias de Qualquer que seja a estrutura. (2) impe- durante a centrifugação em gradiente de densidade (ver dir a fusão das extremidades com outras moléculas de Capítulo 10). Huntington Willard e colaboradores mos. ras especiais diferentes das extremidades produzidas por sômicos acêntricos geralmente são perdidos durante as quebra dos cromossomos. Os resultados ativo em cada cromossomo da célula-filha para evitar os de McClintock indicaram que os telômeros têm estrutu- efeitos danosos da não disjunção. Por exemplo. Na maioria das eucarióticos. os telômeros são constituídos de duas sequências de DNA especializa- das capazes de passar de um local para outro no geno- ma. Portanto. mas muito longas (50 a 500 bases) em seres humanos. manos.produzidos por quebra dos cromossomos com Em vertebrados. divisões mitótica e meiótica. Outras se. espécies. Em células so- máticas humanas normais (não cancerosas). Ver Apêndice C: Hibridização in situ. Já os telômeros de células da linhagem germinativa e células cancerosas não encurtam com a idade (ver Comprimento do telômero e envelhecimento em seres humanos no Capítulo 10).000 a 15. têm propriedades exclusivas. e ate no mesmo tegros) são estáveis e não exibem tendência de fusão a cromossomo em diferentes tipos celulares. plicação de moléculas lineares de DNA não possibilitam tra. turais . Embora as sequências sítios de ligação da proteína centromérica (CENP) inter. a sequência repetida Há várias décadas se sabe que os telômeros (do grego. e a do respectivamente). que significam "extremidade" e "parte". Cada centrômero de cromossomos hu. Em um estu- conservada. se todas as espécies. meros têm obrigatoriamente estruturas específicas que quências de DNA são encontradas muitas vezes inseridas facilitam sua replicação. foi identificada em mais de 100 espécies. anfibios e peixes. essas sequências são denominadas elementos genéticos transponíveis (ver Capítu- lo 17). Em D. Já telômeros varia de uma espécie para outra. repetição básica tem o padrão 5' T 1 -4~ 1 G 1 -8-3' em qua- tes são essenciais para a função do centrômero. Os telômeros de algumas espécies não são constituí- dos de repetições curtas em série do tipo descrito ante- riormente. por exemplo. As sequências repetidas ricas em guanina dos telômeros . A única característica em comum é a presença de a duplicação de ambos os filamentos de DNA nas extre- sequências de DNA específicas que são repetidas mui. O tock mostrou que as novas extremidades dos cromosso- número de cópias dessa unidade de repetição básica em mos quebrados são aderentes e tendem a se fundir. por exemplo. Eles têm de quência satélite alfa (às vezes "alfoide") (Figura 9. répteis.24). mostrou centes aos telômeros denominadas sequências associadas que os cromossomos de Drosophila sem extremidades na- a telômeros. enzima especial de replicação que resolva esse enigma. a unidade de postos. os telôme- ros geralmente contêm 500 a 3. Essas projeções • FIGURA 9.214 Fundamentos de Genética metáfase para a anáfase. que cunhou o termo telômero em 1938.não foram transmitidos à prole. ou é preciso que haja alguma nessas séries. aves.24 A localização das sequências de DNA satélites alfa são curtas ( 12 a 16 bases) em ciliados como Tetrahymena. Os dois componen. Tendo em vista sua mobilidade. As (1) impedir que desoxirribonucleases decomponham as sequências satélites formam bandas "satélites" distintas extremidades das moléculas lineares de DNA. centrômero do cromossomo X humano é suficiente para Os telômeros de cromossomos eucarióticos têm estrutu- a função do centrômero. contém 5. a do tews e meros. A maioria dos telômeros termina com uma região unifilamentar rica em G do filamento de DNA com a ex- 5 µm tremidade 3' (denominada projeção 3'). Outro motivo para supor que os telômeros têm estru- As estruturas dos centrômeros em vegetais e animais turas exclusivas é que os mecanismos conhecidos de re- multicelulares variam muito de uma espécie para ou. (amarelas) nos centrômeros de cromossomos humanos (vermelhos). há outras sequências de DNA repetitivas adja- Muller. melanogaster. Hermann J. protozoário Tetrahymena thermophila é TTGGGG. portanto. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 215 são capazes de formar estruturas ligadas por hidrogênio Trypanosoma brucei e do vegetal Pisum sativum (ervilha). deslocando o filamento equivalente (Figura 9. Protec. TRFl e TRF2 ligam-se a sequências do. um complexo DNA repetitivo. distintas daquelas produzidas pelo pareamento de bases Assim. resulta em vertebrados. . SEQUÊNCIAS REPETIDAS DE DNA Os telômeros de seres humanos e de algumas outras Os centrômeros e telômeros apresentados neste capítulo espécies formam estruturas denominadas alças t. contêm sequências repetidas de telômeros consecutivas formam essas estruturas especiais em solução. Os oligonucleotídios que dos telômeros da maioria das espécies. A primeira demonstração do DNA repetitivo foi fei- A shelterina é constituída de seis proteínas diferentes. é provável que sejam componentes importantes no DNA de Watson e Crick. O DNA O DNA que contém essas sequências repetidas. essa banda DNA. como a E. longo período em solução de cloreto de césio (CsCl) 6M. TIN2 e TPP 1 fixam POT1 a TRF1 e TRF2 ligadas ao DNA. tion Of Telomeres 1. verdade.25 Modelo de telômero humano estabilizado pela formação de uma alça t recoberta por shelterina. A terminação 3 ' forma uma alça t por invasão de uma repetição telomérica na direção 5' (upstream) e pareamento com o filamento complementar. e a proteína Rapl associada a TRF2 ajuda a regular surge na posição em que a densidade do CsCl é igual à o comprimento dos telômeros. Quando o DNA de um procarioto. A densidade do recobrir todas as sequências repetidas bifilamentares do DNA aumenta com o conteúdo de G:C. TRF 1 e TRF2 são os fat ores 1 e 2 de ligação às repetições te- loméricas.25). ção e / ou modificação por processos de reparo do DNA. é um importante componente (15 a 80%) proteico telômero-específico. identificaram-se alças t nos telômeros de firme a associação entre as bases e. A proteína POT1 liga-se especificamente a repetições TTAGGG unifi lament ares deslocadas pela terminação 3' invasora do DNA telomérico. os cromossomos de eucariotos contêm muitas petição telomérica em direção 5' ( upstream) (TIAGGG sequências de DNA que são repetidas no complemento em mamíferos) e faz par com o filamento complementar. do ciliado Oxytricha fallax. é isola- tidas do telômero. às vezes até um m ilhão de vezes. chamado nessas alças t é protegido pela shelterina. nas contêm sequências de DNA repetidas muitas vezes. e a proteí- na Rap1 associada a TRF2 ajuda a regular o compriment o do telômero. Na maioria das células a densidade do DNA que contém cerca de 50% de pares de shelterina está presente em quantidade suficiente para bases A:T e 50% de pares de bases G:C. drogênio extra existente no par de bases G:C torna mais Até hoje. e ta por estudos com centrifugação do DNA eucariótico.MTCv"1v fV'\ 3' (MTCCC)n alça t (MTCCC)n • FIGURA 9. do protozoário densidade maior que a dos pares de bases A:T. coli. fragmentado e centrifugado em alta velocidade por repetidas bifilamentares. mas ainda não se sabe se elas existem in vivo. com algumas proteínas associadas (não mostradas).rf (TTAGGG)n 3'. A shelterina cont ém seis subunidades proteicas.TTAG l • 5 . dos genomas eucarióticos. As subunidades ção na posição em que sua densidade é igual à densidade TIN2 e TPPl fixam POTl a TRFl e TRF2 ligadas ao da solução de CsCl (Capítulo 10). Na E. Na quais o filamento único na terminação 3' invade uma re. cromossômico haploide. A centri- Shelterina Alça t TIN2 TPPl TRFl + Centrômero 5'. eles se ligam especificamente a sequências repet idas bifilamentares. e POTl (do inglês. proteção dos telômeros 1) liga-se o DNA forma uma banda única no tubo de centrifuga- a sequências repetidas unifilamentares. que atua contra degrada. A ligação de hi- telômero no complemento cromossômico. três delas se ligam especificamente às sequências repe. coli. as fibras de 30 nm são segregadas em domínios PM esquektos constituídos de proteínas cromossômicas não histônicas • Os centrômeros (regi. sugestivos de sua de renaturação do DNA é diretamente proporcional ao mobilidade. contém três DNA satélites dis. Outras sequências menos repetitivas mentares. que são ne- das e os filamentos complementares de DNA se separam.gante de DNA empacotada em contas elipsoides de 11 nm denominadas nucleossomos • Os cromossomos condensados presentes na mitose e na meiose e os cromossomos interfásicos isolados meticulosamente são compostos de fibras de cromatina de 30 nm • Na metáfase. mais rá. e projetos em curso de sequen- que significa "assistente" ou "subordinado") e o DNA ne. a velocidade nomes interessantes. não são se- de hidrogênio relativamente fracas entre bases comple. Até 80% do genoma pida é a renaturação e menor é o tempo necessário. As sequências de DNA repetido mais prevalentes são tuição de duplas hélices a partir dos filamentos simples elementos genéticos transponíveis. cessárias em grande quantidade e codificadas por vários Esse processo é denominado desnaturação.quanto maior é o número de cópias.entre 40 e número de cópias (o número de cópias da sequência no 50% . satell. passam de um local para outro em um cromossomo ou Se uma sequência de DNA for repetida muitas vezes. mossomos graças a procedimentos semelhantes aos expe- petida de sete pares de bases. Em D. o genoma de Drosophila virilis. genes. Esses elementos transponíveis naturação das sequências de DNA em genomas eucarió. equilíbrio nessas soluções de CsCl geralmente revela a em cromossomos eucarióticos. Se os filamen. sequências de DNA que complementares de DNA é a renaturação. hobo. Uma proporção muito maior . Por exem. Essas bandas pequenas de bre os diferentes tipos de sequências de DNA repetitivo DNA são denominadas bandas satélites (do latim. pogo e gypsy. Os recentes projetos de presença de uma grande banda principal de DNA e uma sequenciamento do genoma deram mais informações so- ou várias bandas pequenas. duplas hélices com pareamento das bases. Na verdade. Na verdade. como as proteínas ribossômicas e são aquecidas a quase lOOºC. veis ou sequências derivadas deles. ou se- a desnaturação produzirá grande quantidade de filamen. essas ligações são quebra. até mesmo para outro cromossomo (Capítulo 17).do genoma humano contém elementos transponí- genoma) . ção do DNA. tos simples complementares cuja renaturação é rápida.000 genomas). E possível identificar da Drosophila melanogaster. los 15 e 17. quências inativas derivadas de elementos transponíveis. melanogaster. de- eucariotos têm sequências repetitivas longas. Os genes que especificam RNA ribossômicos tam- tos únicos complementares de DNA forem resfriados bém são genes multicópias porque as células necessitam lentamente nas condições apropriadas. em genomas eucarióticos. Os dois filamentos de uma dupla hélice de As sequências mais repetidas em genomas eucarió- D NA são unidos por uma grande quantidade de ligações ticos não codificam proteínas. um parente distante futuro: O projeto 1. ou DNA repetitivo. as proteínas musculares actina e miosina.ões de fixação à fibra do fuso) e os tewmeros (terminações) dos cromosso- mos têm estruturas exclusivas que facilitam suas funções • Os genomas eucarióticos contêm sequências repetidas de DNA. Quando moléculas de DNA em solução aquosa codificam proteínas. nominado hibridização in situ. lidade de sequências em populações humanas (ver O ~ plo. PONTOS ESSENCIAIS • Cada cromossomo eucariótico contém uma molécula gi. quer transcritas.es. as sequências de de grande quantidade de RNA ribossômico para produ- bases complementares se encontrarão e reconstituirão as zir os ribossomos necessários à síntese proteica. Essa reconsti. dização in situ) . Os do milho pode consistir em elementos genéticos transpo- resultados das análises matemáticas da velocidade de re. caracterizaram-se cerca de 90 famílias mais célere que a renaturação de sequências presentes diferentes de elementos transponíveis. as localizações de diferentes sequências de DNA em cro- tintos. que receberam apenas uma vez no genoma. e algumas sequências estão presentes um milhão de vezes ou mais. filamentos identificados Muito do que sabemos sobre os tipos de sequências de DNA formam duplas hélices com DNA desnaturado repetidas de DNA nos cromossomos de várias espécies ainda presente nos cromossomos (ver Apêndice C: Hibri- eucarióticas foi resultado de experimentos de renatura. Outros DNA satélites em rimentos de renaturação descritos. níveis ou seus derivados. ciamento estão fornecendo informações sobre a variabi- las contido costuma ser designado DNA satélite.216 Fundamentos de Genética fugação de DNA de eucariotos até alcançar condições de ses de sequências repetidas de DNA. cada um deles constituído de uma sequência re. repetitivos são discutidos com mais detalhes nos Capítu- ticos sugeriram fortemente a presença de diferentes elas. Com esse método. . para identificar ou dis- mínimo 2. Resposta: Como os dois filamentos de uma dupla héli- do pela cultura de células em meio contendo o isó. Índia. pessoas (mãe. sucesso desse trabalho. Gâmbia de qualquer pessoa em um site mantido pelo National Center for ocidental. Em 2008. empreendimento iniciado em 2008 por uma associação pias dessas sequências é muito variável. genoma? Com que frequência? Os genomas do mesmo grupo an. mas não tem enxofre. Lima. Espanha. single nucleotide polymorphisms). 500 Genomas de origem sul-asiática: 100 genomas de cada artrite reumatoide. Já sabemos um pouco sobre certos tipos de variação no ge- soas de uma população? De populações diferentes? Es. o DNA pode ser marca. ual é o grau de variação da sequência de DNA em pes. O número de có- Genomas. tará nosso conhecimento da genética básica da saúde humana. Hyderabad. Esse conjunto de sequências um processo chamado análise do perfil de DNA (antes. e deteções. qual é a sequência do outro filamento? 31 P). o que as torna preciosas internacional de cientistas. Itália. obtiveram-se as sequências Finlândia. sobretudo as sequências de DNA curtas presentes sas questões estão sendo abordadas pelo Projeto 1. Quênia. Biotechnology lnformation. O objetivo do Projeto é sequenciar no em casos de identificação pessoal. Onde encontramos diferenças de sequência no cação de corpos depois de explosões. sequenciaram-se partes importantes dos genomas de 180 pessoas. e 61 genomas das regiões sudoeste variantes específicas de sequências a alelos que influenciam nossa dos EUA (com ascendência africana). Inglaterra e Escócia. 80 genomas de Jackson. bem como grandes variações estruturais no DNA. Outro uso será correlacionar (com ascendência africana). Toscana. impressão do genoma fornecerá informações detalhadas sobre a diversidade digital de DNA). Ho Chi Minh. As proteínas contêm com timina e guanina sempre pareada com citosi11a e11xofre (o isótopo comum é 32S) .500 genomas de 22 popu la- ções diferentes. 2010 com a tentativa de sequenciar 2. China. e na identifi- genética humana. tros tipos de enfermidades. Navrongo. as proteínas po- das proteínas tornam possível que os cientistas mar. Webuye. Em 2009. Porto Rico. Calcutá.rel deduzir a sequê11cia do segu11do fila- . Colômbia. por exemplo.doenças cardíacas. Se a sequência de um filamento de uma dupla hélice Resposta: O DNA contém fósforo (o isótopo comum é for ATCG.é possí. Blantyre. EUA. Índia.000 Genomas concentra-se em outros tipos de rentes grupos ancestrais? variação genética. O divíduos. cestra l estão mais próximos na sequência que os genomas de dife. Japão. Los Angeles (com ascendência mexicana). de mil regiões ricas em genes de 900 pessoas. Nigéria. Todos os dados reunidos no Projeto estão ao dispor 500 Genomas de origem oeste-africana: 100 genomas de cada um destes locais: lbadan. mais ticas entre diferentes populações humanas para compreender me- 79 genomas de Barbados.500 genomas de pessoas que representem grupos an. transtornos do comportamento e muitos ou- um destes locais: Assam. noma humano. Discutiremos o uso dessas sequências variáveis. inserções mas . Malauí. Índia.000 Genomas: distribuição mundial de genomas 2008-2009 para avaliar a viabilidade do plano e decidir a melhor selecionados maneira de alcançar os objetivos gerais. do inglês. China. colisões ou outras tragédias. e novas tecnologias aceleraram muito o sequenciamento Projeto espera identificar a maioria das variantes de sequências no genoma humano que ocorram em frequência mínima de 1%. dem ser marcadas pela cultura de células em meio quem uma ou outra dessas macromoléculas com co11tendo o isótopo radioativo do enxofre 35S. quência do DNA? Um emprego será o estudo das relações gené- Peru. o projeto principal iniciou-se em 2009 e Xishuangbanna. Que diferenças nas estruturas químicas do DNA e têm pouco. sul da China. Tabela 1 Três projetos-pi loto foram realizados no período de O Projeto 1. fósforo. único (SNP.adenina sempre pareada topo radioativo do fósforo 32P. Assim. Mississippi lhor quem somos e de onde viemos. Incentivado pelo 500 Genomas de origem leste-asiática: 100 genomas de cada um dest es locais: Pequim. Índia. pai e fi lho).cerca de 3 bi lhões de pares de nucleotídios . isto é. polimorfismos de nucleotídio Agora se conhecem as sequências quase completas dos geno. O Projeto 1. tornando possível alcançar os objetivos do Projeto 1. cestrais de todo o mundo (Tabela 1). Gana. mas geralme11te . em casos jurídicos e de paternidade. ou não têm. a longo prazo. o Projeto aumen- Mumbai. um isótopo radioativo? 2. Exercícios A~ligue a análise genética básica 1. ce são complementares . no Capítulo 16. e sequen- 500 Genomas de origem europeia: 100 genomas de cada um ciaram-se quase totalmente os genomas de duas famílias de três destes locais: Utah. 500 Genomas de origem americana e afro-americana: O que poderíamos fazer com essas informações sobre a se- 70 genomas de cada um destes locais: Medellín. suscetibilidade a doenças . Vietnã. Lahore. Paquistão. tinguir indivíduos. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 217 • FUTURO O PROJETO 1.000 Genomas. câncer. demência.de alguns in. Tóquio.000 como repetições consecutivas em cromossomos.000 GENOMAS e diminuíram o custo. Se cada cromossomo humano 110 estágio G 1 tive r resíduos C. Uma ''ez que a concentração de A tem de ser (a) um ovócito humano. (b) um espermatozoide igual à conce11tração de T. a adenina (A) sem. assim como as a porcentagem de nenhuma das outras três bases a concentrações de A e T. síduos G. (c) uma célula somática diploide huma- bases são resíduos T. Porta11to. Como a sequência do filamento complementar na menores. Já que a convenção aceita é escrever as se. ou ocorre apenas como pa- filamento e. humana no estágio G2 . Caso se demonstre. a dupla hélice terá a seguinte estrutura: instrumento de grande eficácia em muitas inves- ATCG tigações. então outros 32% são 3. Como as regiões unifilamentares de DNA nas extremi- direção. por eram resíduos de timina? Em caso afirmativo. qual é que não? a porcentagem? Caso não seja possível. A alga vermelha Polyides rotundus armazena as in. Ao se (()X I 74. por meio de algum ensaio um complexo proteico específico para o telômero. Se Resposta: Lembre-se de que os dois filamentos de uma a mistura for tratada com protease.25). a perda das i11- dupla hélice de DNA têm polaridades químicas formações genéticas indica que elas estão no com- opostas. A estrutura da dupla de cromossomos humanos in. 3' --4 5' qua11do ambos são lidos 11a mesma 5. quantas moléculas no DNA de P rotundus. um filamento tem polaridade 5' --4 3' e o pone11te proteico da mistura. Se 32% das bases no DNA partir do co11teúdo de G do DNA de (()XI 74. constatou-se que 2I % das bases eram re- extrair e analisar o D NA das células de P rotundits. 11a no estágio G 1. estru- 5'-ATCG-3' turas semelhantes a laços (Figura 9. A enzima desoxirribonuclease (DNase) TAGC decompõe o DNA em mononucleotídios. que eram resíduos de timina? Em caso afirmativo. cleicos unifilamentares. é possível de. a guani11a (G) de um fi. A partir dessas informações. não é possível determinar trações de G e C são sempre iguais. assim. G e C constituem 64% das bases uma única molécula de DNA. por que não? Resposta: Não! As relações A= Te G = C só ocorrem em Resposta: Os dois filamentos de uma dupla hélice de moléculas bifilamentares de DNA por causa dos DNA são complementares. Se a mistura de DNA e proteínas for trata- dupla hélice do Exercício 2 deve ser escrita como da com DNase. filamentos complementares.radem as sequências hélice é escrita: repetidas no telômero (TTAGGG) em direção 5' em relação à terminação e formam as alças t. A partir dessas informações. a destruição das i11formações gené- filamento único de DNA? ticas indica que elas estão armazenadas no DNA. como um pesquisador pode verificar se unifilamentares 110S telômeros. No caso Resposta: A especificidade biológica das enzimas é um de ATCG. protegendo-as co11- essas informações genéticas estão 110 DNA ou nas tra a decomposição por nucleases e outras enzimas proteínas? participantes do reparo do DNA lesado. as concen.218 Fundamentos de Genética mento a partir da sequência do primeiro. 36% das bases são A de DNA haveria 110S cromossomos do núcleo de e T. Ao se humano? . bifilame11tar são resíduos G. que uma Uma das proteínas (POTI) no complexo da shelte- mistura de DNA e proteínas contém informações rina liga-se especificamente às sequências repetidas genéticas. terminar a porcentagem de bases nesse DNA que qual é a porcentagem? Caso não seja possível. extrair e analisar o DNA das partículas do vírus formações genéticas no DNA bifilamentar. dades dos cromossomos humanos são protegidas con- quê11cias a partir da terminação 5' à esquerda até a tra a decomposição por nucleases e outras e11zimas? terminação 3' à direita. I8% (36% X I / 2) das humano. 4. As molécu- 3'-TAGC-5' las de DNA 11as alças t são recobertas por shelterina. (d) uma célula somática diploide 2. coli armazena suas infor. (e) um ovócito primário mações genéticas em DNA unifilame11tar. da mesma maneira. O vírus (()XI 74 de E. o filamento superior da du- pla hélice deve ser escrito 5'-ATCG-3' e o filamento Resposta: As projeções 3' unifilamentares nos telômeros compleme11tar. 5'-CGAT-3'. outro. é possível co11statou-se que 32% das bases eram resíduos de determi11ar a porcentagem de bases 11esse DNA guanina. Como o pareamento lame11to sempre faz par com a citosina (C) no outro de bases 11ão ocorre. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. e as pro- teases decompõem as proteínas em compo11entes 3.Juntas. como a transformação em bactérias. reamento i11trafilamentar limitado em ácidos nu- pre faz par com a timina (T). uma em tem 92 dessas moléculas de DNA. tariam presentes?(d) Qual seria o comprimento da radores? (b) Qual foi a co11tribuição importa11te de configuração do DNA no vírus? cada um deles? (c) Por que o trabalho de Griffith 9.6 Como o experimento de reco11stituição de Fra.) informações genéticas do vírus do mosaico do ta. e i1ão na (b) A=G. enquanto os experimentos de Avery e colaborado. e uma célula diploide humana humanos normais têm 23 moléculas de DNA cro- normal contém 46 cromossomos. Dada essa mistura de p11eumococos tipo III destruídos pelo informação. (a) A+ T = G+ C baco (TMV) são armazenadas no RNA.12 Extraiu-se DNA de células de Staphylococcus ajermen- tans para \rerificar a composição de bases. qual é a sequência no filamento 9. e um ovócito primário replicação terão duas moléculas de DNA.C=T proteína? (c) A/T = C/G (d) T /A =C/G 9. trato com (a) protease. por que não? ção da viabilidade do tipo III pelo tipo II? 9.3 Como seria possí.2 Prepara-se um extrato acelular a partir de pneumo- tagem de bases adeninas no TMV? Em caso afirma- cocos tipo IIIS. é usada para se referir à concentração daquela base enkel-Conrat e colaboradores demonstrou que as no DNA. é possível pre\rer a porcentagem de calor e tipo II vivos foi a transferência de material adeninas? Em caso afirmativo. Se a11tes da replicação os cromossomos e 92 moléculas de DNA cromossômico nos estágios tiverem uma única molécula de DNA. qual é a porcentagem? Caso não seja possível.11 Ao se extrair o RNA das partículas do TMV (vírus res comprovaram diretamente que as informações do mosaico do tabaco). (k) Uma vez conhecida a sequência de bases de um fila- 9. é possível prever a porcen- 9. (Cada letra 9. quantos nucleotídios a sequência do outro filamento.4 Qual é a composição macromolecular de um vírus Watson e Crick tem uma sequência de bases bacteriano ou bacteriófago como o fago T2? 5' -GTCATGAC-3'. Dada essa informação. (b) RNase e (c) DNase terá por que não? sobre sua capacidade subseque11te de transformar células receptoras tipo IIR em tipo IIIS? Por quê? 9. respecti\rame11te. 9. (f) Quando separados. qual é a porcenta- genético do tipo III para o tipo II e n ão a restaura- gem? Caso não seja possível. depois da G 1 e G 2 .10 Quais são as diferenças e11tre DNA e RNA? não indicou que o DNA era o material genético. ou 23 pares de mossômico.13 Se um filamento de DNA na dupla h élice de 9. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 219 Resposta: Uma célula haploide humana normal contém cada cromátide.8 (a) Por que Watson e Crick escolheram uma dupla (i) A ligação hidrofóbica proporciona estabilidade à du- h élice como modelo de estrutura do DNA? (b) Por pla hélice em citoplasmas aquosos.7 (a) Que informações de base tinham Watson e Cri. (e) A+G=C+ T ck para desenvolver um modelo de DNA? (b) Que (f) G/C = 1 co11tribuição eles deram para a construção do mo. constatou-se que continha ge11éticas estavam no DNA? 20% de citosina (20% das bases eram citosinas). Que efeito o tratamento desse ex- tivo. as células somáticas diploides têm 46 homólogos. .5 (a) Qual era o obj eti''º do experimento realizado complementar? por Hershey e Ch ase? (b) Como foi alcançado o ob- 9.9 (a) Se uma partícula viral ti\resse DNA bifilamentar mento de uma dupla hélice de DNA. ovócitos e espermatozoides 23 cromossomos.rel demonstrar que o resultado da tou-se que 37% das bases são citosinas.1 (a) Qual é a diferença entre os experimentos de cada filamento? (c) Qua11tos átomos de fósforo es- tra11sformação de Griffith e de Avery e seus colabo. delo ? (h ) A ligação de hidrogênio proporciona estabilidade à dupla 11élice em citoplasmas aquosos. 9. que usaram ligações de hidrogê11io para u11ir as ba. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 9. Assim. Consta- 9. os dois filamentos de uma dupla ses no modelo? hélice são idênticos.000 pares de bases. (g) A= T em cada filamento. pode-se deduzir com 200. h averia? (b) Qua11tas espirais completas h a\reria em (1) A estrutura de uma dupla 11élice de DNA é invariável.14 I11dique se cada uma das afirmações abaixo sobre a jetivo? (c) Qual é o significado desse experime11to? estrutura do DNA é verdadeira ou falsa. 30% U. que semelhanças você (a) 35% A.22 Dados experimentais indicam que a maioria das se.27 (a) Que classe de proteínas cromossômicas. (c) telófase fase. tem tam acentuada tendência a aderirem umas às ou- 2n = 14 cromossomos e aproximadamente 1. Por que ~n brados por exposição à radiação de alta energia.24 (a) Quais são as funções dos (1) centrômeros e (2) telômeros? (b) Os telômeros têm alguma caracte- 9. 9. B e Z de DNA. 7. Se e examinados para identificar a composição de ba. thaliana? (d) Qual é a mas- somos de eucariotos não produz RNA nem produ. de maneira muito simplificada. em 1 mg temperatura de fusão do DNA de E. telófase ou intérfase? mitótica e (d) telófase II meiótica? 9. quantas có- pela fórmula Tm = 69 + 0. histôni- eucariotos em vários momentos do ciclo celular? cas ou não histônicas. (b) Estime a por- pia do genoma humano? (c) Se o genoma haploi- centagem de GC do DNA de uma célula renal hu- de da pequena planta Arabidopsis thaliana contém mana em que Tm = 85ºC. O que isso indica sobre a função do Qual é a importância desse tipo de cálculo para os DNA altamente repetitivo? geneticistas? .23 Os DNA satélites de Drosophila virilis podem ser iso- duas moléculas de desoxirribose e duas bases.220 Fundamentos de Genética (m)Cada par de nucleotídios contém dois grupos fosfato.20 Um núcleo diploide de Drosophila melanogaster con- seria esperada? (b) Caso se comparem as proteínas tém cerca de 3. 15% T. em média. (b) metáfase I meiótica. 35% T.26 Os esqueletos dos cromossomos eucarióticos são 9. coli que tem de DNA humano? (b) Qual é a massa de uma có- aproximadamente 50% de GC. quantas cópias do 9.6 X tras e se fundirem. depende diretamente do conteúdo de GC do DNA? como raios X. Dados os resultados a seguir. em média. 9. aná- táfase mitótica. Tm. que hipótese se com aproximadamente 40 pares de nucleotídios pode formular sobre a natureza física dos ácidos de comprimento e analisados em experimentos de nucleicos desses vírus? desnaturação-renaturação. Supo- cromossômicas histônicas e não histônicas de cro- nha (1) que todo o DNA nuclear esteja empacota- matina isoladas de diferentes tecidos ou tipos celu- do em nucleossomos e (2) que o tamanho médio lares de determinado organismo eucariótico. melanogasterr Quantas proteínas sejam homogêneas em cromossomos de moléculas de histonas H2a. 9. 25% G e 25% C ção e a cinética de renaturação observada usando o (c) 35% A.28 (a) Se o genoma humano haploide contém 3 X 9. thaliana estão presentes. sa de uma cópia do genoma de A. (a) Calcule a pias do genoma humano há. Qual seria a explicação disso? 101º pb de DNA.21 A relação entre a Tm de fusão e o conteúdo de GC 109 pares de nucleotídios e a massa molecular mé- pode ser expressa. Quantos nucleossomos haveria em dade? Por que não se espera que as duas classes de um núcleo diploide de D.7 X 107 pares de nucleotídios.15 Os ácidos nucleicos de vários vírus foram extraídos por centrifugação por gradiente de densidade. Secal. 30% G e 5% C DNA da banda principal fragmentado nas mesmas condições? Por quê? 9.4 X 108 pares de nucleotídios.19 Os dados disponíveis indicam que todo cromosso- constituídos de proteínas cromossômicas histôni- mo eucariótico (exceto os cromossomos politêni- cas ou não histônicas? Como isso foi determinado cos) contém uma única molécula gigante de DNA experimentalmente? Que níveis diferentes de organização dessa molé- cula de DNA são observados nos cromossomos de 9.16 Aponte as semelhanças e as diferenças entre ases- truturas das formas A. thaliana? (e) tos proteicos. é a mais conservada em dife- rentes espécies eucarióticas? Por que essa diferença 9. H3 e H4 seriam diferentes tecidos ou tipos celulares? necessárias? 9. que de um ligador internucleossomos seja de 60 pares classe de proteínas apresentará maior heterogenei- de nucleotídios.e cereal.17 A temperatura em que houve desnaturação de me- rística estrutural peculiar? (c) Qual é a função da tade de uma molécula de DNA bifilamentar é de- telomerase? (d) Quando os cromossomos são que- nominada temperatura de fusão. lados. 15% G e 15% C espera encontrar entre sua cinética de hibridiza- (b) 35% A. genoma de A.41 (% GC). esses DNA satélites forem divididos em fragmentos ses.e. H2b. quências de DNA altamente repetitivo nos cromos. praticamente sem DNA da banda principal. as extremidades quebradas apresen- 9.25 Qual é o estágio de maior atividade metabólica dos núcleo de uma célula de centeio durante a (a) me- cromossomos eucarióticos: prófase. em 1 mg de DNA de A. metáfase. dia de um par de nucleotídios é 660.18 Uma planta de centeio diploide. Qual é a quantidade de DNA no 9. Que cromossomo humano contém a maior molécula de DNA? Qual é o seu tamanho? Quantos genes ele contém? .ncbi.gov Os dados disponíveis indicam que cada cromossomo 2.nlm. Que cromossomo humano contém a menor molécula eucariótico contém uma dupla hélice gigante de DNA que de DNA? Quantos pares de bases ele contém? Quantos se estende de uma extremidade . As células humanas contêm 46 cromossomos. genes? passando pelo centrômero. E claro que essas moléculas 3. Map Viewer ~visualizador do Qual é o tamanho da molécula de DNA no maior genoma de Homo sapiens (clique no maior e no menor cromossomo humano? cromossomos mostrados)~ Search (Questão 3). 1. Dica: No site do NCBI. codificam histonas Hl? Outros genes de histona? fibras de 30 nm e dobramento ou helicoidização de maior Quantos genes de histona tem o genoma humano? ordem. à outra do cromossomo. Capítulo 9 1 DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos 221 Genômica na Web em http://www. Que cromossomos humanos contêm genes que de DNA são altamente condensadas em nucleossomos.nih. Além disso. desses genes é mu ito preciso. Para ser Desde que Merry e Sherry nasceram. cada uma dessas células contém uma ré- plica de todos os cerca de 20.. des- tacando os mecanismos que garantem a Quatro duplas de gêmeos com suas mães na Iowa State Fair. 1ca ao e romossomos PANORAMA Características básicas da replicação de DNA in vivo Replicação de DNA em procariotos Aspectos específicos da replicação de cromossomos eucarióticos As pessoas costumam explicar os fenótipos quase idênticos de Gêmeos monozigóticos 1 gêmeos monozigóticos como Merry e Sherry dizendo que "eles Eles são idênticos? . examinaremos o mecanismo de replicação do DNA. fidelidade desse processo. as células da medula óssea de um indivíduo sau- dável produzem cerca de 2 milhões de hemácias por minuto. Essa célula dá origem lulas deu origem a um embrião completo. as células do corpo não são estáticas. uma esfera dimi- embrião dividiu-se em duas massas de células. trilhões {65. Um ser humano adulto de tamanho médio tem cerca de 65 as duas meninas. e tem sido assim desde a sua infância e adolescência. Quando estão separadas. Com algumas exceções. até a mesmos genes parentais. as réplicas de todos esses genes são exatamente monozigóticas ("idênticas"). ambas se desenvolveram a partir de iguais nos gêmeos idênticos? um único ovócito fertilizado.000) de células.000.. 1 mm. Merry e Sherry são gêmeas 20. Sherry.500 genes. as células antigas são continuamente substituídas por novas células. Ambos os embriões de.nuta com diâmetro aproximado de 0. Se o genoma humano contém cerca de pais têm dificuldade em distingui-las. o processo de duplicação •• r . uma recebeu o nome Merry e a outra. Em um estágio inicial da clivagem.que a maioria das pessoas realmente acredita que as réplicas de mada de Sherry e Sherry é confundida com Merry. . Mas esse coloquialismo simples sugere vida adulta. as pessoas confundem as preciso.000. nasceram fetal.000.l ma haploide humano contém cerca de • •• ~ () C> 3 X 109 pares de nucleotídios de DNA. O geno- 'Ô ºo < <'. Por exemplo. têm os mesmos genes".. E claro que isso não é verdade.a centenas de bilhões de outras células durante o desenvolvimento senvolveram-se normalmente. em alguns tecidos. muitas vezes Merry é cha. em 7 de abril de 1955. deve-se dizer que gêmeos idênticos contêm réplicas dos duas. Embora nem todas as réplicas dos genes no corpo humano . e cada grupo de cé. Até mesmo os um gene são idênticas. • .) sejam idênticas. e.. Neste capítulo. o Avida humana origina-se de uma única célula. que são todos duplicados a cada divisão celular.500 genes.. a sequência de bases em cada novo fi lamento vativa (porque há conservação de metade da molécula pa. complementar. A sequência de bases em cada filamento parental é usada como molde. Assim.rel mecanismo de replicação da dupla hélice.000 nucleo- tídios por minuto. Watson e Crick pu- blicaram um artigo descrevendo um possí. Na replicação dispersiva. A sí11tese de DNA. cerca de 30. a síntese de um novo filamento de DNA ocorre na proporção aproximada de 3. a exemplo da sí11tese de RNA (Ca- pítulo 11) e proteínas (Capítulo 12). apresentamos algumas característi- cas principais da replicação de DNA. Na replicação conserva tiva. A adeni11a. com uma média de ape11as um erro por de hidrogênio bilhão de nucleotídios incorporados depois da síntese e da correção de erros durante e imediatamente após are- plicação. Na . P. Watson e Crick mento recém-sintetizado. a origens únicas e geralmente é bidirecional a partir de dupla hélice parental seria conser. é essencial que o mecanismo celular responsável pela replicação de DNA seja muito rápido.1Replicação semiconservativa do DNA.2).rada. porém. --- P-P-P-s <C) - REPLICAÇAO SEMICONSERVATIVA Qua11do Watson e Crick deduziram a estrutura em du- pla hélice do DNA com seu pareamento de bases com- plementares. inicia-se em de replicação ( Figura 10. para a incorporação de timina filamentos da dupla hélice. mas algu11s são modificados por erros de replicação e outros tipos de mutações (Capítu- lo 13). Sem dúvida.P.erdade. segmen- cada origem de replicação. Capítulo 1O 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 223 Características básicas da re licação de DNA in vivo A replicação de DNA é semiconservativa. tos de ambos os filamentos da molécula de DNA parental seriam conservados e usados como moldes para a sí11tese Em seres huma11os. (2) extensão ou alongamento da ca- deia e (3) finalização da cadeia.000 nucleo- tídios são acrescentados por mi11uto a uma cadeia de 5' 3' DNA nascente. e que cada filame11to guia a sí11- tese de um novo filamento complementar ( Figura 10. é determinada pelos potenciais de ligação de hidrogênio das bases no rental) para distingui-lo de outros possíveis mecanismos filamento parental. a maioria dos genes de gêmeos idênticos é realmente idêntica. e as restrições de pareamento de bases na 5' 3' 5' 3' dupla hélice determi11am a sequê11cia de bases no fila- • FIGURA 10. graças a seu pote11cial com base no pareamento de bases complementares entre os dois de ligação de hidrogênio. tem três etapas: (1) iniciação da cadeia. Já se conhece a maioria das características prin- cipais do mecanismo que possibilita a replicação rápida Ligações covalentes e precisa do DNA. Em bactérias. examinamos os mecanismos das três eta- pas na síntese celular dessas importantes macromolécu- las.P. . ou seja. eles imediatame11te reconheceram que a especificidade do pareamento de bases poderia ser o fu11damento de um mecanismo simples de duplicação do DNA. Esse mecanismo conservado e serve de molde para a síntese de um novo fi lamento de replicação do DNA é chamado de replicação semiconser. a fidelidade da replicação de DNA é Ligações surpreendente. Eles propuseram que os dois filamentos compleme11tares da dupla hélice se de- senrolam e se separam. Neste e nos próximos Início do desenrolamento )li dois capítulos. 5 semanas depois de seu artigo sobre a estrutura em dupla hélice do DNA. no fi- foram os primeiros a propor esse mecanismo de replicação de DNA lame11to parental serve de molde. e uma no''ª dupla hélice seria sintetizada. por exemplo.S . embora ainda haja muitos detalhes moleculares a esclarecer. mas é ainda mais importante que seja muito pre- ciso. Observe que cada fi lamento parental é no filamento complementar nascente. Portanto. Primeiro..1 ). Por exemplo. coli é semiconservativa. que a densidade da solução de CsCl é igual à sua própria dos para produzir os novos filamentos de DNA. coli durante contendo 15N durante várias gerações (e que. muitas gerações em um meio no qual o isótopo leve. fora substituído pelo isótopo pesa. meio contendo 15N e transferiram-nas para meio conten- do. e 14N no outro filamento (o "novo" filamento). Usando essa técnica. depois de uma geração . ambas com 15N em um filamento (o filamento "antigo") do uma solução de CsCl a 6M é centrifugada a veloci. densidade. tendo o isótopo pesado de nitrogênio. e o DNA de traram que a replicação do cromossomo de Escherichia E.John Cairns for submetida à centrifugação de equilíbrio por gradien- demonstrou que o cromossomo de E. Todo o DNA isolado das células após uma distinguir os três mecanismos de replicação de DNA pelo geração de crescimento em meio contendo 14N tinha acompanhamento das alterações na densidade do DNA densidade intermediária entre as densidades do DNA de células cultivadas em meio com 15 N e transferidas para "pesado" e do DNA "leve". coli era um único te de densidade. Uma geração de replicação semiconservativa de cm3 • O DNA de E. gradiente de densidade em equilíbrio (Figura 10. a densidade do DNA de E. Essa densidade intermediária meio com 14N durante períodos variados . coli con- Em 1958. em seguida. coli contendo o isótopo de nitrogênio leve normal. Depois que as células foram cultivadas na presen- trogênio. de duas gerações de cultura em meio contendo 14N. do 14N. Assim. Depois experimentos de transferência de densidade. Essas mo- dade muito alta durante longos períodos. coli que contém 14N tem densidade uma dupla hélice parental contendo 15N em meio con- de 1.7 g/ ra 10. em 1962. os resultados apresentados por duas "bandas". Juntos. 15N. forma-se um léculas teriam densidade híbrida. se uma mistura de DNA de E. o DNA de células cultivadas em meio ça de 14 N por períodos variados. 14N. o DNA foi extraído e contendo 15 N tem maior densidade (massa por unidade analisado em gradientes de equilíbrio de densidade com de volume) que o DNA de células cultivadas em meio con.710 g/ cm3 • A substituição de 14N por 15N aumenta tendo apenas 14N produziria duas novas duplas hélices.denominados geralmente é denominada densidade "híbrida".2 Os três possíveis mecanismos de replicação de DNA: (1) semiconservativo. tendo 15N) e a outra de DNA "leve" (contendo 14N).2). seriam uni. continham DNA "pesado"). no qual a dupla hélice parental é conservada e guia a síntese de uma nova dupla hélice. nor. as moléculas de DNA se separarão em dúplex de DNA. no qual segmentos de cada filamento parental são conservados e guiam a síntese de novos segmentos de filamentos complementares que. As bases purinas e pirimidinas no DNA contêm ni. Matthew Meselson e Franklin Stahl demons. depois. Os resultados de seu experimento ( Figura 10. (2) conservativo. ser separadas por centrifugação de equilíbrio por gradiente de den.4) são tendo 14 N. Mais tarde. As moléculas de diferentes densidades podem compatíveis apenas com a replicação semiconservativa. como o cloreto de césio (CsCl). excluindo os modelos conservativo e dispersivo de sín- sidade. Portanto. a de replicação semiconservativa de Watson e Crick (Figu- densidade de CsCl a 6M é de aproximadamente 1. uma constituída de DNA "pesado" (con- Cairns e por Meselson e Stahl mostraram que a replica. igual à densidade de soluções concentradas de sais pe. Meselson e Stahl conseguiram tese de DNA. no qual cada filamento da dupla hélice parental é conservado e guia a síntese de um novo filamento complementar. e (3) dispersivo.224 Fundamentos de Genética Semiconservativa Conservativa Dispersiva DNA parental Primeira geração de DNA-filho Segunda geração de DNA-filho • FIGURA 10. de nitrogênio. Meselson e Stahl retiraram células cultivadas em meio Meselson e Stahl cultivaram células de E. são unidos para formar os novos filamentos-filhos. o DNA ocupa uma posição em de DNA com densidade híbrida. coli é semiconservativa. me- A densidade da maioria das moléculas de DNA é quase tade do DNA tinha densidade híbrida e metade era leve. 15 N. CsCl. lavaram-nas para retirar o mal. Esses resultados são exatamente os previstos pelo modo sados. Se A replicação conservativa não produziria moléculas presente nesse gradiente. coli para 1.3). 14N. portanto. ção do DNA em E.724 g/cm3 • Quan. de segmentos complementares que. e assim por diante.. A replicação semiconservativa de cromossomos euca- ·.ge- ralmente chamados de grãos de prata .65 torradiografia é um método para detecção e localização Fundo Meio Topo de isótopos radioativos em preparações citológicas ou de Posição no tubo da centrífuga macromoléculas por exposição a emulsão fotográfica sen- 0"'. A autorradiografia possibilita a • um pesquisador preparar uma imagem da localização de • • radioatividade em macromoléculas.com.: . . Leia Resolva!: Compreenda a replicação O Preparo de solução de CsCI a 6M e acréscimo semiconservativa do DNA e verifique se entendeu o signi- de mistura de DNA contendo 14N e 15N.br. o número de cromossomos por núcleo é duplicado • ••• • •• • • • • • • • • • • • uma vez por ciclo celular na presença de colchicina... . até o equilíbrio em gradiente de densidade com CsCl. .......Força centrífuga e meio não radioativo co11te11do o alcaloide colchicina. . . Herbert 0"'. Taylor e colabo- radores marcaram cromossomos de Vicia faba mediante culti''º das extremidades da raiz por oito horas (me11os de uma geração celular) em meio contendo 3 H-timidi11a O equilíbrio entre a força centrífuga e a difusão é estabelecido radioati''ª· Em seguida. ficado dos resultados de Meselso11 e Stahl. as- •.. W W W ''º ·~ ·~ ·~ ·:o ~ ~ DNA contendo 15N • FIGURA 10.. -~ be-se que a colchicina se liga aos microtúbulos e impede a formação de fibras do fuso ativas.•. a cultura é transferida para um meio que contém apenas 14N por uma geração. e... replicação de DNA era semiconservativa em vários outros .. Na primeira metáfase em meio co11tendo colchicina 1.. "metade pesada" ou híbrida depois geração.y Taylor.y sível à radiação de baixa energia. • • • .. Sa- difusão .•••. . e assim por diante). Vicia faba... as extremidades da raiz foram retiradas do meio radioativo. ...• . . lavadas e tra11sferidas para ~. . qual será rações.• •.. Em seguida...000 rpm durante 48 a 72 h. A emulsão contém hale- O Perfuração do tubo da centrífuga para coletar frações. .~... tremidades das raízes da fava. Essas possibilidades são clara. Logo. é riam observado uma passagem do DNA de pesado a leve levada de volta para um meio contendo 15N por uma última a cada geração (i.... A au- 1.. rióticos foi demonstrada pela primeira vez em 1957 pe- los resultados de experimentos realizados por J. Na segu11da e-metáfase. um meio no qual o nitrogênio só está disponível na forma de leve. • • • • .•.. . Se o DNA dessas bactérias for isolado e centrifugado de uma geração.•••..• • • • • • •• •• • • • ..• .. células ou tecidos. Em seguida.•... Compreenda a replicação de com CsCl. depois. e assim por diante.• ••.. semiconservativa do DNA de replicação conservativa de DNA pesado em meio le.3 Centrifugação de equi líbrio por gradiente de densida. Meselson e Stahl te.quando expostos .. tos de prata que produzem diminutos pontos pretos .... demonstrou-se que a http://gen-io. ·.re.rel que Taylor e seus colaboradores de- 1.grupogen.. não ocorre se- . DNA contendo 14N às partículas carregadas emitidas durante o decaimento dos isótopos radioativos... Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 225 0"'. 710 (ai11da unidas pelos centrômeros)..• .. coli Taylor e colaboradores usaram uma técnica chamada "'O (/) e "leve" autorradiografia para examinar a distribuição de radioati- o Q) (contendo 14N) ''idade nos cromossomos das células na primeira e-me- táfase... 75 DNA de E. • •• paração normal dos cromossomos-filhos na anáfase e... co/i terminassem o número de duplicações de DNA ocorridas "pesado" em cada célula depois da incorporação da timidina radio- (contendo 15N) ativa.• . ....' . • ••••. Uma cultura de bactérias é mantida por muitas gerações em metade do DNA ainda seria pesada e a outra metade. ~ -Q) 1 70 - ' Densidade de os núcleos contêm 24 pares.. "um quarto pesado" depois de duas ge. . a divisão em bandas do DNA prevista no gradiente? mente incompatíveis com os resultados do experimento ~ Leia a resposta do problema no site de Meselson e Stahl. •• • • • • •• • • • .. "'O m DNA de E. seu isótopo pesado 15 N.724 -E M (e-metáfase). Philip Woods e Walter Hughes em células das ex- 0 Centrifugação a 50. . .. .. Se a replicação fosse dispersiva...y microrganismos. • • • • • • • sim.. na segu11da e-metáfase.. os núcleos co11têm 12 pares de cromátides 1. Essa ' ' duplicação do número de cromossomos a cada geração ce- ' Densidade de lular tornou possí. .. o "" Controle 1 1 1 O DNA é extraído e analisado por centrifugação em gradiente . desoxirribo. DNA em vista da possib ilidade de marcação específica do e. assim como a fotografia torna possível obter uma ima. prole da terceira geração é híbrido e três quartos são leves. A conclusão de que a replicação gem do que vemos. outro componen te importante da célula. bacterianos e virais geralmente têm uma origem única cula de DNA por cromossomo (Figura 10. Em 1957.. 0""~ Geracão . A ilustração mostra que os resultados de seu experimento são os esperados na replicação semiconservativa do cromossomo de f.fl -.-:~ sedimentação : : 1 0""/l 1 1 o"" 1 1 1 1 1 1 1 1 1 O DNA da prole da O DNA é extraído íl . coli.'\f:>.. ra 10. A autor.. e n quanto o rar dados subsequentes indicativos de que cada cromos- film e usado na câmera é sensível à luz visível. os resultados indicam que a replica- DNA por cultura das células em 3H-timidina. Os resultados obtidos seriam diferentes se a replicação de DNA em E. - 1 1 1 1 é híbrido.. Esses gem ou se esta ocorria em locais aleatórios em uma popu- são exatamente os resultados esperados se a replicação lação de cromossomos em replicação. somo con tém uma só molécula de DNA. - primeira geraçao e analisado. . . 0""~ O As células são transferidas para meio Geração O Controle ~Mistura de DNA contendo 14N por uma geração.1 11 .. -. mas n ão sugeriu se h avia um local específico de ori- cromátides de cada par e ra radioativa (Figura 10."Pesado" 0""~ O As células de E.. [íl prole da segunda geração é híbrida e 0""~ Geração 2 metade é leve. cio ou origem de replicação no cromossomo circular de E. admitindo-se uma molé.o "" 1 1 Um quarto do DNA da O DNA é extraído e analisado. Nos grandes cromossomos de eucariotos. coli. Os cromossomos do DNA for semiconservativa. por cromossomo.fl -. John Cairn s estabeleceu a existência de um local de iní- as duas cromátides de cada par eram radioativas (Figu. Experimentos radiografia é muito útil no estudo do metab olismo do análogos foram realizados com vários outros eucariotos.. . Quando Taylor e colaboradores usaram a autorradio- grafia para examinar a distribuição da radioatividade ORIGENS ÚNICAS DE REPLICAÇÃO nos cromossomos de Vicia faba na primeira e-metáfase.2). . apenas uma das coli. em todos os casos. ção é semiconservativa. coli fosse conservativa ou dispersiva (Figura 10. .co/i são cultivadas em 15 N . . líl'. . a qual con trola a replicação de todo o Taylor e seus colaboradores concluíram que a segregação cromossomo..226 Fundamentos de Genética "Híbrido" 1 Densidade de DNA "Leve" . de densidade com CsCI. Geração 3 • FIGURA 10.SC).'\f:>.SB) . Na segun da e-metáfase. n ão está presen te em nen hum cromossomos.D 1 1 1 O DNA parental é pesado. porém. va a cada divisão celular.4 Demonstração por Meselson e Stahl da replicação semiconservativa de DNA em E. .SA). O Por três gerações. 1 O Por duas gerações.'\f:>.fl 1 1 DNA leve por várias gerações. Teste seu conhecimento sobre a nucleosídio de timin a que contém um isótopo radioativo replicação de cromossomos acompanhan do o Problema de h idrogênio ( trítio)... . do DNA cromossômico em Vicia faba era semiconservati. múltiplas origens controlam coletivamente a replicação ..pesado e leve 1 1 1 Direção de .o "" O DNA é extraído Metade do DNA da e analisado. A timidina é incorporada quase resolvido: P revisão dos padrões de marcação com 3 H em exclusivamen te ao DNA. A diferença é que o filme usado para da dupla hélice era semiconservativa na fava teve de espe- autorradiografia é sensível à radioatividade.. " .. Em primeiro lugar. mossômico que permitem a replicação de um fragmen- dos atuais indicam que essas múltiplas origens de replica. • • Õ Duplicação com . em AT com 11 pb. dência entre sua frequência no genoma da levedura e o mente contêm muitos réplicons. Os elementos ARS têm cerca de 50 pares de bases lhes.'\Afl timidina marcada ~o • • . Da. . Autorradiografia 0""/l Autorradiografia . perimentalmente a atuação de algumas delas como ori- mossomo de E.Replicating Sequences. • __ . cromossomo artificial . dos cromossomos procarióticos contém um único répli.6 )... A segunda razão é que atu- ... sequências específicas in vivo e da disponibilidade das se- mentares. tes ( Figura 10. isto é. • FIGURA 10. oriC tem 245 pares de nucleotídios de comprimento de comprimento e incluem uma sequência central rica e contém duas sequências repetidas conservadas diferen. .. a maioria el. de uma zona localizada de desnaturação é uma primei. (em Pu é qualquer uma das duas purinas e Py é qualquer minada bolha de replicação. • • . dessa sequência. e outras cópias imperfeitas bases A:T são unidos por apenas duas ligações de hidro. 1H-timidina. foram exemplo. to de DNA circularizado como unidade independente ção em cromossomos eucarióticos também ocorrem em (autônoma). :: . da molécula gigante de DNA de cada cromossomo. Lembre-se de que os pares de uma das duas pirimidinas). Cada origem controla a replicação de tracromossômica.. sequências de replicação autônoma). Essas quatro sequências são locais essa incapacidade de identificar origens de replicação de ligação de uma proteína que participa da formação da tem duas razões principais.-- - marcaçao 2ª e-metáfase 1 µm 1 µm depois da marcaçao- A. • • .... de outra replicação em em termos de replicação semiconservativa. Woods e Hughes (A.• • • timidina marcada • ". Essas sequências são denominadas uma unidade de DNA chamada réplicon. • 1a e-metáfase . facilitando a formação de uma região localizada de separação dos filamentos deno. Os resultados obtidos por Taylor. Primeira metáfase depois da B.. sítios aleatórios ou múltiplos. Apesar dos indícios de que a replicação é iniciada em ra etapa essencial na replicação de todos os DNA bifila. ao passo que os cromossomos eucarióticos geral. Segunda metáfase depois C. Vicia faba.. Na levedura Saccharomyces cerevisiae. geralmente levam ao início da replicação em identificados e caracterizados segmentos de DNA cro. Essas três repetições TAAATAPyAAAT são ricas em pares de bases A:T.". Interpretação das autorradiografias mostradas em (A} e (8) replicação em 3H-timidina. coli foi caracterizada com bastante deta. . os dois filamentos de pares de bases nessa sequência central conservada.. isto é. regiões ricas em A:T do DNA afastam-se com mais faci.P ~. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 227 Autorradiografias de cromossomos de Vicia taba 0""~ 8 Duplicação sem . por específicas. Há boa correspon- con. A maioria das tentativas de caracterizar as origens de lidade. chamada oriC.:. ".a capacidade da mos outros detalhes do processo de início da síntese de origem de propiciar a replicação de um plasmídio ou DNA nas origens e das proteínas participantes. ao contrário das três ligações existentes nos pares arem como origens de replicação é extinta por trocas de de bases G:C (Capítulo 9). os en- bolha de replicação. Outro componente conservado de oriC é uma quências de genomas inteiros. no cro. • . como unidade autorreplicativa ex- sítios específicos. Há uma sequência de 13 pb presente ATTTATPuTTTA como três repetições consecutivas. os componentes de uma sequência com 9 pb repetida quatro vezes e intercalada origem ativa continuaram indefinidos.não produzem resultados confiá- As múltiplas origens de replicação em cromossomos veis em outros eucariotos. saios funcionais usados em leveduras ..:· 1. As sequências que propiciam eucarióticos também parecem ser sequências de DNA a replicação de plasmídios em células de mamíferos.5 Comprovação da replicação semiconservativa de cromossomos na fava. . A formação replicação em eucariotos multicelulares não teve êxito. gens. com menor gasto de energia. e demonstrou-se ex- A origem única de replicação. assim. A capacidade dos elementos ARS de atu- gênio.. depois da ---~~-~. B) são previstos pela replicação semiconservativa do DNA (C).\/>... Adiante neste capítulo comentare.. Assim. ..ementos ARS (de Autonomously . Aparentemente com outras sequências. número de origens de replicação. Os cromossomos de cada célula fo. A colchicina liga -se às proteínas que formam as fibras do fuso ram dispersos sobre lâmina de microscópio.228 Fundamentos de Genética 3 Previsão dos padrões de marcação com H em cromossomos PROBLEMA FATOS E CONCEITOS Haplopappus gracilis é uma planta diploide com dois pares de cro. transferidas para meio contendo 1H-timidina e colchicina. mas sem colchicina. corados. Elas cres. 4 ... Outra replicação Replicação em 1H-timidina. Uma das polos do fuso durante a anáfase e impede a formação de fusos células-filhas apresentou placa metafásica com oito cromossomos. Desenhe essa placa metafásica geração na presença de colchicina. 2 . As cromátides-filhas continuam unidas a um único centrômero as duas células da prole foram lavadas com meio não radioativo e na metáfase da mitose. . nunca uma única dupla hélice de DNA. ativos. as duas passam pelos Célula _ ___. Depois de uma geração de crescimento nesse meio. A primeira replicação na presença de 3 H-timidina. mostrando a distribuição prevista da radioatividade na autorradio- grafia. Portanto. 3. A replicação do DNA é semiconservativa. foi posta em meio de cultura conten. há duplicação do número de cromossomos a cada todos com duas cromátides-filhas. 1. A segunda e a terceira replicações (em 1H-timidina) são mostradas na ilustração a seguir. de uma segunda divisão celular. Dupla hélice de DNA . antes exposta à radioatividade._ mesmos processos. Todos os cromossomos no estágio G1 (pré-replicação) contêm mossomos (2n = 4). 5.. a distribuição da radioatividade (indicada por pontos vermelhos) nos oito cromossomos será a seguinte. Na autorradiografia dos cromossomos metafásicos produzidos.--+----+ de uma célula. graci/is número de cromossomos produzem dois cromossomos metafásicos.--1--D (os dois filamentos contêm 1H-timidina) Duas células Replicação Centrômero -------"'"'i--. em 1H-timidina interrompida na mais colchicina metáfase Duplicação do Os quatro cromossomos de H. Logo. do 3H-timidina. O centrômero duplica-se antes da anáfase. é mostrada na ilustração a seguir com filamentos radioativos em vermelho. só precisamos acompanhar um cromossomo.-'I em 3H-timidina Acompanhamento Cromossomo .. fotografados e responsáveis pela separação dos cromossomos-fi lhos para os expostos à emulsão sensível à radiação de baixa energia. Uma célula dessa planta em estágio G1.. como mostra a figura acima. nesse momento ceram nesse meio por mais uma geração celular e até a metáfase cada cromátide torna-se um cromossomo-filho. Considere que não haja crossing over! ANÁLISE E SOLUÇÃO Os quatro cromossomos passam pelos mesmos processos de replicação. ··. • ...- • • ...·. • • • . . '' . ' .. ".. ' . ' • • • •. . •• • • • . \.. .. recobertos oriC com emulsão sensível a partículas f3 (os elétrons de baixa (245 bp} energia em itidos durante o decaimen to do trítio) e arma- zen ados no escuro por um período para que h ouvesse de- caimento radioativo suficiente.• f. • •• • • I 1 • ...___. '• ~ • • ...... . .. . • .~ -~·} .. •.... . : 1 . •• . > o ~ ...1 •• ... .. Quando os filmes foram revelados.. ' .. .• .em metazoários._ ~.. .. • ' • • ' • • • •• • •• • . ... de iniciação.. .·.: .1._. '.. .. . • •• . ...~ •• .. . • • • .. ... • • .. .•.·. • • • ~-·· ~-·. ..... 1' . .. . .. .• .. ... .. .~ . • • . .... . ...-. . .. . . • • . Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 229 GATCTNTINTITI TIATNCANA VISUALIZAÇÃO DE FORQUILHAS DE /1\... • • •.. •• . "... ... . \.. •• . 1 '. : ' ..·{'...~ . .. . . .. ....· • .. ...t' . • • . "' . . ._!.• :. ... . • • ....' ...r. . . .•. dível que h aja algum tipo de "pivô"... ..• • ~.....' ..... •. • •• ·•' .. . • ' • • .....:...' :: ··-.. .. . .. ~·· • •...1• • ••••. • • ••.. · r... ..·. ... •.. . . \ . :-.... . .. . as autorradiografias (Figura 10. . .. .~ •'. """' " ..· _ . ._ • i• ... • • . • ") ....\. . • 1 •• • . .... -.· ......... ..J". ~ '\... ... • • "" • . . As autorradiografias indicaram ain da que mossomo de E. colisão estruturas circulares que existem como intermediários em forma de 0 durante • FIGURA 10. '·• ' •• ... . -- . • • ·.. . ·..... '\ ~· r 1 • . . ...·~- . ".: : ... .. • . . • . . . . .• t'".. 'õ 1 •• '··"·. • ~ . ......··!e··· ' ....-. • .. • ··.... . . mais uma vez por autorradiografia. ' ·: ...... • . l • • • ...•. . ..._ . . coli por autorradiografia. .• A . . ... ... . . . • • • • . • ' .. : -...... . t.. . .. . As alças A e B concluíram uma segunda replicação na presença de 3 H-timidina..... • .. ·'... ... . • • ...:. • . "• .• ·' ....t . •• • . . ' ••. -. . (~. .... .. . . .. . '' .... • • ' . ' • f... " . .6 Estrutura de oriC. 't : •... é im prescin- .-. .• • •. .. . •• . .... • • .. . . • '•'... ·"~• .. : ._.!1. a replicação.. ·. .... .... de DNA longas são sensíveis às forças de cisalh amen to) '' ...· .-. • '\o ~· ~ '. "\ . .. : • . ~-·· .. ' ·.... . .-'"'a.. ...•. .· ....· . • •• • • . .' ·'.. • • •. ~ .. . . • . ..• .. . !: . ..- ' ' "\..•...r ' • . . ' J ..... . ··.. .. •• ~ .... .... ... • •• . ' .- -'· ~ ~ ~ • . • I '.. · · · -• • • • ... . .~ . .. .'• ' / \ • ... ...t·· . .. t • · ·'' • - • • ....... : • :' • . .. . . .... .. • . . _.... . • • • ~.~· ··· ~... ' • •..... :' .·'.'=.. .7 Imagem da replicação do cromossomo de E.. ' -. 1 . .. ~ L. ' • • .. ... \ • .... .._·. ... . . :... ...-.. (' ... .. . • • • • . ... . ....' .· . . ·t' -.. • . • •• . ..' : • " • ... .. .. . • ··~-# ···::. . .· . • ... .• .·.. • "......._. ~ " •• ·. ... • \ ...' '' .·-:":. ' . • ... .. ../"'°!:· •'• ' 1 ' • \. . . . ... • . . .. ... ... .. "!.. ....•.........·'"'-'" . ·- .··.... ..... ... .• *'º • t: •. .. " .. ·1. ·7• ..·.... . . a seção C permanece para se replicar pela segunda vez... . .. .• . ...:--.. • f "" : {. ··....'.até vários milhares de pares de bases ..• • •• • .. .· . • . • • •. { . . .... .. ' ·... •• • .. . ·. ·~ • . ~ • ••• ~ .. .. • • . • • J . • ' •• • \' • .. : •...':'. ... . B.1. . '' . .. ''... • •_ • • #' ..' · . ~ ~-·..w1 . .....1 •• . Agora os geneticistas dificultando a caracte rização de suas origens. • •• ".•.••. como linhas tra- cejadas. .. . .~· :·· ( !··''. ••• ... ·. •• ·.\.-..... ."\. ... • FIGURA 10.i . •. • • • • . .. . ...:' ' . .. .. . _....• . ··. : ... \ .. : .. . .... J_' _. • 11" "• • " • ... .• ~ • · .. ' ..... . ~ . . ...• •... . .• •.. . ~ . . . •• ' ' · ··· •• ...._. . • . ....--·".. . " ''"'' . · ' .' • ~.. •... Sequências 13-mer Quatro sítios . ··= -... • '•. . J ..' A estrutura geral dos cromossomos bacterianos em repli- cação foi determinada pela primeira vez por ] ohn Cairns.. '' . .. . ... .. ... ... . .. Cairns cul- ''....•. .. . • . ~ .. ' .. .... _. .. "' • . r. ... • ' ..• / . .... . . ' • .. - •• • •• t ' • • ~ ' • .. "-.· ' . • . para proteínas .. . ... • • • <• • •• • • • • • .. ·' · .. ' ' 0 •••• ~ • • .. · "'· •'. ' • .. • ·': . .. . i • • • .. : .... ...-". . .~ •• . ••• .. .. ... Uma das autorradiografias de Cairn de cromossomo em replicação em formato de 0 de uma célula cultivada por duas gerações na presença de 3 H-timidina.. . . • ·--· • • •• \. ..: .. .) . .. • •... L"' •• '. -. .. "" .• 1 • • ....... •.:. ..... .... ' tivou células de E... .. . • ' ·"·1•·.. . .. • .... • • ~B ... ... . . ... _ . . . ' ... ses filtros foram afixados a lâminas de vidro. •• ... ~· ' ... . .. .. ' • .. . ...... •. " .'.. . . ~ . °..! :.. . -. "' :.. . e coletou os cromossomos em filtros de m embrana. ' ..... ..... .. .. ... ••• • : • •• .. • •• • • • • t • • •• • : • . • • .' . .. /S. ..... • • . .. '-1 . .. ·. • ... • '"" 1 . • •..... • • • "'\.·. .....~ •~ 0 . ... .. .· ' A. ' ·: ~ ·.... . •" ~ . •. "" • • • •• '.:' •• .i: . ~ '· • • • • •• ..-.. .'º .. a origem única de replicação no cro. .. -'?':. _. .•.. . -.•.· -. •. . .. ....... :·. '(. .....· ....1... .• ·. • ' 't ' ' • • •1 • ~· .... . .' . . . .~ .. . . ·~ ~. . ..... . • :"'• . - .. . .. .. . .. '' em 1963....... ' '"• .. ...•"-• ~ • -~ • ... ... . • • ..... • .. ·. • ..... . • •.~... .. .· • •• • ~ . com a ilustração explicativa na parte superior esquerda....• ·. . A 100 µm Forquilha de replicação ~1 / Forquilha de replicação B.. ' . .. coli em meio contendo 3 H-timidina du- ''.) 0 ~ • . rante períodos variados. ..- •. - • 1 • . • • • • .. • t· ·?-- . : · .... · e·. ..":~- ' (.. ~ .. • . A ilustração mostra como os resultados de Cairns são explicados pela replicação bidirecional do cromossomo de E.... . ' . . '• •• • : '•... -...:. dosamente para não romper os cromossomos (molécu las '' ..•"" .•••...· ' . .. "' ...-. • • . ...- • 1 •• . ....... ... ••.. coli iniciada na origem única de replicação.. .·ri 1' . ·:_·. .. Replicação bidirecional do cromossomo circular de E.• .... . _. ... · .. • • • > • ~ • • ...' ... .. ... -.. -'! . . ~ 'i " -. ...::: "' . • .... ... . . ~ ~ ' / •• t' • • '• • ·. .. ' ... •.. " . • • •• • .. .. .. '" .. .. ·. -.' .. .. 1 .. .. . .. .. . .. ~ . . • . .. • • • 1 .:. • ··.'. .. . ..... •. • . -... . ..... . • •• •• • • . ~ ""!<.. • •• :. '. . . . ...····· ... ... ·: • ' .. .. . acoplado. •. • .. ..... . .. . • ' . . . . .: .. ..· :-. t•.:.. -:.• • .... consecutivas de ligação 9-mer . . • .. •• ... REPLICAÇÃO POR AUTORRADIOGRAFIA '~ . . •"l.~·-·•"'·'.. · .... ... • ..~ •... • • • ~' I o ... Os filamentos radioativos de DNA são apresentados como linhas sólidas e os filamentos não radioativos. . ' •... . • '.•• .• " • '. .. ····~ ... . .. .. • .:. provocou alise das células cuida- '' .• .•. ·....... .. • ' • . • ••••t ~· ">--. sabem que o pivô necessário é uma quebra u n ifilamentar • '\ 1" l • .. . .. . "'• ... .: J'... ·....•• ' . ... " ••• 1. . .. • • • " • . ) . ~- • ••• . ... '' .... · -...~ ·:. • . ..A. .. '• • o f• o... '" \... ....... . ... • ·: •. • _- ' • . '"'..'... ···~ • ' . . .•. • ' 1 ..r. • . r .. t • • . . ••• • . ~-- .. ... • • ·'.. ~ •_... .::~:.... .. .. . • •• • . ''I. . . • • •• • • • ~ • ••...i. .:. ... .. .• .. ": .1: .. . ... •.. o desenrolamento dos dois filamen tos parentais comple- men tares (necessário para sua separação) e sua replica- ção semiconservativa é simultâneo ou está intim amente almente há indícios consideráveis de que o início da re.. . coli. .. ..- ..e ~ ••• •..... '' ''. .... •• . ' ' ... . Como é p reciso que a dupla hélice parental p licação requer sequên cias de DNA relativamente lon gas rode 360º para desfazer cada giro da h élice.. .... ..• .. ·f" .'.. ~. • • • • . \ ·•.7A) mostraram que os crom ossomos de E..... . \. . 1. •••• • • .. ... .. A. ... .. ""'.I ' ... ... ) .. . ... • : • • .. . . .·t" . • •• ~ •• . • • • • ' •• • • .. .... .. ... • . : ...._.· . . ..... Es- ' ... co/i.. . . '....· ... . . . . • • • .·• \.. . .. ~ . t• . ·• .. .. ~· • . ·• • • • -- t .·: . •• ' • •._ . O bacteriófago lambda (fago À) contém uma única molécula linear de DNA com 17. com suas extremi- reamento das bases das extremidades coesivas de um cro. em comparação ciação em regiões que contêm alta concentração de ade. são complementares. em cromossomo circular de À com mossomo lambda para formar uma estrutura circular com ligações de hidrogênio e. que a replicação do cromossomo lambda tem ra 10. G G G e G G e G A e e T e 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 11 1 1 I ' I ' G 1 3' partir da origem única de replicação. No fim da década fr 11. forma linear madura. enzima importante que sela quebras não é mostrada. Cada estrutura em forma de Y é uma forquilha de replicação. O cromos- somo do fago À é um pouco incomum porque tem uma re- gião unifilamentar. dades coesivas complement ares. ração.um processo chamado desnatu- A característica do cromossomo lambda que facilitou ração. reparo do DNA e recombinação entre moléculas de DNA. com três ligações de hidrogênio em pares de bases CG. Ao examinarem as posições dos . enquanto as por meio de uma técnica chamada mapeamento de des. que medeia a transferência de cro- mossomos das células Hfr para células F. Um dos primeiros eventos a ocor- uma adaptação para facilitar sua injeção da cabeça do fago. Antes da replicação na célula hospedeira.9). regiões ricas em GC continuam no estado dúplex (Figu- naturação. coli é bidirecional a 5. depois. linha vertical denteada indica que a porção central do cromossomo sada pela DNA ligase. é necessária em todos os organismos para replicação do DNA. por apenas duas ligações de hidrogênio. ligações de hidrogênio são celular. detectáveis por microscopia eletrônica. col~ o hidrogênio e hidrofóbicas que unem os filamentos com- cromossomo lambda replica-se em sua forma circular por plementares na dupla hélice são quebradas.502 pares de unifilamentares em duplas hélices de DNA A DNA ligase nucleotídios de comprimento.(Capítulo 8). e as duas forqui. em cromossomo circular de À fecha- do por ligação covalente. com 12 nucleotídios de comprimento. A replicação bidirecional do cromossomo circular de +t Forma circular com E. Quando cromossomos lambda são expostos a pH conteúdo de AT (grupos ricos em AT). Da mesma maneira que o cromossomo de E. A forma linear do cromossomo parece ser ligações de hidrogênio.8). veja a seção Replicação por círculo rolante adiante neste capítulo. o cromossomo é circular fechada por ligação covalente (Figura 10.5 µm de comprimento. as ligações de cativos em forma de 0.4). os grupos de 1960. 3· a11 111 \ 11111 ~ ~ ~ ~ a~ ~ a~ •aax 5· A replicação do cromossomo de E. moléculas ricas em AT desnaturam-se com mais facilidade de quantidade de guanina e citosina (regiões ricas em (em pH ou temperatura menores) que as moléculas ricas GC). Como os pares de bases AT são mantidos unidos a demonstração da replicação bidirecional é sua diferen. Maria Schnõs e Ross Inman usaram esses grupos ricos em AT desnaturam-se e formam bolhas de desnatu- ricos em AT como marcadores físicos para demonstrar. a em forma circular fechada por ligação covalente é catali. Forma circular fechada por ligação covalente mente pela primeira vez por experimentos com alguns dos pequenos vírus bacterianos que infectam a E. circular ou de intermediários repli- peratura (lOOºC) ou a pH elevado (11. Em particular. Portanto. como marcadores físicos esteja o cromossomo lambda na Quando as moléculas de DNA são expostas a alta tem. denominadas • FIGURA 10.230 Fundamentos de Genética transitória (clivagem de uma ligação fosfodiéster em um Cromossomo linear de fago À presente em vírions maduros filamento da dupla hélice) produzida pela ação de enzi- mas chamadas topoisomerases. na extremidade 5' de cada filamento complementar (Figu- ra 10. para a célula hospedeira durant e em uma célula hospedeira é sua conversão em molécula a infecção. lamentos se separam . coli que acabamos de comentar ocorre durante a divi.78). Essas extremidades unifilamentares. Essa convertido na forma circular fechada por ligação covalente.8). - REPLICAÇAO BIDIRECIONAL DNA ligase lt t Endonuclease específica para a sequência de bases A replicação bidirecional foi demonstrada convincente.05 por 10 minem condições apropriadas. Soment e conversão da forma circular com ligações de hidrogênio as extremidades do cromossomo do fago maduro são mostradas. Alguns cromossomos virais replicam-se pelo mecanismo do círculo rolante. pode haver pa. Não deve ser confundida com a replicação por círculo rolante. e os dois fi- meio de intermediários em forma de 0. Extremidades "coesivas" unifilamentares com 12 bases lhas movem-se em direções opostas sequencialmente em torno do cromossomo circular (Figura 10. A figura "coesivas". at ravés da rer depois da injeção do cromossomo de um fago lambda pequena abertura na cauda do fago. estes têm alguns segmentos com alto em GC. coli. O cromossomo lambda t em ao todo 48. most ra as conversões do cromossomo linear de À. as nina e timina (regiões ricas em AT) e regiões com gran. Essas bolhas de desnaturação podem ser usadas origem única e é bidirecional.8 Três formas de cromossomo do fago lambda. . extremidade direita B.6T1 apontando para a A. Interpretação Origem 1 a b e d j D. e não unidirecional. Ilustração na forma linear do intermediário replicativo de ').A estrutura do cromossomo parcialmente replicado em (C) é ilustrada em (D). ao redor do cromossomo circular.A. pontos de ramificação (estruturas em Y) em relação às po. Origem . Origem ln vivo . A Figura 10. man mostraram que os dois pon tos de ramificação são for. L o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 J... Os resultados mostraram claramente que a replicação do quilhas de replicação que se movem em direções opostas cromossomo lambda é bidirecional. A figura mostra as posições das bolhas de desnaturação ricas em AT das formas linear (A) e circular (B) do cromossomo À..10 Princípio do processo de mapeamento da desnaturação usado por Schnõs e lnman para distinguir entre os mecanismos (A) unidirecional e (B) bidirecional de replicação do cromossomo.. mostrado em (C}.. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 231 a b e d ef g h J Extremidade esquerda 1 1 da forma linear.A micrografia eletrônica (C) mostra as posições das bolhas de desnaturação (identificadas como a-j) e das forquilhas de replicação (circuladas) em um cromossomo À parcialmente replicado.1 Desnaturação l Desnaturação T parcial t T parcial Sítios de u ~ Sítios de ln vitro desnaturação ln vitro desnaturacão ricos em AT ricos em . Replicação unidirecional Replicação bidirecional ln vivo . Bolhas de desnaturação ricas em AT em um cromossomo À em replicação em forma de 0.9 O uso de sítios de desnaturação ricos em AT como marcadores físicos para comprovar que a replicação do cromossomo do fago À é bidirecional. C.10 mostra os sições das bolhas de desnaturação em um grande número resultados esperados no experimen to de Schnõs e In man de intermediários replicativos em forma de 0. se a replicação for (A) unidirecion al ou (B) bidirecional.. • FIGURA 10.T A B • FIGURA 10. Sítios de desnaturação ricos em AT na forma circular do cromossomo /.. Schnõs e In. Sítios de desnaturação ricos em AT no cromossomo linear de /. como os cromossomos eucarióticos. O cromossomo em (A) apresenta o formato de "olho" (-o-) característico dos estágios iniciais da replicação. coli e do fago lambda. A A replicação do DNA cromossômico em eucariotos replicação do cromossomo do fago T7. ReP-lica ão de DNA em rocariotos A replicação de DNA é um processo complexo. começa em um sítio único perto de uma No entanto. outro pequeno também é bidirecional nos casos em que foi estudada. a ação conjunta de um grande número de proteínas. Os resultados dos estudos da replicação do DNA por têm necessidade absoluta de um grupo 3'-hidroxila livre. ao contrário dos cromosso- mos de f.118) continua até un1ca. em polaridades opostas. replicação do cromossomo do colifago P2. Durante muitos anos. como o cromos- quilha chegue à extremidade mais próxima. cada filamento serve de moúie para a síntese de um novo filamento complementar • Os potenciais de ligação de hidrogênio das bases nos filamentos-molde especificam sequências de bases complementares nos filamentos de DNA nascentes • A replicação inicia-se em origens únicas e geralmente prossegue nas duas direções a partir de cada origem. A replicação continua com a forquilha que segue para a direita até que sejam produzidos dois cromossomos lineares. mossomos que se replicam como estruturas lineares. em uma estrutura em formato de 0. que ocorre ra 10. a síntese está ocorrendo na ex. é unidirecional a partir de uma origem .. fvficrografias originais cedidas por David Dressler. Esses re- os dois novos filamentos sintetizados em cada forquilha sultados aparentemente contraditórios criaram um para- de replicação estão sendo estendidos na mesma direção doxo interessante. com o surgimento simultâneo de muitos "olhos" em crescimento. as DNA polimerases (ver Em foco: Síntese de DNA in vitro). bacteriófago. No caso de cromossomos muito maiores que T7. a replicação ocorre a partir de várias origens.11A) e prossegue nas duas direções até que uma for. Os cromossomos T7.232 Fundamentos de Genética A replicação bidirecional a partir de uma origem fixa que a segunda forquilha chegue à outra extremidade da também foi demonstrada em vários organismos com cro. como a mostrada em (B). A replicação somo lambda. . Harvard University. Sua origem de replicação está localizada a 17% da extremidade esquerda do cromossomo. forma uma estrutura em "olho" (Figu. PONTOS ESSENCIAIS • A replicação do DNA ocorre por mecanismo semiconseroativo: à medida que os dois filamentos complementares da dupla hélice se desenrolam e se separam. os bioquímicos geral em nível macromolecular. A extremidade. Contudo. mas nunca encontraram. . surge uma estrutura em forma de Y. produzindo dois cromossomos-filhos. A separação do filamento parental e a síntese de DNA prosseguem nas duas direções a partir da origem. molécula. autorradiografia e microscopia eletrônica indicam que elas só fazem a síntese 5' ~ 3' (Figura 10. Em vez disso. Como a síntese dos fi.11 Micrografias eletrônicas de cromossomos do bacteriófago T7 em replicação.. replicam-se como estruturas lineares. da estrutura em forma de Y (Figura 10. a replicação bidirecional não é universal. dados experimentais mostraram que toda a síntese de tremidade 5' de um filamento (extensão 3' ~ 5') e na DNA ocorre na direção 5' ~ 3'. que exige extremidade 3' do outro filamento (extensão 5'~ 3'). A 1 µm B 1 µm • FIGURA 10. pesquisaram novas polimerases que pudessem catalisar a lamentos complementares de uma dupla hélice ocorre síntese 3' ~ 5'. as enzimas que catalisam a replicação do DNA. Quando a forquilha que segue para o lado esquerdo alcança a extremidade esquerda do cromossomo.12). Esse DNA tem de ser. a DNA por esse trabalho apenas 2 anos depois (1959). Kornberg e colaboradores realizaram outros mamíferos. polimerase da DNA polimerase em razão de uma mutação no A replicação de DNA é uma área em que os estudos in vitro gene polA . coli. e muito do que sabemos sobre as ções com perda de função no gene POLH (também denominado DNA polimerases é baseado em seus resultados. como os induzidos colaboradores foram os primeiros a demonstrar que a síntese de por UV (Capítulo 13). os dois filamentos i1ascentes sin- no filamento iniciador (primer) . Nunca. macro. rnberg e colaboradores isolaram uma enzima de f. devemos presumir que um fenômeno demonstrado in vitro entanto. como veremos adiante neste capítu lo DNA poderia ocorrer in vitro. é iniciada a síntese de um novo filamento de DNA? Já Como os filamentos compleme11tares de uma dupla hé- que é obrigatório o desenrolame11to dos dois filame11tos lice de DNA têm polaridades químicas opostas. portanto. inestimáveis.rre .ram E SÍNTESE DESCONTÍNUA DO OUTRO originalmente (Figura 10. Por fim. (XP). coli que catalisa Hoje. denominadas polimerases berg". a síntese dos filamentos complementares de son e Crick propuseram o mecanismo semiconser. trifosfato de tremamente sensíveis à luz solar. coli. facilidade que sistemas in vivo e. Kornberg recebeu um Prêmio Nobel (Iniciação das cadeias de DNA com iniciadores de RNA). deram enorme contri . ao menos.A enzima catalisa a adição de sistemas no tubo de ensaio. Em 1969. capazes nucleotídios ao grupo 3' -OH de fi lamentos de DNA preexistentes. a DNA polimerase 1 não é a verdadeira "DNA replicase" ocorra in vivo.13A).138) . limerases. na eixo de rotação. Delucia e Cairns também descobriram que foram. tetizados em cada forquilha de replicação estão sendo pazes de iniciar a síntese de um novo filame11to. Sem dúvida. Essa extrapolação só deve ser feita quando evidên. separação das várias organelas. Em ''is ta da exigência ab- soluta de DNA polimerases para um grupo 3'-0H li.1). fosfato de desoxicitidina (dCTP) . coli que não tinha a atividade estudos in vitro. essa enzima agora é conhecida como DNA polimerase 1por translesão. reconstituição de um grupo 3'-hidroxi la (3'-0H) livre. Esses sistemas Portanto. No nível complexa do que acreditavam os cientistas qua11do Wat. como a do cromossomo de E. Em 1957. como a região localizada de separação dos filame11 tos Esse paradoxo foi resolvido com a demonstração de que ou bolha de replicação surge na origem? Essas e outras a síntese de um filamento de DNA é contínua. de efetuar determinados processos metabólicos. o meca11ismo de replicação do DNA é SÍNTESE CONTÍNUA DE UM FILAMENTO mais complexo do que os pesquisadores acredita.000 codificada por um gene denominado polA . DNA polimerases em muitos organismos diferentes. o que demonstrou polimerase 1 também tem um papel importante na replicação do a importância atribuída por outros cientistas a essa inovação. Várias po- Inicialmente batizada de DNA polimerase ou "enzima de Korn. limerases descobertas recentemente. principalmente nas moléculas circula. mas os dois novos filamentos são estendidos na . A DNA polime. Contudo. em parte bifilamentar e em parte unifilamentar. Indivíduos homozigotos para muta- catalisava a síntese de DNA. estão despertando grande interesse. enquan- co11siderações indicam que a replicação do DNA é mais to a síntese do outro filamento é descontínua.rativo DNA está ocorrendo em direções físicas opostas (Figu- de replicação em 1953. lecular de 103.trifosfato de desoxiadenosina (dATP). As pessoas com XP são ex- nucleosídios . coli é reparar defeitos do DNA. batizados de sistemas in vitro. e continuam a ser. trifosfato de desoxiguanosina (dGTP) e tri . ruptura das células. é preciso que haja um pivô ou um mento é estendido na direção geral 5' ~ 3' e o outro. No porém. Mas. um fila- parentais de DNA. molecular. porque são capazes de se replicar transpondo lesões ou causa da descoberta subsequente de várias outras DNA polime. essas e11zimas são inca. coli. um tipo de distúrbio hereditário. cromossomo. defeitos no DNA que bloqueiam a replicação pela maioria das po- rases em E. em E. Capítulo 1O 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 233 SÍNTESE DE DNA INVITRO prendeu -se muito sobre os mecanismos moleculares im. direção geral 3' ~ 5' ( Figura 10. merases só podem catalisar a síntese na direção 5' ~ 3'. pele depois da exposição à radiação UV na luz solar (Capítulo 13). Pau la Delucia e John Cairns relataram a re- cias independentes de estudos in vivo validam os resultados dos plicação do DNA em linhagem de f . estudos in vitro estão sendo usados para caracterizar as a adição cova lente de nucleotídios a cadeias de DNA preexistentes. A DNA polimerase 1 é um polipeptídio único com peso mo- buição para o conhecimento sobre os processos biológicos. Agora sabemos que uma importante função da DNA poli - mente deduzido desses estudos. Como estendidos na mesma direção no nível macromolecular. Em seres humanos e Ao longo de muitos anos. Ko. e tem de conter moléculas e outros componentes e. Grande parte de nosso esse mutante polA 1 era extremamente sensível à luz ultravioleta conhecimento sobre o processo de replicação do DNA foi inicial. a DNA polimerase eta (11) tem papel importante extensos estudos in vitro sobre o mecanismo pelo qual essa enzima na replicação do DNA lesado. desenvolvem vários cânceres de desoxitimidina (dTTP). (UV). catalisa a extensão covalente de cadeias de DNA apenas in vitro podem ser dissecados bioquimicamente com muito mais na direção 5' ~ 3'. . Como já foi discutido.e é ativa apenas na presença de plicados nos processos biológicos por meio da técnica de íons Mg2+ e de DNA preexistente. ra 10. Mas as DNA poli- res de DNA. em seguida. gene XPV) que codifica a polimerase 11 têm xeroderma pigmentoso rase 1 requer os 5' -trifosfatos de cada um dos quatro desoxirribo. Arthur Kornberg e seus merase 1 em E. Primeiro.13C). coli foram marcadas durante 5. A Figura 10. A ilustração mostra o usando a energia do dinucleotídio nicotinamida adeni- acréscimo.-. ativamente pela cultura de células de E. Esses pequenos fragmentos de DNA foram batizados de fragmentos de Okazaki em homenagem Citosina a Reiji Okazaki e Tuneko Okazaki. depois. com a por medida da velocidade de sedimentação em gradien. A primeira etapa da cador foi encontrada em pequenos fragmentos de DNA. .. cresce pela síntese adjacentes no sítio do corte. os cientistas que os o descobriram no fim da década de 1960. Portanto. de DNA.. Quando são usados períodos o 4· l' H H maiores de marcação. combinada de uma DNA polimerase e uma DNA ligase. ciadoras com oriC (Figura 10. provavelmen- extensão H O da cadeia te do tamanho dos cromossomos de E.000 a 2. Se as células forem marcadas com 3H-timidina por ~~ 6 HN 1 5. um ataque nucleoffiico pelo grupo estendido na direção geral 5' ~ 3'.234 Fundamentos de Genética Extremidade 5' com 1. // s· O-P-O-P-O-P-O-CH2 o Se o filamento atrasado de DNA for sintetizado de ma- 1 1 1 o. é contínua._. mas algumas DNA liga- dade 3' da cadeia. sem perda de bases) nas moléculas de DNA soxiguanilato (5' -fosfato de desoxiguanosina). o. formação de uma região localizada de separação de fi- tes de sacarose durante centrifugação de alta velocidade. 3'-0H no corte no átomo de fósforo proximal do DNA der). pré-iniciação parece ser a ligação de quatro moléculas . 1..12 Mecanismo de ação das DNA polimerases: extensão sa o fechamento covalente de cortes (perda de ligações covalente de um filamento iniciador de DNA na direção 5' ~ 3'. mas também no reparo e na recombinação do termediários na síntese do DNA foram marcados radio. de monofosfato de deso. lamentos denominada bolha de replicação. }' Guanina um curto período e transferidas para meio não radioati- H2N~~ 9 4.. E... ses usam o ATP. coli infectadas pelo bacteriófago T 4 por períodos muito curtos em meio contendo 3 H-timidina (experi- INICIAÇÃO DA REPLICAÇÃO DO DNA mentos de pulse-labeling [marcação por pulso]).. a síntese do filamento atrasado ocorre As falhas só podem ser preenchidas e seladas pela ação por mecanismo descontínuo...." vo por um longo período de crescimento (experimentos o de pulse-chase [pulso e busca]). o. DNA (Capítulo 13). marcados foram isolados.. conforme descrito na seção anterior. 1 1 o 1 1 1 1 Ti mina FECHAMENTO COVALENTE DE CORTES 1 o o t o NO DNA POR DNA LIGASE _ li li Jf. Essa bolha de Quando as células de E. coli ou do fago T 4. Os resultados desses experimentos de pulse-chase o 4· 1 são importantes porque indicam que os fragmentos de H H H 3· 2 H Okazaki são verdadeiros intermediários na replicação de 3'-0H livre -OH H DNA. 4· l' neira descontínua. dTTP) à extremi.... e não algum tipo de subproduto metabólico. coli e de células de E. a timidina marcada estará 1 5.denominados falhas (gaps). catalisado por DNA-polimerase. 1 s· -o-P-O-CH2 Q os fragmentos de Okazaki têm apenas 100 a 200 nucleo- 11 tídios de comprimento. Os DNA A replicação do cromossomo de E. ~. coli usa o NAD como cofator.15). Esse mecanismo Precursor de dTTP é garantido pela enzima DNA ligase. replicação é formada pela interação de proteínas pré-ini- 1O ou 30 segundos. o filamento contínuo (lí. A DNA ligase sozinha não de fragmentos curtos (sintetizados na direção 5' ~ 3') tem atividade em quebras no DNA em que há perda de e pela ligação covalente subsequente desses fragmentos um ou mais nucleotídios .. o filamento descontínuo (atrasado). desnaturados e caracterizados a sequência única em que é iniciada a replicação.. curtos. por exemplo. coli começa em oriC. A ligase da xitimidina (do precursor trifosfato de desoxitimidina. A DNA ligase catali- • FIGURA 10. A primeira evidência desse mecanismo descontínuo A DNA ligase tem papel essencial não só na replicação de replicação do DNA surgiu em estudos nos quais in. com liberação de pirofosfato (P20 7) .o-P-O-CH2 presente em moléculas de DNA do tamanho do cromos- 11 e somo.14 mostra a reação catalisa- da por DNA ligase. na (NAD) ou trifosfato de adenosina (ATP). A síntese do filamento no corte e. O filamento estendido na direção geral 3' produz uma ligação fosfodiéster entre os nucleotídios ~ 5'.___. encontra-se maior quantidade do H 3· 2 H Direção de marcador em grandes moléculas de DNA. grande parte do mar.. Em eucariotos. o AMP do intermediário ligase-AMP forma uma ligação fosfoéster com o 5' -fosfato mesma direção química 5' ~ 3'. H H será necessário um mecanismo para unir os fragmentos H 3· 2 H de Okazaki e produzir os grandes filamentos de DNA OH H presentes em cromossomos maduros.000 nucleotídios de comprimento (Figu- ra 10. A cadeia existente termina na extremidade 3' com o nucleotídio de- fosfodiéster. Os resultados de experimentos de pulse-labeling de Reiji e Tuneko Okazaki e colaboradores mostrando que o DNA nascente em E. .-3' oriC enrolado sobre a superficie do complexo p roteico. A separação do filamento começa nas três repetições con- .5' tinamida-adenina (NAD).. coli existe em fragmentos curtos com 1.14 A DNA ligase catalisa o fechamento covalente de cortes no DNA. 1 ' 1 P. . Um complexo de proteín a DnaB (a Enzima+ ATP DNA helicase hexamérica) e p roteína DnaC (seis molé- ou )Ir Enzima-AMP culas) une o complexo de iniciação e con tribu i para a Enzima+ NAD formação de duas forquilh as de replicação bidirecionais. C. ~ -... . como a autorradiografia e a Origem 50 / microscopia eletrônica.) 3' E Q) 5' ~ 5 ro -o > ~ 4 -o ~ Pequena Grande Tamanho das moléculas de DNA e Análise d o gradiente de densidade de sacarose de DNA d e E.A seta vermelha mostra a posição dos "fragmentos de Okazaki" no gradiente.proteína DnaA . Embora os dois filamentos nascentes de DNA sintetizados em uma forquilha de replicação pareçam ser estendidos na mesma direção (B). o do p roduto do gene dnaA . coli marcado com pulsos de B Técnicas bioquímicas de alta resolução. mostram que. • FIGURA 10.P1 = O repetições de 9 pares de bases (pb) em oriC..000 a 2.13 Evidências da síntese descontínua do filamento atrasado.às quatro 1 Quebra unifilamentar. A. como 3H-timidina. A p roteína Dn aT também está presente no complexo de Ligação p roteína de pré-iniciação. mas sua função é desconheci- fosfodiéster . .. as 3' / duas cadeias de DNA nascentes são 5' 40 estendidas na mesma direção geral 5' que cada forquilha de replicação . -- 3' "'"" 30 E A '' - e: 20 '' o '' o. .3' e. . unidos por DNA ligase. A energia necessária para formar a ligação éster é fornecida por trifosfato de adenosina (ATP) ou dinucleotídio de nico- . extraído e desnaturado durante pulse-labeling e análise por gradiente de densidade. . P.fragmentos curtos são sintetizados na direção 5'. .. centrifugação. as proteínas DnaA ligam-se de maneira cooperativa para HO ". em nível macromolecular. . _3• • FIGURA 10.P. .5' secutivas de 13 pb em oriC e p ropaga-se até a criação da bolha de replicação. . . O. Em seguida. . '' '' ~ 10 ' X 5' ~ 6 (. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 235 60 600 s Técnicas de resolução relativamente baixa. eles estão sendo sintetizados em direções opostas.. descontínua .. . dependendo da espécie.. em seguida. O formar um cerne de 20 a 40 polipeptídios com DNA de 5' .000 nucleotídios de comprimento.. no nível molecular. Os gradientes usados separam mostram que a replicação do filamento atrasado é m oléculas de DNA de acordo com o tamanho. Os resultados comprovaram essa ideia. A enzima DNA primase catalisa a síntese de filamentos de RNA absoluta de um grupo 3'-0H livre na extremidade do curtos (10 a 16 nucleotídios de comprimento) que são complementa- filamento de DNA estendido e um filamento-molde de res aos filamentos-molde.236 Fundamentos de Genética oriC DNA apropriado (especificando o filamento nascente ~~~~~~~~A~~~~~~~~ 1 1 Repetições de 13 pb Repetições de 9 pb complementar) para que sejam ativas. O Outras moléculas da Quando isso ocorre. coli. a proteína PriC. A DNA primase de E. 1 . A DNA po- .. Como as DNA polimerases são capazes de oriC enrolado na superfície.5' --- processo de pré-iniciação.5' INICIAÇÃO DE CADEIAS DE DNA COM --- INICIADORES DE RNA ---------~ • FIGURA 10. os cientistas começaram a testar a ideia de que a síntese de DNA poderia ser iniciada pelo uso de ini- ciadores de RNA. A proteína de DNA DnaA parece ser a principal responsável pela separação localizada dos filamentos em oriC durante o processo de DNA primase . a proteína PriB.. enzima complexa que catalisa a síntese de moléculas de RNA a partir de moldes de DNA. Essa etapa é realizada pela DNA polimerase I em E. uma 9 pb em oriC. Em procariotos. O A proteína DnaB (DNA helicase} com apenas cerca de 10 nucleotídios de comprimento. os iniciadores de RNA são excisados e substituídos por cadeias de DNA.15 Pré-iniciação da replicação de DNA em oriC no cro. repetições de Proteína DnaA Há muito tempo se sabe que a RNA polimerase.- 3 --. forma-se um híbrido RNA-DNA no proteína DnaA ligam-se cooperativamente. Portanto. Em seguida. otídicas por DNA polimerases. esses 1 1 1 A separação do filamento começa nas iniciadores de RNA têm 1O a 60 nucleotídios de com- .--. a proteína DnaK. em outros casos. Outras proteínas associadas ao complexo de iniciação em oriC são a proteína DnaJ.~'>-?-r~y-. (DNA helicase} limerase III catalisa o acréscimo de desoxirribonucleotí- dios aos iniciadores de RNA.o .""". .16 A iniciação de filamentos de DNA com iniciadores de Todas as DNA polimerases conhecidas têm necessidade RNA. Pesquisas subsequentes mostraram que cada nova ca- deia de DNA é iniciada por um iniciador de RNA curto sin- tetizado por DNA primase ( Figura 10.. . coli é o produto do gene dnaG. seja de maneira contínua no filamento líder. seja de maneira descontínua pela sín- tese de fragmentos de Okazaki no filamento atrasado.. e a proteína DnaC unem-se ao Os iniciadores de RNA oferecem os grupos 3'-0H livres complexo de iniciação e produzem necessários para extensão covalente de cadeias polinucle- uma bolha de replicação. é capaz de iniciar a sínte- 0"". Nenhuma DNA ""' / ~""' / / ""'""' polimerase conhecida é capaz de iniciar a síntese de um novo filamento de DNA. qual o RNA nascente está ligado por hidrogênio ao mol- formando um complexo com de de DNA. . mas o papel é ignorado.. estender cadeias de DNA ou RNA contendo um grupo 3'-OH livre. coli. ao passo que em eucariotos são mais curtos. mossomo de f. A Bolha de replicação DNA polimerase III termina um fragmento de Okazaki Proteína DnaC quando colide com o iniciador de RNA do fragmento de • FIGURA 10. a proteína de ligação ao DNA HU.16). Okazaki anterior. não há comprovação de sua participação funcional no --.. Em E. é preciso que haja al- 0""~ O A proteína DnaA gum mecanismo especial para iniciar a síntese de novas liga-se às quatro cadeias de DNA uma vez formada a bolha de replicação.. a proteí- na PriA. --. porém. Em alguns casos... coli. a enzima que catalisa a replicação semiconservativa do cromossomo é uma polimerase denominada DNA polimerase Ili (veja a Proteína DnaB seção Múltiplas DNA polimerases e revisão). a DNA girase e a proteína de ligação ao DNA unifilamentar (SSB). sua partici- Filamento-molde pação é conhecida. Além da atividade da da. - 1n1c1açao. -y repetições de 13 pb primento.0-y se de novas cadeias de RNA em sítios específicos no DNA. As etapas da síntese e substituição dos e as três são importantes na replicação do cromossomo iniciadores de RNA durante a replicação descontínua do de E. Os esquemas enfatizam bem a polaridade química oposta (5' ~ 3' e 3' ~ S') dos filamentos complementares.17 As três atividades da DNA polimerase 1em E. coli que não têm atividade de exonuclease 5' ~ 3' da mentos de uma molécula de DNA parental sejam se- DNA polimerase I falham na excisão de iniciadores de parados durante a síntese de novos filamentos com- RNA e na união de fragmentos de Okazaki. + ' Par de 5' p OH 3' bases errado OH 3' / Clivagem / " e • FIGURA 10.. a ati- vidade de polimerase 5' ~ 3' da enzima substitui o RNA DESENROLAMENTO DE DNA COM por uma cadeia de DNA usando o fragmento de Okazaki HELICASES. que apara os filamentos de Okazaki está próximo do grupo 5'-fosfato do fragmen- D NA a partir das terminações 5'. PROTEÍNAS DE LIGAÇÃO AO adjacente com seu grupo 3'-OH livre como iniciador. ao mesmo tempo.(A) atividade de polimerase 5' ~ 3'. A atividade de exonuclease 5' ~ 3' da DNA polimera- se I excisa o iniciador de RNA e. o grupo 3'-OH de um fragmento de vidade de exonuc/. 3' HO 3' HO 3' HO A. (B) atividade de exonuclease S' ~ 3' e (C) atividade de exonuclease 3' ~ S' .17). coli. DNA E TOPOISOMERASES Como poderíamos esperar de acordo com esse meca- nismo de substituição do iniciador. mutantes da polA de A replicação semiconservativa requer que os dois fila- E.. a DNA polimerase I de uma ligação fosfodiéster entre os fragmentos de Oka- tem três atividades enzimáticas específicas (Figura 10. Como comentado no texto. as três atividades . Já que uma dupla hélice de DNA contém . coli. filamento atrasado são ilustradas na Figura 10. As moléculas de DNA são representadas por esquemas planificados com um filamento complementar em cima e outro embaixo.12..ease 5' ~ 3'. Esse produto é um substrato nuc/. e uma atividade de exo. que catalisa a formação 3' dos filamentos de DNA. p 5' p G e T A G T e + GCTAG TC ••• ••• •• •• ••• ••• ••• •• •• ••• ATCG ATC A T e G A T e + OH 3' ®. coli. zaki adjacentes. to de Okazaki precedente. Portanto.. OH 5' p OH 3' / Clivagem / " B Atividade de exonuclease 3' . p 5' ' '~ G e T G T A C A G e T A G T e ••• ••• •• •• ••• •• ••• ••• •• •• ••• •• A T e G A T e ATCGATC A A 5' p OH 3' OH A Atividade de exonuclease 5' . 5' 3' HO 3' HO p 5' G e T A G T e G e T A G T e ••• ••• •• •• )lo ••• ••• •• •• A T C G A T T A T C G A T T ~ . a DNA polimerase I substituiu o iniciador de RNA por limerase I tem duas atividades de exonuclease: uma ati. a DNA po. uma cadeia de DNA...18.ease 3' ~ 5'. polimerase 5' ~ 3' mostrada na Figura 10. que cliva nucleotídios das terminações apropriado para a DNA ligase. Depois que plementares.são importantes em células de E... Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 237 Atividade de polimerase 5' . 3' Clivagem / / 3' HO " p 5' 3' HO HO "V--. . A ligação da proteína nucleotídios por minuto. coli é o p roduto do gene dnaB. é preciso mantê~los na forma unifila- é preciso que a molécula de DNA seja rodada 360º uma mentar estendida para replicação. A p rincipal DNA heli.• 5'.... 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 5' . 3' 5' . O processo de desenrola. dois filamentos que não podem ser separados sem case replicativa em E. DNA.. revestida por p roteína SSB. ""O Fechamento covalente por DNA ligaset 5' 3' iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 3' 11111111111 11111111111111111111111111111111111111111111111 11111 5' • FIGURA 10..j.19A) conta com a participação de en. ""G 5' -->3' 5' -->3' 5' 3' iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 3' 1111111 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111 5' '\P...P__.. o iniciador de RNA é removido e substituí- do por DNA pelas atividades duplas de exonuclease 5' ~ 3' e polimerase 5' ~ 3' presentes na DNA polimerase 1. Consideran do-se que cada giro.3' do iniciador de RNA e dissociação da DNA primase 5' ---->3' 5'---->3' 11111111111 iiiiiiiiiii 3' iiiiill'llll'lliiiiiiili'llll'lliiiiiiil'lliiiiiiiiiiiiiiiiili' 5' .. 5' 3' ---------. a liga- molécula de DNA em replicação gire a 3.. isto é.3' por atividade polimerase da DNA polimerase 1 5' .3' da DNA polimerase 1e síntese 5' -.hidroxilas e 5' -fosfatos adj acentes (Figura 10.P__... 3' ~. 3' 3' iiiiiiiiii iiiii iilt'iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiii iiiiiiiiiiiiiiii 3' 11 1111 111111111111 11111 1111111111111 111 1111111111111 111 11111111 5' '\P.P__..000 tar (proteína SSB) (Figura 10.. Sem a cobertura de proteína . O Síntese 5' -. Um filamento curto de RNA é sintetizado para prover um iniciador de 3' -OH para síntese de DNA (Figura 10. 3' 5' . toda a região u n ifilamentar de DNA é rapidamen te zim as denominadas DNA helicases.. volta por volta..P.P. coli..3' de DNA pela DNA polimerase Ili iniciada no grupo 3'-0H livre do iniciador de RNA 5' 3' -------------.. As que sejam desenrolados.18 Síntese e substituição dos iniciadores de RNA durante a replicação do filamento atrasado de DNA.• 11111 11111 3' 1111111111111111111111111111 1111111111111111 1111111111111111 111 5' '\f'. a replicação DNA helicases desenrolam moléculas de DNA usando do DNA requer um mecanismo de desenrolamento. ""O Extensão 5' -.... Depois.\ .P__.. Depois que os filamentos de DNA são desenrolados madamente 10 pares de n u cleotídios de comprimento. Em seguida.P__. Portanto.... o por u m revestimento de proteína de ligação ao DNA unifilamen- DNA é replicado na proporção aproximada de 30. pela DNA helicase. a DNA ligase une por ligação covalente a cadeia de DNA nascente. 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 3' 1 111111 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111 5' .. SSB. Em vista da cooperatividade de ligação da proteína mento ( Figura 10.14). ou volta._..P. Em E. 0 Retirada simultânea do iniciador de RNA por atividade de exonuclease 5' -.16). 3.238 Fundamentos de Genética Filamento único Sítio de Sítio de de DNA isolado iniciação iniciação pré-replicativo \ desenrolado.000 revolu. catalisando a formação de ligações fosfodiéster entre 3' .P__..j. é preciso que uma SSB ao DNA unifilamen tar é cooperativa.j.. Esse estado é mantido vez para cada 1O pares de bases replicados. tem aproxi. energia derivada do ATP. O Iniciação da síntese do iniciador de RNA pela DNA primase 5'. ção do p rimeiro monômero de SSB estimula a ligação ções por m in uto para facilitar o desen rolam ento dos de outros monômeros em sítios contínuos na cadeia de filame n tos de DNA parental..>3' 5' .198). a proteína SSB é codificada pelo gene ssb. reutilizam essa energia para fechar as quebras...P_ _. e a ligação fosfodiés- ou parcialmente complementares..oi. NalA. bifilamentares transitórias e acrescentam super-hélices tação que impede o entrelaçamento (super-helicoidiza. coli.. duas por ção positiva) do DNA antes da forquilha de replicação? vez. que desenrola a dupla hélice parental e (B) proteína de ligação ao DNA unifilamentar (SSB) que mantém estendidos os filamentos de DNA desenrolados.. passam a dupla hélice quebras transitórias das moléculas de DNA. Além de relaxarem o DNA super-helicoidal e las clivadas.. de ácido nalidíxico) e que as enzimas topoisomerases II desfazem e criam duas duas subunidades f3 especificadas pelo gene gyrB (antes. 5 DNA helicase ATP )lo ADP A A proteína de ligação ao DNA unifilamentar (SSB) mantém os filamentos desenrolados na forma estendida para replicação. Os eixos de rotação necessários durante a replicação das Para levar a cabo esse processo... Elas conservam a energia das ligações fosfodiéster Lembre-se de que o cromossomo de E._ . A DNA girase é dessa diferença é que as atividades da topoisomerase I um tetrâmero com duas subunidades a codificadas pelo desfazem uma super-hélice do DNA de cada vez. fixam-se nas extremidades do sítio de chamadas DNA topoisomerases. coli contém clivadas armazenando-as em ligações covalentes entre si uma molécula circular de DNA. as enzimas mas DNA topoisomerase I produzem quebras ou cortes topoisomerases II podem separar moléculas circulares de unifilamentares temporários no DNA. Em enzimas topoisomerase I usam a energia de maneira efi- E. - AD.21 )..22). por um mecanismo que consome energia (ATP). vidade da topoisomerase I garante um eixo de rotação filamentares por ligações de hidrogênio entre segmen. o pareamento de bases intrafilamentar do DNA pode formar estruturas em grampo (B. DNA pré-replicativo unifilamentar recoberto por proteína SSB B • FIGURA 10.000 revoluções por minuto para permitir o pois. DNA topoisomerase II produzem quebras bifilamenta. SSB. A quebra unifilamentar transitória produzida pela ati- mentares ou formação de estruturas em grampo intra. Com o DNA de E. poderia haver renaturação dos filamentos comple.. introduzirem super-hélices negativas no DNA. 3' -=====-. gura 10. e (2) as enzimas DNA entrelaçadas. Há dois tipos de topoisomerases: (1) enzi. de coumermicina). super-hélices por vez. que possibilita o giro independente dos segmentos de tos curtos de sequências nucleotídicas complementares DNA em lados opostos da quebra._ ATP t ... As enzimas DNA topoisomerases II induzem quebras plicação ( Figura 10. negativas ou removem super-hélices positivas. Uma importante consequência enzima denominada DNA girase em E. cou. coli próprias e os grupos fosfatos nos sítios de clivagem. As topoisomerases catalisam clivagem por ligações covalentes.. desenrolamento dos filamentos parentais durante a re. Essas estruturas em ter no filamento intacto serve de pivô (Figura 10...20). ao passo gene gyrA (originalmente. O ácido nalidíxico e a coumermi- .. As grampo impedem a atividade das DNA polimerases. coli. ciente.. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 239 A DNA helicase catalisa o desenrolamento da dupla hélice parental.. elas cortam os dois fila- moléculas circulares de DNA são garantidos por enzimas mentos de DNA. mas usam intacta através do corte e selam o ponto de quebra (Fi- ligações covalentes entre si para se fixarem nas molécu.19 A formação do DNA molde funcional requer (A) DNA helicase. de- girando a 3.... DNA polimerase DNA pré-replicativo unifilamentar sem proteína SSB Estruturas em grampo ... Na ausência de proteína SSB.~*"""'~~~~~... topo) que retardam ou interrompem a síntese de DNA.~~. A topoisomerase tipo II mais bem caracterizada é uma res transitórias no DNA. o que provê o pivô ou eixo de ro. com energia forneci- positivas da pelo ATP.21 A DNA topoisomerase 1produz quebras unifilamen- tares transitórias do DNA que agem como eixos de rotação ou pivôs ~plicação do DNA durante a replicação do DNA.P. coli (Capítulo 9). respectivamente. na forma inalterada. coli. coli mediante inibição da atividade de DNA girase.240 Fundamentos de Genética Para desenrolar os filamentos-molde em f. Molde do filamento líder Molde do A energia da ligação Agora... . Como a tensão ção.. O Uma extremidade da dupla hélice de DNA não gira em relação à outra extremidade....3' a rotação rápida 0 />.. 3' . a hélice de DNA 0 />.. . da DNA girase.. a replicação pode produzir forquilha de replicação tem de girar para permit ir que os fi lamentos DNA relaxado à frente da forquilha por desenrolamen- sej am desenrolados pela helicase.DNA polimerase torna a reação reversível. . Portanto...3' • FIGURA 10.. . cina são antibióticos que bloqueiam a replicação do DNA em E. ' de DNA."Y O A reconstituição da ligação fosfodiéster Sem um pivô ou eixo de rotação. assim quebrando uma ligação fosfodiéster >' em um filamento de DNA. B. o DNA à frente de uma mentares de DNA relaxado. ~ .. de criar super-hélices positivas à frente da forquilha de • FIGURA 10. a atividade da DNA girase é ne- cessária para que haja replicação do DNA em E. Na ausência de um eixo de rota. coli ou do fago À. Lembre-se de que o DNA cromossômico apresenta super-helicoidização negativa em E. o processo de regenera tanto a hélice de DNA quanto desenrolamento produziria super-hélices positivas a DNA topoisomerase à frente das forquilhas de replicação.000 rpm. Durante a replicação. O ácido nalidíxico e a coumermicina inibem a síntese de DNA por ligação às subunidades a e j3.. A. a separação dos filamentos é energeticamente . "Y à frente da forquilha de replicação tem de girar a 3. I 3' . . as duas extremidades filamento atrasado fosfodiéster original da dupla hélice de DNA é armazenada em podem girar em relação uma ligação uma à outra. OH no filamento líder 5' Cadeia de DNA recém-sintetizada A 0/>. . Essa atividade da DNA girase oferece ou- B tra solução para o problema do desenrolamento. 5' fosfotirosina.isto é. . ~ -5' ... Em vez . As super-hélices negativas em cromossomos bacterianos Super-hélices são introduzidas pela DNA girase.. coli. o desenrolamento resulta na produção de super-hélices positivas super-helicoidal é reduzida durante o desenrolamento no DNA à frente de uma forquilha de replicação..20 E necessário um pivô ou eixo de rotação durante a replicação por desenrolamento dos filamentos comple- replicação de moléculas circulares de DNA como as dos cromossomos de f.5' Aqui é necessária 5' .. "Y da hélice de DNA O A DNA topoisomerase 1 une-se por ligação covalente a um fosfato -.. to do DNA com super-hélices negativas. o que . lamentar..A • ---------T / 7 p 3' OH ... O DNA molde tem a sequência nucleotídica que espe- somerase li de f.../. As DNA polimerases necessitam de um molde de DNA cuja sequência de bases determina..23). DNA polimerase necessitam de DNA preexistente com dois componentes III. • FIGURA 10.. coli necessária para replicação do DNA. Por outro lado..: sitam de um filamento iniciador (mostrado à direita) com um grupo 3' -hidroxila livre. 7 . derivado do pre- cursor DTTP mostrado)... que determina a sequência de bases do filamento sintetizado. A reação catalisada por DNA polimerases da DNA girase é necessária para que haja replicação do é um ataque nucleofilico pelo grupo 3'-0H na ter- DNA em bactérias..a super-helicoidização negativa atrás da for. . •••••••• p C •••••••• G _ __.. ._... Nesse de uma sequência de bases complementares no novo caso.-Y .. a girase pode simples./....\f>.---T •••••••• A _ __. O filamento iniciador é estendido por ligação cova- .. Ao con- ção de molde (Figura 10.. / ---/... a DNA polimerase III 1. Do mesmo modo que a DNA polime- síntese de DNA. Nenhuma DNA polimerase inicia a rase I.-> P --7----- / T ./. merases necessitam de um grupo 3'-hidroxila livre em tem uma exonuclease 5' ~ 3' ativa apenas no DNA unifi- uma cadeia polinucleotídica preexistente..\f>. Esse mecanismo de reação explica a necessidade absoluta MÚLTIPLAS DNA POLIMERASES das DNA polimerases de um grupo 3' -OH livre no fila- E REVISAO . sam a extensão covalente nas terminações 3' das cadeias A E../ p __ .___/.----.-Y Molécula de DNA com duas A girase cliva os dois super-hélices negativas.. 5' ~ 3' e atividade de exonuclease 3' ~ 5'..17. favorecida .....\f>. L_____ G p/ OH 3' . •••••••• A _ __.. esse mecanismo explica bem por que a atividade filamento.._/_7-.___ / p p Iniciador ..P / p -...23 Necessidades de molde e iniciador das DNA poli- merases. O DNA iniciador oferece uma terminação com 3'-0H é uma enzima complexa constituída de muitas subuni- livre à qual são acrescentados nucleotídios durante a dades diferentes..... C •••••••• G _ ___....... dois filamentos lente com acréscimo de nucleotídios (como dTMP.....P I ~0-Y ~. Todas as DNA polimerases neces- Corte dos -. nucleosídio com a eliminação de pirofosfato. pelo seu potencial de pareamento de bases. As DNA polimerases IV e V caracterizadas mais lisam a formação de uma ponte fosfodiéster entre o recentemente. passa a hélice grupo 3'-0H na extremidade da cadeia de DNA ini- intacta através da quebra e ciadora e o 5'-fosfato do desoxirribonucleotídio rece- fecha o ponto de quebra..__ ~ Molécula de DNA A DNA girase dobra p p sem super-hélices... Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 241 5' p / .. A molécula de DNA é mostrada em esquema planificado.12). Elas cata. DNA polimerase II.. no entanto. minação do filamento iniciador no átomo de fósforo mente desfazer super-hélices positivas que se formam à nucleotidil ou interno do precursor do trifosfato de frente da forquilha de replicação. 5' ~ 3' (Figura 10. As DNA po- essenciais. as DNA polimerases necessitam de um filamento-molde (à esquerda)... a DNA polimerase III tem atividade de polimerase síntese de novas cadeias de DNA.... a molécula duas vezes sobre si mesma..\f>. com a polimerase II. como as mostradas na Figura 10. cifica a sequência complementar da cadeia de DNA em crescimento./. coli contém no mínimo cinco DNA polimerases: polinucleotídicas em crescimento. 'p. uma DNA topoi. trário das DNA polimerases I e II. mento do DNA iniciador que é estendido por ligação covalente e determina que a direção da síntese é sempre As DNA polimerases são enzimas processivas que catali.P I . a síntese quilha pode guiar o processo de desenrolamento... Além disso. O novo filamento será complementar ao filamento-molde. bido.... Todas as DNA poli... Todas as polimerases DNA polimerase I..P I ~. 2..... um com função iniciadora e o outro com fun- limerases I e II são enzimas de reparo do DNA..---A p 7 ... •••••••• / 5' HO P 3' 5' • FIGURA 10.. filamentos... DNA polimerase IV e DNA polimerase V..22 Mecanismo de ação da DNA girase._/-...' I ~à .. têm papéis impor- . /-. O dos nucleotídios recebidos durante a síntese de DNA. Sylvie Doublié e colaboradores identificaram a estrutura da polimerase do fago T7. Os organismos eucarióticos codificam ainda mais po- limerases . As DNA polimerases eucarióticas foram denominadas a. se do molde. À. e as DNA polimerases í3. O acréscimo da subunidade moléculas de DNA longas presentes nos cromossomos. ~' TJ. os outros dedos e a palma (Figura 10. a. À. que é semelhante à DNA polimerase de E. As principais DNA polimerases replicativas são extra- ordinariamente precisas.µ. e uma molécula precursora de trifosfato de nucleosídio (ddGTP). tons em sua forma completa ou holoenzima. um precursor do trifosfato de nucleosídio e um DNA mol- de-iniciador contribuíram para a compreensão da alta fidelidade da síntese de DNA. Algumas DNA polimerases eucarió- ticas não têm a atividade de exonuclease 3' ~ 5' presente na maioria das DNA polimerases procarióticas. verde. cf> e Rev1 são enzimas de reparo do DNA ou têm outras funções metabólicas. O cerne catalítico sinte. a estrutura desse complexo de polimerase é uma complexo entre a DNA polimerase do fago T7.. Aenzimajustapõe o trifos- fato de nucleosídio recebido à terminação do filamento iniciador. o filamento iniciador e o trifosfato de nucleosídio A DNA polimerase III. 0. O cerne mínimo que tem atividade catalítica in vitro tem três subunidades: a (produto do gene dnaE). em posição para formar ligações de hidrogênio B com a primeira base sem par no filamento-molde. Nesses estudos.) Estudos da estrutura cristalina do comple- xo formado por uma DNA polimerase monomérica. e toda a síntese de DNA ocorre na A direção 5' ~ 3'.24 Esquema (A) e modelo espacial (B) da estrutura do tanto.22 nm. todas as DNA polimerases necessitam de um grupo 3'-hidroxila livre em um filamento iniciador preexistente. com resolução de 0. õ e/ ou e) atuam em conjunto para levar a cabo a replica- ção semiconservativa do DNA nuclear. guiada pelo molde. a terminação do iniciador e o filamento-molde em (B).a. 0. A DNA polime- rase 'Y é responsável pela replicação do DNA em mito- côndrias.e até hoje já foram identificadas pelo menos 15 DNA polimerases diferentes. coli. K. catalisam a mesma reação básica: um ataque nucleofilico do grupo 3'-0H livre da termina- ção do filamento iniciador ao átomo de fósforo nucleoti- dil do trifosfato de nucleosídio precursor. é uma são mostrados em amarelo. K. na qual o trifosfato de nucleosídio recebido. o molde e a terminação do iniciador estão to- dos firmemente apreendidos entre o polegar. Nenhuma dessas DNA polimerases inicia a formação de novas ca- deias de DNA de novo. magenta e cíano. K. µ. cf> e Revl.ver Capítulo 13. Os enzima multimérica (enzima que tem muitas subuni.000 dál. preciso eliminar essa frequente dissociação da polimera- talítico e aumento da atividade. publicados em 1998.. Portanto. componentes proteicos são mostrados em roxo. Para sintetizar as dnaQ) e 0 (produto de bolE). K. A subunidade í3 (produto do gene dnaN) da tiza filamentos de DNA bastante curtos em vista de sua DNA polimerase III forma uma pinça dimérica que impe- . Por. respectivamente.molde. proca- rióticas e eucarióticas. filamento. dades) com massa molecular aproximada de 900. e. e. Observe a j ustaposição entre o trifosfato de nucleosídio. ~' T).24). e a polimerase usada depende do tipo de lesão (Capítulo 13). é T (produto de dnaX) provoca dimerização do cerne ca. Os resultados mostram que a polimerase tem o formato de uma pequena mão. e (produto de tendência a diminuir o molde de DNA. com uma frequência inicial de incorporação de nucleotídios errados de 10-5 a 10-6 • (Al- gumas polimerases de reparo são propensas a erro . o DNA molde-iniciador explicação simples para a seleção. í3. a "replicase" em E. -y. laranja e cinza. • FIGURA 10. Õ. Todas as DNA polimerases estudadas até hoje.242 Fundamentos de Genética tantes na replicação do DNA lesado. coli. Duas ou mais DNA polimerases (a. as aparên- 5' cias de Merry e Sherry. Em enzimas multiméricas.000 codificados por sete genes diferentes.000. quando rados. õ e e têm 5' atividades de exonuclease de revisão 3' ~ 5'. as DNA polimerases "f . alcançar essa alta fidelidade de replicação do DNA. Os organismos vivos desenvolveram um mecanismo de revisão durante a síntese da cadeia de DNA nascente para resolver o possível problema da fidelidade insuficien- te durante a replicação do DNA. Na verdade.000 vezes a taxa de se levam em conta as estruturas dinâmicas dos quatro erro observada suscita a dúvida sobre o mecanismo para nucleotídios no DNA.27). o dese. Sem revisão. Esse processo é realizado pelas atividades de exonuclease 3' ~ 5' das DNA polimerases (Figura 10. do DNA é incrível . a fidelidade da duplicação • FIGURA 10. coli. seriam menos semelhantes. coli. como a DNA polimerase 1 de E. O processo de revisão inclui a varredura das terminações das cadeias de DNA nascente à procura de erros e sua correção. Em eucariotos. Na verdade. No caso da D NA polimerase III de E. dos gêmeos monozigóticos comentados no início deste ou um erro por 10. A taxa de erro prevista de 10.25). a atividade de polimerase 5' ~ 3' da enzima reinicia a A síntese por acréscimo de nucleotídios à extremidade 3' do filamento iniciador.000 em uma forquilha de replicação.000 O dímero 13 forma um anel que circunda a molécula de DNA em replicação e possibilita que a DNA polimerase 40. têm atividade de exonuclease 3' ~ 5' intrínseca. 't nho mostra 16 dos polipeptídios mais bem caracterizados 71 . principalmente em grandes genomas como os termodinâmicas em nucleotídios que possibilitam a for- de mamíferos. os bilhões de divisões celulares ocorridos desde que eram B pequenos embriões até se tornarem adultas. Sem revisão durante a replicação de DNA.000 nucleotídios incorpo- capítulo seria menos semelhante. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 243 de a polimerase de diminuir o DNA molde (Figura 10. contém no mínimo ®ª ~---. mas as poli- merases a e 13 não têm essa atividade. Quando é produ- zida uma terminação com pareamento de bases correto.26 Estrut ura da holoenzima DNA polimerase Ili de E. Cerne catalítico da DNA polimerase Ili 5' Enzimas monoméricas. Essa alta fidelidade é necessária para manter a carga de mutação em nível ção de DNA é muito maior que a esperada. Quando um DNA mol- de-iniciador tem um erro de pareamento terminal (não pareamento ou pareamento errado de uma base ou uma sequência de bases na extremidade 3' do iniciador). a atividade de exonuclease de revisão 3' ~ 5' geralmente está presente em uma subuni- 5' 3' dade separada.000 a 100.25 O modelo espacial (A) e o desenho (B) mostram a identidade dos genótipos de gêmeos idênticos depende como duas subun idades~ (verde-clara e verde-escura) da DNA poli.-~ 20 polipeptídios. Os números indicam as massas das subunidades em dáltons. coli não tem atividade de exo- nuclease. de pares de bases logo após a síntese. 32. • FIGURA 10.10. a fidelidade observada da replica.000 'Y 52 . A de subunidade p DNA polimerase IV de E. As alterações tolerável. tanto da revisão do DNA durante a replicação quanto da merase Ili prendem a enzima à molécula de DNA (azul).27). Dímero da subunidade pforma um anel as alterações teriam se acumulado em seus genes durante deslizante ao redor da molécula de DNA. Dois monômeros essa função de revisão é realizada pela subunidade e. A complexidade estrutural da holoenzi- ma DNA polimerase III é ilustrada na Figura 10. atividade de um arsenal de enzimas de reparo do DNA .com apenas um erro em cada bilhão coli. A holoenzima DNA polimerase III. o fenótipo além de A:T e G:C preveem taxas de erro de 10-5 a 10-4.26. Conforme já comentamos. as gêmeas apresentadas no início 3' deste capítulo. a ati- vidade de exonuclease 3' ~ 5' da DNA polimerase corta as bases não pareadas (Figura 10. que contêm 3 X 109 pares de nucleotídios.::. mação de outros pares de bases ligados por hidrogênio Sem a alta fidelidade da replicação de DNA.000 'Y III deslize ao longo do DNA enquanto permanece pre- sa a ele. responsável E E pela síntese de ambos os filamentos de DNA nascentes a a 130. Os iniciadores de RNA são esten didos por ligação covalente com o acréscimo de desoxirribonucleotídios pela DNA Holoenzima DNA polim erase III.... (Capítulo 13). de polimerase 3' ~c·····G ••••• ••••• ~T""'A ••••• ~T ""'A ••••• ~T""'A • •••• ~T""'A p ••••• ~T""'A p ••••• ~T""'A p • •••• I C.Complexo DNA unifilamentar (SSB) / DnaB-DnaC A iniciação dos fragmentos de Okazaki no fila.. rNMP =monofosfa- lamento descontínuo) são replicados n a série al. cliva o nucleotídio terminal errado (B). ••••• ••••• G I C. --t--- . coli mostran- filamen tos de DNA (o filamento contínuo e o fi. ••••• • •••• G p/ p/ p/ I I I G····· ••••• C ••••• G····· ••••• C ••••• G····· • •••• C ••••• p/ p/ p/ L A····· / L ••••• T A····· ••••• T A····· ••••• T 7 7 7 3' 5' 3' 5' 3' 5' A B e • FIGURA 10.. coli é ilustrada n a Figura 10.____ Primase Primossomo mento atrasado é executada pelo primossomo.-- Helicase O PRIMOSSOMO E O REPLISSOMO Proteína de ligação ao \ . Essa sequên cia de .. função intrínseca de muitas DNA polimerases. A' medida que avança. alimentado pela energia do ATP.-1f Ligase -- eventos que ocorre em cada forqu ilha de repli- cação durante a replicação semiconservativa do cromossomo de E. O primossomo move-se ao longo da mo- lécula de DNA. 5' Filamento Filamento 3' ' A medida que uma forquilha de replicação se 3' atrasado 5' líder move ao longo de u ma dupla hélice paren tal. a DNA h elicase desen rola a dupla hélice parental. com- plexo proteico que contém DNA primase e DNA helicase.28 Diagrama de uma forquilha de replicação em E. Exonuclease 5' da polimerase ~e Atividade 5' . Essas enzimas fazem a varredura 5' 3' contínua do DNA à procura de vários tipos de Topoisomerase _ ______. danos e executam o reparo antes que as transfor- mações causem alterações gen éticas hereditárias. .. Os iniciadores de RNA são substitu ídos por DNA pela DNA polimerase 1. ••••• ••••• G I C. tos de ribonucleosídio.. as molécu las de DNA são apresentadas em esquema.Ao encontrar um molde e um iniciador com erro de pareamento na terminação 3 ' do iniciador (A).. dois • FIGURA 10. a DNA polimerase não catalisa a extensão covalente (polimerização). ~G ~G t Erro de G pareamento r r ~ terminal do ~A A--7 ~A A iniciador -4---fc A 3' . quando o par de bases na terminação do iniciador está correto. Então. Em vez disso. e os cortes unifilamentares deixados pela polimerase 1 DNA polimerase 1 -- são fech ados pela DNA ligase.28.244 Fundamentos de Genética 5' 5' 5' I I I 7 G 7 G 7 G ~T ~T ~T ~ .f.27 Revisão pela atividade de exonuclease 3 ' ~ S' das DNA polimerases durante a replicação do DNA.. A proteína de ligação ao DNA unifilamen tar recobre o DNA pré-replica- tivo desenrolado e o mantém esten dido para a -- \/ /\ DNA polimerase III. e a DNA primase sin teti- za os in iciadores de RNA necessários para iniciar sucessivos fragme n tos de Okazaki. .. Assim como na Figu- ra 10....17.. do os principais componentes do aparelho de replicação. As DNA topoisomerases produzem polimerase Ili quebras transitórias n o DNA que servem como pivôs para o desenrolamento do DNA e mantêm rNMP o DNA desen trelaçado. a DNA polimerase catalisa a extensão covalente S' ~ 3' do filamento iniciador (C). a atividade de exonuclease 3 ' ~ S'.. Para que é um mecanismo de replicação de moléculas circulares os dois centros catalíticos da holoenzima polimerase III sin. as DNA da do círculo enquanto o filamento-molde intacto gira topoisomerases ou enzimas de recombinação especial em tomo de seu eixo. lamentares mais longas que o perímetro do cromossomo ria fidelidade da replicação de DNA. coli. (2) em bactérias para transferir DNA de (Figura 10. respectivamente. o segundo centro catalítico replica o filamento plificar DNA extracromossômicos com aglomerados de descontínuo. . moléculas bifilamentares. o DNA é puxado através do replissomo. se desenvolveu para de replicação e recircularização das moléculas produzi- garantir que as informações genéticas de E. de DNA. Então. Em vez disso. circular (Figura 10. servindo como molde para a síntese de um novo catalítico da DNA polimerase III (Figura 10. sítio-específica das caudas unifilamentares nas origens teções intrínsecas contra disfunções. A replicação é Em E. fvficrografia original cedida por David Dressler. As enzimas participantes da replicação por círculo Nas seções anteriores deste capítulo. comentamos a extraordiná. rolante e as reações catalisadas por essas enzimas são ba- plicação do DNA em formato de 0. um centro catalítico replica o filamento de troca genética (Capítulo 8) e (3) em anfibios para am- contínuo. A replicação está ocorrendo da esquerda para a direita. de E. de olho e de Y Agora sicamente iguais às responsáveis pela replicação do DNA examinaremos outro tipo importante de replicação do com a participação de intermediários tipo 0. as caudas unifilamentares são usadas como molde para a síntese descontínua de fila- mentos complementares antes da clivagem e circulariza- REPLICAÇÃO POR CÍRCULO ROLANTE ção. e o primossomo desenrola a molécula de genes de RNA ribossômico durante a ovocitogênese. Todo o replis- somo move-se ao longo da dupla hélice parental.30). O aspecto peculiar da replicação por círculo tetizem tanto o filamento líder quanto o filamento atrasado rolante é que um filamento de DNA circular parental nascentes. nós abordamos are. produzindo ter- queiam o avanço da forquilha de replicação nos sentidos minações 3'-0H e 5'-fosfato. coli que mostra os dois cernes catalíticos de DNA polimerase Ili replicando os filamentos líder e atrasado e o primossomo desenrolando a dupla hélice parental e iniciando a síntese de novas cadeias com iniciadores de RNA. DNA polimerase Ili. com pro. O aparelho DNA denominado replicação por círculo rolante. em parte pela super-helicoidização negativa filamento de DNA completo ou com uma unidade a cada produzida por DNA girase. Há extensão covalente no grupo facilitam a separação das moléculas nascentes de DNA. Um aparelho muito sofisticado. a replicação por círculo rolante para a síntese descontínua do filamento atrasado.30). Harvard University. e cada componente executa sua função de maneira orquestrada. coli sejam das com uma unidade de comprimento. Já que o DNA molde circu- O DNA é condensado no nucleoide.29).29 Diagrama do replissomo de f. 3'-0H do filamento clivado. A replicação de replicação completo que se move ao longo da molécu. Iniciador de RNA 5 / DNA polimerase Ili. efetuando a replicação descontínua do filamento atrasado Fragmento de Okazaki novo Fragmento de Okazaki antigo • FIGURA 10. o complexo de replicação provavelmente não se move. As moléculas DNA em organismos vivos.29). lar pode girar 360º muitas vezes. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 245 tamente coordenada de reações já descritas. Para produzir transmitidas com precisão de uma geração para outra. O replissomo contém a holoenzima DNA células doadoras para células receptoras durante um tipo polimerase III. A terminação 5' é desloca- anti-horário e horário. a replicação por círculo rolante gera caudas unifi- No início deste capítulo. ou genoma dobra. DNA parental e sintetiza os iniciadores de RNA necessários Como indica o nome. que blo. filamento complementar ( Figura 10. Agora que examina. o término da replicação ocorre em sítios iniciada quando uma endonuclease específica de uma variáveis nas regiões denominadas terA e terB. acredita-se que o filamento atrasado forme uma permanece intacto e rola (daí o nome círculo rolante) alça que se estende do primossomo até o segundo centro ou gira. volta. com a síntese de um do. sequência cliva um filamento na origem. essa fidelidade não parece tão unifilamentares circulares são produzidas por clivagem surpreendente. efetuando a replicação contínua do filamento líder Subunidade ~ Proteína de ligação ao DNA unifilamentar Iniciador de RNA DNA helicase Primossomo DNA primase 5' Iniciador de RNA . A replicação por círculo rolante mos o mecanismo celular responsável pela replicação de pode produzir DNA uni ou bifilamentar. Na verdade. por círculo rolante é usada (1) por muitos vírus para du- la de DNA em uma forquilha de replicação é o replissomo plicar o genoma. coli. -.. 3'.:::::=~ • FIGURA 10.écula de DNA parental.::-=--.filamentos à medida que são sintetizados. lµm ... O material dos novos cromossomos (no caso.filamento iniciador.ndo a participação de um grande número de proteínas • A síntese de DNA é contínua no .0H ~::::::~:. -- -- -- Filamento- molde -- -.filamento que cresce na direção geral 3' ~ 5' • Novas cadeias de DNA são iniciadas por iniciadores de RNA curtos sint. DNA unifilamentar para o vírus <l>X174} é produzi- do por cópia contínua de um círculo de DNA bifilamentar cortado..30 O mecanismo de círculo rolante da repli- cação de DNA.etizados por DNA primase • A síntese de DNA é catalisada por enzimas chamadas DNA polimerases • Todas as DNA polimerases necessitam de um . e um Jilamento-moúie.0H 5'. .5'-® O O filamento-molde circular continua a "rolar" com extensão covalente no grupo 3'-0H.OH ~=::::.:.~~-----.:.filamento iniciador. é produzido por clivagem e recircularização. removendo nuc/.® 0"'"'"Y i O A extremidade 5'-® é deslocada e a extensão covalente começa no grupo 3'-0H. Micrografia eletrônica cedida por David Dressler.246 Fundamentos de Genética Dupla hélice de DNA circular parental . e o filamento intacto serve de molde.eotídios com pareamento errado nas terminações 3' dos filamentos iniciadores • As enzimas e as proteínas de ligação ao DNA participantes da replicação reúnem-se em um replissomo em cada forquilha de replicação e atuam em conjunto à medida que a forquilha avança ao longo da mol.... ~~ Filamento- molde ""'0"'"'-Y 3'.--- ""' 3'.::. ..:....filamento que está sendo estendido na direção geral 5' ~ 3'. seguida por O DNA unifilamentar ou clivagem e recircularização.. mas é descontínua no. que é copiado • Todas as DNA polimerases têm necessidade absoluta de um grupo 3' -OH livre no .'\f>.ease 3' ~ 5' das DNA polimerases revisam os .::.. PONTOS ESSENCIAIS • A replicação de DNA é compkxa..P O DNA bifilamentar é produzido por síntese descontínua do filamento complementar com a ~ cauda unifilamentar como molde.0H -----...Origem de replicação 0"'"'-y i O A endonuclease específica para a sequência produz um corte na origem 3'. que é estendido. exigi. Fragmentos de Okazaki /""'-..5'-® ----..5'-® "". e toda a síntese de DNA ocorre na direção 5' ~ 3' • As atividades de exonuc/. Harvard University. Há me- nos informações disponíveis sobre a replicação de DNA em organismos eucarióticos. Portanto. plicação. como o A primeira evidência das múltiplas origens em cro- replissomo transpõe o nucleossomo? O nucleossomo é mossomos eucarióticos surgiu com os experimentos de desmontado total ou parcialmente. em apenas 8. Drosophila é de aproximadamente 2. a replicação do DNA é res. A interpretação moléculas lineares de DNA cria um problema especial. Como os cromossomos de embriões A replicação das moléculas de DNA gigantes presentes de Drosophila se replicam em 3 a 4 min e os núcleos se em cromossomos eucarióticos seria demorada demais se dividem uma vez a cada 9 a 10 min durante as clivagens cada cromossomo tivesse uma única origem. coli e alguns de seus vírus. de Drosophila melanogaster contêm cerca de 6. nas duas direções. Esses nucleossomos impedem o movimento das de divisão celular observados.5 dias para replicar uma de DNA eucariótico são exclusivos dessas espécies de es. observaram séries em tandem de DNA. Os iniciadores de As moléculas gigantes de DNA nos maiores cromossomos RNA e os fragmentos de Okazaki são mais curtos em eu. Em eucariotos. a nular decrescente nas duas extremidades ( Figura 10. extraíram o DNA e analisaram por autorradio- cromossomos eucarióticos contêm moléculas lineares de grafia o DNA marcado. tes. e não continuamente como nos procariotos. a síntese de DNA de replicação que se movem nas duas direções a partir de ocorre durante uma pequena parte do ciclo celular nos uma origem central. Na verdade. Com duas forquilhas trutura mais complexa.5 dias. alguns pro.600 pares de nucleo- . pulse-labeling com células de hamsters chineses em cultu- liza de alguma maneira além do nucleossomo à medida ra.. S e (2) entrada em mitose. estruturas que contêm em cromossomos eucarióticos se repliquem nos períodos histonas. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 247 Aspectos específicos da replicação de . continuo. porém. está claro que cada molécula de DNA gigante cromossomos eucarióticos têm múltiplas origens de re. replicação de DNA é ininterrupta durante todo o ciclo Esse resultado indica que a replicação em eucariotos é celular.. cromossomos eucar1ot1cos Embora as principais características da replicação de em rápida divisão. Quando em eucariotos nas seções finais deste capítulo. as séries continham regiões centrais de CICLO CELULAR alta densidade granular com caudas de densidade gra- Quando as bactérias estão crescendo em meios ricos. . inclusive em seres humanos. Por exemplo. . essa molécula de DNA seria replicada eucariotos. midina por 1H-timidina à medida que as forquilhas de re- fase S. G 1 e G2 são muito curtas ou inexisten- DNA sejam iguais em todos os organismos. molécula. os minutos. . ou a forquilha des. (veja detalhes no Capítulo 2). mas os filamentos líder res de nucleotídios. as decisões de prosseguir no ci- clo celular ocorrem em dois pontos: (1) entrada em fase cessos ocorrem apenas em eucariotos. Todavia. de gap. . Em 1968. Em todas as células. intervalo). G. No entanto. o período de pulse-labelingfoi seguido por um curto inter- valo de crescimento em meio não radioativo (experimen- tos de pulse-chase). Portanto. . bidirecional.31C). Esses pontos de verificação ajudam a garantir que só haja uma replicação do DNA a A maioria das informações sobre replicação de DNA re- cada divisão celular.5 min exigiria mais de 7.31A). sultou de estudos de E. A taxa de replicação do DNA em e atrasado replicam-se por mecanismo contínuo e des. caram células com pulsos de 3 H-timidina durante alguns to ainda está na superficie do nucleossomo? Por fim. Lembre-se de que caudas de densidade granular decrescente são resultado o ciclo em uma célula eucariótica normal é dividido em da diluição gradual dos acúmulos intracelulares de 3H-ti- fase G 1 (logo após o fim da mitose. assim como na maioria dos procariotos. respectivamente. quando Joel Huberman e Arthur Riggs mar- que o replissomo duplica a molécula de DNA enquan. alguns aspectos da replicação de replicação levaria cerca de 17. nos eucar1otos assim como tídios por minuto a 25ºC. múltiplas origens de replicação são Como discutimos no Capítulo 9. Em vez de usarem dois complexos catalíticos de a replicação completa do DNA do maior cromossomo de uma DNA polimerase para replicar os filamentos líder e Drosophila em 3.318). Capítulo 2). . tem de conter muitas origens de replicação. os organismos de replicação distribuídas a intervalos iguais ao longo da eucarióticos usam duas ou mais polimerases diferentes. dessas moléculas gigantes de DNA. As trita à fase S (de síntese. forquilhas de replicação? Caso não impeçam. Nas células embrionárias até as terminações de replicação (Figura 10.000 forquilhas atrasado em cada forquilha de replicação. Portanto. o DNA eucariótico necessárias para que as moléculas muito grandes de DNA é empacotado em nucleossomos. os iniciais. uma única forquilha nos procariotos. e a replicação descontínua das extremidades das grãos de prata expostos (Figura 10. mais simples dos resultados é que cada macromolécula Abordaremos esses aspectos da replicação de cromatina de DNA contém múltiplas origens de replicação. há informações MÚLTIPLOS RÉPLICONS POR suficientes para concluir que a maioria dos aspectos da CROMOSSOMO replicação de DNA é semelhante em procariotos e eu- cariotos. fase G2 (preparo para mitose) e fase M (mitose) plicação avançam das origens centrais.5 X 107 pa- cariotos do que em procariotos. . . )1' O Replicação.!.248 Fundamentos de Genética U m segmento de DNA cuja replicação esteja sob con. . as caudas com densidade granular decrescente observadas em (B) indicam que a replicação é bidirecional a partir de cada origem (C).. . . . ... • • • . -.---. • - • • • • • • • .• 100 µm • • • • •• • • • B Autorradiografia de segmento de uma molécula de DNA de uma célula de hamster chinês marcada com pulso de 3H-timidina e. • •• ..31 Evidências de replicação bidirecional dos múltiplos réplicons nas moléculas gigantes de DNA de eucariotos.. o n úmero de réplicons por cromossomo não é fixo por autorradiografia e microscopia eletrônica em vá. ......:. depois. Os gen omas de seres humanos trole de uma origem e duas terminações é denominado e outros mamíferos contêm aproximadamente 10.. bidire~i?~al _ em uma origem.. • ' • • • • • • • • • •• . Os arranjos em série de radioatividade em (A) indicam que a replicação ocorre em múltiplas origens. . • • • ...A..... .. • • • • • • • . durante todo o crescimen to e o desenvolvimen to de um . transferida para meio não radioativo para mais um período de crescimento. ..000 réplicon.• . .. ...nsidade granular decrescente · .• • • • • .. ··l.. o T o T T o o 0"'"7 O A replicação bidirecional continua até que sejam alcançados os términos.. • ' • • • • • • A Autorradiografia de parte de uma molécula de DNA de uma célula de hamster chinês marcada com pulso de 3H-timidina... .. . A existência de múltiplos réplicons intervalos de 30. .. geralmente o cromossomo in.. rias espécies diferentes. .. Sem dúvi- por cromossomo eucariótico foi verificada diretamente da.. ..._L .... • • • • ..000 pares de bases.• • •• • -• · • . .P 0 -Ylniciação d~ replicação em uma origem.. ·• • • • . ' .. o T o T T o T o C Diagrama de interpretação da replicação das moléculas de DNA observada em (A) e (8). Em p rocariotos. • • • • • • • Caudas com de.. ~ .. . . 1n1c1açao em uma segunda origem. • •• •• • • • • -·-- ~ • • • • • • • ' .. •• • •• . . . • FIGURA 10.·1 • • • J.000 a 300. Origem Término 1 1 T o T o T :. ._.:. '\ ~.. ... • • •• • . • • • • •• • • • • • ~ ·"'"""- .. .__ . • • .. µm • . .• • • • • Segmentos radioativos · • ••• • • • • • • • · lOP.. . T o T o T "\P..•.__~:-e...J'...P Q 4. .. origens de replicação distribuídas n os cromossomos a teiro é um réplicon.. . i1a \rerdade.27). 8. não removem iniciadores de RNA como faz tídios. A Pol replicação? Se o tamanho médio dos fragmentos de Okazaki 8 então preenche as lacunas e a DNA ligase fecha os formados durante a replicação desse cromossomo é de 150 cortes. replicação do filamento líder. 'Y . ponder essas perguntas. comprimento total de aproximadamente 30 nucleotí- nou-se do desenvolvimento e da dissecção de sistemas dios. considere que a sequência descrita não Como já foi mencionado. coli (Figura 1O.alente. Capítulo 1O 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 249 eucariota multicelular. O PCNA é o grampo deslizante que Como em procariotos. O Rf-C é ne- cessário para carregar o PCNA sobre o DNA. <T. o desenrolamento dos filame11. os replissomos EM UMA ÚNICA FORQUILHA DE REPLICAÇAO .rel circundar o DNA. portanto. µ.. e Revl .913.com. Em eucariotos. Embora o co11hecime11to da estrutura do atrasado. Infelizmente. vez todas as três.29). polimerase 8 (Pol 8) e mossomo X humano.32). ribo- de replicação de 3.a . Em vista da complexidade do replissomo na bactéria E. é necessária para are.br. Se esse cromossomo X estiver presente em uma célula a DNA polimerase I de E. a Pol a é necessária para o início da coli simples (ver Figuras 10. O PCNA é equivalente à subunidade 13 da DNA polimerase III em E. tidos no estado estendido por uma proteína de ligação briogênese do que dura11te os estágios mais avançados ao DNA unifilamentar denominada proteína de repli- do desenvolvimento. ao co11trário do processo sabem que fatores determinam as origens operacionais em procariotos. enquanto a polimerase e catalisa a vírus. prende a Pol 8 ao DNA para possibilitar a replicação tos de DNA parental requer uma DNA topoisomerase e processiva (para e\ritar que a polimerase diminua o mol- de). produzindo filamentos fechados por ligação co- nucleotídios. quantos fragmentos de Okazaki são produzidos durante sua replicação? Quantos iniciadores de RNA? Ao res- . . parece provável replicação nas origens e para iniciação dos fragmentos que o aparelho de replicação seja ainda mais complexo de Okazaki durante a síntese descontínua do filamento em eucariotos. que então são estendidos com desoxirribonucleotídios Como no caso dos procariotos. em eucariotos e procariotos. o primeiro cromossomo X humano sequenciado continha 154. B . ativa (Figura 10. Então. coli. porém. elas copurificam durante o muitos aspectos da replicação de DNA são semelhantes isolamento. qual será o nuclease Hl (que degrada o RNA presente em dúplex número mínimo de origens de replicação necessário para sua RNA-DNA) e ribo11uclease FEN-1 (Fl nuclease 1). No mínimo duas polimerases. proliferação) e o fator de replicação C (Rf-C) para ser plicação do cromossomo SV40. DNA primase. desses filamento atrasado. Estudos da replicação dos estendidas pela Pol 8. e Rf-C i11duz a mudança da conformação do PCNA que tor11a possí. Segundo o banco de dados Entrez Genome do National Cen- Elas. os inicia- somática com uma fase S do ciclo celular de 10 h e uma taxa dores de RNA são excisados por duas nucleases. Em vez disso.grupogen.28 e 10. No entanto. limerases . A Pol 8 tem de interagir A replicação de SV40 é quase totalmente efetuada pelo com proteínas PCNA (antígeno i1uclear da célula em aparelho de replicação da célula do hospedeiro. Apenas uma proteína viral. 6. coli co11tém 13 proteí11as co11hecidas. À. DNA polimerases têm papéis importa11tes no reparo do DNA e em outras vias (Capítulo 13). de leveduras e mamíferos contêm no mínimo 27 polipep- tídios difere11tes. A Pol 8 completa a replicação do vírus de DNA de eucariotos foram informativos e. A Pol a existe em um complexo estável com a meca11ismo replicativo em eucariotos ai11da seja limitado. Leia Resolva!: Compreenda a replicação do cro. a replicação do DNA cromossômico em em determinado período ou em um tipo específico de eucariotos requer a atividade de três diferentes DNA po- célula. A DNA polimerase 'Y é responsá- ~ Leia a resposta do problema no site vel pela replicação do DNA em mitocôndrias. K. para avaliar se você entendeu os polimerase e (Pol e). O PCNA é uma proteína trimérica que forma um anel fechado. produzi11do o grampo Compreenda a replicação do deslizante essencial. há pelo menos 15 DNA po- inclui as sequências TTAGGG repetidas teloméricas nas extre. limerases diferentes . ter for Biotechnology lnformation. grande parte das in.em eucariotos. não têm atividade de exonuclease 5' --4 3'.754 pares de nucleo.000 nucleotídios por minuto.25). o antíge110 T. 13. o vírus Simian 40 (SV40) foi particularmente útil. K.polimerase a (Pol a) . estão presentes em cada forquilha de replicação (replissomo). essas cadeias iniciadoras de RNA-DNA são de replicação do DNA in vitro. tal- co11ceitos apresentados aqui. cromossomo X humano As polimerases 8 e e contêm a atividade de exonu- clease 3' --4 5' necessária para revisão (Figura 10. ~' "fl. cp m idades do cromossomo. Além disso. pela Pol a para produzir uma cadeia de RNA-DNA com formações sobre a síntese de DNA em eucariotos origi. os geneticistas não cação A (Rp-A). enquanto o replissomo de E. A primase sintetiza os iniciadores de RNA. e as outras http://gen-io. e cada polimerase contém múl- DUAS OU MAIS DNA POLIMERASES tiplas subunidades. A replicação é iniciada em mais uma DNA helicase. Os filamentos desenrolados são man- sítios durante as divisões celulares muito rápidas da em. e a DNA ligase (não mostrada} fecha os cortes. Portan- nucleossomos.18}. Cada replissomo contém três diferentes polimerases. coli. o DNA em cro. a duplicação do nucleossomo Cada nucleossomo contém 166 pares de nucleotídios parece ocorrer por mecanismo dispersivo. assim como na E. coli (Figura 10. Duas das mais importantes são parece improvável que uma forquilha de replicação pos. No entanto.. ativar ou silenciar a expressão dos genes nele empacota- cleossomos se dupliquem. nas depois. facilitando a síntese de cadeias longas de DNA. O PCNA (de proliferating cell nuclear antigen. as nucleosome assembly protein-1) e o fator 1 de monta- micrografias eletrônicas da cromatina em replicação em gem da cromatina (CAF-1. antígeno nuclear da célula em de replicação (DNA pré-replicativo). 3' Síntese descontínua do -------:~. os eucariotos contêm várias histonas me- suficientes para duplicação da cromatina. de DNA enrolado em duas voltas em tomo de um oc. Quando se rea. nores. de chromatin assembly Jac- Drosophila mostram com clareza nucleossomos com es.aa~d~ 5' º ------. O complexo DNA polimerase a . õ e e. to.. com estruturas ligeiramente diferentes das histonas . CAF-1 leva as histonas até os locais de iguais imediatamente atrás de uma forquilha de replica. a polimerase õ preenche a fenda. remontá-los rapidamente. ele prende as polimerases õ e e à molécula de DNA..1 (F1 nuclease 1) removem os iniciadores de RNA. tor-1). é preciso que haja síntese de grande quanti. • FIGURA 10. mossomo em eucariotos.33A). isto é. no nível das proteínas. tagem dos nucleossomos durante a replicação do cro- somos e do grande tamanho dos replissomos de DNA. Algumas participam da remodelagem da cromatina à de DNA. funções. isto é. a replicação do quais outras proteínas podem executar algumas de suas DNA e a montagem do nucleossomo têm de estar estrei. DUPLICAÇÃO DE NUCLEOSSOMOS NAS lizaram experimentos de transferência de densidade para examinar o mecanismo de duplicação dos nucleossomos. filamento atrasado -DNA polimerase a. sítios cromossômicos de montagem do nucleossomo os nucleossomos parecem ter estruturas e espaçamentos ( Figura 10. a proteína 1 de montagem do nucleossomo (Nap-1.o grampo que prende a DNA polimerase gere que é preciso desmontar os nucleossomos para que õ ao molde de DNA (Figura 10. mas não em leveduras.32). acréscimo de grupos metila ou acetila a histonas específi- síntese de histonas durante a fase S que produz histonas cas. N ap-1 transporta histonas de seu local de sín te- trutura e intervalos aproximadamente normais nos dois se no citoplasma até o núcleo.250 Fundamentos de Genética Fator de replicação C PCNA (= "grampo") DNA polimerase E Proteína de replicação A Helicase /Topoisomerase Síntese contínu.32 Alguns dos componentes importantes de um replissomo em eucariotos. Várias proteínas participam da desmontagem e mon- tâmero de histonas. Então. Embora a síntese de histonas dos. e CAF-1 leva-as até os lados das forquilhas de replicação ( Figura 10. na essencial em Drosophila. tamente acopladas. que medem aproximadamente 11 nm. Essa observação su. As ribonucleases H1 e FEN. CAF-1 é uma proteí- o replissomo possa duplicar o DNA empacotado neles e.338). a DNA polimerase õ completa a síntese dos fragmentos de Okazaki no filamento atrasado. Muitas outras proteínas afetam a estrutura do nucleos- Já que a massa de histonas nos nucleossomos equivale somo. há um pico de bios. e a polimerase e catalisa a síntese contínua do filamento líder. Outras modificam a estrutura do nucleossomo pelo ocorra durante todo o ciclo celular. de sa ultrapassar um nucleossomo intacto. replicação do DNA por ligação ao PCNA (de proliferat- ção (DNA pós-replicativo) e na frente de uma forquilha ing cell nuclear antigen.DNA primase sintetiza os iniciadores de RNA e acrescenta segmentos curtos de DNA. ~~+ / 5' filamento líder . DNA produzidas continham complexos de histona anti- mossomos interfásicos eucarióticos é empacotado em gos (pré-replicativos) e novos (pós-replicativos).modificação da estrutura do nucleossomo de maneira a dade de histonas a cada geração celular para que os nu. Além disso. a . . Em vista do tamanho dos nucleos. proliferação) . FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO constatou-se que os nucleossomos nas duas moléculas de Conforme comentamos no Capítulo 9. antígeno nuclear da célula em proliferação} equivale à subunidade 13 da DNA polimerase Ili de E.. é preciso dulação da expressão gênica (ver O futuro: Remodelagem (1) que o telômero tenha uma estrutura exclusiva que da cromatina e expressão gênica no Capítulo 11 e a seção facilite sua replicação ou (2) que exista uma enzima espe- Remodelagem da cromatina no Capítulo 19). Na verdade. no Capítulo 9. A montagem de novos nucleossomos durante a replicação do cromos- somo requer proteínas que transportam histonas do citoplasma para o núcleo e que as concentram no local de montagem do nucleossomo. truturas especiais dos telômeros protegiam-nos contra a cam o segmento de DNA terminal do filamento atrasado decomposição. . Em Drosrr de DNA replicada de maneira descontínua. ao contrário. A. cial que resolva esse enigma de replicação da terminação do filamento atrasado.32). A 1 µm Montagem de nucleossomos durante a replicação do cromossomo. que. PCNA = antígeno nuclear da célula em proliferação (Figura 10.34A).3' Nucleossomos Nucleossomo maduros parental Nucleossomos recém-montados B • FIGURA 10. principais.3 aos filamento de DNA para oferecer um grupo 3'-0H livre nucleossomos causa altos níveis de transcrição dos genes (iniciador) para polimerização dos desoxirribonucleotí- neles contidos. cada ponto de ramificação é uma forquilha de replicação. Lembre-se de que a replicação do DNA é bidirecional. Assim. portanto. Micrografia eletrônica mostrando nucleossomos nos dois lados das duas forquilhas de replicação em Drosophila. e a incorporação dessas histonas menores aos de um cromossomo linear. Assim. to de Okazaki terminal (Figura 10. por exemplo. A estrutura especial dos telô- TELOMERASE 1 REPLICAÇÃO DAS meros garante um mecanismo perfeito para o acréscimo TERMINAÇÕES DO CROMOSSOMO de telômeros por uma enzima que contém RNA. as evidências com- provaram as duas opções. B. descobriu como ases- especiais foi o fato de que as DNA polimerases não repli. com Blackburn. Elas receberam o extremidades cromossômicas. Essa enzima exclusiva foi descoberta em 1985 por Apresentamos as estruturas especiais dos telômeros. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 251 Espaçamento de nucleossomos na cromatina em replicação. Na extremidade da molécula nucleossomos pode modificar sua estrutura. a estrutura do nucleossomo não é dios depois da excisão do iniciador de RNA do fragmen- invariável. Proteína 1 de montagem do nucleossomo ~ (Nap-1} Citoplasma Núcleo Dímeros Fator 1 de montagem da 5' de histona cromatina (CAF-1} 3' 5' 3' 5' ~~Cllll. não haveria phila. Um motivo Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina de 2009 com inicial para acreditar que os telômeros tenham estruturas Jack Szostak. a incorporação da histona H3. ou Elizabeth Blackburn e Carol Greider. a telo- merase.33 Desmontagem e montagem de nucleossomos durante a replicação de cromossomos em eucariotos. tem um papel importante na mo. 0 ""/l 'fjAtelomerase estende a 3' extremidade 3' COMPRIMENTO DO TELÔMERO (síntese de DNA por molde de RNA).. A sequência de nucleotídios na t erminação do filamento atrasado Iniciador é especificada por uma molécula curta de RNA presente como um DNA polimerase de RNA componente essencial da telomerase. A. ela apenas estende a extremidade 3' do filamento-molde. as DNA polimerases não podem substituir um iniciador de RNA que inicia a síntese de DNA na terminação ou perto da termi- ( . o comprimento do telôme- 3' 111111 ffÃàà&ffÃàà& ~ 'l fÃàà&ff Ãàààffl 1 111 '1111' ~~1ÇÇÇ 5' 0""~ • FIGURA 10.. petidas ao telômero.. a DNA polimerase catalisa a síntese do filamento complementar.. ~ Filamento parental . B. Molde de E ENVELHECIMENTO EM RNA ligado SERES HUMANOS TT AGGGTT AGGG AG GGTT AGGGTT A Ao contrário das células da linhagem germinativa. a 111111 ~~1ÇÇÇ AA UCCCAA U 5' maioria das células somáticas humanas não tem ativida- de da telomerase. esse encurtamento do cromossomo seria letal.... incompleto que não são expressos na maioria das células somáticas. 3 Uma alteração observada em muitas células cancero- llllll tfÃ~à&tf~~à&tfÃ~à&tfà sas é a expressão dos genes codificadores da telomerase. Quando o comprimento dos telômeros é medido em TT AGGGTT AGGGTTA GG G AGGGTT A várias culturas de células somáticas. desenvolver inibidores da telomerase de modo a promo- ver a perda dos telômeros dos cromossomos nas células 3' cancerosas e a morte dessas células..Filamento atrasado recém-sintetizado. haveria encurtamento progressivo dos cromos- Ausência de 3'-0H para A extensão covalente somos lineares. 5' 3' e estende-se no sentido 5' ~ 3'. uma linha de tratamento do câncer foi tentar 0""~ O Ligação da telomerase. ou a tem em níveis muito baixos. Portanto.••. A característica es- pecífica da telomerase é o seu molde de RNA intrínseco. Os telômeros dos seres humanos. uma unidade repetida por vez. liberação lômeros mais curtos. de atividade da telomerase... A telomerase reconhe- 5' 11111111 111111111111111111111111111111 3' ce a sequência de telômeros rica em G na extremidade 3' 11111111. Em vist a C) Conclusão do filamento complementar da necessidade de um grupo 3' -OH livre na extremidade do filamento pela DNA polimerase (síntese de DNA por molde de DNA).. . que contêm a se- Extremidade proximal quência repetida consecutiva TTAGGG. observa-se que há AAUCC CAA U '1'1'1 ~~1ÇÇÇ 5' correlação entre o comprimento do telômero e o nú- mero de divisões celulares antes da senescência e morte. sem um ou mais genes essenciais... 3' nação do filamento atrasado. uma enzima especial que impede o 111111 ~~1ççç 5' 5' encurtamento das extremidades dos cromossomos a cada replicação.. serão usados ao centrômero Extremidade distal para ilustrar como a telomerase acrescenta extremidades aos cromossomos (Figura 10.que as células com te- da extensão e da translocação.. 0""~ Células com telômeros mais longos sobrevivem por mais O Várias repetições 3' 5' tempo . Se as deleções das terminações abranges- A telomerase resolve o problema do iniciador terminal.. o que dificulta 5' esse procedimento.348). Cé- 0"~ 8 Translocação 3' lulas somáticas humanas em cultura dividem-se apenas um número limitado de vezes (geralmente apenas 20 a 70 gerações celulares) antes da senescência e morte.. 111 111 ~ ~ 1ççç?'.. Depois que a telomerase acrescenta várias unidades re- 5' 11111111 11111111111111111111111111111(.. Como seria esperado na ausência da telomerase.252 Fundamentos de Genética O problema do iniciador do filamento atrasado no telômero. iniciador. outras cé- TTAG GGTT AGGG AG GGTT A Telomerase 111111 ~~1ÇÇÇ AAU CCC AA U lulas cancerosas não têm telomerase ativa.• 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ~· 1 1 1 1 1 1111( 111•. Essas terminações dos cromossomos 1i i i 1i f f Ã~ à&f f Ã~ à&' 1111 TTA GT TA GGGT TA AAU CCC são replicadas pela telomerase.34 Replicação de telômeros do cromossomo. Não fosse a atividade da te- lomerase..A sequência t elomérica most ra- B da é a de seres humanos. A telomerase não preenche a lacuna oposta à Fragmento de Okazaki Iniciador de RNA extremidade 3' do filamento-molde.~· 3' 11111111 1111 1 1111111111111 1 11 5' :.d ividem-se mais vezes . Contudo. diretor do National lnstitutes of Health. Células de E. ção de 14N e 15N no DNA dessas bactérias depois de tendo 14N são transferidas para o meio que contém uma geração? apenas o isótopo pesado de nitrogênio. em 16 de abril de 2003.35).radas em meio normal co11. e demonstrou-se que essas células imortais têm atividade de telomerase. de Bay City. são acrescentados aos cromossomos por uma enzima específica denominada telomerase. a senescência . Todavia. Francis S. Em uma forma menos grave de por causar envelhecimento acelerado. Não se sabe por que essa mutação causa en. o que é compatí. Collins. ao contrário de suas progenito- ras. e geralmente há morte na ado- lescê11cia. Como será a distribui. Na forma mais gra. fala sobre dominante no gene codificador da lamina A. a relação entre o comprimento do telô- proteína causa e11.1elhecimento prematuro. 15 anos. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. que codifica uma proteína participante dos processos de reparo do DNA.surgimento de rugas. As vezes. os uma geração de crescimento. e a morte geralmente sobrevém i1a faixa de 40 anos.re. os cientistas propuseram que uma técnica de combate ao câncer humano seria inibir a atividade da telomerase nas células cancerosas. a senescê11cia come. para anunciar a descoberta células. mero e a senescência da célula é deduzida por correla- as células somáticas de indivíduos com as duas formas ção. 15N. coli culti. sequências especiais nas extremidades dos cromossomos. convocada que participa do controle do formato dos núcleos nas em Washington.ríduos com distúrbios denomi11ados progérias. Essa sí11drome é causada por uma mutação • FIGURA 10. doenças hereditárias caracterizadas por en. proteí11a sua doença..começa imediatamen- te após o i1ascimento.re- lhecimento prematuro.ez. Mais uma . ça na adolescência. Outra e'ridência da relação e11tre comprimento do te- lômero e e11velhecimento em seres humanos foi obtida em estudos de indi. para Resposta: Como a replicação do DNA é semico11servativa. caracterizado lhecimento prematuro.re de pro- géria. em seres humanos requer estudo complementar. PONTOS ESSENCIAIS • A replicação das grandes moléculas de DNA em cromossomos eucarióticos é bidirecional a partir das múltiplas origens • Há três DNA polimerases (a. Não há evidê11cia direta de que o encurtame11to dos de progéria têm telômeros curtos e apresentam me11or telômeros cause e11velhecimento. e a hipótese de que o e11curtamento dos vel com a hipótese de que o encurtamento do telômero telômeros contribui para o processo de envelhecimento co11tribui para o envelhecimento. ô e e) em cada forquilha de replicação em eucariotos • Os telômeros. A síndrome de vVerner é causada por uma mutação recessiva do gene WRN. está o Dr. progéria. Já que a única característica comum a todos os cân- ceres é a divisão celular descontrolada ou imortalidade. progéria. calvície e outros si11tomas do envelhecimento . No e11tanto. durante uma coletiva de imprensa. Michigan. surpreendente. ainda não sabemos como a perda dessa Atualmente. observam-se células somáticas que ad- quirem a capacidade de proliferar indefinidamente em cultura. síndrome de Hutchinson-Gilford (Figura 10. a correlação é capacidade proliferativa em cultura. À direita de Tacket. do gene causador desse distúrbio genético raro e fatal. Capítulo 1O 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 253 ro dimi11ui à medida que aume11ta a idade da cultura ' celular. a síndrome de Wer11er.35 John Tacket. filamentos parentais de DNA co11tendo 14N serão con- . depois.------. midades dos cromossomos.c.. ~··· .. T. como mostra o esquema a seguir. T . Por quê? Quais são as cada divisão celular.~ 7 ·· · A • no centromero. Logo..p-y \ / Forquilha Resposta: E preciso lembrar que cada cromossomo pré-re. Como se pode usar a autorradiografia para distin- guir entre replicação uni e bidirecional do DNA? Resposta: Caso as células sejam cultivadas em meio con- tendo 3 H-timidina por um curto período e. transferidas para meio não radioativo para conti- nuarem crescendo (experimento de pulse-chase)... causando morte celu- offiico do grupo 3'-OH ao átomo de fósforo inter.G . O filamento-molde es.. Uma das etapas essenciais na conversão de uma no do trifosfato de desoxirribonucleosídio precur. sintetizado..254 Fundament os de Genética servados e usados como moldes para sintetizar novos pecifica a sequência de nucleotídios do filamento filamentos complementares contendo 15N. A replica- ção dessa molécula de DNA será semiconservativa. ~ O Replicação durante busca plicação contém uma única molécula gigante de com 1H-timidina DNA que se estende de uma extremidade à outra do cromossomo passando pelo centrômero. os telô- DNA na presença simultânea de um filamento-mol- meros dos cromossomos tornam-se mais curtos a de e um filamento iniciador. ele é que não haj a perda dos telômeros durante as divi- estendido durante a síntese... seguinte maneira: 14N Filamento-molde 3 · --~. ... Essa Replicação unidirecional Replicação bidirecional célula nunca foi exposta à radioatividade antes. qual será a distribuição de radioatividade no DNA cromossômico na metá- fase subsequente (a primeira metáfase depois do Origem Forquilha Forquilha Origem acréscimo de 3H-timidina) ? . ... c G •• • T c A A G C c A G T A G c 5' 1 1 1 1 1 ' OH ~p Filamento iniciador )< ' . porém. O filamento ou aumentar a síntese de telomerase de maneira com o grupo 3'-0H é o filamento iniciador. a replicação uni e bidirecional preverá padrões de marcação diferentes. As DNA polimerases só são capazes de sintetizar nenhuma atividade de telomerase. o novo filamento será complementar cada dupla hélice de DNA conterá um filamento leve ao filamento-molde..P_. cromossomos perderiam os telômeros e.-~-----~.- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5• .. Se as células somáticas conti- funções desses dois filamentos? nuassem a se dividir na ausência de telomerase..Radioatividade assim como as moléculas de DNA em E. -~- / 0f>. que podem ser distinguidos por autorradiografia.. como mostra o esquema adiante. "---···. Acrescenta-se timidina radioativa (3 H) ao meio de cultura que tem uma célula de camundongo. Portanto. colijá apre- \ .--.. . Se Origem 0f>. Liberado Replicação " "" p "p') na presença " / de 15N 4. sões descontroladas das células cancerosas. _ _..---~. os Resposta: As DNA polimerases só podem estender ca.---~... as duas hélices duplas "-. deias de DNA com um grupo 3'-0H livre porque haveria perda de genes essenciais perto das extre- o mecanismo de extensão requer um ataque nucle. A . lar. Essas funções são ilustradas da e outro pesado.-~ . por fim. Origem a célula estiver entrando na fase S no momento do + O Replicação em + 3H-timidina acréscimo de 3 H-timidina. célula somática normal em célula cancerosa é ativar sor com a eliminação do pirofosfato... · · · · O Autorradiografias · · -~ C romátides~ rmãs Cauda única com densidade Duas caudas com densidade Replicação na decrescente de grãos de prata decrescente de grãos de prata presença de 3H-timidina 5. Por que a maioria das células somáticas deixa de se Centrômero dividir depois de um número limitado de divisões celulares? O que aconteceria se elas continuassem se dividindo? Como as células cancerosas superam Cromossomo pré-replicação Cromossomo metafásico esse obstáculo? Resposta: A maioria das células somáticas tem baixa ou 3. como é mostrado aqui: 2. sentadas. ·...---~-----. estarão presentes nas cromátides-irmãs ainda unidas 0... Na metáfase. Se o tamanho médio dos fragmentos de Oka- co11servativa por duas gerações na prese11ça de 14 N zaki em Drosophila for de 250 nucleotídios. a divisão nuclear leva apenas 10 min. 75% (6/8) do DNA estarão na banda hí- meio que continha 14 N (o isótopo leve normal do brida. com 22. quantas forqui- gradiente. a replicação do cromossomo X durante a fase S da do se começa com uma dupla hélice de DNA com mitose? 15 N nos dois filamentos e se faz a replicação semi. atravessará Geração 1 +Replicação semiconservativa em 14 N 26. no caso de es- • Os filamentos azuis contêm 15N. as células foram coletadas por brio11ário. o resultado tas gerações em um meio no qual o nitrogênio só são oito moléculas de DNA. por minuto X 480 min). nitrogênio). O DNA dessas células foi extraído e cada forquilha de replicação ava11çar 2.ragem do desenvol.827 pares de nucleotídios no cromossomo X e a replicação de 26.rel na forma de seu isótopo pesado 15 N. Quan. respecti. foram tra11sferidas de volta para o uma molécula gigante de DNA. Durante os es- mento.600 pares de analisado por centrifugação de equilíbrio por gra- nucleotídios por minuto.248. a replicação completa do DNA nesse cromossomo durante os estágios de cli. duas com 15 N nos dois está disponí. e por uma geração i1a presença de 15 N. Qual seria a distri- necessárias para a replicação de todo o cromosso- buição esperada desse DNA i10 gradiente? mo X em 10 min? Considere que haja espaçamento Resposta: Meselson e Stahl demonstraram que a repli. Depois dessa geração final de crescimento tágios iniciais de clivagem do dese11volvimento em- em presença de 15N. seria necessário o espaçame11to regular de 18 forqui- lhas de replicação ao longo do DNA no cromosso- mo X para concluir a replicação em 8 h. coli é semiconservativa. Depois de duas gerações de cultura em 2.rimento embrio11ário exigiria 862 for- quilhas de replicação (22. Portanto. gação. quantas forquilhas serão die11te de densidade com CsCl.000 pares de Híbridos nucleotídios em 8 h (2. O cromossomo X de Drosophila melanogasterco11tém meio com 14N.000 pares de i1ucleotídios em 10 min e catalisará a síntese de cadeias de DNA com 26. quantos fragmentos de Okazaki serão sintetizados durante a replicação do cromossomo X? Quantos iniciadores de RNA serão necessários? Resposta: Se uma forquilha de replicação avançar 2. Da mesma maneira. Dada a presença de 22. como mostra o esquema a seguir. (2) banda hí.422. chamadas (1) banda leve. Se centrifugação.000 nucleotídios de comprimento em cada uma das duas duplas héli- ces produzidas.827 pa- meio com 15N para uma última geração de cresci- res de i1ucleotídios de comprimento. lavadas com tampão e transferidas para um Portanto. uniforme dessas forquilhas de replicação ao longo cação de DNA em E. lhas de replicação seriam necessárias para concluir brida e (3) banda pesada. Seus da molécula de DNA. na banda pesada. filamentos e seis com 14N em um filamento e 15N no Em seguida.000 pares de i1ucleotídios por forquilha de repli- Geração 2 +Replicação semiconservativa em 14N cação em 10 min.600 pa- res de nucleotídios por mi11uto. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 255 Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. .422.600 pares de nucleotídios D Os filamentos laranja contêm 14 N.422. paçamento uniforme das forquilhas de replicação. Uma for- 1 1 Pesado Pesado quilha de replicação replicaria 1. somáticas da mosca-das-frutas adulta.ramente. as células foram coletadas por centrifu.827 pares de nucleo- tídios/26.000 pares de nucleotídios replicados por forquilha em 10 min) uniformemente espaçadas ao Geração 3 + Replicação semiconservativa em 15N longo da molécula de DNA. e 25% (2/8). Se você esti- (2) 14 N em um filamento e 15 N no outro. no caso das células somáticas da mosca-das-frutas adulta com uma fase S de 8 h. e (3) 15N ' 'er estudando células somáticas com um tempo de nos dois filamentos separavam-se em três bandas no geração de 20 h e uma fase S de 8 h. outro filamento. experime11tos de controle mostraram que as duplas A divisão celular é muito mais lenta i1as células hélices de DNA com (1) 14 N i1os dois filame11tos. Células de Escherichia coli foram cultivadas por mui. . Depois de uma geração (a) Qual seria a distribuição de 15 N e 14N esperada nas de crescimento em meio com 3H-timidi11a. coli? Por quê? 10. pequenos) .. Depois de do DNA fosse (i) conservativa. supondo que a replica. P 5' 5' P-ATCGGTACGACGCTTAAC. a síntese de 89. Agora o ração no meio com 14N.7 A bérberis-de-boston é uma pla11ta imaginária que 10.. III. A 3H-timidina foi acrescen- Depois. ça de colchici11a também). . coli? lula de E...000. .4 Um molde de DNA e um iniciador com a estrutura junto de cromossomos metafásicos com a aparên- cia mostrada a seguir.I. (ii) semiconservativa ou (cada uma com oito cromossomos) foram tra11sfe- (iii) dispersiva? ridas para meio de cultura contendo timidi11a não radioati\ra ( 1H-timidina) e colchicina. . 3' P -TGCGAATTAGCGACAT- .5 Como seria possível distinguir experimentalmente os modos contí11uo e descontí11uo de replicação 10. II.256 Fundamentos de Genética 18 delas poderiam replicar a molécula de DNA i10 união subseque11te de 89. são tra11sferidas para meio que tem o 14N tada ao meio de cultura no qual crescia uma célula como única fonte de nitrogênio. qual seria o padrão de radioatividade (a) Qual será a estrutura do produto final? (i11dicado por grãos de prata i1a autorradiografia) (b) Qual será a primeira etapa na sequência da reação? esperado? (Considere que não haja recombi11ação e11tre moléculas de DNA.248. Caso se fizesse a autorradiografia desses cro- Ela não tem apenas atividade de exonuclease 5' mossomos metafásicos (quatro grandes e quatro ~ 3'. as duas células-filhas ção fosse (i) conservativa.OH 3' (em que P = um grupo fosfato) é posto em um sis- tema de síntese de DNA in vitro (Mg2+.691 fragmentos de Oka- cromossomo X em 8 h (22.. supondo que a replicação meio continha 3H-timidina e colchicina. porém sem divisão celular.422.) 10.2 Células de Escherichia colisão cultivadas por muitas tem um número diploide de cromossomos igual a gerações em um meio no qual o nitrogênio só está 4 e células que crescem facilmente em culturas de disponível i1a forma de seu isótopo pesado 15N..827 pares de nucleo.000 pares de nucleotídios por forquilha tídios por fragmento de Okazaki). acres- moléculas de DNA de células cultivadas por uma ge- centou-se colchicina ao meio de cultura. um excesso dos quatro trifosfatos de desoxirribo11ucleosídios etc. coli sem atividade de exonuclease 5' ~ 3'. colicontêm ci11co DNA polimerases único de massa molecular 103.3 Por que a ba11da co11stituída por moléculas de uma "geração" na presença de colchicina consis- DNA que contêm 15N ocupa posição diferente te em uma duplicação cromossômica do ciclo ce- da banda de moléculas de DNA que contêm 14N lular normal. zaki (22..7 tenha sido novamente executado.8 Suponha que o experimento descrito no Problema de DNA? 10. As duas quando centrifugadas até o ponto de equilíbrio células-filhas co11tinuaram a crescer. (ii) semiconservativa ou (iii) dispersiva? duas "gerações" de crescimento em meio conten- (b) Qual seria a distribuição esperada depois de duas do 3 H-timidi11a (a segu11da "geração" i1a prese11- gerações no meio com 14N. a\ra11çando no com CsCl 6M? "ciclo celular".6 As células de E. em E. até que cada célula tivesse um con- 10. coli i1ormal. mas dessa . Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analít ica 10.422...) que contém uma forma mutante de DNA po- limerase I de E.827 pares de nucleotídios/ 250 nucleo- tídios/1. . IV e V.. . células em suspe11são. Qual dessas enzimas (a) Que atividades enzimáticas além da atividade de po. As atividades de polimerase 5' ~ 3' e de exonuclease 3' ~ 5' dessa enzima anômala são idênticas às da DNA polimerase Ida E. difere11tes .1 A DNA polimerase I de E. em estágio G 1 dessa planta. . Obser\re que 10. Também exigirá por 8 h). coli é um polipeptídio 10.691 iniciadores de RNA porque a A replicação da molécula gigante de DNA no síntese de cada fragmento de Okazaki é começada cromossomo X de Drosophila exigirá a síntese e a com um iniciador de RNA. catalisa a replicação semiconservativa do cromos- limerase desempenha esse polipeptídio? somo bacteriano durante a divisão celular? Quais (b) Quais são as funções in vivo dessas atividades? são as funções das outras quatro DNA polimerases (c) Essas atividades são muito importantes para uma cé.. Em seguida. (3) DNA replicação de um segmento com aproximadamen- primase. Depois. (a) Se esse léculas de DNA produzidas. mente 4 X 106 pares de nucleotídios e replica-se 10. cuja replicação é bidirecional a partir de uma úni.3 µm da nessas células? Por quê? extremidade esquerda da forma linear mostrada 10. o marca. coli: (1) DNA servada por microscopia eletrônica depois de (1) polimerase I.9A. De acordo com seus cálculos em 104 pb de DNA por minuto? (a) e (b). K.0 X 1010 pares de bases de que em procariotos. cromossomo tem uma molécula gigante de DNA (b) Síntese de iniciadores de RNA. Como seriam as autorradiografias ocuparão as bandas "leve. coli.11 Quinze DNA polimerases diferentes . fase S do ciclo celular em cerca de 300 min. <I> e Revl -foram caracterizadas pH de 11.10 Organize as seguintes enzimas na ordem de ação na Figura 10. 0. õ.16 Uma espécie de árvore tem um genoma muito cidades de replicação são menores em eucariotos grande constituído de 2.a. coli contém aproximada. (e) Revisão dos nucleotídios nas terminações 3'-0H de replicação de todo o cromossomo se a replicação filamentos iniciadores de DNA.000 pares de nucleotídios por minuto em (a) Se esse DNA fosse organizado em uma só molécula Drosaphila e 100. coli cultivadas em 14N por muitas ge- radioativa no momento em que foi acrescentada a rações são transferidas para um meio que contém colchicina (depois de uma geração de crescimento apenas 15N e crescem nesse meio por quatro gera- celular em meio contendo 3H-timidina). a partir da origem. o DNA foi extraído dessas células. (4) DNAgirase e (5) DNAhelicase. e.µ. o que essas divisões nucleares rápidas (c) Uma célula em crescimento ativo pode completar a indicam sobre o número de réplicons por cromos. í3. diluído. por centrifugação de equilíbrio por gradiente de midina não radioativa até a metáfase mostrada no densidade com CsCl. minações unifilamentares complementares e. da replicação fosse bidirecional a partir da origem ções intracelulares dessas polimerases? e (b) se o avanço da replicação fosse unidirecional 10. qual seria o comprimento (em metros) dessa nuto em E. 10. colz? (b) Na verdade. O cromos- ----···· ----···· ----···. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 257 vez substituindo a 3H-timidina por timidina não 10. (2) DNA polimerase III. em seguida. Que proporções desse DNA Problema 10. localizada a 14. somo lambda tem 17.05 por 10 min. Desenhe a estrutura que seria ob- durante a replicação do DNA em E. formam-se ligações de hidrogênio entre suas ter- depositado delicadamente sobre filtros e autorra.13 Células de E. quanto tempo seria em (a)? (c) Durante as divisões de clivagem iniciais necessário para concluir a fase S do ciclo celular. de DNA de lambda é injetada na célula de E. localizada precisamente no meio da (d) Extensão covalente de cadeias de DNA nas termina- molécula de DNA. te 6 µm de comprimento da molécula de DNA cromossômico de lambda (in vivo) e (2) exposição 10. pela diografado. replica-se como uma estrutura em formato de 0. melanogaster contém (a) Formação de super-helicoidização negativa nas mo- cerca de 6 X 107 pares de nucleotídios. Depois de um mostrada na Figura 10. a molécula torna-se circular fias do tipo fechada por ligação covalente. Depois. Se cada bolha de replicação DNA. quanto tempo levaria para a ções 3'~0H de filamentos iniciadores. Supon- somo em Drosaphila? do-se que a distribuição das origens de replicação . ções.000 pares de nucleotídios por mi. ativo. coli. seu DNA é extraído e analisado as células foram mantidas em colchicina mais ti. dessa molécula de DNA parcialmente replicada a K." "híbrida" e "pesada" no desses cromossomos? gradiente? 10. ação da DNA ligase.5 µm de comprimento e ori- indicaria sobre a natureza da replicação de DNA gem de replicação única.05por10 min (in vitro). desnaturação parcial. Depois que a molécula curto período de crescimento em meio não radio. as velo. Quais são as localizações e as fun. cresce 5. DNA em procariotos? O maior cromossomo de D. 10. Depois dessa 3 H-timidina ao meio e que.7. (a) seo avanço em mamíferos.14 O cromossomo do bacteriófago lambda tem vários lar) de uma espécie eucariótica tenha sido mar. su- em embriões de Drosaphila. a forma empacotada linear dor tenha sido removido e as células novamente da molécula de DNA de lambda tem a estrutura suspensas em meio não radioativo. a. linear.9 Suponha que o DNA de células (em cultura celu. ~'TI.9A. 'Y. segmentos ricos em AT que se desnaturam quan- cado por um curto período pelo acréscimo de do expostos a pH 11. ca origem. quanto tempo será necessário para molécula? (b) Se o DNA fosse distribuído uniformemente entre replicar o maior cromossomo de Drosaphila se ele 1 O cromossomos e cada cromossomo tivesse uma tiver um réplicon bidirecional conforme descrito origem de replicação de DNA.12 O cromossomo de E. À. O que a observação de autorradiogra. os núcleos dividem-se a pondo que a DNA polimerase possa sintetizar 2 X cada 9 a 1O min. em Drosophila ocorresse na mesma velocidade que a replicação em E. (c) Retirada de iniciadores de RNA.15 Que atividade enzimática catalisa cada uma das se- como um único réplicon bidirecional em cerca de guintes etapas na replicação semiconservativa do 40 min em diferentes condições de crescimento. não foi identificado mutante polA com termossensível em um gene que codifica um pro- deficiência completa da atividade de exonuclease duto necessário para duplicação do cromossomo. A que con- 10. da DNA polimerase I. mas atividade de exonuclease 5' ---+ 3' normal.22 A DNA polimerase I é necessária para remover ini- ciadores de RNA durante a replicação do cromos. um cromossomo eucanot1co. coli? extremidade de uma grande molécula de DNA em . Qual é 3'-(sequência do centrômero). melanogaster contém somo em E.258 Fundamentos de Genética seja uniforme. coli. typhimurium? (b) 10. isolaram-se mutantes polA viáveis que durante a replicação semiconservativa do DNA de sintetizam um produto gênico anômalo com ativi.21 (a) Por que a atividade da DNA primase não é ne- cessária para iniciar a replicação por círculo rolan. telômeros cada vez mais curtos) perdem estendido.27 O DNA cromossômico de eucariotos é empaco- 10. coli. normalmente a 25ºC. No entanto. para a replicação do D NA? gens adjacentes de replicação? 10. a síntese de DNA continua. Quantos é a verdadeira replicase em E.32 Suponha que a sequência de DNA bifilamentar a estrutura da holoenzima DNA polimerase III? Qual mostrada no esquema adiante esteja presente na é a função do produto do gene dnaN em E. não tem atividade de te- 10. quantas origens de replicação tem plissomo de E. que ocorre na tídios. Quando células de 10. a síntese de DNA cessa ime- locidade de síntese do DNA será modificada nesses diatamente. somo? Quais são os principais componentes do re. Se a molécula de DNA mostrada acima Que enzimas essenciais estão presentes no primos. 10. Que obstáculos o tamanho e a complexida- mente múltiplas origens de replicação? de do replissomo e do nucleossomo representam 10.18 Em E. e quais são as sequências teloméricas distais a cada divisão ce- suas respectivas funções? lular.26 O que é um primossomo e quais são suas funções? lomerase. qual? 10."fAACGGCCCCTTCGAACCCCCCGGGTAGAAGCATCCAGAAACCT-5 ' sua função? Como sabemos que a proteína DnaA é Você reconstituiu um replissomo eucariótico que é essencial para o processo de iniciação? ativo in vitro.28 Duas linhagens mutantes de E. . durante cerca de 30 min. Quando células da outra linhagem mutantes? Que efeito(s) terão essas mutações polA são submetidas à mesma mudança de temperatu- sobre o fenótipo do organismo? ra. Quais são essas proteínas. coli.17 Por que todas as moléculas de DNA gigantes em tado em nucleossomos durante a fase S do ciclo cromossomos eucarióticos contêm obrigatoria. coli. Preveja o efeito fenotípico final dessa muta- ção na prole dessas células. as células haploides com para desenrolar a dupla hélice parental e manter uma mutação denominada estl (de ever-shorter te- os filamentos desenrolados na forma de um molde lomeres. são necessárias três proteínas diferentes 10.19 Outros mutantes de E. que produtos seriam esperados? . a DNA polimerase III cerca de 6 X 107 pares de nucleotídios.30 O (a) O cromossomo da bactéria Salmonella typhi- te? (b) A DNA primase é necessária para a síntese murium contém cerca de 4 X 106 pares de nucleo- descontínua do filamento atrasado. Por que a DNA fragmentos de Okazaki aproximadamente são pro- polimerase III não remove os iniciadores de RNA? duzidos durante a replicação desse cromossomo? 10. 5' ---+ 3' e preservação da atividade de polimerase As duas linhagens replicam o DNA e dividem-se 5'---+ 3'. No entanto. superados? te.25 O produto do gene dnaA de E. mas são incapazes de repli- ção desses resultados? car o DNA ou se dividir a 42 ºC. Por quê? damente são produzidos durante uma replicação completa do cromossomo de S. Ave. Essas se- tos desses dois genes? quências centrais ricas em AT têm algum significa- do funcional? Em caso afirmativo. 10. . embora em menor velocidade.(. celular. coli polA não têm a atividade uma linhagem são transferidas de cultura a 25ºC de exonuclease 3'---+ 5' da DNA polimerase I. fosse isolada e replicada em seu sistema in vitro. 10.31 Na levedura S. coli é necessário 5' -(sequência do centrômero)-CAITCCCCGGGAAGCTTGCGGGCCCCATGTTCGTACGTGTITCCA-3' para a iniciação da síntese de DNA em oriC. Quantos fragmentos de Okazaki aproxima- cauda unifilamentar do círculo rolante.20 Muitas das origens de replicação caracterizadas clusão se pode chegar sobre as funções dos produ- contêm sequências centrais ricas em AT. 10. para cultura a 42ºC.29 Quais são as diferenças da replicação de DNA cro- mossômico em eucariotos e procariotos? 10. eucariotos? Como esses obstáculos poderiam ser dade de polimerase 5' ---+ 3' mínima ou inexisten. colz? Como os geneticistas podem cada cromossomo? determinar se esses componentes são necessários (d) Qual é o número médio de pares de bases entre ori. cerevisiae.24 Qual é a semelhança entre as estruturas da DNA po- limerase I e da DNA polimerase III em E. Qual seria a explica. coli têm mutação Contudo.23 Em E. coli? Qual é 10. O maior cromossomo de D. DNA polimerase na linhagem Kl 2 de E. ou seja. Nos resultados da pesquisa. Assim. no campo de busca (Search). coli sequen- por todo o cromossomo? Qual é o tamanho do gene ciadas. para simplificar. Entrez.nlm. e outras gene? Onde está localizado o cromossomo de E. no campo Search. Um único gene codifica a DNA polimerase I em E. digite servativa do cromossomo de E. coli. o tamanho da proteína.gov 1.ncbi. clique em Gene e. colz? Que genes codificam que III AND Escherichia coli Kl 2 [orgn] . coli Kl 2? clique em Primary Source "Ecogene" para obter mais in- 2. colz? informações semelhantes. Quantos genes co.nih. em E. pesquisa à linhagem Kl2. A DNA polimerase III catalisa a replicação semicon. coli. coli. Capítulo 10 1 Replicação do DNA e dos Cromossomos 259 Genômica na Web em http://www. ou são distribuídos mos genes de todas as outras linhagens de E. Qual é o peso molecular da DNA polimerase I? Quan- tos aminoácidos ela contém? . formações sobre as coordenadas do nucleotídio e a posi- Qual é o nome desse gene? Qual é o tamanho desse ção do gene no mapa. é melhor inclui K12 no que codifica a subunidade alfa da DNA polimerase III designador do organismo. os resultados incluirão os mes- pecífica do cromossomo de E. Dica: No sitedo NCBI. insira o nome dificam as proteínas estruturais de DNA polimerase III da proteína e do organismo. Se você não limitar a subunidades? Esses são agrupados em uma região es. . Portanto. encontram e ana- lisam dados na velocidade da luz. interrompidos . que dois símbolos . é possível compreender como uma grande quantidade de informações é armazenada e encontrada sem a ne. Nest e informações genéticas são expressas durante o crescimento e o e no próximo capítulo. em eucariotos 1 Exons e 1ntrons Remoção de sequências de íntrons por recomposição de RNA Armazenamento e transmissão de informações com códigos simples Vivemos na era do computador.. Sem dúvida. se o computador é capaz de fazer a sua mágica com um alfabeto binário. Esses assistentes eletrônicos armazenam. o microprocessador.em nítido contraste com as 26 letras do alfabeto. quatro letras. pela transmissão. Veremos que o RNA tem pa- genéticas dos seres vivos são escritas em um alfabeto de apenas pel fundamental no processo de expressão gên ica.. ranscr1 ao e rocessamento PANORAMA Transferência de informações genéticas 1 O dogma central Processo de expressão gênica Transcrição em procariotos Transcrição e processamento de RNA em eucariotos Genes . o computa- dor usa um código binário. da aterrissagem de naves espaciais na lua. e {2) como essas cessidade de códigos complexos nem de alfabetos enormes.. catalisa a transcrição de genes nucleares em eucariotos. O "cérebro" do computador é um pequeno chip de silício. Ambos têm apenas Modelo computadorizado da estrutura da RNA polimerase li. os quatro pares de bases do DNA. linguagem baseada em O e 1. que contém um arranjo sofisticado e integrado de circuitos eletrônicos capazes de responder quase imediatamente a impulsos codificados de ener- gia elétrica. cuja presença exerce um forte im- pacto em praticamente todos os aspectos da vida humana. o alfabeto usado pelos computadores é semelhante ao código Morse (pontos e traços) usado em telegrafia. . • . Ao executar suas façanhas maravilhosas. examinaremos {1) como as informações desenvolvimento de um organismo. desde o simples caminho de carro até o trabalho até o fantástico teste- munho. polipeptídico. denominado trans- DNA durante sua transmissão de uma geração para outra crito gênico. Dura11te a transcrição. DNA de um gene é usado como molde para sintetizar formações genéticas geralmente fluem (1) de DNA para um filamento complementar de RNA.1). . Portan. - TRANSCRIÇAO E TRADUÇAO zenadas no DNA são transferidas para moléculas de RNA Co11forme já comentamos. A transferê11cia de informações a sequência de nucleotídios no transcrito de RNA é con- genéticas do DNA para as proteínas ocorre em duas eta. a transcrição reversa ocorre em células infectadas por determinados vírus de RNA. Replicação.1 O fluxo de informações genéticas de acordo com o dogma centra l da biologia molecular. Por exemplo. a transferência de informações genéticas do aparelhos macromoleculares complexos chamados ribos- DNA para o RNA é reversível. A figura não mostra a transferência de informações de RNA para RNA durante a replicação dos vírus de RNA.1.1 especifica o aminoácido fenilalanina (Phe) em suas formas de DNA provira! (Capítulo 21).1 ). a transferência das informações gené.írus tumorais de RNA Figura 11.. ' Expressão DNA polimerase RNA-dependente RNA polimerase genica A • DNA-dependente (transcriptase reversa) uuu 1 1 1 mRNA . tradução também requer a participação de muitas outras O Dogma Central Fluxo de informações genéticas: 1. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 261 Transferência de informações genéticas 1 O do ma central O dogma central da biologia é que as informações arma. mentar UUU no transcrito de RNA. às vezes.11111111111- Traducão • Processo complexo com participação de ribossomos. as in.. na Figura 11. Por exemplo. Além disso. Durante a tradução. a expressão das i11formações durante a transcrição e para proteínas durante a tradução. as informações também são transmiti. ge11éticas ocorre em duas etapas: transcrição e tradução (Figura 11. um filamento de Segu11do o dogma central da biologia molecular. Durante a replicação é usado como molde para produzir a sequência comple- dos vírus de RNA... o filamento e (2) do DNA para a proteína durante a expressão fenotí.. Contudo. de 50 a 90 proteínas diferentes. TTT Controle •• •••• do A A A fenótipo: Transcricão Transcricão reversa .-. transcrição e tradução ocorrem em todos os organismos. no produto gênico polipeptídico. . a especificação de aminoácidos por trinucleotí- de informações do RNA para as proteínas. tRNA e outras moléculas Polipeptídio Phe • FIGURA 11. A tradução ocorre em to.. as dios chamados códons no transcrito gênico. das de RNA para RNA. vertida na sequência de aminoácidos no produto gênico pas: ( 1) transcrição.. informações genéticas fluem do RNA para o DNA dura11. a transferência genético. Perpetuação das informações genéticas de uma geração para outra DNA TTT •••••• DNA TTT Replicação A A A •••••• DNA polimerase A A A DNA-dependente 2. o processo de versível.. o trinucleotídio UUU no transcrito de RNA mostrado na te a conversão dos genomas de . Essa conversão é controlada pelo código ticas do DNA para o RNA e (2) tradução. de DNA que contém a sequência AAA de i1ucleotídios pica em um organismo (Figura 11. co11stituídos de três a cinco moléculas de RNA e de i11formações do RNA para as proteínas é sempre irre. enquanto a transferência somos. . Remoção de Cap AUG UAA An íntrons mRNA 1 l aaa o 111 1 rt Cap AUG UAA An Códon de iniciação Códon de término .f>.._ ___. Este capítulo concentra-se na transcri.....p UAA Códon de iniciação O Tradução Códon de término Polipeptídio N__. Além disso.f>._.__ ~.__ O .__. Em eucariotos._. Expressão gênica eucariótica Regulação • Sinais para da traducão • NUCLEO término da Regulação da transcricão • . são denominados pré-mRNA. nes nucleares em eucariotos superiores e alguns em eu- riotos.... ' ' ' transcricão • Exon 1 ' lntron 1 Exon 2 lntron 2 Exon 3 A A r-i DNA ...__... A maioria dos ge- equivale à molécula de mRNA (Figura 11.:.__.. onde são traduzidos.___.ª N ______.262 Fundamentos de Genética macromoléculas.____.--.____. tanto em procariotos (A) quanto em eucariotos (B)....p-y 5' O Transcrição 3' Transcrito .C - Polipeptídio CITOPLASMA • FIGURA 11._... .. muitas vezes os transcritos primários ou pré-mRNA têm de ser processados por excisão de íntrons e acréscimo de caps (capacetes) 5' de 7-metilguanosina e de cauda poli(A} 3' [(A}n]. o em eucariotos geralmente são precursores dos mRNA e... muitas vezes é preciso processar os transcritos cariotos inferiores contêm sequências não codificadoras... Expressão gênica procariótica Regulação da tradução Sinais para Regulação da término da Região codificadora tra n s~rição transcricão '--·~~~~~~~~~~--''---~~~~~~~~~.... .. Portanto. geralmente por isso.. 1 • pr1mar10 1 1 1 1 1 1 1 11 Cap AUG UAA An ..2 A expressão gênica ocorre em duas etapas: transcrição e tradução.t>_.... c B.-.-.......:. A....~ DNA 0"'/} 'fi' Transcrição Transcrito primário 5' 3' AUG .. . o transcrito primário. produto da transcrição.p 0 -Y Transporte para o citoplasma mRNA 1 l a1 a 111 1 ri Cap AUG UAA An Códon de iniciação "' Códon de término · Traduçao4. primários por excisão de sequências específicas e modifi- ção........._..-..__....2A). Em euca.J>.... cação de ambas as terminações antes que possam ser tra- As moléculas de RNA traduzidas nos ribossomos são duzidos ( Figura 11..-..28).... a tradução é o assunto do Capítulo 12.f>.__.. Em procariotos.-...._.. os transcritos primários denominadas RNA mensageiros (mRNA)..... os mRNA eucarióticos têm de ser transportados do núcleo para o citoplasma.. 3 apresenta uma aminoácidos e os códons no mRNA durante a tradução. os zntrons. são removidas durante o processamento do transcrito de critos gênicos. um órgão ou todo um ser vivo? Os geneticistas UM mRNA INTERMEDIÁRIO sabem que o fenótipo de um organismo é produzido pe. E pre- tro genes. As estruturas e as funções dos tRNA e rRNA serão discutidas em detalhes no Capí- tulo 12. snRNA e miRNA são as proteínas. rRNA.500 genes. Este capítulo apresentará ras moleculares chamadas espliceossomos. Cinco classes diferentes de moléculas de RNA têm papéis Os cinco tipos de RNA . cidos de seus produtos proteicos? As informações genéti- nismo é enorme. ciso que mensageiros transportem as informações ge- têm cerca de 200 genes. as queiam a expressão de mRNA complementares ou par- sequências de íntrons não codificadoras são removidas cialmente complementares. destacaremos os mecanismos usa- dos pelos genes para orientar a síntese de seus produtos. que são clivados desses genes. dentro dos limites impostos pelo ambiente. um tecido. os papéis dos mRNA e snRNA. ou reprimindo sua tradução. com 20 a 22 nucleotídios. aumentando com a complexidade de cas armazenadas nas sequências de pares de nucleotídios desenvolvimento da espécie.. rRNA.mRNA. O processo é semelhante em pro- traduzem sequências de nucleotídios em sequências de cariotos. como o fago T4. Os mecanismos de regulação da expressão gêni- CINCO TIPOS DE MOLÉCULAS DE RNA ca pelos miRNA serão discutidos no Capítulo 19. A • . Embora a necessi- volta de 4. do DNA para o RNA durante a transcrição. no próximo capítulo.fluem deDNA para DNA durante a replicação do cromossomo. e os mamíferos. os produtos néticas do DNA para os ribossomos. Já apresentamos os RNA e miRNA . cidos das proteínas com o auxílio de intermediários ins- a saber.000 genes. Neste e cas dos genes são traduzidas nas sequências de aminoá.. enquanto os vírus grandes. . mas o DNA não é separado dos ribossomos por aminoácidos dos polipeptídios. RNA e proteínas. que separam as sequencias expressas ou exons tares curtos. causando sua degradação por reações de recomposição (splicing) ocorridas em estrutu. em seguida. Bactérias como a E. snRNA moléculas de RNA que atuam como adaptadores entre e miRNA não são traduzidas.a mol. tRNA. como o fago MS2. as máquinas intricadas que de moléculas de RNA. RNA. humanos. A Figura 11. snRNA essenciais na expressão gênica.ecularé que as informações genéticas. intermediários que levam informações ge. sobretudo no Capítulo 20. A e Processo de exP-ressão en1ca As informações armazenadas nas sequências nucleotídi. Além disso. rRNA. mão esses produtos gênicos para controlar os fenótipos de organismos maduros serão comentados nos capítulos Como os genes controlam o fenótipo de um organismo? subsequentes. inclusive os seres dade desses mensageiros seja mais óbvia em eucariotos. e. Os RNA transportadores (tRNA) são pequenas moléculas de RNA. Eles também como esses genes controlam as sequências de aminoá- sabem que a variação do número de genes em um orga. onde são sintetizadas finais dos genes de tRNA. têm aproximadamente 20. Os mecanismos de que lançam táveis chamados RNA mensageiros. Os pequenos RNA nucleares um envoltório nuclear. contêm apenas qua. Se a maioria dos genes de um eucarioto está localizada no los efeitos combinados da ação de todos os seus genes núcleo.. que especificam polipeptídios. e do RNA para a proteína durante a tradução • Transcrição é a síntese de um transcrito de RNA compkmentar a partir do filamento de DNA de um gene • Tradução é a conversão das informações armazenadas na sequência de nucleotídios do transcrito de RNA na sequência de aminoácidos do produto gênico polipeptídico. procarióticos contêm sequências não codificadoras que as organelas nucleares que excisam os íntrons dos trans. para os locais de síntese proteica no citoplasma. menores vírus. de acordo com as especificações do código genético. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 263 .são produzidos por transcrição. enfatizan- Os RNA ribossômicos (rRNA) são componentes estruturais e do a origem transcricional e as funções dos cinco tipos catalíticos dos ribossomos. Ao contrário mensageiros. Os genomas de RNA dos nos genes precisam ser transferidas de alguma maneira . As moléculas de tRNA. dos mRNA. As sequências completas desses genes inter. Os micro-RNA (miRNA) são RNA unifilamen. de pequenos precursores em formato de grampo e blo- rompidos são transcritas em pré-mRNA. Como as sequências de nucleotídios dos genes orientam o crescimento e o desenvolvimento de uma célula. e se as proteínas são sintetizadas no citoplasma. visão geral da expressão gênica em eucariotos. PONTOS ESSENCIAIS • O dogma central da bioú:Jgi. raramente os genes (snRNA) são componentes estruturais dos espliceossomos. coli têm por néticas do núcleo para o citoplasma.. ... -~ 1 1 1 1 .--. \ subunidades ribossômicas ou -.... ..... . 1 1 ..... 1 rRNA 1------------. 1 ou . ... mRNA e ribossomos na tradução. . 1 . ... ..Y / / / 1 Processamento do 1 transcrito de RNA .....---..... .... ... ..e-9- t 1 1 s· .. \ \ -... RISC -----------.. . TRANSCRICAO • ........ e os papéis de tRNA.. 1 mRNA I / / ~ 9 ou / ~ e / / / / / Aminoácidos 6'9 1Pré-miRNA '' / / 1 '' / / @ '' / '' .. ... ~...... ..Envoltório nuclear \ ~ miRNA \ \ \ /ou""' '' '' '' '' . ...3 recomposição (splicing) de snRNA..--- 11 111 g 118 . ... a função de FIGURA 11.--. A tradução ocorre no citoplasma..il-v::y tMe... tRNA...... rRNA.. snRNA.. ' 1 1 '1 1 Ala 1 I 1 / " snRNA Espliceossomo / Sa ~ 1 ou Conjunto de aminoácidos Subunidades ribossômicas no citoplasma..-... _ -. / / ---....... Clivagem de Repressão da tradução mRNA A B • Visão geral da expressão gênica.264 Fundamentos de Genética A transcrição e o processamento de RNA ocorrem no núcleo. a regulação da expressão gênica por miRNA.... / / / . I I I s .. 1 1 1 1 tRNA 1-----. ..--....-. enfatizando a origem de transcrição de miRNA. TRADUCÃO • NÚCLEO CITOPLASMA Ribossomo Regiões gênicas de DNA 1 1 1 1 Transcrição t ~ / / 1 / / 1 / ' / 1 / 1 Cadeia Ala / 1 polipeptídica '\ ef.... tRNA. ..... . A enzima Dicer é uma nuclease que processa o precursor do miRNA em miRNA.... rRNA e mRNA. e RISC (RNA-induced silencing complex) é o complexo de silenciamento induzido por RNA.. ao filamento não molde de DNA (Figura 11 .rezes. Essa reação é H o catalisada por enzimas chamadas RNA polime- rases. Ó Extremidade 5' H o usaremos fila1nento-molde e . com a ajuda de proteínas de11omi11a.P .. Uma molécula de RNA DNA. crescimento da cadeia o 1 das fatores de transcrição. Uma única RNA polimerase efetua toda tanto.4 A síntese de RNA usa como molde apenas um fila- filamento-molde de DNA e idêntica.. as moléculas de mRNA são filamentos codificadores a transcrição na maioria dos procariotos.... . 1 -o-P=O de um ataque nucleofílico do grupo 3' -0H 1 ao átomo de fósforo nucleotidil (inter110) o • O CH2 1 Guanina •• Citosina 1 do trifosfato de ribonucleosídio precursor. Alguns dos primeiros sinais da existência de 5' \----'. à exceção de que (1) os precursores são trifosfatos de ribonucleosídios em vez mRNA 5·. iniciam a síntese 5' de moléculas de RNA nos sítios de i11ício da • FIGURA 11. merase. e11qua11to os eu- de RNA.. RNA me11sageiros de curta duração são apresentados no \ \ \ Apêndice D: E'ridências de um RNA mensageiro instável. respectivamente. O= P-0- ção 5' ~ 3'. As RNA polimerases ligam-se a sequências Trifosfato de desoxirribonucleosídio recebido o CH2 nucleotídicas específicas chamadas promoto.. 1 H o tídios ao grupo 3 '-hidroxila na extremidade O OH da cadeia (Figura 11 .. o. A que especificam sequê11cias de aminoácidos das proteí. Por. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 265 o primeiro si11al de sua existência surgiu em estudos de 30 DNA procariotos. Direção 5' ~ 3' de Guanina 1 res e. Filamento não molde te ao da síntese de DNA (Capítulo 10). mas o 3' de filamento de de DNA RNA nascente 3' uso dos termos sense e antisense para designar 1 filamentos de DNA é incoerente.P . (2) só um fi- \ lame11to de DNA é usado como molde para a síntese de \ \ uma cadeia de RNA complementar em qualquer região \ \ e (3) é possível iniciar novas cadeias de RNA sem necessi- 5'-GCAUÃCliAUCAGGCOMC:CiU-3' dade de um filame11to i11iciador preexistente.O . às vezes denominado bolha de transcrição.. Portanto. cada uma porque as sequê11cias de i1ucleotídios "fazem sentido" j á delas responsá.. do mesmo H2C O= P. RNA 3' 5' ASPECTOS GERAIS DA SÍNTESE DE RNA 5'{G-CATACGATCAG·G-CTMêG-0r3' A síntese de RNA ocorre por um mecanismo semelhan. de um gene. Também são chamadas de filamentossensede RNA cariotos têm cinco RNA polimerases diferentes. Se a molécula de RNA for um mRNA. A reação compreen.3' de trifosfatos de desoxirribonucleosídios. uridina em vez de timidina. A reação geral é a seguinte: 3· OH / OH.tores em eucariotos geralmente são mais complexos que pecificará aminoácidos no produto gênico proteico.filamento não molde -o-P=O 1 para designar os filamentos tra11scrito e não 1 transcrito. com o acréscimo de ribonucleo.CH2 G o 1 1 1 1 em que n é o número de moles de trifosfato o.O .O .P. \ \ ' ' ' Síntese de \ Filamento-molde ' ' . ela es.5 Reação de alongamento da cadeia de RNA catalisada por RNA poli- transcrição perto dos promotores.o- 1 de ribonucleotídio (RTP) consumidos. produzido complementar a um mRNA é denomi11ada ' Filamento-molde RNA antisense. Segmento terminal tendida aos dois filamentos de DNA. o O CH2 Citosina 1 • •• Guanina 1 A síntese de cadeias de RNA. 1/ Formação de nova ligação n(RTP) DNA-molde (RMP) + n( PP) o o 1 o O CH2 RNA polin1erase 11 li li '. com eliminação de pirofosfato. H o nofosfato de ribonucleotídio (RMP) incorpo- OH OH rado ao RNA e pirofosfato (PP) produzido. li Uracila •• Adenina 1 ~ . Os promo.em procariotos.rel pela síntese de uma classe de RNA. ocorre i1a dire. 0= P. o. As . mo. exceto por resíduos de mento de DNA de um gene. essa terminologia é es. A molécula Filamento sense de RNA de RNA produzida será complementar e a11tiparalela ao • FIGURA 11 . a exemplo H2C 0 o1 da síntese de cadeias de DNA.4) .-1 · --i-.o- 9 1 modo que na síntese de DNA.síntese de RNA ocorre em um segmento desenrolado de nas que são os produtos gê11icos.5). fectadas por fago M 13 e células contendo prófagos lambda 4.6 A síntese de RNA ocorre em um segmento desenrolado de DNA. Células de f. . como o(s) cromossomo(s) da célula. contendo ANÁLISE E SOLUÇÃO DNA de E. Distinção de RNA transcritos do DNA viral e do hospedeiro PROBLEMA b. e nela se põem as três membranas . E possível determinar o grau da ligação do RNA por meio da transcritos de RNA produzidos nas células infectadas por esse vírus? medida da radioatividade de cada membrana. 5. CAUGUAAAUAUUUc<'I 5 mento-molde de DNA. mo. O DNA pode ser desnaturado . células in- constituintes . coli infectadas + em células infectadas por vírus mediante incubação das células in. como lambda. coli infectadas por um vírus representam a opor. Tanto os DNA virais quanto os DNA da célula hospedeira podem poderiam ser resum idos como mostrado adiante. coli infectadas + + ficação do RNA dessas células e. Suponha que você acabou de ao DNA na membrana ou inespecificamente à própria membra- . específica do RNA ao DNA viral ou bacteriano. Desenrolamento local de segmento de DNA • FIGURA 11 .6 ). DNA bacteriano ou ambos. são produzi. coli com pró. Se o vírus for um bacteriófago lítico. + fagos lambda a. Essa bolha de transcrição possibilita o pareamento de bases de alguns nucleotídios no filamento-molde com a extremidade em crescimento da cadeia de RNA. são produzidos transcritos virais e bacteria. um Essa radioatividade pode ser subtraída dos níveis de radio- filamento de DNA é usado como molde para síntese de um fi la.266 Fundamentos de Genética por RNA polimerase ( Figura 11 . e se for um prófago quiescente. RNA polimerase dica de uma molécula de RNA é complementar à do fila. puri. E possível identificar a origem dos transcritos de RNA sintetizados Células de f. O RNA remanescente está ligado especificamente dos apenas transcritos bacterianos. O RNA pode ser marcado com 3H por cu ltura de células em determinarão se os transcritos marcados foram sintetizados meio contendo 3H-uridina. O desenrolamento e o reenrolamento da molécula de DNA são catalisados por RNA polimerase. uma segunda membrana ligada a DNA desnaturado do hospedeiro Que padrão você observa em células infectadas pelo vírus re- e uma terceira membrana sem DNA para servir de controle na cém-descoberto? medida da ligação inespecífica de RNA marcado com 3 H. d. por fago T4 fectadas por um curto período em meio contendo 3H-uridina. e a síntese de RNA é guiada pelas Filamento-molde mesmas regras de pareamento de bases que a síntese de RNA de DNA . Em condições apropriadas. 5' ciosos (ver Problema resolvido: Distinção de RNA transcri- tos do D NA .. Como identificaria os tipos de na. Durante a primeira etapa da expressão gênica (transcrição). RNA hibridizado à membrana mentares de RNA e DNA formam hélices duplas estáveis in vitro.expondo-se a alta temperatura ou pH elevado. Em seguida. hibridizado.) Apêndice D: Evidências de um RNA mensageiro instável). A sequência nucleotí. Os resu ltados 2. 1.separado em seus filamentos Os resu ltados nas cé lulas infectadas por fago T4. mas a uracila substitui a timina. Células de f. Logo. Prepara-se uma membrana ligada a DNA desnaturado viral. se for um bacteriófago com 3 H para hibridização com o DNA nas membranas. atividade nas duas outras membranas para medir a ligação mento complementar de RNA.iral e do hospedeiro). molécu las unifilamentares comple. . hibridização com DNA por fago M13 unifilamentar vira[ e bacteriano. 'rírus e outros organismos infec. A radioatividade na membrana que não tinha DNA repre- FATOS E CONCEITOS senta a ligação "de fundo" inespecífica do RNA à membrana.uma com DNA vira[. lavam-se bem as membranas para remover todo o RNA não nos. em seguida. desnaturados e ligados a membranas para uso positivos indicam a presença de transcritos de RNA com hi- em experimentos de hibridização subsequentes (ver Figura 1 no bridização específica. DNA. (Os sinais ser purificados. identificar um novo vírus de DNA. são produzidos apenas transcritos virais. RNA: bacteriano e viral. Por últi- não lítico. a partir de moldes de DNA vira l. é possível de- terminar a origem dos tra11scritos de RNA pelo estudo da 3' sua hibridização com DNA de diferentes fo11tes. prepara-se uma solução de hibridização apropriada As células de f . 3. como e. coli DNA de fago . Depois. . como M 13. acrescenta-se uma amostra do RNA purificado marcado T4. outra tunidade para que as células produzam dois tipos de transcritos de com DNA do hospedeiro e a última sem DNA. e o alongamento da cadeia (Figura 11. assim. funscri ãoemR_ ro_c_a_r_ io_t_o_s~~~~~~~~~~~~~- A transcrição . A subunidade 13 contém o sítio de DNA (genes) para as moléculas de RNA mensageiro que ligação ao trifosfato de ribonucleosídio. Grandes transcritos que 0f>. DNA Ao discutirem a transcrição. Um segmento de DNA transcrito para produzir uma Já a holoenzima (com a) só inicia cadeias de RNA in vitro molécula de RNA é uma unidade de transcrição. alongamento merase completa. • FIGURA 11. catalisada por RNA polimerases. mas. ----1~~ (2) alongamento da cadeia e (3) término da transcrição e libe- ração da molécula de RNA nascente (Figura 11. o fator As características básicas da transcrição são iguais em pro. do transcrito em relação 0f>.5) cariotos e eucariotos. A RNA polimerase sigma é reconhecer e ligar a RNA polimerase aos sítios de de E. O processo de transcrição é dividido RNA polimerase em três estágios: (1) iniciação de uma nova cadeia de RNA. a é liberado. da enzima (sem a) catalisaria a síntese de RNA a partir As RNA polimerases das arqueobactérias têm estruturas de moldes de DNA in vitro. iniciaria cadeias muito diferentes e não serão analisadas aqui.são diferentes. Após a iniciação da cadeia de RNA. A função de quências promotoras . As unidades em sítios usados in vivo. e a subunidade 13' abriga a região de ligação ao molde de DNA...p-y RNA POLIMERASES 1 ENZIMAS Q Término da cadeia de RNA COMPLEXAS As RNA polimerases que catalisam a transcrição são DNA proteínas multiméricas complexas. enquanto os polipeptídios são sintetizados no citoplasma • Moléculas de RNA mensageiro atuam como intermediários que levam informações genéticas do DNA para os ribossomos. O cerne aqui. a participam da montagem do cerne tetramérico (a2 1313') transfere as informações genéticas armazenadas em da RNA polimerase. As regiões upstream e downs- tream dos genes são as sequências de DNA que especifi- cam os segmentos 5' e 3' correspondentes de seus trans- critos em relação a um ponto de referência específico. A RNA polimera- se de E. portanto. e apenas um filamento de DNA serve de molde para a síntese de RNA. Essa enzima catalisa a síntese de RNA nessa espécie. é semelhante à síntese de DNA em muitos aspectos • A síntese de RNA ocorre em uma região localizada de separação do filamento. As subunidades e término. Dois deles são idênticos. de transcrição podem ser equivalentes a genes individuais ou incluir vários genes contíguos.7 Os três estágios da transcrição: iniciação.os locais de Uma subunidade. Esses termos são O Alongamento da cadeia de RNA fundamentados no fato de que a síntese de RNA sempre ocorre na direção 5' para 3'. onde são sintetizadas as proteínas • A síntese de RNA. 5' Cadeia de RNA em crescimento 0f>. coli foi estudada detalhadamente e será apresentada iniciação da transcrição ou promotores no DNA. Molécula de RNA nascente tídios distintos.000 e é constituída de cinco polipeptídios.P-y a algum local na molécula de mRNA.a primeira etapa da expressão gênica . os genes estão no núcleo.7).no citoplasma. respectivamente. mas muitos detalhes . levam as informações até os ribossomos .como as se. iniciação da transcrição. não tem função no alongamen- to da cadeia. a enzima contém quatro polipep. os biólogos costumam usar os termos upstream e downstream para se referirem às regiões situadas em direção à extremidade 5' e à ex- Extremidade 5' do RNA tremidade 3'. A composição da molécula de RNA poli. O Iniciação da cadeia de RNA muns em bactérias. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 267 PONTOS ESSENCIAIS • Em eucariotos. é catalisado pelo cerne da enzima (a21313'). de RNA em sítios aleatórios nos dois filamentos de DNA.. o fator sigma (a) participa apenas da síntese proteica . é a 2 1313'a. . a holoenzima.P-y contêm as sequências codificadoras de vários genes são co. coli tem massa molecular de aproximadamente 480. Os pontos médios das duas sequências região de pareamento de bases transitório entre a cadeia conservadas estão aproximadamente 1O e 35 pares de em crescimento e o filamento-molde de DNA é muito cur- nucleotídios. coli geralmente (> 90%) é Os terminadores independentes de rô contêm uma re- • uma punna. cas que precedem o sítio de iniciação são denominadas A RNA polimerase desenrola continuamente a dupla hé- sequências da região s'. os filamentos complementares de DNA atrás do sítio de Como já foi citado. nunca tendo menos de 15 ou mais de 20 pares de transcrição sem participação de rô. Essa síntese mento dos filamentos de DNA na sequência -10 rica em AT. Embo. de 40 ribonucleotídios são incorporados à cadeia de RNA mum. Além disso. base ou base 5' no RNA de E. garantindo um ~~ Q T.. a primeira denominadas terminadores independentes de ró. A se. respectivamente. Um tipo só leva ao término na lizado do DNA. A holoenzima continua ligada na . as que sucedem o sítio de iniciação lice de DNA adiante do sítio de polimerização e reenrola são sequências da região 3'. portanto. Duas sequências curtas nesses promotores são em crescimento por segundo. um requisito essencial para a síntese de presença de uma proteína chamada rô (p). alguns nucleotídios são altamente conservados. a sequência de consenso O término das cadeias de RNA ocorre quando a RNA poli- -35 é TTGACA. um segmento de- sítio de iniciação (em relação à direção de transcrição) senrolado de DNA A molécula de RNA polimerase tem recebem prefixos positivos (+). respectivamente. As sequências nucleotídi. cadeias curtas de dois a nove polimerase liga-se à sequência -35 do promotor e inicia o desenrola- ribonucleotídios são sintetizadas e liberadas. (2) desenrolamento localizado dos dois 3' 5' filamentos de DNA pela RNA polimerase. es- uma nova cadeia de RNA. Sequência -35 T pb C ~ A motora no DNA.-.8 Estrutura de um promotor t ípico em E.o par de nucleotídios corres. coli foram sequenciados lha de transcrição é de 18 pares de nucleotídios. Desenrolamento localizado ne da enzima inicia a fase de alongamento da síntese de • FIGURA 11. Sequências da região 3' região promotora durante a síntese das oito ou nove pri- meiras ligações.8 ). As bases entre o filamento-molde do DNA e o RNA nascente. então.9). talvez com apenas três pares de bases de comprimento. ao contrário do esperado. mas é deslocada do filamento-molde de DNA à medida que a mesmo elas raramente são idênticas em dois promoto. o comprimento médio de uma bo- Centenas de promotores de E. antes do sítio de iniciação ta. às vezes essa o complexo de transcrição se dissocia. e (3) formação de ligações A A T ou fosfodiéster entre os primeiros ribonucleotídios na ca. 9. A estabilidade do complexo de transcrição é mantida prin- das sequência -10 e sequência -35. Filamento-molde TTA • • T A 5-9 ou ção da holoenzima RNA polimerase a uma região pro. O outro tipo resulta no término da coli. o fator sigma é liberado. A cadeia de RNA nascente conservadas o suficiente para serem reconhecidas. Os pares de bases que precedem o sítio de iniciação dade a. cula de RNA nascente.. dependentes de rô. atividade de desenrolamento e reenrolamento do DNA. os pares de nucleotídios ou nucleotí- dios dentro das unidades de transcrição e adjacentes a ALONGAMENTO DE CADEIAS DE RNA elas são numerados em relação ao sítio de iniciação do transcrito (designado +1) . (Figura 11. avançar na direção 3' a partir do promotor. Quando isso acontece. e não pelo pareamento de outro.5) ocorre na bolha de transcrição.-i·. a subunidade sigma reco. polimerização enquanto avança ao longo da dupla hélice limerase medeia a ligação aos promotores no DNA.Sequências da região 5' . coli. Filamento não molde G AAT deia de RNA nascente. e cerca e. Durante a iniciação. A extensão covalente de cadeias de RNA (Figura recebem prefixos negativos (-). cipalmente pela ligação do DNA e da cadeia de RNA em ra essas sequências variem um pouco de um gene para crescimento à RNA polimerase.268 Fundamentos de Genética INICIAÇÃO DE CADEIAS DE RNA Transcrição Sequência -10 t----. de transcrição em E. Existem dois tipos de terminadores quência -1 O rica em AT facilita o desenrolamento loca. Inicialmente. Por convenção. O alongamento de cadeias de RNA é catalisado pelo cerne pondente ao primeiro nucleotídio (5') do transcrito de da enzima RNA polimerase após a liberação da subuni- RNA.. da transcrição ( Figura 11. . elas são denomina. T. coli.. têm muito pouco em co.. aqueles que sucedem o 11. liberando a molé- sequência é denominada sequência de reconhecimento. A distância entre as sequências sas sequências de término são denominadas terminadores -35 e -1 O é altamente conservada em promotores de E. nhece e se liga à sequência -35. a subunidade sigma da RNA po. A res diferentes. A RNA RNA. gião rica em GC seguida por seis ou mais pares de bases . e o cer. ~ 16-19 pb - TTGACA filamento-molde livre para pareamento de bases com os 5' 1 ' T 1 3' ribonucleotídios recebidos. sequências de nucleotídios presentes nesses elementos genéticos conservados geralmente são denominadas se- TÉRMINO DAS CADEIAS DE RNA quências de consenso. portanto. merase encontra um sinal de término. RNA polimerase avança ao longo da molécula de DNA. A trans- frustrada cessa depois que são sintetizadas cadeias de 1O crição começa na bolha de transcrição em um sítio 5 a 9 pares de ou mais ribonucleotídios e a RNA polimerase começa a bases além da sequência -10. A iniciação de cadeias de RNA tem três etapas: ( 1) liga. A sequência de consenso -1 O no fila- mento não molde é TATAAT. Em E. essas sequências são nucleotídios de comprimento. coli. Portanto. transpor o grampo e usar sua atividade helica- 5' se para desenrolar o pareamento de bases do DNA/RNA Dupla hélice no término e liberar transcrito de RNA. não forma grampos nem outras estruturas secundárias. . o que possibilita a rô 3' alcançá-la. mas poucas G.exas • A extensão cova/. Como o pareamento de bases AU é fraco. essas regiões de re. (2) alongamento e (3) término • As RNA polimerases . Oscar síntese das regiões que participam da cadeia de RNA e Miller. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 269 Sítio para o trifosfato de série de U após a região do grampo facilita que as no- ribonucleosídio recebido vas cadeias de RNA sintetizadas se separem do molde de Cadeia de RNA em crescimento DNA quando a estrutura do grampo ocasiona uma pausa y RNA polimerase da RNA polimerase nesse local.::-~ 3'. não existe um nucleotídios invertidas e complementares em cada fila. parte inferior). traduzidas e degradadas na direção 5' ~ parte superior). faz uma pausa. coli é reproduzida na Figura 11. a extremidade 5' de um mRNA pode ser men tares que podem formar pares de bases e estruturas imediatamente usada como molde para síntese de poli- em grampo (Figura 11. Em procariotos. a transcrição e a em grampo de RNA formam-se imediatamente depois da tradução estão bastante integradas em procariotos.são proteínas multiméricas compl. As estruturas peptídios. os terminadores dependentes de rô contêm A. vez sintetizada. A proteína rô liga-se Cadeia de RNA em crescimento à sequência rut no transcrito e move-se na direção 5' ~ 5' ----L. Portanto. Na verdade. denominada rut (mo utilization.sequências de mesma molécula de RNA. a em E. CONCOMITANTES • FIGURA 11. uma petição invertida produzem sequências de RNA unifila. Barbara Hamkalo e colaboradores desenvolveram retardam o movimento das moléculas de RNA polime. coli. Quando a polimerase encontra o grampo. com frequência. a tradução e a degradação de uma molé- cula de mRNA geralmente começam antes da conclusão da sua síntese (transcrição). Nos dois casos. lipeptídios do local de síntese do mRNA. Em procariotos. com Uma de suas fotografias que mostra a integração da trans- menor necessidade de energia para separação das bases crição de um gene e da tradução de seu produto mRNA que qualquer dos outros pares de bases tradicionais. causando pausas na extensão da ção e tradução em bactérias por microscopia eletrônica.enzimas que catalisam a transcrição ._---rf.e de cadeias de RNA ocorre nos segmentos de DNA com desenrolamento wcal • O awngamento da cadeia cessa quando a RNA polimerase encontra um sinal de término da transcrição • A transcrição.9 Alongamento de uma cadeia de RNA catalisada por RNA polimerase em E.os: (1) iniciação. provocando sua pausa. O mecanismo do término dependente de rô da trans- 3' crição é semelhante ao do término independente de 5' Dupla hélice de DNA rô. de DNA Local de reenrolamento Local de desenrolamento B. esses grampos impedem o Local de Região curta da Local de reenrolamento hélice de DNA-RNA desenrolamento movimento da RNA polimerase. cadeia. Como as moléculas de mRNA AT. PONTOS ESSENCIAIS • A síntese de RNA é dividida em três estági. seguindo a RNA polimerase. e uma sequência que especifica um sítio de ligação à proteína Movimento da RNA polimerase rô. portanto. técnicas para observação dessa integração entre transcri- rase ao longo do DNA. estendendo de maneira processiva a cadeia E DEGRADAÇÃO DE mRNA de RNA nascente. os três processos podem ocorrer simultaneamente na em GC contém repetições invertidas . são sintetizadas. res de nucleotídios na região 5' em relação às sequências com repetição invertida que produz um filamento de RNA com muitas C. envoltório nuclear separando o aparelho de síntese de po- mento de DNA. utilização de rô) per- ----------------~ to da extremidade 3' do transcrito.11 . A RNA polimerase está ligada ao DNA e estende duas outras sequências: uma sequência com 50 a 90 pa- a cadeia de RNA por ligação covalente. A sequência nucleotídica da região rica 3'.ent.éculas de mRNA costumam ser simultâneas em procariotos. No entanto. já que em ambos há formação de um grampo com ligações de hidrogênio na direção 5' a partir do local de término. a tradução e a degradação de mo/.10...:. com presença de A no filamento-molde ( Figura 11.10. A RNA polimerase deslocou-se em direção 3' a partir da - TRANSCRIÇAO. TRADUÇAO - posição em (A). e que. Quando transcritas. ..5' C GACCGCCGTA G . T ···A de hidrogenio fraca G ••• C C ••• G C ••• G G ••• C Grampo com ligações ~ C ••• G de hidrogênio C ••• G A ••• U G ••• C e 0""/}-y O Liberação do transcrito quando a RNA polimerase faz uma pausa depois da formação do grampo. formam-se ligações de hidrogênio e uma estrutura em grampo. e o transcrito se desprende do DNA.5' GC GACCGC GTAAAAAAG Transcrito C A e ............ ..3' DNA 3' -GGG TGACGGCGGTCAA G UUUUUU AAGAAAGAAATTAC T .vC ~ C~ Area de l i~acão . e as fracas ligações de hidrogênio entre as As subsequentes no filamento-molde e as Us no transcrito recém-sintetizado se quebram. ........5' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 )' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V Filamento-molde de DNA Seis adeninas si&> O Transcrição de repetições invertidas ....10 Mecanismo de término independente de rô da transcrição......... o transcrito de RNA contém sequências complementares entre si. ''''''''''ª'''''''''''''''''''''''''''''''''''' 5' -CCCACTGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTTTCTTTC TTTAATGA .. encontra-se uma região de DNA que contém sequências repetidas invertidas (sombreada).. cc ..3' DNA 3' -GGG TGACGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAAAAGAAAGAAATTAC T ...... 5' -CCCACTGCCGCCAGTT 3' T TCTTTCTTTAATGA ... faz uma pausa..... ....... +++c+++c+++AA+óA _ 3· DNA 3' -GGG TGACGGCGGTCAA G CUGGCGGCAUU AA AAAGAAAGAAATTACT .. ....../(GcrciciêcicicÁ ~ 5· -cccÀciGccGccÃG++ cc 3· T..4 Gc~ciciccicicÁ fff fffc~ ..... .5' ''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' + UUUUUU-OH.....CCCACTGCCGCCAG U deRNA O Transcrição de seis As e rápido dobramento do RNA em "grampo" ........3' DNA 3' -GGG TGACGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAAAAGAAAGAAATTAC T .. À medida que a transcrição prossegue ao longo de um molde de DNA.. V de RNA 5' .... Consequentemente.. Quando a RNA polimerase encontra esse grampo..3' Transcrito deRNA 5' - e cc Ae T ••• A G ••• C C ••• G C ••• G G ••• C C ••• G C ••• G A ••• U G ••• C e • FIGURA 11. Quando essas sequências repetidas são trans- critas.. u 0""~ Transcrito 5' ..270 Fundamentos de Genética Sequências cAição invertida ~~~-~ ~---~- '' ''' ''' ''' ''' '''' '''' '''' '''' ''' '' ''' '' ''' '' '' 5' -CCCACTGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTTTCTTTCTTTAATGA ....... 2. gerados por clivagem e não por térmi. As cadeias polipeptídicas nascentes. resíduo de 7-metilguanosina unido ao nucleosídio ini- quências nucleotídicas de alguns transcritos de RNA são cial do transcrito por uma ligação de fosfato 5'-5'. não são visíveis.. transcrição em E. a população de transcritos primários em Embora seja semelhante em procariotos e eucariotos. coli. as sequências de íntrons são corta- cariotos. coli. Caudas poli(A) são acrescentadas às extremidades 3' Enquanto uma única RNA polimerase catalisa toda a dos transcritos. e a de RNA presentes. muitos dos transcritos ligação ao RNA durante ou imediatamente após a sínte- eucarióticos caracterizados contêm a região codificadora de se. os mRNA te até o citoplasma. transcritos primários de genes que codificam polipeptí- de suas interações com proteínas de ligação ao RNA.. As se. pois se dobram em configuração tridimensional durante a síntese. A cau- da poli(A) 3' é um trecho de poliadenosina com 20 a 200 modificadas após a transcrição por edição do RNA. o RNA é sintetizado no núcleo. As principais partes desses hnRNA são maior parte do RNA que codifica proteínas tem de ser trans- sequências de íntrons não codificadores. que são excisadas portada até o citoplasma para tradução nos ribossomos. Portan- indícios de que parte da tradução ocorra no núcleo. Evidentemente. É possível ver o DNA. Todavia. Essa maior estabilidade de transcritos gê- cífica de genes. na verdade. to. até um quarto a degradação por ribonucleases. grande parte do hnRNA consiste.12). Há dos transcritos primários e degradadas no núcleo. 3. ao menos em parte. três modificações importantes. Ao contrário. os mRNA procarióticos contêm as re- samento antes de sair do núcleo. Em eucariotos.5 µm • FIGURA 11. em eucariotos. giões codificadoras de dois ou mais genes. dios passa por três modificações importantes antes de ser transportada até o citoplasma e traduzida (Figura 11. a grande maioria ocorre no citoplasma. mas. Essas proteínas protegem os transcritos gênicos contra um único gene (são monogênicos). o prcr um núcleo é denominada RNA nuclear heterogêneo (hnRNA) cesso geral de síntese de RNA é bem mais complexo em eu- em vista da grande variação nos tamanhos das moléculas cariotos. eucariotos cuja complexidade va- no da extensão da cadeia. Caps de 7-metilguanosina são acrescentados às extre- CONJUNTOS DE GENES midades 5' dos transcritos primários. o mRNA e os ribossomos traduzindo moléculas de mRNA.11 Micrografia eletrônica preparada por Oscar Miller e Barbara Hamkalo mostrando a integração da transcrição e da tradução de um gene em E. léculas de pré-mRNA submetidas a várias etapas de proces- Com frequência. e os transcritos de RNA resultantes passam por das dos transcritos. CINCO RNA POLIMERASES/CINCO 1. Também. a maioria dos • • . em eucariotos. A meia-vida média de um transcrito eucarióticos podem ser monogênicos ou multigênicos. em contraste com a meia-vida média inferior a cinco mi- e cada enzima catalisa a transcrição de uma classe espe- nutos em E. Além d isso. enzimas que degradam das unidades de transcrição do pequeno verme Cmmnrhah- moléculas de RNA. ria de leveduras unicelulares a seres humanos têm três a . coli. durante o processamento e o transpor- ditis elegans pode ser multigênico. em mcr sem dúvida. Quando presentes. que estão sendo sintetizadas nos ribossomos. gênico em eucariotos é de aproximadamente cinco horas.. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 271 Tradução simultânea de transcritos gênicos (RNA) por muitos ribossomos Direção da transcrição 0. nucleotídios de comprimento. que incluem a excisão de O cap s' na maior parte do mRNA eucariótico é um sequências não codificadoras chamadas íntrons. esses mRNA são os transcritos de RNA são recobertos por proteínas de ditos multigênicos. Os eucariotos têm cinco RNA polimerases diferentes. Transcri ão e P-rocessamento de RNA em eucariotos Cinco enzimas diferentes catalisam a transcrição em eu. Em eucariotos. A • n1cos em eucanotos e consequenc1a. .. c::=---=~~~__. complexas. Três enzimas.CH 3 0=~-0-ribose etc. o- 0 7-Metilguanosina 3·---- 0 20 0. rRNA 55 e outros pequenos RNA nucleares RNA polimerase IV Núcleo (vegetal) Pequenos RNA de interferência (siRNA) RNA polimerase V Núcleo vegetal) Alguns siRNA e transcritos não codificadores (antisense) de genes-alvo de siRNA . --. .--... ---. Enzima Localização Produtos RNA polimerase 1 Nucléolo RNA ribossômico.================-. 1 o- --.._. todas as RNA polimerases eucarióticas necessi. 5' li li li 5' CH2 . Além disso.1 Características das cinco RNA polimerases de eucariotos.--- -. Sítio de clivagem Cap 5' i. coli. . li e Ili.1...--. Todas as três são mais merase I está no nucléolo..""fl-y O Excisão do íntron.---- --~ --.. uma região distinta do núcleo. As principais características das cinco RNA polimera- nadas RNA polimerases I.--... A RNA poli- dos eucariotos..O -CH 2 o Base OH HO 1 1 1 o.. A RNA polimerase I catalisa a síntese de todo de E. se não em todos.. exceto rRNA 55 RNA polimerase li Núcleo Pré-mRNA nucleares RNA polimerase Ili Núcleo tRNA. exceto do pequeno rRNA 5S. estão presentes na maioria ses eucarióticas são resumidas na Tabela 11./>-fl-y 3' O Acréscimo -AAAAA(AL::19o AAAAOH da cauda poli(A) Cap 5' Cauda poli(A) 3' . cinco RNA polimerases diferentes.:. onde rRNA são sintetizados e combinados a proteínas ri- limerase de E. o.. que a RNA po.--.... desig.:..O-P-O-P-0-P.--. Cauda poli(A) 3' • FIGURA 11.-.... o RNA ribossômico.. a maioria dos transcritos gênicos passa por três tipos diferentes de processamento pós-transcricional. proteínas e talvez outros genes especificadores de hnR- Tabela 11.272 Fundamentos de Genética ' lntron DNA Transcrição o o o .12 Em eucariotos. mRNA Cap s·-----------. A RNA tam da assistência de outras proteínas chamadas fatores de polimerase II transcreve genes nucleares que codificam transcrição para iniciar a síntese de cadeias de RNA.... ao contrário da enzima bossômicas. com 1O ou mais subunidades. coli. e as ilhas caudas de histona e prepara o terreno para a remodelagem da cro- de CpG metiladas são. A RNA polimerase III catalisa a síntese das moléculas nor co11de11sação da cromati11a. Como. as modificações de nucleotídios a expressão gênica. participantes da remodelagem da cromatina.ração da transcrição de genes pela um subgrupo de siRNA e transcritos não codificadores modificação da estrutura dos cromossomos. A remodelagem da cromatina ocorre quando tos i1ão codificadores e proteínas associadas a nucleos- as caudas de histona em nucleossomos (ver Figura 9. Muitos genes de tilação. Todos exigem (b) Modificações da histona proteínas de remodelagem da cromatina. e fosfori lação. constituí- (a) Metilação do DNA das de DNA enrolado sobre a superfície de octâmeros de histona (Figura 9. detalhes do processo ainda estejam sendo analisados. por sua vez. entanto. porém. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 273 NA. Octâmero de histonas turas muito compactas. CH3 madamente 11 nm denominadas nucleossomos. A RNA polimerase IV de RNA transportador. das moléculas de rRNA 5S e do sintetiza transcritos que são processados em RNA cur- pequeno RNA nuclear. Até hoje. apresentados com mais detalhes no Capítulo 19. de maneira que que regulam a transcrição. é provável que os siRNA interajam com esses transcri- tulo 19).18) somos . o acréscimo de grupos aceti la (CH 3 C02 ). é preciso que haja CH3 remodelagem da cromatina antes de iniciar a transcrição. Consequentemente.____. não podem ser transcritas.18). 5' -CpG-3' A acetilação é a mais importante dessas modificações. sítios de ligação de proteínas matina necessária à iniciação da transcrição. (2) por modificação do espaçamento entre os nucleos. Grupos 3' -GpC-5' aceti la são acrescentados a resíduos de Usina específicos nas cau- em direção 5' a partir dos sítios de início da transcrição. geralmente complexos de proteínas mu ltiméricas. a meti lação das ilhas sequências de DNA específicas estejam localizadas entre nucleos. causando maior ou me. mantendo as estru. As citosinas nas ilhas de CpG são submeti. há indícios de importantes reguladores da expressão gênica (Capítu- que possam existir em outros eucariotos. os fatores de transcrição e os grandes complexos de RNA polimerase têm acesso aos promotores e transcrevem os genes nos nucleossomos? A resposta é que as estru- turas dos nucleossomos contendo genes que precisam ser expressos têm de ser modificadas para tornar os promotores disponíveis para as proteínas necessárias à transcrição. outras desconhe- são quimicame11te modificadas e as proteínas i11teragem cidas .. Um mecanismo de ação é a i11 te ração com ou- fu11gos. P04-Fosforilacão . e esses grupos meti la no DNA Os sinais que controlam a remodelagem da cromatina ainda es. o mamíferos contêm sequências ricas na sequência dinucleotídica acréscimo de grupos fosfato (PO 4) . No entanto. Em muitos casos.para condensar a cromatina em estruturas que com esses grupos modificados. as caudas aminotermi- nais das histonas ligam-se firmemente ao DNA. modelagem da cromatina e expressão gê11ica. a aceti lação reduz a interação entre o DNA de carga negativa e as das a metilação. A RNA polimerase V sintetiza portante na desati. Mas o que controla esses processos pressão gênica. então. No somos. inclusive repressão e ativação. e nas histonas atuam juntos para compactar a cromatina e reprimir tão sendo identificados. estudos recentes indicam que em algumas situações a somos ou (3) por deslocamento de octâmeros de histona para criar remodelagem da cromatina pode causar alterações globais da ex- intervalos sem nucleossomos. das de histona por enzimas chamadas aceti lases. de CpG acarreta a repressão da transcrição de genes vizinhos. sequências regu ladoras. Nesses nucleossomos. izamento dos nucleossomos ao longo do DNA. A remodelagem da cromatina pode ocorrer (1) por desl. sobretudo nos lo 19). . processo ( antisense) de genes regulados por siRNA. Essas re. as RNA polimerases IV e V tos denominados pequenos RNA de interferência (siRNA). ou seja. estrutura da cromatina. de remodelagem da cromatina? Quais são os sinais necessários Os aminoácidos nas caudas protuberantes de histona dos nu- para iniciar uma via específica de remodelagem da cromatina? cleossomos também são metilados. alguns Metilacão . • FUTURO CH 3 REMODELAGEM DA CROMATINA E 1 (onde p indica uma 5'-CpG-3' ligação fosfodiéster) EXPRESSÃO GÊNICA 3'-GpC-5' 1 DNA de eucariotos é empacotado em esferas de aproxi.1 ). e o Capí. tras proteínas para modificar ( co11densar ou relaxar) a As RNA polimerases IV e V desempenham papel im. Embora os denominado remodelage1n da cromatina (ver O futuro: Re. Existem vários tipos de remodelagem da cromatina. só foram identificadas em vegetais. Alguns necessitam de aporte de energia • FIGURA 1 Modificações químicas de (A) DNA e (B) histonas do ATP. / ~.algumas bem caracterizadas. Mas a metilação não é tudo! As caudas pro- no DNA e de aminoácidos nas caudas protuberantes de histonas em tuberantes de histonas passam por mais duas modificações: ace- nucleossomos têm papéis estratégicos (Figura 1). neutralizando as giões ricas em CpG são chamadas ilhas de CpG e são importantes cargas positivas dessas Usinas (ver Figura 12. o acréscimo de grupos metila (CH 3). modifica sua arquitetura e al- Evidências recentes indicam que modificações globais da ex. que codifica a proteína 2 de ligação a metil-CpG (methyl- cromatina modificam a estrutura do complexo e tornam o pro.. acrescenta grupos aceti la às caudas protuberantes de his. 6)... A síndrome direção 5' a partir do promotor e recrutamento de acetilase que.. A sugerem que MECP2 é produzida em grandes quantidades e se Figura 2 mostra uma visão geral esquemática dos efeitos da meti. O desenrolamento local do segme11. Nesta se..:~ m m ac ac1 ac ac ac ac m ac ac ac p p ac ac ac m m ~ Nucleossomos / ac ac Promotor ac ac 'ac ac i v ac Intervalo sem nucleossomo m = grupos metila ac = grupos acetila. um complexo proteico denominado acen. geralmente está perto da posição -80 e tem a se- molde para a síntese de um filamento complementar de quência de consenso GGCCAATCT. Na verdade. liga diretamente aos nucleossomos. que acarreta a perda de habilidades motoras e retardo então. é causada por mutações no gene tona dos nucleossomos. Então. CpG-binding protein 2). acetilação e fosforilação na remodelagem da cromatina e a a histona H 1 por sítios de ligação comuns. Mas. Os polimerases eucarióticas não iniciam a transcrição sozi. um distúrbio neurológico grave. do promotor do gene da timidinoquinase do camun- gião promotora 110 DNA e formam um complexo de ini. p = grupos fosfato • FIGURA 2Visão gera l esquemática dos efeitos (1) da metilação de DNA e histonas._:. ele ção... agora se sabe que vários fv1ECP2? Ainda é preciso descobrir os detalhes. as RNA específicas 110 promotor da unidade de transcrição. Qual é o mecanismo pressão gênica . (2) da aceti lação de histonas e (3) da fosfori lação de histonas na remodelagem da cromatina e a transcrição. ou módu- cessitam da assistência de fatores de transcrição proteicos los. O segu11do elemento co11servado é a sequência garante um filame11to de DNA livre para funcionar como CAAT. e a . Diferentes promotores e fatores de O elemento co11servado mais próximo do sítio de início transcrição são usados por RNA polimerases. Uma forma de leucemia linfoblástica novas informações no futuro próximo..13 mostra os compo11entes esses fatores de transcrição têm de estar ligados a uma re.:. aguda e a síndrome de Rett. a iniciação da transcrição implica tem papel importante na posição do ponto de i11ício da o desenrolamento local de um segmento de DNA. no cromossomo X. destacamos a iniciação da síntese de pré-mRNA pela tem a sequência de consenso TATAAAA (leitura na dire- RNA polimerase II. do11go. as proteínas de remodelagem da fv1ECP2. mental com 4 anos de idade. - INICIAÇAO DE CADEIAS DE RNA to de DNA necessário para iniciar a transcrição requer a interação de vários fatores de transcrição com sequências Ao contrário de seus equivalentes procarióticos. Todas as ci11co RNA polimerases eucarióticas ne. Na verdade. ção da expressão gênica em neurônios pelas mutações do gene modelagem da cromatina. Dois outros eleme11- RNA (Figura 11. MECP2 se liga aos nucleossomos. A sequência TATA Em todos os casos.----. a seqitência GC. constituídos de elementos conservados curtos. o que transcrição. em face da distúrbios humanos são causados por defeitos genéticos na re. da transcrição (posição +1) é chamado sequência TATA. são tuassomo inicia o processo de ativação por ligação ao DNA em causadas por defeitos na remodelagem da cromatina. Evidências recentes motor acessível aos fatores de transcrição e à RNA polimerase. aproximadamente na posição -30. tera a expressão de genes neles empacotados. promotores reconhecidos pela RNA polimerase II são nhas.. pesquisa permanente nesse campo. e inicie a transcrição... na verdade competindo com lação. A Figura 11.~ ge11es eucar1oticos. ~ ~~~~~~~~~~~~~---~ Em mamíferos.. de Rett. localizados 11a região 5' em relação ao ponto de par- para iniciar a síntese de uma cadeia de RNA. Acetilação Fosforilação Transcrição Transcrição desativada ativada Meti lação (\e\agem da cromatina ~e~~o:::::. quando transcrição.. tos co11servados. não há dúvidas de que teremos modelagem da cromatina. Outros promotores reco11hecidos pela RNA po- ciação apropriado antes que a RNA polimerase se ligue limerase II contêm apenas alguns desses componentes.re a gra11de maioria dos ção 5' ~ 3' 110 filamento não molde) e está ce11tralizado .274 Fundamentos de Genética • FUTURO (continuação. . consenso GGGCGG. tida da transcrição. Na verdade.com aumento da expressão de alguns genes e exato de alteração da remodelagem da cromatina e modifica - diminuição da expressão de outros . que transcre.podem ser causadas por re. dora do gene. chamada itpstream (a mo11ta11te) ou seja. seguido por TFIIB. tor de tra11scrição X para RNA polimerase II. e saiba como essas (do inglês. TATA (TBP) e várias pequenas proteí11as associadas à TBP doras denominadas acentuadores e silenciadores modulam (Figura 11.. . embora um terminação amino da ~ globina: M V H pouco mais simples. elas ocorrem em muitos locais diferentes. co11senso ATTTGCAT. da transcricão •• ••• ••• ••• •• ••• • • • • •• • :.. desco11hecidas. TFIIH tem atividade de helicase e segue com a RNA polimerase II durante o alongamento. . gir com o promotor. embora às vezes eles co11tenham alguns elementos regu- A sequência TATA nesse gene tem a sequência de consenso? Em ladores iguais. Primeiro..TGCCCTGTGG- .br. TFIIF associa-se à RNA po- limerase II. Os promotores da RNA polimerase I são caso negativo. A iniciação da transcrição por RNA polimerase II .grupogen.20 +l Consenso Consenso Consenso Consenso Consenso ATITGCAT GGGCGG GGCCAATCT GGGCGG TATAAAA • Estrutura de um promotor reconhecido pela RNA polimerase li.60 -40 . Os elementos promotores conservados são mostrados em suas localizações no gene timidinoquinase de camundongo.100 . e ambas são ri- primário desse gene.. TFIIA une-se ao complexo. GAGGAGAAGT CTGCCGTTAC .:_ 120 . sequê11cia correta para i11iciar a transcrição eficaz (Figu- ção da tra11scrição. seja isoladamente ou em múltiplas cópias. . geralmente a eficiência da iniciação (Capítulo 19).. mas suas localizações 110 complexo são do transcrito do gene. TFIIH e TFIIJ. 3' dos pela RNA polimerases IV e V estão sendo investigados. As pirimidinas.. Dois outros fatores. 11a direção 5'. . Em seguida. co11tém uma proteí11a de ligação a Ainda outros fatores de transcrição e sequências regula. bipartidos. letra para os aminoácidos). Portanto. transcrição basais têm de interagir com promotores na eles i11fluenciam a eficiê11cia de um promotor 11a inicia. porém com T no lugar de U. As sequências TATA e CAAT estão localizadas aproximada- FIGURA 11. seqitência de octâmeros. 110 enta11to. L T P E E K S A V T A L W- Os promotores de genes transcritos pelas polimerases I e Nota: Códons alternados são sublinhados na região codifica.80 . TFIIE. TFIIF contém duas subunidades. As sequências nucleotídicas do fi lamento não molde de uma une-se ao complexo de iniciação. Cada fator de transcrição basal é desig11ado TFllX por RNA polimerase II em eucariotos. desen- 5'. ligando-se ao DNA na parte do gene HBB humano ([3-globina) e a terminação amino de seu produto. TFIID é o primeiro fator de transcrição basal a intera- requer a assistência de vários fatores de transcrição basais. então.. e então TFIIF e RNA polimerase II unem-se ao complexo de iniciação da transcrição.13 mente nas mesmas posições nos promotores da maioria dos genes nucleares codificadores de proteínas. AGGGCAGAGC CATCTATIGC TIACATITGC TTCTGACACA As RNA polimerases I e III iniciam a transcrição por ACTGTGTTCA CTAGCAACCT CAAACAGACA CCATGGTGCA processos semelhantes aos da polimerase II. preveja a sequência da terminação 5' do transcrito duas regiões têm sequências semelhantes. Lem. Leia Resol. TFIIF provavelmente polimerase li em eucariotos catalisa o desenrolamento localizado da dupla hélice de DNA necessário para iniciar a transcrição. uma letra que identifica o fator individual). ao passo que os processos emprega- TCTGACTCCT . As sequências mostradas são as sequências de consenso para cada um dos elementos promotores.14). com uma sequência central que se estende de quência CAAT? Tem a sequência de consenso? Considerando-se cerca de -45 a +20 e um eleme11to de controle na região que a transcrição de genes eucarióticos pela RNA polimerase li quase sempre começa (sítio +1) em uma A precedida por duas 5' que se estende de -180 a aproximadamente -105.14).ra!: Iniciação da transcrição ra 11. fa- sequências promotoras co11servadas atuam 110 ge11e HBB . são apresentadas a seguir. cas em GC. a eficiência da iniciação é reforçada pela ~ Leia a resposta do problema no site presença do elemento de co11trole 11a região 5'.. III são muito diferentes dos usados pela polimerase II. As sequências GC e de octâmeros podem estar presentes ou ausentes. Os fatores de estão prese11tes em promotores da RNA polimerase II.140 . TransC1iption Factor X for RNA polymerase II. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 275 Sequência de Sequência Sequência Sequência Sequência octâmeros GC CAAT GC TATA Ponto de início _. . quando presentes.CCTGTGGAGC CACACCCTAG GGTTGGCCAA TCTACTCCCA rolando os filamentos na região de transcrição (a "bolha GGAGCAGGGA GGGCAGGAGC CAGGGCTGGG CATAAAAGTC de transcrição"). a [3-globina humana (usando o código de uma região 3' em relação ao po11to de início da transcrição. . A sequência central é suficiente para a inicia- ção. unem-se ao complexo bre-se de que o fi lamento não molde terá a mesma sequência depois de TFIIE. uma das quais tem atividade de de- Iniciação da transcrição por RNA senrolamento do DNA. também http://gen-io.com. qual é sua sequência? Esse gene contém uma se. em que X é (l3-globi11a) huma110. na região promot ora. Esses caps também se liga a ele.. Na verdade.6).16. os promotores da polimerase III podem ser 0"""7 0 TFllD liga-se à divididos em três classes. = 0..14 A iniciação da transcrição por RNA polimerase li re. cipais e os mecanismos de ação são muito semelhantes.. D .16). em . ou seja nos compacta que a estrutura da cromatina que contém . cerevisiae é mostrada na Figura 11. que tem atividade No início do processo de alongamento.-. arqueobactérias e eucariotos O TFllB liga-se ao tenham diferentes subestruturas. Depois que a polimerase II transpõe o nucleossomo. e não na . . O cap de 7-MG tem uma li- gação trifosfato 5'-5' incomum (Figura 11. A montagem desse complexo começa quando /acilitates chromatin transcription. A D . .. Como a RNA polimerase .crescimento contra a degradação por nucleases. a RNA polime- • FIGURA 11.__~ ALONGAMENTO DA CADEIA DE RNA E ACRÉSCIMO DE CAPS DE METILGUANOSINA NA EXTREMIDADE 5' 0"""7 O TFllA une-se ao Depois que são liberadas de seus complexos de iniciação. complexo de iniciação. cromatina que contem genes em transcr1çao ativa e me- . deixando "hexassomos" de histo- unem-se ao complexo na sequência mostrada.28 nm) de S. Esses caps 5' são acrescentados por RNA polimerase li cotranscrição pela via de biossíntese mostrada na Figu- ra 11. que remove os dímeros de histona H2A/ quência TATA.158 é uma representação esquemática das carac- terísticas estruturais de uma RNA polimerase e sua inte- ração com o DNA e o transcrito de RNA em crescimento.-.15A.__. 0 ""/l 'fi TFllF. Ponto de início região 5' como nas unidades transcritas pelas RNA poli- +'1 da transcrição merases I e II. ~-::::::::::::::::~-L. que contém a proteína de ligação TATA (TBP). une-se des 5' dos pré-mRNA eucarióticos são modificadas pelo ao complexo. liga-se à se. A Figura 11. .5 e 11. assim como nas polimerases I e II. Os caps de 7-MG são reconhecidos por fatores 0"""7 proteicos que participam da iniciação da tradução (Capí- O TFllE liga-se ao tulo 12) e também ajudam a proteger as cadeias de RNA complexo de iniciação. .. a polimerase li acréscimo de capsde 7-metilguanosina (7-MG). 3' em relação aos pontos de início da transcrição. rase II é capaz de transpor os nucleossomos com a ajuda quer a formação de um complexo de iniciação da transcrição basal de um complexo proteico denominado FACT (do inglês.276 Fundamentos de Genética .50 . D . Es- tudos sobre as estruturas cristalográficas de várias RNA polimerases mostraram com clareza as características principais dessa importante enzima. . as características prin- complexo de iniciação.A. ou ajusante.-----'A~_. ou seja.. transcreve o DNA empacotado em nucleossomos? E preciso desmontar o F nucleossomo antes que se possa transcrever o DNA em RNA polimerase li seu interior? Ao contrário do esperado. e duas delas têm promotores sequência TATA. FACT e outras proteínas acessórias ajudam a depositar E interessante notar que os promotores da maioria novamente os dímeros de histona.. na. na região . localizados dentro da unidade de transcrição. facilita a transcrição TFllD...--. na direção 3'. Cabe notar ainda que a estrutura da calizados dentro das unidades de transcrição. Embora as RNA 0"""7 polimerases de bactérias. Os promotores de outros genes transcritos 1 1111 111 111 111 111 111 111 111 111 1111 111 111 111 111 11 pela polimerase III estão upstream em relação ao sítio de 1 1 1 11 1 11 111 11 1 11 1 11 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 111 11 1 11 1 11 início da transcrição. as extremida- de desenrolamento. as RNA polimerases eucarióticas catalisam o alongamen- to da cadeia de RNA pelo mesmo mecanismo das RNA polimerases de procariotos (ver Figuras 11.A~_.__. ra do nucleossomo.12) e dois ou F mais grupos metila. da cromatina) . Os out ros fat ores de transcrição e a RNA polimerase li H2B dos nucleossomos. . estrutura cristalográfica da RNA polimerase II (resolução . restaurando a estrutu- dos genes transcritos pela RNA polimerase III estão lo. E preciso lembrar que genes eucarióticos estão pre- sentes na cromatina organizada em nucleossomos (Ca- pítulo 9). de 7-MG são acrescentados quando as cadeias de RNA t. em crescimento têm apenas cerca de 30 nucleotídios de comprimento ( Figura 11.30 -10 +10 +30 downstream. 15 Estrutura da RNA polimerase. _ GTP Extremidade 5 ' do pppNpNp = A formação de caudas poli(A) em transcritos requer transcrito primário um componente de especificidade que reconhece a se- B.::::: será a extremidade 3' do transcrito maduro.17). Essas diferenças são apresentadas com mais empacotados tende a conter histonas com grande quan. Para analisar o sinal de poliadenilação do gene HBB Guanililtransferase (13-globina) humano. CH3-GpppNpNp = trechos de resíduos de monofosfato de adenosina com t Guanina-7-metiltransferase aproximadamente 200 nucleotídios.. detalhes no Capítulo 19. leia Resolva!: Formação da termi- nação 3' de um transcrito de RNA polimerase II. Diagrama de uma RNA polimerase. Diagrama da interação entre DNA e RNA polimerase com base nas estruturas cristalográficas e em outras análises estruturais. e upstream a uma sequência rica em t 2'-0-metiltransferase GU perto da extremidade do transcrito. As extremidades 3' dos transcritos de RNA sintetizados RNA polimerase li por RNA polimerase II são produzidas por clivagem en- donucleolítica dos transcritos primários. e o A '' ' ' ' ' ' segmento distal é retirado por clivagem endonucleolíti- ' ' '' ' ' ' ' ca.16 Caps de 7-metilguanosina (7. O acréscimo de caudas GpppNpNp = poli (A) a mRNA eucarióticos é denominado poliadenila- / .17). A cromatina em que os genes ativos estão pos acetila. uma endonuclease às extremidades S' dos pré-mRNA logo depois do início do processo e a poli(A) polimerase. a ' '' '' ' ' transcrição ultrapassa o local que será o término 3'. arqueobactérias e de eucariotos.1 + p. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 277 5' DNA saindo da RNA polimerase (upstream} Transcrição --------> DNA entrando na RNA polimerase (downstream} 1 5' Poro Funil Entrada de trifosfatos RNA polimerase de ribonucleosídio A. Depois da cliva- gem. B.. Via de biossíntese do cap de 7-MG. A clivagem que produz a extremidade 3' de um trans- '\ Cap 5' ' ' ' ' '' ' ' crito geralmente ocorre em um sítio 11 a 30 nucleotí- ' . complexo multimérico responsável tanto pela clivagem . Ou seja. ' . tidade de grupos acetila (Capítulo 9). . • FIGURA 11. Embora as subunidades que compõem as RNA polimerases variem entre enzimas de bactérias.000 a 2. Estrutura cristalográfica da RNA polimerase li de levedura. a enzima polimerase poli(A) acrescenta caudas poli(A). não pelo térmi- DNA Unidade de transcrição no da transcrição (Figura 11. CH 3-Gppp~pNp = dios downstream a um sinal de poliadenilação conservado. um fator estimulatório • FIGURA 11.MG} são acrescentados que se liga à sequência rica em GU. genes inativos. . enquanto a croma- tina com genes inativos contém histonas com menos gru- TÉRMINO POR CLIVAGEM DA CADEIA E O ACRÉSCIMO DE CAUDAS POLl(A) 3' Estágio inicial na transcrição de um gene por RNA polimerase li. às extremidades 3' dos transcritos (Figura 11.000 nucleotídios downstream ao local que 5 ' 7-MG d::===~.. as características estruturais básicas são muito semelhantes em todas as espécies. cerevisiae. ~ pp. Os processos de térmi- 5' 3' no real da transcrição costumam ocorrer em múltiplos Pré-mRNA sítios 1. mostrando sua interação com o DNA (azul} e a cadeia de RNA nascente (verde}. B. quência AAUAAA e se liga a ela. Essas proteínas constituem um de alongamento. CH3 consenso AAUAAA. Estrutura cristalográfica da RNA polimerase li da levedura 5. A.1 ção. Nesse caso. gerando um có- do11 UAA interno de térmi110 da tradução.18). mais complexo..:::. as infor- 0"'~ mações genéticas fluem do DNA para o RNA e do RNA O Adição da cauda poli(A) para as proteínas dura11te a expressão gênica. tica local que produz a extremidade 3' do transcrito? E possível prever o sítio de clivagem aproximado? A extremidade 3' do Um segundo tipo. ~\'-:1'SS1equência AAUAAA rica em GU dor independente de rô em E. porém com T no lugar de U. As caudas poli (A) de mRNA eucarióticos pro- nados tipos de moléculas de gordura no sistema circula- movem sua estabilidade e têm papel importante em seu tório.563 aminoácidos de comprime11to.17Caudas poli(A) são acrescentadas às extremidades turas de bases individuais e (2) inserção ou deleção de 3' dos transcritos pela enzima poli(A) polimerase. causando importantes modificações nos . que leva à pro- Formação da terminação 3' de um dução de uma apolipoproteína truncada (Figura 11 . Note também que a sequência rica em GT de edição. Os processos de edição V de RNA alteram o conteúdo de informações dos transcri- Cauda poli(A) tos gênicos de duas maneiras: (1) modificação das estru- • FIGURA 11. tuição de uma base por outra. perto do fim da unidade de transcrição. Um exemplo semelhante 5'-GGTGTGGCTA ATGCCCTGGC CCACAAGTAT CACTAAGCTC GCTTICTTGC - G V A -. com de seu produto. que tem a sequência de consenso AAUAAA. trada.153 aminoácidos.AAAAA (Al 195 3' AAUAAA 1 1 de RNA mostrou que há exceções.1).. na região codificadora de um mRNA causa a interrup- te do gene HBB humano ([3-globina) e a terminação carboxila ção prematura do polipeptídio durante a tradução. extremidade 3' para a poli(A) polimerase são produzidos por clivagem O primeiro tipo de edição de RNA.3'. E possível prever o local exato de clivagem endonucleolí- . As apolipoproteí- quanto pela poliadenilação em reações estreitamente nas são proteínas do sangue que transportam determi- acopladas. No fígado.. a descoberta da edição 5' CAP ----------~~. de edição de RNA transcrito produzido por essa clivagem sofrerá alguma modifi. e não é mos- algu11s tra11scritos presentes em mitocô11drias de vegetais. qual? protozoários flagelados causadores da doença do sono em seres huma11os). e um resíduo de C no pré-mRNA é convertido em U.-.3' do tipo C ~ U ocorre nas mitocôndrias de vegetais.::. veja a Figura 12. sequência-específica com atividade de retirada de grupos amino dos resíduos de citosina. A co11versão seguir. Lembre-se de que o filamento não molde tem a mesma C ~ U é catalisada por uma proteína de ligação ao RNA sequência do transcrito do gene. que causa a substi- endonucleolítica do transcrito downstream em relação a um sinal de poliadenilação.278 Fundamentos de Genética RNA polimerase li Ao co11trário da RNA polimerase II. que a maioria dos transcritos gênicos passa por algum grau dificadora do gene. proteína com 4.::.grupogen. é raro. ocorre nas mitocôndrias de tripanossomos (grupo de cação subsequente? Em caso afirmativo.::. - N A L A .1 O). a maior parte de C é convertida em resíduos de U. as i11formações genéticas não são alteradas no mRNA intermediário. transcrito de RNA polimerase li UAA é um dos três códons que finaliza cadeias polipeptí- dicas durante a tradução. o mRNA de apo-B codifica uma grande transporte do núcleo para o citoplasma. as RNA polime- rases I e III respondem a sinais de término definidos. Em região . A produção de um códon UAA A sequência nucleotídica do filamento não molde de uma par. 0"'~ Clivagem O Clivagem por endonuclease endonucleolítica EDIÇÃO DE RNA 1 ALTERAÇÃO DAS - INFORMAÇOES CONTIDAS NAS 5' CAP ==========::.com.::.:::===i 3' MOLÉCULAS DE mRNA AAUAAA Segu11do o dogma central da biologia molecular. - H K Y H COOH-terminação da j3-globina de edição de RNA foi documentado em um mRNA que TGTCCAATTT CTATTAAAGG TTCCTITGTT CCCTAAGTCC AACTACTAAA especifica uma proteí11a (o receptor do glutamato) das cé- CTGGGGGATA TTATGAAGGG CCTIGAGCAT CTGGATICTG CCTAATAAAA lulas encefálicas de rato. critos gênicos. A Unidade de transcricão • RNA polimerase I termina a transcrição em resposta a 5' uma sequência de 18 nucleotídios reconhecida por uma 3' proteí11a finalizadora associada.. As mitocôndrias têm seus próprios genomas de participante da clivagem está localizada bem mais distante na DNA e meca11ismos de síntese proteica (Capítulo 15). Normal- pela poli(A) polimerase mente. Os substratos da resíduos de monofosfato de uridina. em Observe que códons alternados são sublinhados na região co. são apresentadas a síntese de um produto gênico incompleto. os resíduos de monofosfato ~ l eia a resposta do problema no site de uridina são inseridos em (às vezes deletados de) trans- http://gen-io. A edição de mRNA mais exte11sa AACATTTATT TTCATTGCAA TGATGTATTT AAATTATTTC TGAATATTT. no entanto. A RNA polimerase III respo11de a um sinal de término semelhante ao termi11a- 5' CAP i::::::=========~~? . coli (Figura 11. Esse tipo foi desco- berto em estudos dos genes de apolipoproteína B ( apo-B) e mRNA em coelhos e seres humanos. No intestino.br. a [3-globina humana (usando o código de uma letra para aminoácidos. o mRNA de apo-B dirige a síntese de uma proteína com apenas 2. moléculas de RNA homólogas em condições apropriadas nes eucarióticos revelaram uma grande surpresa. O pareamento entre RNA-guia sequências de íntrons de ligação mRNA e pré-mRNA produz lacunas com resíduos de A sem par ao RNA não editado no RNA-guia. a edição de RNA tem papel • FIGURA 11. Algumas das primeiras evidências de íntrons em genes da 13-globina de mamíferos decorreram da observação de A maioria dos genes bem caracterizados de procario.P' UV'-A. Edição de RNA: Por que ocorrem esses processos de edição do RNA? desaminação Por que as sequências nucleotídicas finais desses mRNA oxidativa não são especificadas pelas sequências dos genes mito- de citosina condriais. que modifica as sequências nucleotídicas dos transcritos antes de sua tradução. essas sequências foram encontradas nas regiões de DNA para produzir regiões dúplex de DNA-RNA. Outro ponto de vista é que a edição de RNA é um meca- Apolipoproteína Apolipoproteína nismo primitivo para alterar padrões de expressão gêni- com 4. porém. Os tripanossomos são euca- 5 · ~~ riotos unicelulares primitivos que divergiram de outros eucariotos no início da evolução. ocasiona a hibridização dos filamentos de RNA com os fi- tudos de genes da 13-globina (uma das duas proteínas lamentos de DNA complementar. com deslocamento dos da hemoglobina) de camundongo e coelho e do gene filamentos de DNA equivalentes (Figura 11. Os RNA-guias servem de molde para edi- 5' CAA = = 3' 5 · ~~ ~3' ção. f:.153 aminoácidos ca. Os íntrons são excisa- ficadoras quanto não codificadoras) são chamadas éxons dos dos transcritos de RNA antes do transporte para o (sequências expressas).19A). pois há inserção de U nas lacunas das moléculas de pré-mRNA diante de A nos RNA-guias.: 5' polipeptídios especificados pelas moléculas de mRNA.563 aminoácidos com 2. nos locais codificadoras entre as sequências codificadoras. Os RNA-guias con- Fígado Transcrição e Intestino têm sequências parcialmente complementares aos pré- retirada de Desaminase mRNA a serem editados. . DNA 3· . que especificam sequências colineares estáveis que as duplas hélices de DNA. Elas são denominadas codificadoras denominadas íntrons.18 Edição do mRNA da apolipoproteína B no intestino importante na expressão de genes nas mitocôndrias de de mamíferos. As estru- da ovalbumina (proteína de armazenamento do ovo) turas híbridas de DNA-RNA resultantes contêm regiões de galinha mostraram que eles contêm sequências não unifilamentares de DNA denominadas alças R.ficações principais: (1) o acréscimo de caps de 7-metilguanosina às terminações 5'. a incubação de de aminoácidos nos produtos gênicos polipeptídicos. Em se. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 279 5 ' ~ ~r<. Alguns evolucionistas Tradução especularam que a edição de RNA era comum em célu- las antigas. que separam as se. PONTOS ESSENCIAIS • Existem três a cinco RNA polimerases diferentes em eucariotos. e cada polimerase transcreve um conjunto específico de genes • Os transcritos de genes eucarióticos geralmente passam por três rrwdi. duplas hélices de DNA parcialmente desnaturadas com Em 1977. as análises moleculares de três ge. Es. nas quais supostamente muitas reações eram COOH COOH catalisadas por moléculas de RNA. em vez de proteínas. íntrons (sequências intercalares). como ocorre na maioria dos genes nucleares? mRNA As respostas a essas perguntas interessantes ainda são editado puramente especulativas. (2) o acréscimo de caudas poli(A) às extremidades 3' e (3) a excisão de sequências de íntrons não codificadores • As informações contidas em alguns transcritos eucarióticos são alteradas pela edição do RNA. híbridos de DNA-mRNA genômicos por microscopia ele- tos é constituída de sequências contínuas de pares de trônica. tripanossomos e vegetais. Qualquer que seja a razão. em que as moléculas de RNA deslocaram os filamentos guida. Uma vez que os dúplex de DNA-RNA são mais nucleotídios.: f:. .GTT 3' Essa edição de RNA é mediada por RNA-guias transcri- tos de genes mitocondriais distintos. Genes interrom idos em eucariotos Exons e íntrons A maioria dos genes eucarióticos contém sequências não não traduzidas de alguns genes. As sequências rema- nescentes nas moléculas de mRNA maduro (tanto codi- quências codificadoras ou éxons. citoplasma. portanto. observaram duas al. mas dá origem a uma molécula de mRNA Tilghman e colaboradores confirmaram sua interpre. demonstra- moléculas de pré-mRNA. DNA bifilamentar forma um dúplex DNA-RNA e produz uma região de fago "A unifilamentar de DNA chamada alça R 0. A. descoberta dos íntrons em A Mil.estone in Genetics: Introns ça de uma sequência de pares de nucleotídios no meio (Um marco na genética: íntrons) no site do estudante. observaram-se duas alças R nos híbridos de DNA-RNA resultantes. Q .. • FIGURA 11..>-·... Os resultados obtidos demonstraram a presen.. Quando se usaram transcritos primários ou pré-mRNA de genes de 13-globina de camundongo nos experimentos de alça R.. o gene trons. C. .. 1 .. L .. c c GCA GTTCAGA TC Ç .. GGc... Quando os genes da 13-globina e os mRNA foram hibridizados em condições de alça R..1 µm A...000 pares de o transcrito primário em mRNA maduro... detalhes sobre esses estudos e outras informações sobre a ra 11. em vez de mRNA da 13-globina. .. mas alguns íntrons são . de genes eucarióticos.. Hibridização da alça R.. • ••• · ~ c~ . ram-se íntrons não codificadores em um grande número observaram apenas uma alça R (Figura 11. Por exemplo.. Quando Shirley Tilghman.. de aminoácidos prevista do polipeptídio da 13-globina. GATA _ ........19C). inclusive éxons e ín. Essas alças R podem ser observadas diretamente por mi. Os resultados mostraram que o gene continha um íntron res hibridizaram o mRNA da 13-globina de camundongo não codificador nessa posição no gene. Quando Tilghman e colabo- radores repetiram os experimentos com a alça R usando MUITO GRANDES transcritos de gene da 13-globina purificados isolados de Depois dos estudos pioneiros dos genes de globina de ma- núcleos e considerados transcritos gênicos primários ou míferos e do gene de ovalbumina de galinha. nucleotídios. na verdade.600 nucleotídios. Você pode ler ças R separadas por uma alça de DNA bifilamentar (Figu. mas é removida durante o processamento do transcrito primário para produzir o mRNA maduro.. . 3' AGCTA . ~ T G 1 1 1 1 1 1 1 1 1 t ' 1 1 GA T Ç . sequência de íntron é excisada e as sequências de éxon e o gene de colágeno la2 da galinha contém no míni- são recompostas durante o processamento que converte mo 50 íntrons. Esses resultados demonstram que a sequência de íntrons está presente no transcrito primário.. os resultados da alça R obtidos com mRNA de Xenopus laevis codificador da vitelogenina A2 (que citoplasmático e pré-mRNA nuclear mostraram que a forma a proteína da gema de ovo) contém 33 íntrons. com apenas 4...rt ~ AAA •111 ·· ..... 5 bifilamentar ~ 9~ç91ç~ ~ 9 1 ç11 1 1 1 1 1 1 . . do gene da 13-globina que não está presente no mRNA da 13-globina e...19 Evidência de alça R de um íntron no gene da 13-globina de camundongo.. . dongo contém. dois íntrons. A técnica de hibridização da alça R.._ de fago "A + DNA bifilamentar de íntron da 13-globina RNA Alça R Desnaturação parcial Dúplex de 0... O gene do colágeno tem 37.... primário de p-globina Dúplex DNA-RNA (RNA) O RNA emparelha-se com o filamento complementar de DNA. Esse re.. Juntos. C..1 µm do DNA em condições m RNA-DNA que possibilitam ao RNA Alça R da p-globina deslocar o filamento de DNA homólogo B. Alças Rformadas por mRNA da ~-globina Micrografia eletrônica Diagrama de interpretação Alça R de DNA monofilamentar Transcrito -------11. Na verdade. nos animais e vegetais superiores.198). Alça Rformada por transcrito primário de j}-globina (pré-mRNA)..U... os genes interrompi- sultado indicou que o transcrito primário contém a se.. Outros genes contêm tação dos resultados da alça R comparando a sequência relativamente poucos íntrons. B.. •· "GTTT c ··· .280 Fundamentos de Genética Micrografia eletrônica Diagrama de interpretação 5'1 1 1 1 ·~ _.. do gene da 13-globina de camundongo com a sequência croscopia eletrônica.. dos são muito mais comuns que os genes ininterruptos quência gênica estrutural completa. Uma pesquisa purificado com uma molécula de DNA que continha o subsequente mostrou que o gene da 13-globina do camun- gene da 13-globina de camundongo.. observou-se uma única alça R.. 1 1 DNA 3. § C T A T DNA T CGA TT·· . não codifica aminoácidos no ALGUNS GENES EUCARIÓTICOS polipeptídio da 13-globina. Philip Leder e colaborado. chamadas íntrons • Alguns genes contêm íntrons muito grandes. na verdade. O tamanho dos íntrons um transcrito produzem uma família de proteínas rela- varia muito. Muito se especulou que a estrutu- de histona do ouriço-do-mar e quatro genes de choque ra de éxon-íntron de genes eucarióticos é resultado da térmico de Drosophila estão entre os primeiros genes de evolução de novos genes pela fusão de genes ancestrais animais cuja ausência de íntrons foi demonstrada. Se essa hipótese estiver cor- sabemos que muitos genes de animais superiores e vege. Isso é mais evidente no caso dos genes co- de pares de nucleotídios e contém 78 íntrons. Uma quanti. ter papéis promotores tecido-específicos alternativos. O maior des. ainda ou. A . Embora o mecanismo de regu. Por- maneira positiva ou negativa. Raros nos éxons distais aos íntrons (Figura 11. Os genes ao heme da proteína. outros abrigam grande quantidade de pequenos íntrons • O significado biológi. é imprescindível eucariotos multicelulares contém íntrons. os íntrons con- vas pesquisas mostraram que alguns íntrons contêm têm éxons de genes codificadores de enzimas implicadas sequências capazes de regular a expressão gênica de no processamento do transcrito primário do gene. Outros íntrons contêm tanto. Em alguns casos.5 milhões cos proteicos. Já que muitos genes eucarióticos não contêm transcritos. contém íntrons.20). Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 281 muito grandes. nas junções éxon-íntron. de levedura que codifica o citocromo b. que una as sequências do éxon com acurácia a um úni- dade menor. O fato de que os íntrons acumulam novas íntrons. e muitos íntrons podem não ter significado tros contêm sequências que promovem o acúmulo de biológico. os diferentes éxons de genes codifi- causa distrofia muscular de Duchenne quando tornado cam diferentes domínios funcionais dos produtos gêni- inativo por mutação. evolutivo. chamadas éxons. No caso de genes que codificam proteínas. essas regiões não codificadoras não são necessá- mutações com muito mais rapidez que os éxons indi. Contudo. reta. outras vias de recomposição de trons de genes eucarióticos. o mecanis- A maioria dos genes nucleares que codifica proteínas em mo de recomposição tem de ser preciso. ção. com exceção das extremida- 70. No caso do gene mitocondrial lação da expressão pelos íntrons não esteja claro. O gene DMD abrange 2. PONTOS ESSENCIAIS • A maioria dos genes eucarióticos é segmentada em sequências codificadoras. dos genes de eucariotos co nucleotídio para garantir a leitura correta dos códons unicelulares. Esse fato levou à suges. dificadores de cadeias pesadas e leves de anticorpos (ver Embora os íntrons estejam presentes na maioria dos Figura 20. diferentes. como as leveduras. rias para a expressão normal do gene. que Em alguns casos. A recom- tão de que os íntrons podem participar da regulação posição alternativa do transcrito de troponina T de rato da expressão gênica. Esse grau de genes de arqueobactérias e de alguns vírus de procario.. tos também contêm íntrons. de cerca de 50 a milhares de pares de cionadas. provavelmente sequências nucleotídicas nos íntrons e No caso desses genes "interrompidos". os cientistas sabem relativamente pouco se recombinar. múltiplos produtos a partir de um único gene. e sequências não codificadoras.000 pares de nucleotídios de comprimento. Os íntrons também podem conferir uma vantagem seletiva por aumento da frequência com que sequências ÍNTRONS 1 SIGNIFICADO BIOLÓGICO? codificadoras em diferentes éxons de um gene podem Atualmente. o transcrito pri.co dos íntrons ainda está em discussão. os íntrons resultam na criação de nucleotídios de comprimento. os íntrons podem ser simples resíduos do processo • . No caso dos genes da globina de mamífe- genes de animais e vegetais superiores. Remoção de sequências de íntrons por recomP-osi ão de RNA Os íntrons não codificadores são excisados de transcritos de íntrons são excisadas durante o processamento do gênicos por vários mecanismos diferentes.12). acurácia parece exigir sinais precisos de recomposição. o éxon intermediário codifica o domínio de ligação porque nem todos esses genes contêm íntrons. Agora ininterruptos (éxon único). nos transcritos primá- mário contém toda a sequência do gene. é ilustrada na Figura 19.. as únicas sequências totalmente . assim acelerando o processo da evolu- sobre o significado biológico da estrutura de éxons-ín.17). e as sequências rios de genes nucleares. 1:als nao tem introns. o gene Ultrabithorax ( Ubx) ca que muitas das sequências específicas de pares de de Drosophila contém um íntron com aproximadamente nucleotídios de íntrons. mas ainda grande. não são muito importantes. no.2. não são essenciais ros. Por exemplo. RNA (Figura 11. gene caracterizado até hoje é o gene DMD humano. Nesses casos. diferentes íntrons podem. não ção de sequências nas junções éxon-íntron. uma en- tídios padronizados ou pirimidina. mas com T em vez de U). da levedura ocorre em dois estágios. de RNA para compreender os eventos de recomposição do RNA ' '' ' . rão expostos aqui. ferentes mecanismos de recomposição do RNA. A especificidade dessas reações está nas características tri- tanto. por uma questão de concisão.. . Os íntrons de transcritos de pré-mRNA nucleares conservadas de diferentes íntrons são as sequências dinu. Os subscritos numéricos indicam as frequências percen. mários por recomposição de RNA. .' . Existem outros mecanismos que... . outras vezes. por meio de sequências de reações catalisadas por en- às vezes essas mutações são responsáveis por doenças zimas. Depois. No en. samento de transcritos gênicos primários. um vitro quanto mutantes no sítio de recomposição termos- sub escrito 100 indica que há sempre uma base nessa posi.) 3. As junções dois cortes precisos nas extremidades do íntron. O mecanismo de recomposição 2. . as enzimas . cerevisiae usaram-se tanto sistemas de recomposição in tuais das bases de consenso em cada posição.. " . a ligase de recomposição une as duas metades estruturais nas mitocôndrias e cloroplastos. . Além disso. há sequências de - RECOMPOSIÇAO DO PRECURSOR DE consenso curtas nas junções éxon-íntron. donuc'lease de recomposição ligada à membrana nuclear faz podem estar presentes na posição indicada.. Essas enzimas importantíssimas geralmente são hereditárias em seres humanos. dimensionais conservadas dos precursores de tRNA. t Tradução 1. diferentes espécies apresentam alguma conserva... 1ntron Esses três mecanismos de excisão de íntrons serão éxon-GT. . sobre os mecanismos de transcrição e tradução. Assim como primário '.. . . Os íntrons de alguns precursores de rRNA são retira- tem de ser preciso para o nucleotídio de maneira a garantir a tradução dos por mecanismo autocalítico em uma reação espe- correta dos códons em éxons na região 3' para produzir a sequência correta de aminoácidos no produto polipeptídico. . Os íntrons de precursores do tRNA são excisados por clivagem endonucleotídica precisa e reações de liga- Polipeptídio ção catalisadas por atividades de endonuclease e ligase • FIGURA 11. introns em genes eucar1otlcos eram transcritas com as sequências de éxons concentrou as pesquisas no proces- Transcrito 5' Éxon 1 lntron A Éxon 2 Íntron B Éxon 3 3' . ~ . 1 1 . . teromultímeros complexos.. mtron . to não molde de DNA (equivalente ao transcrito de RNA. Exon 1 Exon 2 Exon 3 . plexas chamadas espliceossomos. a chave ' ' ..AG-éxon apresentados nas próximas três seções. A excisão de íntrons dos precursores de tRNA ção. foi o desenvolvimento de sistemas de recomposição in vi- ' . cífica mediada pela própria molécula de RNA. os sistemas in vitro ofereceram informações importantes Códon n' Códon n + 1 ... . a saber efetuadas por partículas de ribonucleoproteína com- .. éxon-íntron são diferentes nos genes para tRNA e genes no estágio II. Para os genes nucleares. Com o auxílio desses sistemas. às vezes são polipeptídios e. respectivamente. Na verdade. ' ' . [ tP~oces:~ment~. ' '' ' 1 1 •. . assim. "". .. que usam di.. exon . t Transcrição gênica. .' tro. nas sequências nucleotídicas propriamente ditas...282 Fundamentos de Genética Gene A descoberta de íntrons não codificadores nos ge- nes despertou grande interesse no(s) mecanismo(s) de Éxon 1 Íntron A Íntron B DNA retirada das sequências de íntrons durante a expressão . . No estágio I. proteínas.. do tRNA e produz a forma madura da molécula de tRNA... (hnRNA) são excisados em reações em duas etapas cleotídicas nas extremidades dos íntrons. .. Evidências diretas de sua importância ad- RECOMPOSIÇÃO AUTOCATALÍTICA vieram de mutações nesses sítios que causam fenótipos Um tema geral em biologia é que o metabolismo ocorre mutantes em muitos eucariotos diferentes.20 Excisão de sequências de íntrons dos transcritos pri- de recomposição especial. as junções de consenso são tRNA 1 ATIVIDADES ESPECÍFICAS DE . y . A demonstração inicial de que as sequências de . exon NUCLEASE E LIGASE A reação de recomposição do precursor de tRNA foi ana- lisada em detalhes na levedura Saccharomyces cerevisiae. . . os pesquisadores mos- mRNA 1 1 traram que existem três tipos de excisão de íntrons dos . (Não há participação de atividade enzimática da proteína. YV Codon n n + 1 transcritos de RNA. . N e Py indicam que qualquer um dos quatro nucleo. não se- As sequências mostradas aqui correspondem ao filamen. he- moglobina. Na análise do mecanismo de recomposição de tRNA em S. sensíveis. ". como distúrbios da he. Ocasionalmente. . Uma pesquisa recente mostrou que a recomposição e as sequências de íntrons podem influenciar a expres- são gênica. .. .. porém sem participação do enzima. sem perda nem ganho de ligações RNA. .21 ). Em vez disso. / . no processo. A reação requer um nucleosídio ou nucleo- ram o Prêmio Nobel de Química de 1989 pela descoberta tídio guanina com um grupo 3'-0H livre (GTP. quer fonte de energia externa nem atividade catalítica de de catalítica de proteínas.. ~ / . Agora... Quando há alteração de ligações covalentes. Cech e Sidney Altman compartilha. . Além disso..... / Exon 1 / Éxon 2 rRNA recomposto 5' p .. tRNA e mRNA em mitocôndrias fator do nucleosídio ou nucleotídio. unindo os éxons 1 e 2. ge.. A excisão autocatalítica do íntron no precursor do que o íntron no precursor do rRNA de Tetrahymena ther. Em - essas reaçoes.... excisado ' 1 1 1 0"'. vários eucariotos inferiores e em grande quantidade de não pode ser substituída por nenhuma outra base no co- precursores de rRNA.. ligação fosfoéster.21 Diagrama do mecanismo de autorrecomposição do circularizado precursor de rRNA de Tetrahymena thermophila e subsequente circu- larização do íntron excisado. . A G-3'-OH é indispensável. -------.ty O A ligação fosfoéster .ty O Circularização do íntron por transferência interna da G-P. depois. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 283 necessitam de cofatores não proteicos para executar suas outros. para G-OH. dos RNA catalíticos... Portanto.. lntron . A Figura 11.. te ao mecanismo de recomposição observado nos pre- ralmente se presume que a reação é catalisada por uma cursores de mRNA nuclear."' . na junção íntrorréxon lntron 2 é transferida para a extremidade 3' do éxon 1.. . No caso de por duas transferências de ligação fosfoéster e. Na verdade. + lntron • FIGURA 11. porém. rRNA de Tetrahymena e de alguns outros íntrons não re- mophila era excisado sem que houvesse nenhuma ativida. o mecanismo de recomposição a atividade de recomposição que excisa o íntron desse conta com a participação de uma série de transferências precursor de rRNA é intrínseca da própria molécula de de ligação fosfoéster..21 ilustra precursores de rRNA de Tetrahymena (Figura 11. em 1982. houve grande surpresa quando Tho... ..... espliceossomo (veja a próxima seção). íntron excisado pode ser circularizado por meio de outra sição é igual ou muito semelhante ao empregado pelos transferência de ligação fosfoéster. mas Cech e seus colaboradores descobriram... essa autorrecomposição ou GMP ou guanosina) como cofator mais um cátion mono- atividade autocatalítica ocorre em precursores de rRNA de valente e um cátion divalente. o mecanismo de autorrecompo. Exon 1 Éxon 2 5'P-. GDP._ _ OH 3' 0f>. o muitos desses íntrons. o mecanismo de autorrecomposição é semelhan- funções... . O íntron é excisado e cloroplastos de muitas espécies diferentes. está claro que proteínas. clivando lntron a ligação éxon 1-íntron... . G-OH Exon 1 Éxon 2 Precursor do rRNA 5' p OH 3' 0"'/}-y O A ligação fosfoéster na junção éxon 1-íntron é transferida .. da estrutura secundária da molécula precur. Uma vez que as transferências de ligação fosfoéster _ _ _ ____.Afl-y sora de RNA.:. Alguns snRNA snRNP U4/U6. nuclear-proteína denominados snRNP (do inglês.284 Fundamentos de Genética . assim como os íntrons nos precursores do O O sítio de recomposição 3' é clivado. na pró. tica são de natureza intramolecular e.Já se conhecem os dois estágios na recomposição do pré-mRNA nuclear (Figu- ra 11. As estruturas secundárias desses RNA que O A snRNP Ul lig~se ao sítio de recomposição 5'.22 Supostos papéis das snRNP que contêm snRNA na RNA denominadas snRNA (pequeno RNA nuclear) e recomposição do pré-mRNA nuclear. se não totalmente. a pequenos ribossomos.y a exportação do rRNA recompostos para o citoplasma podem levar avante a recomposição.A. Alguns cientistas acreditam A no local de ramificacão • e forma uma estrutura em laço. a rápida degradação dos íntrons excisados ou . Os espliceossomos são montados a partir de (t GU-íntron) e a formação de uma ligação fosfodiéster . . não de- pendem da concentração. Cinco snRNA. U4. quatro diferentes snRNP e fatores de recomposição de sição ainda são incertos. denominados UI.. vos para possibilitar as transferências da ligação fosfo- Ul U2 éster.~ 13' . estruturas Exon 1 I Éxon 2 1 complexas de RNA-proteínas. A circularização autocatalítica do íntron excisado Exon 1 lntron Éxon 2 sugere que a autorrecomposição desses precursores de rRNA ocorre principalmente. em muitos aspectos. une-se à extremidade 3' do éxon 1.22). 5· ~ . recompos1çao . mRNA nuclear está a cargo dos espliceossomos.) Em mamíferos. 5' . cerevisiae são muito maiores. RECOMPOSIÇÃO DE PRÉ-mRNA 1 snRNA. nucléolo e provavelmente participa da formação de ri. vestígio de um mundo inicial à base de RNA._______. entanto. liga-se ao local de ramificação. taridade intermolecular que formam pares de bases na ria de IOO (U6) a 2I5 nucleotídios (U3).:. U5 e U6. e a extremidade 5' do éxon 2 tRNA de leveduras e nos precursores do rRNA de Te. small O primeiro estágio na recomposição do pré-mRNA nu- nuclear ribonuc"leoproteins. -----. A recomposição auto- catalítica desses precursores de rRNA demonstra que os Sítio de sítios catalíticos não estão restritos às proteínas. Os snRNA componentes do espliceossomo. U2 e U5 está presente sozi- participam da recomposição do pré~mRNA nuclear como nho em uma partícula de snRNP específica. E provável que a atividade auto. ligases de recomposição simples nem por mecanismo autocalítico. Cada um dos quatro tipos de partículas na levedura S. snRNP E ESPLICEOSSOMO Os íntrons nos pré-mRNA nucleares são excisados em . Sítio de Sítio de Sítio de catalítica dependa da estrutura secundária do íntron ou.. (O snRNA U3 está no U4 e U6 estão presentes juntos em uma quarta snRNP. proteínas durante o processo de recomposição. não há atividade catalítica trans como nas enzimas.___ _ _ ___. Em vez disso. U2. Além disso. a recomposição do pré. portanto. com que a recomposição autocatalítica do RNA pode ser um liberação de Ul e U4. 3' lham-se. os snRNA U4 e U6 contêm duas regiões de complemen- bossomos.y duas etapas.:. / ~ \ pria estrutura do íntron. e também não há necessidade de cofa- tor guanosina. mas alguns detalhes do processo de recompo. Cada um dos snRNA UI. Essas estruturas asseme. mRNA recomposto Elas contêm um conjunto de pequenas moléculas de • FIGURA 11. eo espliceossomo completo monta e cliva o transcrito no sítio de Observe que as reações de recomposição autocatalí. ~ .:. pequenas ribonucleoproteínas clear é a clivagem no sítio de recomposição 5' do íntron nucleares).Afl tanto.. o tamanho desses snRNA va. os precursores de RNA são capazes de formar um centro ativo ao qual se liga o cofator guanosina-3'-0H.A. Esses snRNA de snRNP contém um subgrupo de sete proteínas snRNP não existem como moléculas de RNA livres. 3· 5' . estão presentes em complexos de pequeno RNA clusivas do tipo específico da partícula de snRNP. 5' clivado O-YA extremidade 5' do íntron une-se a apenas atividade catalítica eis. recomposição 5'. Em vez bem caracterizadas além de uma ou mais proteínas ex- disso. No O íntron em forma de laço é liberado juntamente com as snRNP U2. . recomposição 5' ramificação recomposição 3' ao menos. cerca de 40 proteínas diferentes. e a snRNP U2 se autorrecompõem causa justaposição dos grupos reati. os íntrons não são excisados por nucleases e U5 e U6.___ _ __. trahymena comentados nas duas seções anteriores.. no en. para autorrecomposição são reações que podem ser re- vertidas. CAG-3'. e a terminação 5' do transcri. coli mente não seria transcrito se presente em Drosophila. e a snRNP U4/U6 é acresce11ta- vagem inicial. A tra11scrição deve ser i11iciada em altamente consenradas: 5'-GT-AG-3' no filamento um sítio de cinco a i1ove bases downstrea1n à se. O transcrito primário ou pré-mRNA de um gene nuclear em chimpanzé tem a sequência: 5'-TIGACA-(I8 bases)-TATAAT-(8bases)-GCCl'l'CCAGTG-3' 5'-G-éxon I-AGGUAAGC-íntron-CAGUC-éxon 2-A-3' qual seria a sequência nucleotídica no transcrito de Depois da excisão do íntro11. a sequência do mRNA será: estrutura: 5'-G-éxo11 I-AGUC-éxon 2-A-3' . a snRNA U4 se solta do esplice- e uma sequência complementar perto da terminação 5' ossomo. Quando o sítio de recomposição 5' do ín- mento de bases entre a sequência de consenso nesse sítio tron é clivado na I ª etapa. O reconhecimento do sítio de clivagem na da ao complexo para produzir o espliceossomo completo extremidade 5' do íntron provavelmente implica parea. Esse estágio ocorre em espli. para garantir que os códons nos éxons distais aos íntrons stjam lidos corretamente durante a tradução. sítio de recomposição 3'. o ge11e de E.re conter uma purina. a snRNP U5 liga-se ao ligar ao sítio de recomposição 5' antes da reação de cli. a especificidade da ligação de recomposição 3' do íntron é clivado. é quase certo que a sequência do ín- to de. Exercícios 1. o sítio de do snRNA UI. esta se liga à se- extremidade 3' do íntron. (sequência . Se o filamento não molde de um gene em E. Na 2ª etapa da reação de recomposição. No entanto. exportado para o citoplasma e traduzido em ribossomos.22 ). ti11ha a sequência: 4. PONTOS ESSENCIAIS • As sequências de íntrons não codificadores são excisadas dos transcritos de RlVA no núcleo antes de seu transporte para o citoplasma • Os íntrons nos precursores do tRlVA são removidos pela ação conjunta de uma endonuclease e uma lig·ase de recomposição.sem participação de proteína catalítica • Os íntrons nos pré-mRlVA nucleares são excisados em estruturas de ribonucleoproteínas complexas chamadas espliceossomos • O processo de excisão de íntrons tem de ser preciso. A segunda s11RNP a ser acresce11tada ao complexo de gem e o carbo110 2' de um resíduo A conservado perto da recomposição parece ser a snRNP U2. como na ilustração adiante: coli. porque as sequências promotoras que Filamento-molde de DNA: 3'GCTAAGC-5' controlam a transcrição em eucariotos como Droso- phila são diferentes dos promotores em procariotos Transcrito de RNA: 5'CGAUUCG-5' como a E. Em seguida. Agora o mRNA recomposto está pronto para ser específicas. Porta11to.35) (sequência -10) qual é a sequência nucleotídica do transcrito de 3'-AACTGT-(18 bases) -ATATTA-(8 bases)-CGGAAGGTCAC-5' RNA especificado por esse segmento de gene? Transcrito de RNA: 5'-GCCUUCCAGUG-3' Resposta: O transcrito de RNA é compleme11tar ao fila. Se o filamento-molde de um segmento de um ge11e Filamento-molde de DNA: tem a sequência nucleotídica 3 '-GCTAAGC-5'. O filamento-molde e a tron seja 5'-GUUAAGC-íntron.22) e requer a hidrólise que forma o ponto de ramificação na estrutura de laço do ATP. 2 fosse parte de um gene de Drosophila em vez de E. qual é a sequê11cia RNA desse gene? mais provável do mRNA? Resposta: O gene contém sequências promotoras -35 e Resposta: Os íntrons contêm termi11ações dinucleotídicas -IO perfeitas. 3. Portanto. coli pro.ravel- 2. Se o filamento i1ão molde mostrado no Exercício mento-molde e tem polaridade química oposta. enquanto a excisão dos íntrons em alguns precursores do rRNA é autocatalítica . (Figura II. quência de consenso que contém o resíduo A conservado ceossomos completos (Figura II . com acurácia em nível de nucleotídios. não molde de DNA ou 5' -GU-AG-3' no transcrito de quê11cia -I OTATAAT. RNA.22 ). e os dois éxons são pelo menos algumas snRNP às sequências de consenso unidos por uma ligação fosfodiéster 5'-3' normal (Figu- do íntro11 exige tanto os s11RNA quanto proteínas snRNP ra II. Há e'ridências de que a snRNP UI tenha de se do íntron recomposto. Com a ex- extremidade 5' do transcrito devem ter a seguinte cisão precisa do íntro11. o transcrito produzido seria igual? Resposta: Não. coli. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 285 intramolecular entre o carbono 5' da G no sítio de cliva. seu gene complementar de DNA. Além disso.1 Difere11cie o DNA do RNA em relação aos aspec. das do transcrito. DNA de 'A Éxon 1 Íntron 1 Éxon 2 Íntron 2 Éxon 3 DNA de 'A • lntron 1 Íntron 2 Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 11. 2. coli se você primeiro fundir sua região codificado. as sequências de DNA que codifi. No entanto. o gene só será expresso em postas sem sequências de íntrons. a expressão do gene humano não tra o diagrama a seguir. os íntrons permane- canismo equivalente de excisão de íntrons dos trans. Supondo-se Resposta: O transcrito primário desse gene da 13-globina que seja possí. Éxon 1 1 Éxon 2 Éxon 3 \ DNA de/.4 Que e\ridências senriram de base à formulação da que as reações moleculares em células vivas são hipótese do RNA me11sageiro? catalisadas por enzimas constituídas de polipep- 11 . coli. Agora sabemos que os íntrons de algumas se proteica? moléculas precursoras de RNA. que estrutura de ácido nucleico quer que esse ge11e produza grande quantidade do você espera ver? produto gênico humano nas bactérias. produzindo a seguinte molécula de DNA: I DNA de/. como os precur- sores do rRNA em Tetrahy1nena.5 Em que locais da célula eucariótica ocorre a sínte.9 Dura11te várias décadas.6 Cite três diferenças entre os mRNA de eucariotos e método autocatalítico ("autorrecomposição") sem pro cario tos. coli não contêm espliceossomos ou me. estão mRNA da 13-globina humana em condições que fa- sendo produzidas em bactérias. (b) funcional e (c) de localiza. coli e cópio eletrônico. cem como regiões de DNA bifilame11tar. são remo. não codificadores que separam as sequências codi- guinte sequência de DNA-molde: 5'-TGCAGACA-3'? ficadoras ou éxons desses genes. como mos- critos de RNA. contém sequências de í11trons. de alça R) e o produto for observado ao micros- Você deseja introduzir um ge11e humano em E.286 Fundamentos de Genética Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. a molécula de mRNA ciar a transcrição são muito diferentes em mamífe. deslocando o filamento huma110 pro. eucarióticas? Que papéis essas diferentes classes de tos (a) químico.. antes de sua exportação para o na te11tativa de alcançar seu objetivo? citoplasma. a expressão de genes eucarióticos em células unifilamentar deslocado procarióticas não é uma tarefa trivial. Como as de DNA equivalente.2 Que bases no transcrito de mRNArepresentariam ase. as sequências de íntrons serão excisa- Resposta: As sequências promotoras necessárias para ini. Em co11dições de E. voreçam dúplex de DNA-RNA em detrimento dos genharia genética. madura conterá as três sequências de éxons recom- ros e bactérias.8 A maioria dos ge11es eucarióticos contém íntrons 11. Algumas proteínas humanas de importância clí11ica. que problemas encontraria éxons.. o mRNA será hibridizado com o filamento ra a um promotor bacteriano..rel isolar o gene humano de interesse humana conterá ambos os íntrons e todos os três e introduzi-lo em E.3 Que bases no filamento transcrito de DNA dariam expressão desses ge11es i11terrompidos são removi- origem à segui11te sequência de bases de mRNA: das as sequências de íntrons não codificadores? 5'-CUGAU-3'? 11. 11. a participação de nenhuma proteína catalítica. Contudo. dúplex de D NA-D NA (condições de mapeamento cam essas proteínas foram introduzidas em bactérias. moléculas de RNA desempenham i1a célula? ção na célula. Em que estágio da 11. será correta se ele contiver íntrons. O 11 .ravelmente conterá í11trons.. Com o auxílio da en. alça R. Portanto. tídios. Se essa molécula de DNA for hibridizada com o como a insulina e o hormônio do crescimento. Um gene de l3-globi11a huma11a foi purificado e i11- mRNA serido em um cromossomo li11ear de bacteriófago lambda.7 Quais os diferentes tipos de moléculas de RNA que a demonstração da recomposição autocatalíti- presentes nas células procarióticas? E nas células ca i11dica em relação ao dogma de que as reações .ridos por 11. o dogma da biologia foi 11. Como podemos "Alcas R" de DNA de éxon • ver. Portanto. como o mRNA não células de E. tifique os componentes do diagrama. coli que facilita o desenrolamento lo. atua como sítio de reconhecimento estiver à esquerda da sequência mostrada? para o fator sigma. quais serão as sequências de nucleotídios. 11. ( 1O) snRNA. iden- de íntrons dos transcritos de genes nucleares. Desenhe a aparência da alça R quando for nentes do espliceossomo.cos. Ternws: (1) fator sigma (a). (d) Sequência (-10) no filamento não molde dos pro- motores de E. tídios no transcrito de RNA? dem às sequências no transcrito de RNA processado 11. 11. (2) 5'-UAGUCUCAUCUGUCCAUUGACUUC- teicas? GAAACUGAAUCGUAACUCCUACGUCUAUGGA-3' (3) 5' -UAGCUGUUUGUCAUGACUGACUGGUCACU- 11. ATGCTACTGCTATTCGCTGTATCG-5' U) RNA polimerase que transcreve genes nucleares 1 111 111 111 1 11 1 111 1 11 1 111 que codificam proteínas. e observa-se que contém três íntrons. fago lambda.16 Um segmento de DNA em E. (4) éxons. Quando esse segmento de DNA for transcrito por (g) Uma sequência promotora de E. (13) GGCCAATCT (sequência CMT).18 Um segmento de DNA em E. (6) RNA polimerase III. Quando esse transcrito ( 12) TTGACA. sequência de pares de nucleotídios: (m)A população de transcritos primários no núcleo de uma célula eucariótica. 11. qual será a sequência de nucleo- (1) Segmentos de um gene eucariótico que correspon. (a) O transcrito primário desse gene é purificado a neo (hnRNA). 5'-TI\CGATGACGATAAGCGACATAGC-3' (f) Subunidade de RNA polimerase procariótica respon- sável pela iniciação da transcrição em promotores.11 Que componentes dos íntrons de genes nucleares UACUAACUACUAACGCAUCGAGUCUCAA-3' codificadores de proteínas em eucariotos superio- res são conservados e necessários para a excisão (b) Um dos cinco pré-mRNA mostrados em (a) correta das sequências de íntrons dos transcritos pode passar por recomposição de RNA para excisar primários por espliceossomos? uma sequência de íntron. 11 1111 11 1 111 1 11 1 111 111 1111 111 GCAAUACUGACCUGAUAGCAUCAGCCAA-3' CGTTACCCGACATAGCTACGATGACGATA-3' .17 Um segmento de DNA em E.12 Correlacione um dos termos a seguir a cada des- crição apresentada. (e) RNA polimerase nuclear que catalisa a síntese de 3 '-ATGCTACTGCTATTCGCTGTATCG-5' 111 1 11 1111 11 1 111 1 11 1111 1 todo os RNA. 3'-AACTGTACGTGCTACCTTGCTGATATTACT- 1l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l I 11. exceto a do pequeno rRNA 5S. do sítio de iniciação nucleotídios no transcrito de RNA se o promotor da transcrição. em direção 5'.15 Determinado gene é inserido no cromossomo de (5) TATAAAA. AUCGUACUAACCUGUCAUGCAAUGUC-3' pressão gênica? Qual é sua estrutura macromole. 11. o cromossomo recombinante de lambda que tem os de células eucarióticas.. RNA polimerase. Mais uma vez. (b) O mRNA produzido eucar1ot1. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 287 biológicas sempre são catalisadas por enzimas pro. (8) RNA polimerase II. 3'-ATATTACTGCAATGGGCTGTATCG- (i) Trecho de poliadenosina com 20 a 200 nucleotídios 1l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l I de comprimento que é acrescentado à extremidade 5 ' -TATAATGACG'I'I'A CCCGACAT AGC- 3' da maioria dos RNA mensageiros eucarióticos. (4) 5'-UAGCAGUUCUGUCGCCUCGUGGUGCUGCUG- cular? GCCCUUCGUCGCUCGGGCUUAGCUA-3' (5) 5'-UAGGUUCGCAUUGACGUACUUCUGAAAC- 11.10 Qual é o papel dos espliceossomos nas vias de ex.14 Qual é a função dos íntrons em genes eucarióticos? (2) cauda poli(A). do sítio de início da transcrição. truturas no seu diagrama. a maioria como compo. (9) RNA nuclear heterogê. primário é hibridizado em condições de alça R com Descrições: o cromossomo recombinante de lambda que tem o (a) Sequência intercalar encontrada em muitos genes gene. Que sequência nucleotí- dica de mRNA é esperada dessa recomposição? 11. coli tem a seguinte calizado do DNA quando forma um complexo com sequência de pares de nucleotídios: a RNA polimerase. qual é a aparência da alça R? Identifique ases- . coli distante 35 RNA polimerase. mesma maneira por hibridização da alça R usando (c) Pequenas moléculas de RNA localizadas nos núcle.13 (a) Qual destas sequências nucleotídicas do 5'-'ITGACATGCACGATGGAACGACTATAATGA- pré-mRNA nuclear pode conter um íntron? GCAATGGGCTGTATCGATGCTACTGCTAT-5' (1) 5'-UGACCAUGGCGCUAACACUGCCAAUUG. ( 11) RNA polimerase I. T ACGATGACGATAAGCGACAT AGC-3' (k) Uma sequência conservada no filamento não mol- Quando esse segmento de DNA for transcrito por de de promotores eucarióticos distante cerca de 80 nucleotídios. que participa da excisão usado o mRNA citoplasmático. coli tem a seguinte (h) RNA polimerase nuclear que catalisa a síntese das moléculas de RNA transportador e dos pequenos sequência de pares de nucleotídios: RNA nucleares. (3) TATAAT. upstream. o gene. (7) íntron. a partir do transcrito primário desse gene é isolado motores eucarióticos participantes da iniciação da de polirribossomos citoplasmáticos e examinado da transcrição. coli tem a seguinte final desse gene. partir de núcleos isolados. (b) Sequência nucleotídica conservada (-30) em pro. . qual será a sequência de nucleo. caso afirmativo.19 Um segmento de DNA humano tem a seguinte se- quência de pares de nucleotídios: 11. por que não? 11. Qual deve ser o fenótipo de um in- 41. por quê? Em caso negativo.37 Uma mutação de um gene humano essencial troca cidos de comprimento. Qual é molde. por do os quatro pares de nucleotídios existentes no que não? O mesmo experimento foi realizado DNA. mRNA especificados por esses genes forem tradu- tídios no transcrito de RNA? zidos.23 O que têm em comum os processos de síntese de mais provável na composição das RNA polimerases nas duas preparações? DNA. qual será a sequência de nucleo. quinase. GCAATGGGCTGTATCGATGCTACTGCTAT-5' 11. . Por que isso não acontece em euca- Onde ocorrem em uma célula eucariótica? Em riotos? uma célula procariótica? 11. um exon.27 Por que a necessidade de um RNA intermediário na síntese proteica é mais evidente em eucariotos? 11.24 Quais são os dois estágios da expressão gênica? 11. em que grupo de organismos dos esses elementos em relação ao sítio de início elas são mais diferentes? da transcrição? Quais são as suas funções? 11. cada um deles com 335 aminoá. de RNA-DNA foi incubada por 12 hem condições tídios no transcrito de RNA? de renaturação. Espera-se que haja a formação de 11. e a mistura RNA polimerase.22 A biossíntese do metabólito X ocorre em seis eta. Uma preparação catalisa a síntese de ca- o número mínimo de genes necessário para o con. que mRNA deve ser traduzido em menos tempo? Por quê? 11. Esse RNA foi misturado a filamentos não CGITACCCGACATAGCTACGATGACGATA-3 ' molde (filamentos únicos) do gene humano co- Quando esse segmento de DNA for transcrito por dificador da enzima timidina quinase. trole genético dessa via metabólica? Poderia haver A outra preparação catalisa a síntese de cadeias participação de mais genes? Por quê? de RNA com tamanhos iguais. transcritos de RNA são sintetizados no núcleo de 11 1 11 1 111 111 1 11 1 11 1 111 1 11 1 11 1 1 eucariotos e. em seguida.30 Isolou-se todo o RNA de células humanas culti- 11 1 11 1 11 1 111 111 1 11 1 11 1 1 11 1 111 vadas.324 pares de nucleotídios. Qual é a diferença 11. deias de RNA com tamanhos muito heterogêneos.35 Como a edição do RNA contribui para a diversida- de de proteínas em eucariotos? 11. o outro gene contem um intron com grande íntron. plasma. . dos íntrons de precursores de tRNA.26 Quais são os cinco tipos de moléculas de RNA 11. Um gene contém apenas de GT para CC o sítio de recomposição 5' de um . Em média. por quê? Em caso negativo. de RNA e de polipeptídios? 11.33 Quais são os dois elementos quase sempre presen- tes nos promotores de genes eucarióticos transcri- com as estruturas de mRNA em procariotos e eu- tos pela RNA polimerase II? Onde estão localiza- cariotos. O que nos ensinam o código Morse e a lin.28 Dois genes eucarióticos codificam dois polipeptí- dios diferentes. 11.32 A transcrição e a tradução estão acopladas em procariotos. 11.21 Qual é o dogma central da genética molecular? Que impacto teve sobre o dogma central a desco.31 Duas preparações de RNA polimerase de E. rificado de DNA que tem o gene argH como DNA pas catalisadas por seis enzimas diferentes.20 O genoma de um ser humano precisa armazenar dúplex de RNA-DNA durante a incubação? Em uma enorme quantidade de informações usan. transportados até o cito- 5' -TATAAATGCACGATGGAACGACTATCCTGA.36 Qual é a diferença entre os mecanismos de excisão Como os pesquisadores demonstraram pela pri.25 Compare as estruturas de transcritos primários 11. usando o filamento-molde do gene da timidino- guagem de computador sobre a viabilidade de ar. Espera-se que haja formação de dúplex mazenamento de grande quantidade de informa. precursores meira vez que a síntese de RNA ocorria no núcleo de rRNA de Tetrahymena e pré-mRNA nucleares? e que a síntese proteica ocorria no citoplasma? De que processo participa o snRNA? Qual é o pa- pel desse snRNA? 11. de RNA-DNA nesse segundo experimento? Em ções usando um alfabeto de apenas quatro letras? caso afirmativo.34 De que maneiras a maioria dos transcritos de ge- que participam do processo de expressão gênica? nes eucarióticos é modificada? Quais são as fun- Quais são as funções de cada tipo de RNA? Que ti- ções dessas modificações pós-transcrição? pos de RNA executam suas funções (a) no núcleo e (b) no citoplasma? 11. colisão berta dos vírus tumorais de RNA? usadas em experimentos separados para catalisar a síntese de RNA in vitro usando um fragmento pu- 11.29 Crie um experimento para demonstrar que os 3'-ATATTTACGTGCTACCTIGCTGATAGGACT .288 Fundamentos de Genética Quando esse segmento de DNA for transcrito por transcrito em menos tempo? Por quê? Quando os RNA polimerase. Que gene deve ser divíduo homozigoto para essa mutação? . AS ~ DMD ~Veja os éxons. rea- que tinha um grande ín tron de um gene consti. As outras espécies contêm genes intimamente relacio- com pouco mais de 20 anos de idade. Para ver os genes produto distrofina. Esse RNA foi misturado a um caso afirmativo. Indivíduos com DMD sofrem mutações nesse gene causam uma forma menos grave degeneração muscular progressiva desde o início da de distrofia muscular denominada distrofia muscular vida. O distúrbio é nados com o gene DMD humano e codificam distrofi- causado por mutações do gene humano DMD. por que de renaturação. por quê? Em caso negativo. Essa proteína entre esses genes e entre eles e o gene DMD humano? está associada às membranas intracelulares das células Dica: No site do NCBI (clique nos seguintes links) Hurnan musculares.300 recém-nas. Qual é o maior éxon do gene DMD humano? E o me- doença recessiva ligada ao X em seres humanos que nor éxon? Onde estão localizadas as mutações causa- afeta aproximadamente um em cada 3. da busca pelo gene DMD e clique em HomoloGene. . então.ncbi.nih.gov A distrofia muscular de Duchenne (DMD) é uma 2. Bus- tos éxons e íntrons ele contém? Qual é o tamanho que também no banco de dados OMIM (Online Medical do mRNA de DMD? E da sequência codificadora da Inheritance in Man) para obter mais informações sobre as proteína DMD? distrofias musculares de Duchenne e Becker. Capítulo 11 1 Transcrição e Processamento do RNA 289 11. por fragmento de DNA desnaturado e purificado que não? O mesmo experimento foi. o site do NCBI ce. por quê? Em caso negativo. Espera-se que haja formação de não? Genômica na Web em http://www. DMD ~ Primary Sour- Em vista de sua importância médica. que co. nas semelhantes? Que espécies? Qual é a semelhança difica uma proteína chamada distrofina. volte aos resultados 1. HGNC:2928 ~ em Gene Symbol Links. DMD AND human[orgn] ~ 1. dúplex de RNA-DNA durante a incubação? Em manas cultivadas. doras da distrofia muscular de Duchenne? Algumas cidos do sexo masculino. Onde estão localizadas essas mutações? na adolescência e morrem no fim da adolescência ou 3. Geralmente são confinados à cadeira de rodas de Becker. Espera-se que haja formação de dúplex de praticamente todas as células). Qual é o tamanho do gene DMD humano? Quan.nlm. O gene DMD é um dos maiores genes co- genome resources ~ Gene Database ~ Search e digite nhecidos e é constituído de muitos éxons e íntrons. homólogos em outros organismos. clique em contém muitas informações sobre o gene DMD e seu GENATl. lizado com todo o RNA citoplasmático dessas cé- tutivo ( [housekeeping gene] um gene expresso em lulas. e a mistura de RNA-DNA nesse segundo experimento? Em caso RNA-DNA foi incubada por 12 h em condições afirmativo.38 Isolou-se todo o RNA dos núcleos de células hu. enquanto na hemoglo- aspectos. méd ico de Chicago. todos os sintomas da anem ia te estava em repouso.. A gue desse paciente sempre con. O coração pa. tuição de um ún ico aminoá- dos aumentados. examinaram as células car suas observações em 191 O. o paciente morreu em razão de anem ia grave e lesão com as hemácias arredondadas renal. Eles observaram que mu itas crônica da anemia e a presença de hemácias falciformes. Vernon lngram e colaborado- te universitário de 20 anos que res demonstraram que o sexto apresentava episódios de fraque. em nítido contraste aos 32 anos.. mé.Micrografia eletrônica de varredura de hemácias normais e afoiça. ._ Estrutura das proteínas Gene 1 Um polipeptídio colinear Síntese proteica 1Tradução Código genético .. O exame físico. am inoácido da cadeia f3 da za e tontura. O principal problema era essa posição era ocupada pelo a fadiga. . James Herrick.duas cadeias de lhante ao das foices usadas por cx-globina e duas cadeias de fazendeiros para colher cereais f3-globina . hemoglobina tem quatro po- tinha células com formato seme. cido em uma ún ica cadeia po- recia estar sempre se esforçando lipeptídica é responsável por demais. • ao e o 1 enético PANORAMA . mesmo quando o pacien. porém. Em 1957. primeira microscópico várias vezes. Em 1904. tanto físicos quanto bina humana adulta normal mentais. correspondia a aproximadamente metade do normal. falciforme. ácido glutâmico. ro a publicar a descrição da gue fresco e repetiram o exame anemia falciforme. O paciente era um estudan.interações códon-tRNA Anemia falciforme 1 efeitos devastadores da modificação de sangue mostraram anemia. Exames de das em paciente com anemia falciforme. e Ernest lrons. o hemoglobina falciforme era a paciente era normal em muitos valina. destacou a natureza sanguíneas de um jovem paciente. Em 1916. Em seu artigo. lipeptídios . Essa substi- mostrou cardiomegalia e linfono.Herrick registrou os sintomas do paciente por 6 anos antes de publi- dico residente supervisionado por Herrick. . no sangue.e um grupo heme naquela época. e. o nível de hemoglobina. a proteína complexa que transporta oxigênio dos pulmões para ou- um único par de bases tros tecidos. todas doença humana a ser compre- com o mesmo resultado. que contém ferro. O san.. de suas hemácias eram delgadas e alongadas. endida em nível molecular. Coletaram amostras de san. Aparentemente.. James Herrick foi o primei- tes. e bicôncavas dos out ros pacien. Um peptídio é composto de dois ou mais aminoácidos. Neste capítulo. especificada pela sequência nucleotídica de um ge11e. nucleotídios do mRNA são usadas para especificar as se- discorremos sobre a transferê11cia de informações ge11éti..11 1 cidos em segmentos do polipeptídio. Todos os estruturas tridimensionais complexas das proteínas. e a estrittura qitaternária diz respeito à as- ~ . a proteína da seda. estruturas primárias. tem os quatro i1íveis de or- (designados R.1 mos. as informações genéticas armazenadas nas sequê11cias de o emissário por meio do qual atua o gene? No Capítulo 11. exceto a prolina. A hemoglobina é um excelente exemplo da Os aminoácidos diferem entre si pelos grupos laterais complexidade das proteínas. A maioria dos polipeptídios dobra-se espontaneamen- sas cadeias laterais são de quatro tipos: (1) grupos hidro. Estrutura das P-_ro_t_e_ín_a_s_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ As proteínas são macromoléculas complexas constituí. Dados os 20 difere11tes ami11oácidos comume11te e11con- ceção da água. o principal trados nos polipeptídios. . Os polipeptídios são sequências longas de aminoácidos. aminoácidos. a tradução. e todos cido e o grupo carboxila de um segu11do aminoácido com os polipeptídios são codificados por um gene. ar. A estrittitra terciária : H. é preciso co11hecer peptídio curto. cundário. le.-: ~ Grupo é determinada pelas i11ter-relações espaciais dos aminoá- amino : H •H1 O 1 carboxila 1 1 :1 .ras. te em conformações específicas determinadas por suas fóbicos ou apolares. que. Esse processo.são distinguidos nas tra as estruturas dos 20 aminoácidos comuns.OH 1 de um polipeptídio é seu dobramento global no espaço 1 1 1 1 ' 1 : 1 1 tridimensional. contêm um grupo amino trittura primária de um polipeptídio é sua sequência de livre e um gritpo carboxila livre. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 291 Como as informações ge11éticas de um organismo.3).J R~Gr~~. Por exemplo. na maioria . Os aminoá- POLIPEPTÍDIOS 1 VINTE SUBUNIDADES cidos nos polipeptídios são unidos por ligações covalentes chamadas ligações peptídicas. A estrittura secundária de um polipeptídio r----- Grupo ~ . A maioria das proteínas ' PROTEÍNAS 1 ESTRUTURAS é formada por vi11te aminoácidos diferentes. por tratamento com solve11tes apropriados. Porta11to. A Figura 12. em eucariotos. A das proteínas recupera a conformação origi11al quando diversidade química dos grupos laterais dos ami11oácidos o age11te desnaturante é removido. A transferência de informações do DNA para o RNA controlam seu fenótipo? Como a modificação de um par (transcrição) e o processame11to do RNA ocorrem no nú- de nucleotídios de um gene . quê11cias de aminoácidos em produtos gê11icos polipeptí- cas armazenadas nas sequências de pares de nucleotídios dicos. As proteínas são não apenas componentes importan- ro de diferentes sequê11cias de aminoácidos possíveis em tes em termos de massa celular. As vezes. A grande variação de grupos ganização estrutural (Figura 12. As moléculas de água cujo comprime11to varia de 51 ami11oácidos na i11sulina a representam 70% do peso total das células .2). (2) grupos hidrofílicos ou polares. papéis esse11ciais para a vida de todas as células. sem dúvida.primário. O número de diferentes sequências de melhor sua estrutura.. mais de 1. Antes Como o número 20 100 é grande demais.. com a produção de um Quatro diferentes níveis de organização . laterais garante a diversidade estrutural das proteínas. A es- aminoácidos.reis em um peptídio com sete aminoá- cidos de comprimento é de 1. Se desnaturadas (desdobradas) (3) grupos ácidos ou de carga elétrica negativa e (4) gru. Com ex. as proteínas são. a maioria pos básicos ou de carga elétrica positi''ª (Figura 12. elas também têm muitos um polipeptídio que contém 100 ami11oácidos é de 20 100 .1).000 ami11oácidos na fibroína. Cada poli. há modificação química de um ou mais ami11oácidos depois TRIDIMENSIONAIS COMPLEXAS da síntese de um polipeptídio.i.. liberação de uma molécula de água (Figura 12.N -+-C-'-C. é respo11sável pela enorme versatilidade estrutural e fun- . aminoácidos possí. cional das proteínas. examinaremos o processo pelo qual de anemia falciforme .28 bilhão (207 )... se- novo aminoácido na proteína madura.. a11alisemos um de examinar a síntese de proteínas. o número possível de diferentes componente de organismos vivos em termos de massa to- polipeptídios é realmente enorme. do i1úcleo até os locais de síntese proteica i10 citoplas- maze11adas na sequência de pares de nucleotídios no DNA.-~teral sociação de dois ou mais polipeptídios em uma proteína multimérica. O conju11to de proteínas constitui aproximadame11te 15% do peso líquido das células.. ma. ocorre no citoplasma em do DNA para as sequências de nucleotídios das moléculas estruturas complexas denominadas ribossomos e requer a de mRNA. o núme- tal. das de 20 aminoácidos diferentes. terciário e quaternário . Cada ligação peptídica é forma- DIFERENTES DE AMINOÁCIDOS da por uma reação entre o grupo amino de um aminoá- As proteínas são constituídas de polipeptídios.. de Radical). peptídio co11sta de uma longa sequência de ami11oácidos unidos por ligações covale11tes.como a mutação causadora cleo.ram essas informações participação de muitas macromoléculas.altera a estrutura de uma proteí11a. Es. N..N. centes de u m polipeptídio determinam sua estrutura se- . 6.--1 H i OI HO H l Oi H O dica é u n ida por ligações de hidrogênio à ligação peptí- 1 1 1 li 1 ----------~ 1 1 li 1 1 li --. dam polipeptídios nascen tes a formar a estrutu ra tridi- nação do formato estão na estrutura primária da pro teí.OH H-~-t-C-OH H-~-t-C-OH H-~-t-C-OH 1 1 1 1 1 1 1 ' CH2 CH 2 H.N.C.OH H.N-+-C-C-OH )Ir H2N-c+c.N.C.C.Triptofano (Gly) (Ala) (Vai) (Leu) (lle) (Pro) (Phe) (Trp) [G] [A] M [LJ [I] [PJ [F] lWl H H O H H O H H O H H O H H O H O H H O H H O H. na. H. drogênio entre ligações peptídicas vizinhas. todas as informações n ecessárias para determi.CH3 CH 2 CH2 CH2 CH 2 1 1 1 1 1 1 CH2 OH OH ~ C.C- 1 1 li 1 H.C.N.C-li OH H-~-t-C-OH H-~-t-C-OH 1 61 H.N "H NH 1 C= NH 1 NH2 • FIGURA 12. são mostrados nas áreas sombreadas.C.C. que participam da formação da ligação peptídica durante a síntese proteica.N.NH2 li OH o 3.3) e folhas f3. Enquanto a cidos pela retirada da água.. A folha f3 surge quando u m polipeptí- dio dobra-se sobre si mesmo. Os grupos amino e carboxila.N. Cada ligação peptídica une o grupo amino organização espacial de aminoácidos e segmentos adja- de um aminoácido ao grupo carboxila do aminoácido adjacente.C.C. H.C.N+ C-C-OH + H2 o 1 1-----------1 1 l 1 1 L __ I 1 l 1 Dentro de uma hélice a não h á p rolina. Os grupos laterais.C. às vezes repetidamente. As duas estruturas são man tidas por ligações de hidrogênio entre ligações peptídicas mu ito próximas umas das outras.C.C. H.C.CH3 # o C.C.NH2 CH 2 SH 1 li 1 S.. Grupos laterais básicos ' ' L-Acido aspártico L-Acido glutâmico L-Lisina L-Arginina L.C. em razão de sua R1 l_H_J R2 R1 l H l R2 L--.C. dos casos.C. H2N-C-t-C. Grupos laterais ácidos 4. A Ligação peptídica hélice a é u m cilindro rígido no qu al cada ligação peptí- r -1 1. o dobramento da proteína implica Os dois tipos mais comuns de estrutura secundária em interações com p roteínas chamadas chaperonas que aju. Grupos laterais hidrofóbicos ou apoiares Glicina L-Alanina L-Valina L-Leucina L-lsoleucina L-Prolina L-Fenilalanina L.OH + H.OH 1 1 1 1 CH 2 CH 2 CH2 CH2 1 1 1 1 COOH CH2 CH2 C-N~ 1 1 li ~CH COOH 9H2 HC.N.OH H.C.Histidina (Asp) (Glu) (Lys) (Arg) (His) [D] [E] [KJ [R] [HJ H H O H H O H H O H H O 1 1 li 1 1 li 1 1 li 1 1 li H.2 Formação a uma ligação peptídica entre dois aminoá.C. proteínas são hélices a (Figura 12. Em alguns casos. que são diferentes para cada aminoácido. O símbolo de uma letra para cada aminoácido está entre colchetes. As abreviaturas de três letras padronizadas estão entre parênteses.N.OH 1 li 1 1 1 1 1 / \ 1 1 H CH3 CH CH 2 CH CH2 CH2 CH 2 CH2 / CH " 3 CH3 1 CH / / CH 2 CH3 " " / CH ~ 1 C= CH / CH 3 CH3 " CH3 2 # \ NH 2.6 li OH .N.6 1 li OH .N.1 Estruturas dos 20 aminoácidos comuns em proteínas.OH H.N. Grupos laterais hidrofílicos ou polares L-Metionina L-Serina L-Treonina L-Tirosina L-Asparagina L-Glutamina L-Cisteína (Met) (Ser) (Thr) (Tyr) (Asn) (Gln) (Cys) [M] [S] [TI [Y] [N] [QJ [C] l H H O H H ~ H H ~ H H ~ H H ~ H H ~ H H ~ 1 H.N.61 li OH .OH li H. mensional apropriada.6 li OH . 292 Fundamentos de Genética 1.i estrutura rígida.OH H. 1 li dica entre amin oácidos distantes três e quatro resíduos. são mostrados abaixo das áreas coloridas.6 1 li OH . e Aminoácido 1 Aminoácido 2 Dipeptídio os segmen tos paralelos são mantidos por ligação de h i- • FIGURA 12.N. 1 61 H. . As interações hidrofóbicas são associações de grupos apoiares entre si quando presentes em soluções aquosas em razão da sua insolubilidade em água. cundária. os produtos primários da tradução lentes relativamente fracas. As únicas ligações covalentes contêm sequências curtas de aminoácidos. Ligação iônica Ligação de hidrogênio As ligações iônicas ocorrem entre cadeias laterais de aminoácidos com cargas elétricas opostas . de um poli- Waals são muito fracas. H-©-R4 Aminoácido 4 / Molécula de hemoglobina O= C 1 o- • FIGURA 12.Interação interior aquoso de células vivas porque as moléculas o CH HC hidrofóbica H CH2 •• 1 Ht CH polares de água neutralizam parcialmente ou protegem • s os grupos eletricamente carregados. ou conformação. chamadas que têm papel importante na conformação das proteínas inteínas. H. todas as outras força de uma ligação covalente....©-R2 Aminoácido 2 / o=©'-.4 Os cinco t ipos de interações moleculares responsáveis fracas entre átomos muito próximos. As forças de van der pela estrutura terciária.. pois é uma molécula tetramérica constituída fóbicas interagem uns com os outros nas regiões internas... As interações de van der Waals são atrações • FIGURA 12.. A hemoglobina ilustra bem a estrutura aquoso). de duas cadeias de a-globina e duas cadeias de 13-globina. /H + N Rr-efH ' H Aminoácido 1 '-. (2) secundária.l). H N-H Aminoácido 3 I ' Grupo heme / ©=o H. mas são importantes na interações são não covalentes.por exemplo. (2) li- gações de hidrogênio. que se autoexcisam dos polipeptídios nascentes. As ligações de hidrogênio o 1 1 s1 são interações fracas entre átomos eletronegativos (que HO .C 1 CH2 têm carga negativa parcial) e átomos de hidrogênio CH 2 1 (eletropositivos) que estão ligados a outros átomos eletronegativos.. (3) terciária e (4) quaternária . alinhadas das macromoléculas.4).N Polipeptídios a-globina '-. / ©=o H.são ilustrados usando como exemplo a hemoglobina humana. R-d 3 ~'-. portanto. são as pontes dissulfeto (S--S) que se formam entre resí. As inteínas estão presentes tanto em eucariotos quanto duos de cisteína corretamente posicionados (Figura 12. mas são interações relativamente fracas no 1 / \.. aminoácidos com cadeias laterais hidrofílicas ocupam a A estrutura quaternária só existe em proteínas com mais superficie das proteínas (em contato com o citoplasma de um polipeptídio.estruturas (1) primária. A ponte dissulfeto é uma ligação covalente. A estrutura terciária de uma proteína é mantida princi.2). há participação de quatro tipos diferentes nas descobertas está na proteína RecA. uma das primeiras inteí- No entanto. ao passo que aqueles com cadeias laterais hidro.3).3 Os quatro níveis de organização das proteínas ... ~--. As ligações iônicas são forças intensas em algumas CH 2 H3C CH3 condições. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 293 Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária (hélice a) Polipeptídio Polipeptídios p-globina 1 p-globina H. nós van der Waals as apresentamos com alguns detalhes no Capítulo 9 (Tabela 9.. em procariotos. . que participa da de interações não covalentes: (1) ligações iônicas. Em alguns casos.. o dobramento geral do polipeptídio completo manutenção das conformações de regiões rigorosamente define sua estrutura terciária. (3) interações hidrofóbicas e (4) interações de van der Waals (Figura 12. quaternária. Em geral.· N '-. palmente por um grande número de ligações não cova. ou conformação tridimensional. Por exemplo. os grupos laterais de lisina e ácido glutâmico (Figura 12... com cerca de um milésimo da peptídio. mais quatro grupos heme que contêm ferro (Figura 12. As Ponte dissulfeto ligações de hidrogênio e as interações hidrofóbicas têm Interação de papéis importantes na estrutura do DNA.4). cimento. - mostraram em var1os casos que uma mutaçao ocasionava . cimento desses mutantes em meio suplementado apenas com aminoácidos ou apenas com vitaminas e assim por BEADLE E TATUM 1 diante (Figura 12. Beadle e Ta- tum identificaram linhagens mutantes que cresciam na UM GENE . Por exemplo.5). Por exemplo. a enzi- fatores para seu crescimento. pirimidinas.isto é. O conceito um gene capaz de sintetizar todos os outros metabólitos essenciais.isto é. por enzimas estão sob controle genético. O meio de cultura de a perda de uma atividade enzimática. Eles analisaram a capacidade de cres- a conexão entre genes e seus produtos polipeptídicos. tubercuwsis.5.analisemos dois estudos genéti- minas (chamado "meio completo"). biotina.UMA ENZIMA presença de vitaminas.5. mutação ocasionou a necessidade de um fator de cres- pliação desse trabalho. Iden- plicar como eles fazem isso . Para selecionar linhagens com mutação de produto polipeptídico. seguida. minas. com cada polipeptídio codificado duzissem linhagens mutantes com necessidade de outros por um gene diferente. George Beadle e Boris com aminoácidos ou outros fatores de crescimento. purinas. deduziram que o fungo Neurospora é organismos em muitos laboratórios. contêm duas ou mais cadeias poli- participam da biossíntese de metabólitos essenciais pro. Eles também concluíram que a biossíntese desses Depois do trabalho de Beadle e Tatum. Beadle e seu novo colabora. mas não em meio suplementado No fim da década de 1930. etapa 3). peptídicas diferentes. Eles identificaram necessitam de vitamina de crescer em meio suplemen- genes necessários para a síntese de pigmentos oculares tado com cada uma das vitaminas separadamente (Figu- específicos. eles estudaram apenas linhagens mu- tantes com proporção entre prole mutante e selvagem A maioria dos genes codifica polipeptídios. em parte. e avaliaram os maneira. Beadle e Tatum mostraram que cada motivaram Beadle a buscar o organismo ideal para a am. . Os resultados Desse modo. Em Ephrussi conduziram experimentos pioneiros em Dro.294 Fundamentos de Genética recombinação e do reparo do DNA em Mycobacterium minadas pela estrutura primária do(s) polipeptídio(s). (2) um açúcar sim- . Ele escolheu o bolor cor de sal. Neurospora crassa. coli. Nesse que muitas enzimas e proteínas estruturais são hetero- caso. que Neurospora que contém apenas esses componentes é de. terciária e quaternária canismos usados pelos genes para controlar as estruturas das proteínas e a excisão de inteína geralmente são deter. Graças à correlação de suas análises genéticas mão do pão. como a sequência nu- tificaram mutantes que cresciam em meio suplementado cleotídica de um gene especifica a sequência de aminoá- com todos os aminoácidos. deu a Beadle e Tatum o Prêmio Nobel em 1958. aminoácidos e outras vita. esperar-se-ia que mutações de genes cujos produtos multiméricas . Antes de ex- igual a 1: 1 quando cruzadas com o tipo selvagem. a bactéria causadora da tuberculose. que transportam oxigênio dos . investigaram a capacidade dessas linhagens que sophila mutantes para cor dos olhos. indicando que as vias metabólicas catalisadas ra 12. confirmado por estudos semelhantes de muitos outros dor. Esse trabalho. de suas estruturas tridimensio- nais complexas. ma triptofano sintetase é um heterotetrâmero constituí- Beadle e Tatum testaram essa previsão por irradia. logo foi nominado "meio mínimo". Gene 1 Um P-OliP-eP-_ t í_di_o_c_o_li_n_ ea_r_ _ _ _ _ _ _ _ __ A sequência de pares de nucleotídios em um gene es. mas não cresciam cos clássicos que expandiram nosso conhecimento sobre em meio mínimo. as hemoglobinas.uma enzima tornou-se um princípio central da genética como as purinas. do de dois polipeptídios a codificados pelo gene trpA e ção de esporos assexuados (conídios) de Neurospora tipo dois polipeptídios í3 codificados pelo gene trpB. que são grandes macromoléculas constituídas de polipeptídios • Cada polipeptídio é um polímero formado pela concatenação de diferentes aminoácidos • A sequência de aminoácidos de cada polipeptídio é especificada pela sequência nucleotídica de um gene • A enorme diversidade funcional de proteínas resulta. etapa 2). pirimidinas e vita- cidos do polipeptídio . apenas um gene. molecular. ples e (3) uma vitamina. novos fatores de crescimento de que necessitavam os pecifica uma sequência colinear de aminoácidos em seu clones produzidos pelos esporos tornados mutagênicos ( Figura 12. eles contendo apenas ( 1) sais inorgânicos. demonstrou-se fatores de crescimento está sob controle genético. Da mesma selvagem com raios X ou luz ultravioleta.. porque cresce em meio com estudos bioquímicos das linhagens mutantes. . PONTOS ESSENCIAIS • A maioria dos genes exerce seu(s) efeito(s) no fenótipo de um organismo por meio das proteí- nas. no restante deste capítulo nos concentraremos nos me- Como as estruturas secundária. em E.. Edward Tatum. primárias de polipeptídios. >~ 8 @0 . • FIGURA 12...1>-1>_. Micélio cultivado selvagem a partir de um O Teste das necessidades gerais de esporo irradiado crescimento de cada ascosporo. ..Vitaminas Meio ' .S Diagrama do experimento de Beadle e Tatum com Neurospora que levou à hipótese um gene . .... e as linhagens resultantes são cruzadas com o tipo selvagem... Meio - completo Meio Purinas Aminoá. O Os esporos de tipo selvagem são irradiados. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 295 . Conídios com o tipo aminoácidos etc.jJ>. l' Raios X ou luz ultravioleta n .P_. ' ( ' ( ' ( '' '\l>-P_. @ ©8 Cruzados Esporo sexuado (haploide e Meio completo (com vitaminas..uma enzima.O Teste das necessidades específicas de crescimento de cada linhagem. '...) (esporos assexuados) selvagem uninucleado) (haploides. .. • • • • • '• '' ( ' ' ' ' ' J J ' ( ' ' ' Tiamina Riboflavina Piridoxina Ácido Niacina Ácido lnositol Colina Ácido Nucleosídios Meio pantotênico p-aminobenzoico fálico mínimo / Crescimento apenas quando é acrescentada a vitamina ácido pantotênico. completo e cidos \ m1n1mo pirimidinas Crescimento apenas quando são acrescentadas vitaminas._. mas Corpo de do sexo multinucleados) oposto frutificação (meiose) Tipo . .....A-... . ..A-...A-.A-. no mRNA -<..A-.A-.68).A-... .. são proteí. por um gene.A-.......A-. .... Portanto.. .. . . do gene de E.A-.296 Fundamentos de Genética pulmões para todos os outros tecidos do corpo. Região codificadora de gene procariótico ininterrupto típico... . ...... ..A-.6A. gene e seu produto polipeptídico surgiu em estudos.6 Colinearidade entre as regiões codificadoras dos genes e seus produtos polipeptídicos. .. . efe- tuados por Charles Yanofsky e colaboradores.P_. ....A-... .. Eles aminoácidos dos polipeptídios que codificam.. .A-.A-. demonstraram a existência de correlação direta entre as será que os primeiros pares de bases da sequência codifi...A-.. ... . . .7).A-.A-.A-..A-.um poli...A-.A-.. ... posições no mapa das mutações no gene trpA e as posições cadora de um gene especificam o primeiro aminoácido do das substituições de aminoácidos resultantes no polipep- polipeptídio e assim por diante...A-..A-. tações no gene trpA e correlacionaram os dados genéticos peptídio.... coli (Capítulo 1O) e a direta das distâncias fisicas entre as posições dos pares de RNA polimerase II (Capítulo 11). . coli codificador da subunidade a da enzima triptofano COLINEARIDADE ENTRE A SEQUÊNCIA sintetase..A-.. na verdade.um polipeptídio. .. contêm muitas subuni.. Ou seja. ..A-.. .---. lo 11.A-. retas das sequências de nucleotídios de genes com as se- trada na Figura 12... . .A-.A-. . . No entanto. ... além de quatro grupos hemes a presença de íntrons em genes não invalida o conceito de ligação ao oxigênio (Figura 12.A-. transcrito . ...3). estruturas colineares. .... significa apenas que não há correlação exemplo. o conceito um gene ..A-. .A-. cada uma delas codificada peptídio especificado por esse gene (Figura 12.A-.-... . . podemos perguntar se as sequências de pares aos dados bioquímicos das sequências dos polipeptídios a de nucleotídios nos genes são colineares às sequências de do triptofano sintetase de tipo selvagem e mutante.. .-1···/ primário -<....A-. . por de colinearidade. .A-..A-. pares de bases na região codificadora A Região codificadora de gene eucariótico típico interrompido por íntrons...P. . . . • Éxon 1 Éxon 2 Exon n • 1 2 3 4 5 6 lntron 1 7 8 9 10 Trincas de 301 302 303 304 .A-.A-. ....A-. essa enzima contém CODIFICADORA DE UM GENE E SEU dois polipeptídios a codificados pelo gene trpA e dois po- lipeptídios 13 codificados pelo gene trpB.A-. .. quências de aminoácidos de seus produtos polipeptídicos..A-......A-..P-y região codificadora TO Transcrição • lntron 1 Códons no 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 301 302 303 304 .A-. Como já foi mencionado.uma enzima A primeira evidência forte da colinearidade entre um foi substituído pelo conceito um gene ... />.A-.. As evidências A resposta é que os genes e seus produtos polipeptídicos definitivas de colinearidade advieram de comparações di- são.A-. .. .. essa relação é ilus. . ..A-.A-..A-.... Outras enzimas.... . ... de maneira sistemática? tídio a do triptofano sintetase (Figura 12... . Conforme foi comentado no Capítu.A-. pares de bases na 1 .A-.A-..A-.../>..A-.. ...... . bases em um gene e as posições dos aminoácidos no poli- dades polipeptídicas diferentes. Trincas de 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 301 302 303 304 ..A-.P .......A-.... .A-..A-.A-... . . ..A-. Yanofsky e cola- PRODUTO POLIPEPTÍDICO boradores fizeram uma análise genética detalhada de mu- Agora que estabelecemos a relação um gene .....A-. "'f'i Processamento do transcrito gênico 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 301 302 303 304 Códons .A-. . . a DNA polimerase III de E.. a maioria dos genes de eucariotos multicelulares é nas tetraméricas que contêm duas cadeias de a-globina e interrompida por íntrons não codificadores... .. "'Q Tradução Aminoácidos no produto gênico polipeptídico B • FIGURA 12. duas cadeias de 13-globina..... .A-. transferência das informações contidas n as moléculas de mazenadas na sequência nucleotídica de um mRNA. todos eles trans- de 50 polipeptídios e três a cin co moléculas de RNA critos de moldes de DNA (genes cromossômicos).4 0. a transcri.4 0. Essas in cluem (1) mais cipam da tradução três tipos de RNA.7 Colinearidade entre o gene trpA de f.3 (fora de escala) Aminoácido no polipeptídio Glu Glu Tyr Leu Thr Gly Gly Gly Gly Gly Ser Gln de t. ras de aminoácidos. . (3) 40 a 60 diferentes moléculas e 40 a 60 pequenas moléculas de RNA (moléculas de de tRNA e ( 4) muitas proteínas solúveis que participam tRNA) atuam como adaptadores mediando a incorpo- da in iciação. quência de aminoácidos do produto gênico polipep- A tradução ocorre nos ribossomos.6 0.. nos genes para o RNA mensageiro (mRNA) intermediá- rio. estruturas macro- tídico é complexo e exige as funções de uma grande moleculares complexas localizadas n o citoplasma. polipeptídios n o citoplasma. (2) no mínimo 20 enzimas ativado.8 apre. dos mRNA. que leva essas informações até os locais de sín tese de dios segundo as especificações do código genético..001 0. As posições de mapa das mutações no gene trpA são mostradas na parte superior. A segun da etapa. gênicos polipeptídicos.3 0. é a O p rocesso de tradução das informações genéticas ar. quência sinalizadora curta na terminação amino que guia . . e as localizações das substituições de aminoácidos decorrentes dessas mutações são mostradas na parte inferior do mapa. por exemplo. estão presen.. mRNA para as sequências de aminoácidos em produtos segundo as especificações do código genético. ilustrando sua mitocôndrias. nas termin ações amino ou Antes de abordarmos os detalhes do processo de tradu. depois. nas secretoras nascentes. lulares específicos. o sistema de retas de tRNA pelas aminoacil-t RNA sintetases. Como muitas dessas macromoléculas.. As proteí- complexidade e as principais macromoléculas partici.5 0. na se. como o retículo endoplasmático.. A Figura 12. tradução. as senta uma visão geral da síntese proteica. um grupo tradução constitui uma parte importante do aparelho de e n zimas ativadoras. de rRNA) fazem parte da estrutura de cada ribossomo. coli e seu produto polipeptídico.uma enzima que. PONTOS ESSENCIAIS • Os experimentos de Beadle e Tatum com Neurospora kvaram à hipótese um gene. A transcrição é discutida em detalhes no Capítulo 11. Parti- quantidade de macromoléculas. A sequência nu cleotídica de uma molécula de mRNA é traduzida na sequência correta de aminoácidos se- gundo as especificações do código genético. A primeira etapa da expressão gênica. em resposta a sequências n ucleotídicas específicas n o bretudo os componentes do ribossomo. sequências curtas de aminoácidos que atuam ção. requer a transferência de informações armazenadas traduzidas nas sequências de aminoácidos dos polipeptí. metabólico de cada célula. do alongamento e da finalização da cadeia ração dos aminoácidos apropriados nos polipeptídios polipeptídica. contêm uma se- pantes. mRNA.04 0. os cloroplastos ou os núcleos. A3 A33 A446 A487 A223 A23 A46 A187 A78 A58 A169 A96 Distâncias de mapa o 1. como sinais para seu transporte ate compartimentos ce- todo o processo de síntese proteica. o polipeptídio a do triptofano sintetase.001 0.ipo selvagem Aminoácido no t t t t t t polipeptídio mutante Vai Met Cys Arg lle Arg Glu Vai Cys Asp Leu (term. . Síntese P-roteica 1Tradu -ao As informações genéticas nas moléculas de mRNA são ção..) Posição da substituição de aminoácido no H2N-1-49-49-175-177-183-211-211-213-234-234-235-243-268--COOH polipeptídio • FIGURA 12. Os aminoácidos são anexados às moléculas cor- tes em grande quantidade em cada célula. é recomen dável fazer uma análise preliminar de .um polipeptídio • As sequências dos pares de nucleotídios em um gene e dos aminoácidos em seu produto polipeptídico são colineares. Além em cada ribossomo (a composição exata varia de acor. Alguns po- VISÃO GERAL DA SÍNTESE PROTEICA lipeptídios nascentes têm. carboxila. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 297 Gene trpA Mapa genético .02 0. so. três a cinco moléculas de RNA (moléculas do com a espécie). foi modificada para o conceito um gene . fia. GTP Amoniacil . .tRNA Enzimas ativadoras Amoniacil . ~ ~ 1 . . os peptídios de um terço da massa seca total da maioria das células é direcionadores são removidos enzimaticamente por pep. eucariotos têm rRNA maiores. Os detalhes dos diversos estágios da síntese proteica serão comentados nas seções subsequentes deste capítulo. com as máquinas e as ferramen. Os tamanhos das moléculas de rRNA mostrados correspondem aos das bactérias. tídio (qualquer sequência de aminoácidos) codificado Quando os locais de síntese proteica foram marcados por uma molécula específica de mRNA. frequentemente na extensa malha de componentes do mecanismo de tradução. . os ribossomos Depois desse breve panorama da síntese proteica. todas as espécies de RNA foram transcritas de segmentos contíguos de uma única molécula de DNA.AMP Peptídio nascente t Aminoácidos + ATP • FIGURA 12. Esse compromisso de uma grande proporção de trabalho completas. . tizadas nos ribossomos. . . . nos eucariotos. . . constituída de moléculas que participam diretamente da tidases específicas após o transporte da proteína até o biossíntese de proteínas. aminoácidos radioativos e observados por autorradiogra- duzida simultaneamente por vários ribossomos.298 Fundamentos de Genética DNA no(s} cromossomo(s} 11111 11 111111 11 111 11 11111 111 11111 11 111111 1111111 11111 111 11111 11 111111 111 1111 11111 111 11111 111 11111 RNA Transcrição polimerase l ! l l ! ! l l l ! l l l l ! l ! ! ll !!l!!I! ! l l ! ! ! l ll !!!!l ! !! l l l l l ! ! l l llllJ 11111 1 1111 11111 11111 11111 Precursor de rRNA mRNA tRNA Processamento de RNA ~ . . . Em muitos casos. Nos procariotos. .. .000 ribossomos constituem 25% da massa seca de Os ribossomos podem ser comparados a bancadas cada célula. exa. 5S 16S 23S rRNAs Traducão ' Proteínas ribossômicas e:> Subunidades '--Ü ribossômicas livres Degradação em Fatores de alongamento. .8 Visão geral da síntese proteica. vida existentes em nosso planeta. es- minaremos mais de perto alguns dos mais importantes tão no citoplasma. membranas intracelulares do retículo endoplasmático. . Cerca nas terminações carboxila. Na realidade. os aproximadamen- compartimento celular apropriado. . o polipeptídio emergente até as membranas do retícu. . Em E. já que podem sintetizar qualquer polipep. . . até mesmo pelo em células mantidas por curtos períodos em cultura com mRNA de outra espécie. As terminações amino de proteínas SÍNTESE PROTEICA 1 RIBOSSOMOS destinadas à importação por mitocôndrias e cloroplastos têm sequências direcionadoras semelhantes. mononucleotídios enzimas de transferência. COMPONENTES NECESSÁRIOS PARA A lo endoplasmático. . . Eles são síntese proteica comprova sua importância nas formas de inespecíficos. Cada molécula de mRNA é tra. os resultados mostraram que as proteínas são sinte- sequente formação de um polirribossomo ou polissomo. te 200. . . Algumas As células vivas dedicam mais energia à síntese de proteí- proteínas nucleares contêm extensões direcionadoras nas que a qualquer outro aspecto do metabolismo. do mecanismo metabólico das células com o processo de tas necessárias para produzir um polipeptídio. com con. estão distribuídos em toda a célula. coli. os vários RNA são transcritos de genes localizados em diferentes posições em um ou vários cromossomos. . Para simplificar. os tamanhos dos ribossomos são a espécie. são transcritas de um molde de DNA. Ribossomo eucariótico (mamífero) Em eucariotos. Acredita-se que a meti- • FIGURA 12. . Em mamíferos. e 23S. (Uma mente cerca de 60S). reconstituir subunidades 30S funcionais a partir dos componentes. 5. 5S A transcrição desses grupos consecutivos de genes de rRNA pode ser observada diretamente ao microscópio eletrônico.'N~. porém. assim como as mo- léculas de mRNA. 18S e 28S são clivados de um precursor 45S ( Figura 12. os rRNA 5. Desse modo.9 Composição macromolecular de ribossomos procarió.. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 299 Os ribossomos são constituídos de proteínas e RNA. A Figura 12.~ ribossômicas •e/''G.IO'°f:J~~r: "'.) '1<. depois. subunidade subunidade Masayasu Nomura e seus colaboradores conseguiram 50S )30S desmontar a subunidade ribossômica 30S de E.. nm.. ribossômicas lécula de RNA de 16S (massa molecular aproximada de 6 ~e tflº º:Y (" X 105 ) mais 21 polipeptídios diferentes.~'h 33 proteínas nucléolo é um componente altamente especializado do ribossômicas ~~~'. ~f <$><. lação proteja as moléculas de rRNA contra a degradação t icos e eucarióticos.. coli.2 X 106) mais 31 polipeptídios. Nos ribos- somos de mamíferos. Os genes do RNA ri- bossômico apresentam-se em arranjos duplicados conse- rRNA ~ cutivos separados por regiões espaçadoras intergênicas.5 X 106 . te cerca de 80S). e a subuni- 16S dade grande contém três moléculas de RNA de tamanhos 5S.3 <{. O 49 proteínas .118). Em E.10 mostra um diagrama esquemáti- rRNA co da transcrição observada.>s""s~s Se Lfl cJ núcleo dedicado exclusivamente à síntese de rRNA e sua ~~1. massa molecular aproximada de 1. o tamanho varia de acordo com Na maioria das vezes. enquanto o rRNA 5S é produzido por processamento pós-transcrição do trans- crito de outro gene.. em unidades Svedberg (S). que sofre clivagens endonucleolíticas e produz os rRNA 5S. unidade Svedberg é igual a um coeficiente de sedimenta- em partes aproximadamente iguais ( Figura 12. massa molecular aproximada de 4 X 104. ribossomo de E. 5. Os ribossomos de eucariotos são maiores (geralmen- brada sobre a qual se reúnem as proteínas ribossômicas.1) e é catalisada por RNA polimerase I. os ta- manhos de rRNA correspondentes são 5S. o transcrito do gene de rRNA é um precursor 30S. coli. por ribonucleases. uma grande e outra pequena. Ribossomo 705 As moléculas de RNA ribossômico. muitos nucleotídios do rRNA Ribossomo 805 são metilados após a transcrição.-A"'ê. Além das clivagens pós-transcrição V 24 nm dos precursores do rRNA.. -.~ .D.) O têm duas subunidades.:y1 <S> rv"' ~ agregação para formar ribossomos.. eles V estudaram as funções de moléculas de rRNA e de proteí- 20 nm na ribossômica. Nas organelas.9).. tem massa molecular de 2. um ta- mRNA é concluída e se reassociam no início da tradução. Eles ção [velocidade/ força centrífuga] de 10-13 segundo. a subunidade pequena contém uma rRNA molécula de RNA de 18S mais 33 polipeptídios. coli em macromoléculas e. Os ribossomos presentes nas mitocôndrias e expressos em termos da velocidade de sedimentação du. Esses precursores do rRNA passam por processamento pós-transcrição e dão origem às moléculas de rRNA maduras. Em E. manho de 70S e dimensões aproximadas de 20 nm X 25 Cada subunidade tem uma grande molécula de RNA do.8S rRNA A transcrição dos genes de rRNA produz precursores 18S do RNA que são muito maiores que as moléculas de RNA encontradas nos ribossomos. coli. a q_~~'h 21 proteínas subunidade ribossômica pequena (30S) contém uma mo- f <S><...f. e a subunidade grande (50S) contém duas moléculas de RNA (5S.. a exemplo dos ribossomos de outros que se dissociam quando a tradução de uma molécula de procariotos. a estrutura tridimensional geral é Ribossomo procariótico basicamente igual em todos os organismos. Embora o tamanho e a composição macromolecular dos ribossomos variem. a síntese de rRNA ocorre no nucléolo (ver Figura 2. 13S e 21S.8S..11A).8S e 28S mais 49 polipeptídios.""' . cloroplastos de células eucarióticas são menores (geral- rante a centrifugação. 16S e 23S mais subunidade subunidade 60S )40S uma molécula de RNA transportador 4S ( Figura 12.-A°?. sete genes de rRNA (rrn. assim como os genes de rRNA rrnH) estão distribuídos em três sítios no cromossomo. coli._ . 14.. mas distribuídos em vá- se leva em conta o grande número de ribossomos por rios cromossomos.. Os genes hoje têm várias cópias dos genes para o rRNA.13. como o milho.. os organizadores nucle.8S-18S-28S. Embora os ribossomos tenham muitos dos componentes olares estão nos cromossomos sexuais.1 5' ppp 1 .000 nucleotídios ------.11 Síntese e processamento de (A) precursor de rRNA 305 em E. 21 e 22. Em E. Em eucariotos....________________.A a rrnE. há centenas a milhares de cópias dos ge- nes de rRNA. e as especificações têm cinco pares de organizadores nucleolares nos braços para cada polipeptídio estejam codificadas em uma mo- Gene de rRNA Gene de rRNA DNA DNA Transcricão • Transcrição RNA 5' 3' Transcrito precursor ._I _________--JIOH 3' Precursor do tRNA Precursor Precursor do rRNA 16S 4S do rRNA 23S rRNA 5S Regiões degradadas do transcrito primário Processamento de RNA Clivagem secundária por endorribonuclease e corte por exorribonuclease(s) 1.. Os seres humanos necessários para a síntese proteica.. de rRNA 5S em eucariotos não estão localizados nas re- dundância de genes de rRNA não surpreende quando gões organizadoras nucleolares. ~ i----------~ rRNA RNA rRNA rRNA rRNA rRNA rRNA A 16S 4S 23S 5S B 18S 5...<. rrnG.874 160 nucleotídios nucleotídios 5' 3' 5' 3' 5' 4... Os genes de rRNA 5. têm um só par de organizadores nu- TRANSPORTADOR cleolares (no cromossomo 6 do milho). os genes de rRNA 5S são célula.i =-----+-'-__.300 Fundamentos de Genética Gene de rRNA Transcritos longos Transcritos curtos 1 Espaçador não transcrito 1 µm • FIGURA 12. No entanto.8S 28S • FIGURA 12.~ _. . Os genomas de todos os organismos estudados até curtos dos cromossomos 13..10 Diagrama esquemático de micrografia eletrônica mostrando a transcrição de genes de rRNA repetidos consecutivos no nucléo- lo do novo Triturus viridescens.. Observa-se o aumento gradativo do comprimento das fibrilas para cada gene de rRNA. À SÍNTESE PROTEICA 1 RNA tos. Essa re. 15. 718 nucleotídios 3' · '--- --. altamente redundantes. coli e (B) precursor de rRNA 455 em mamíferos..8S-18S-28S de eucario- tos estão presentes em arranjos consecutivos nas regiões COMPONENTES NECESSÁRIOS organizadoras nucleolares dos cromossomos.. primário de 30S Clivagem por precursor de endorribonucleases rRNA 45S 1-----. e regiões espaçadoras não transcritas separam os genes. Alguns eucario. 5. Em Drosophila e na rã sul-africana Xenopus laevis. dos quatro nucleosí- por um mRNA na sequência de aminoácidos de um po. de maneira a responder aos alta energia (muito reativas) (simbolizadas por ~) entre códons certos. MeG . Metilinosina tos primários dos genes de tRNA. lnosina (") ii i (. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 301 lécula de mRNA..I aminoácido ~ t:RNA + AMP 'F°.:r:.14A-B). Ribotimidina léculas precursoras maiores que passam por processa. 1t/(j w ~G-O. e (3) liguem-se com aminoácidos em um processo em duas etapas. E preciso que elas não só ( 1) tenham as se- Os aminoácidos unem-se aos tRNA por ligações de quências anticódon corretas. o tRNA que leva o próximo aminoá- aminoácido e usa energia do trifosfato de adenosina (ATP): cido a ser acrescentado à cadeia polipeptídica em cres- cimento... A primeira (Figura 12. aos sítios apropriados nos ribossomos para executar suas bas as reações são catalisadas pela mesma enzima.. amino. .. :i-n-:i-n "'<:J'a~ ... A moléculas de RNA pequenas (4S. perto do meio da molécula. \_. Oi H Os tRNA são transcritos a partir dos genes. cerevisiae.. inicialmente deno.. : : . . Há de um a de tRNA tenham . Di-hidrouridina caso dos rRNA. . acil-tRNA sintetase. Há pelo menos uma aminoacil-tRNA Cada ribossomo tem três sítios de ligação ao tRNA sintetase para cada um dos 20 aminoácidos. Esses nucleosídios in.. di-hidrouridina.. Francis Crick propôs a necessidade cleotídica completa e a estrutura em folha de trevo pro- de algum tipo de molécula adaptadora que mediasse a posta do tRNA da alanina de levedura (Figura 12. que é complementar à se. . e am. Holley foi um dos agraciados com o Prêmio Nobel tificaram as moléculas adaptadoras e revelaram que eram de 1968 em Fisiologia ou Medicina por esse trabalho..i-n.. corte..!) 1 1 que facilita a formação de ligações peptídicas.. Holley e colaboradores em rante a síntese proteica. de modo que 3'-hidroxila dos tRNA Os tRNA são ativados ou carregados sejam ativadas pelos aminoácidos certos. ::. mas que também (2) sejam reconhecidas os grupos carboxila dos aminoácidos e as terminações pelas aminoacil-tRNA sintetases corretas.. G> ::: u 1 1 1 da etapa na síntese de aminoacil-tRNA. lipeptídio requer outra classe de moléculas de RNA. Legenda: 1 1 e :s: <x: nhece o códon de mRNA correto e apresenta o aminoá. .9 o º' :::... Os nomes dos nucleosídios 1-metilguanosina e vários outros. v-n-n-:i-:i 1~n'k s1ntetase f) . O sítio A ou aminoacil liga-se ao aminoa- etapa da síntese de aminoacil-tRNA requer a ativação do cil-tRNA recebido. pequeno.. modificados presentes no tRNA são mostrados no detalhe.o.!) polipeptídios nos ribossomos. ram publicadas por Robert W.. O anticódon de cada tRNA está RNA transportador (tRNA). 1 1 ("") ::: (!) lJJ ... e cada tRNA ativado reco. a reação G> ::: u 1 1 G') :::::> com o tRNA apropriado: 1 1 ( ) ::: (.... RNA participantes da síntese proteica.'\1 . Outros pesquisadores logo iden. vedura foi determinada por estudos de difração por raios minadas moléculas de RNA solúvel (sRNA) e. metilação. A sequência nu- Portanto.. . contêm uma sequência de dentro de uma alça (região não ligada por hidrogênio) trinucleotídios.. :::. • FIGURA 12.12) fo- especificação de aminoácidos por códons no mRNA du. MeG . T . para cada um dos 20 aminoácidos.. . de 70 a 95 nucleotí. s1ntetase 3' :e o aminoácido~ AMP + ®~ ® <t: 1 u 1 O intermediário aminoácido ~ AMP normalmente só se u 5' <t:1 desprende da enzima depois de passar por uma segun.Pseudouridina 1 1 cido em configuração estérica (estrutura tridimensional) 1 ...13). depois. catalisadas por enzima. a saber. Como no u . X em 1974(Figura12.. Metilguanosina Oi mento pós-transcrição (clivagem..!) 1 1 G') !!! u aminoácido~ AMP + tRNA e 1 1 :::::> 1 1 G) ::: u aminoacil-tRNA ._.-U-C-C-G-G 1 '/".c. . funções de adaptadoras._. são produzidos por mo... pseudouridina. trevo do tRNA de alanina de 5. "'" . . •• ••• ••• . os tRNA foram mais sensíveis ram que as interações diretas entre os aminoácidos e os à análise estrutural que as outras moléculas maiores de trinucleotídios ou códons no mRNA eram improváveis.. 1965.. As análises químicas sugeri... As moléculas de tRNA maduras contêm Me vários nucleosídios que não estão presentes nos transcri- 1 .12 Sequência nucleotídica e configuração em folha de comuns. o Tendo em vista o pequeno tamanho (a maioria tem RNA transportador ( tRNA).. quência do códon no mRNA e emparelha suas bases com Deve estar clara a necessidade de que as moléculas a sequência de códon durante a tradução.. estrutura tridimensional do tRNA da fenilalanina de le- dios de tamanho). de 70 a 95 nucleotídios). alta especificidade apesar do tamanho quatro tRNA..~ G-C-G-C ~4 çj Os aminoacil~tRNA são os substratos para a síntese de &Q ~ ' 1 (") ii i (. Essas moléculas. e as.. o anticódon. a tradução da mensagem codificada dificações. Dimetilguanosina sim por diante). . O sítio P ou peptidil liga-se ao tRNA a que está aminoácido + ATP aminoacil-tRNA ..<0 1 ". . os tRNA são transcritos na forma de mo. :::. em 1958. como inosina. dios incorporados ao RNA durante a transcrição. ::::::. em vermelho e verde-escuro. ria Thermus thermophilus foi esclarecida com resolução de Embora os sítios de ligação ao aminoacil-tRNA estejam 0. O sítio A ou aminoacil-tRNA é ocupado por alanil-tRNAA1ª.:::. B. ligado o polipeptídio em crescimento.302 Fundamentos de Genética 5' Pares de bases unidos por ligações de hidrogênio 1 3' 56 \ Base não pareada 12 Esqueleto de ribose-fosfato Alca anticódon } Anticódon A B • FIGURA 12.. O sítio E ou de saída estrutura cristalográfica mostra as posições dos três sítios liga-se ao tRNA sem carga elétrica que está saindo. O sít io P ou peptidil é ocupado por fenilalanil-tRNAPhe.13 Fotografia (A) e desenho interpretativo (B) de um modelo molecular do tRNA de fenilalanina da levedura com base em dados de difração de raios X.14 Estrutura de ribossomo em E. coli. Cada complexo de ribossomo/mRNA tem três sítios de ligação ao aminoacil-tRNA. Uma molécula de mRNA (laranja). A localizados principalmente na subunidade 50S e a molécula Diagrama de ribossomo 705 Sítio E ou sítio de Sítio P ou de ligação Sítio A ou de ligação saída do tRNA ao peptidil-tRNA ao aminoacil-tRNA ----~~--. O sítio E ou de saída é ocupado por tRNAGty antes de se desprender do ribossomo. Subunidade 30S Ribossomo 70S . respectivamente. contribui para a especificidade dos sít ios de ligação ao tRNA.~ Direção de movimento A B • FIGURA 12. A.--1.55 nm por cristalografia de raios X (Figura 12. O sítio E está desocupado.::::::===:J 3' GGCUUUGCC Subunidade 50S Phe Ala Fenilalanil-tRNAPhe Alanil-tRNAAla ligado a polipeptídio em crescimento @ --------..:::::=::==::::::::.::::. que está ligada à subunidade 305 (verde-clara) do ribossomo. .vista cortada de modelo ' f p A ' mRNA 5· c::=~~:::.--. relativas dos rRNA e das proteínas ribossômicas. que estão localizados principalmente na subunidade SOS (azul} do ribossomo. 1 ---. com a cadeia polipeptídica em crescimento unida por ligação covalente ao tRNA da fenilalanina..~==~:. de ligação do tRNA na interface 50S-30S e as posições A estrutura tridimensional do ribossomo 70S da bacté.:::.. Os aminoacil-tRNA localizados nos sítios P e A são mostrados.1SA-C). mostrando o ribossomo completo (A) e as interfaces das subunidades SOS (B) e 30S (C). especificam as sequências de aminoácidos dos produtos dade para ligação do aminoacil-tRNA em cada sítio é prc:r gênicos polipeptídicos. Portanto.SS nm.14B). Os tRNA nos sít ios A. proteínas da subunidade 30S (azul-escuro). respectivamente. B.estrutura cristalográfica A B Subunidade 30S .15 Estrutura do ribossomo em Thermus thermophilus. a especifici. A tra- dons de mRNA se alinham nos sítios de ligação. L1. de mRNA esteja ligada pela subunidade 30S. Os tRNA garantem as moléculas adaptadoras longo de um mRNA (ou o mRNA é transportado através do necessárias para incorporar os aminoácidos aos polipep- ribossomo). de mRNA e. a especificidade de ligação do aminoacil-tRNA tídios em resposta aos códons no mRNA. subunidade 30S à direita. Com- ponentes: rRNA 165 (ciano). Subunidade S05 à esquerda. Estrutura cristalográfica do ribossomo 705 com resolução de O.estrutura cristalográfica • FIGURA 12. em uma sequência de aminoácidos zes por eles mesmos de se ligar a qualquer aminoacil-tRNA no seu produto polipeptídico pode ser dividida em três estágios: (1) iniciação da cadeia polipeptídica. A.estrutura cristalográfica Subunidade SOS . laranja e vermelho. Além disso. P e Esão mostrados em amarelo. proteína 7 da e subunidade pequena. e proteínas da subunidade SOS (magenta). TRADUÇÃO 1 A SÍNTESE DE POLIPEPTÍDIOS USANDO MOLDES DE mRNA Tradução l lniciação da cadeia polipeptídica Nós agora analisamos todos os principais componentes A iniciação da tradução abrange todos os processos que do sistema de síntese proteica. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 303 Ribossomo 70S . nos sítios A. P e E modifica-se à medida que diferentes c& várias proteínas solúveis participam do processo. Quando o ribossomo se move ao tradução. respectivamente. rRNA 235 (cinza). Interfaces da subunidade S05 e da subunidade 30S obtidas por rotação das estruturas mostradas em (A) 90º à esquerda (B) ou à direita (C). As moléculas de mRNA precedem a formação de uma ligação peptídica entre os . proteína 1 da subunidade grande. rRNA S5 (azul-claro). C. Os ribossomos proveem muitos porcionada pelo códon de mRNA que faz pate do sítio de dos componentes macromoleculares necessários para a ligação (Figura 12. dução da sequência de nucleotídios em uma molécula os sítios de ligação ribossômicos (mRNA negativo) são capa. 57. (2) alon- gamento da cadeia e (3) finalização da cadeia. depois. ::. subunidade 50S une-se ao complexo e forma o ribosso- ticipação da subunidade 30S do ribossomo. coli e. há algumas diferen ças. uma subun idade 30S livre interage específicos da iniciação da tradução em eucariotos.. uma molécula de GTP ( Figura 12. depois. iniciador especial.. em resposta a um códon de ini- Subunidade 30S f-metionil. além de pecial.::::::::::::::... examin emos primeiro a iniciação de cadeias tese de uma cadeia polipeptídica..::::.. o processo de iniciação conta com a par. com uma molécula de mRNA e os fatores de iniciação. coli.i ev' 5' e:=::( IF· l ):.16). IF-2 e IF-3. Complexo mRNA-subunidade 30 Os complexos formados na etapa 1 combinam-se uns aos outros e com IF-1 e GTP f-Met para formar o complexo de iniciação 30S.304 Fundamentos de Genética dois primeiros aminoácidos da nova cadeia polipeptídica. um tRNA mo 70S n a etapa final do processo de iniciação.::::::::=========i 3' AUG mRNA f-Met Formação de complexos de subunidades IF-2/tRNA~et Complexo IF-2/f-met-tRNA~et e IF-3/mRNA/30S. subunidades 30S e 50S toda vez em que completam a sín- Assim sendo. No primeiro estágio da polipeptídicas em E.:::::::::::::..-.. uma molécula de mRNA.::. ~ • IF·2 GDP P·1 . designado tRNA.. do ribossomo tRNAMet f lf·2 5' c:::====::::::. A Em E. coli.:::::::::==========~====:::::i 3' UAC Subunidade 50S do ribossomo 0""~ O Depois da liberação de IF-3..p . 1F:. GTP -V- Complexo de iniciação · -J.1 0 1 1 E A • 5' 3' AuG V uA e Ribossomo 70S \ • FIGURA 12. GTP é clivado e IF-1 e IF-2 são liberados. A tradução ocorre Embora vários aspectos do processo de iniciação sejam em ribossomos 70S. mas os ribossomos dissociam-se nas iguais em procariotos e eucariotos.:::. analisemos os aspectos iniciação da tradução.16 A iniciação da tradução em E. ...Met. a subunidade 50S une-se ao complexo de iniciação.:::. três fatores A síntese de polipeptídios é in iciada por um tRNA es- de iniciação de proteínas solúveis: IF-1. Com algumas moléculas de mRNA. no sí- para se ligar em resposta aos códons AUG internos. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 305 ciação da tradução (geralmente AUG. O 165 iniciador metionil-tRN~ Met interage com um fator de ini- • FIGURA 12. UCGAC. o iniciador AUG posicionado no sítio P. códon de iniciação AUG do mRNA. determinado códon AUG no início da tradução depen- quência próxima da terminação 3' do RNA ribossômico da da sequência nucleotídica contígua. Outro tRNA de me. do GTP e a liberação dos fatores de iniciação IF-1 e IF-2. os iniciador AUG e a G imediatamente subsequente são as mais importantes e influenciam a eficiência da iniciação em dez vezes ou mais. o processo geral é semelhante. Os mRNA procarióticos contêm um trecho de iniciação examina o mRNA. apenas o metio. o complexo (Figura 12. mo da subnidade 50S ao complexo de iniciação 30S para tionina. A etapa final na iniciação da tradução é o acrésci- explica o subescrito "f' no tRNAfMet). começa no códon AUG mais próximo da terminação 5' nominado sequência de Shine-Dalgarno em homenagem aos da molécula de mRNA. em eucariotos. Em seguida. As três bases são modificadas experimentalmente de maneira que não purínicas (A ou G) na direção 5' em relação ao códon possam mais formar pares de bases com o rRNA 16S. à procura de um códon AUG de iniciação da tra- zado cerca de sete nucleotídios upstream em relação ao dução. iniciando na extremida- de polipurinas conservado. O fator de iniciação Os dois tRNA de metionina têm o mesmo anticódon. apenas o metionil-tRNAfMet interage com 50S nunca estão associados à subunidade 30S ao mesmo o fator de iniciação proteico IF-2 para começar o processo tempo.. IF-3 controla a capacidade da subunidade solúveis. em home- nagem a Marilyn Kozak. Em eucariotos. de. A sequência ideal 16S. dade 50S possa se unir ao complexo. consenso AGGAGG. Desse modo. nil-tRNA/·1et liga-se ao ribossomo em resposta aos códons O acréscimo da subunidade 50S do ribossomo ao com- de iniciação AUG no mRNA. o alongamento da cadeia. mento de bases tem papel importante na tradução. que ocorre em sítio P. GUG (um códon valina o único aminoacil-tRNA que pode entrar diretamente no quando presente em posições internas). No entanto. de 5'. uma subunidade 30S do ribos. sem primeiro passar pelo sítio aminoacil (A). As modificações de outras bases da Sequência de Códon de iniciação sequência reduzem menos a eficiência da iniciação. tRNAMet. Em eucariotos. A formação do por dois aspectos. uma proteína de ligação ao cap (CBP) li- plexo de iniciação mRNA/subunidade ribossômica 305. os eucariotos contêm um V tRNA iniciador especial. O tio peptidil (P) com o anticódon do tRNA alinhado com o metionil-tRN~Met também se liga a ribossomos em respos. Assim como os procariotos. locali. O metionil-tRNAfMet é ta ao códon iniciador alternativo.. coli. somo e fator de iniciação IF-3 (Figura 12. é complementar a uma se.. IF-3 e a subunidade na.16). todos os polipeptídios começam com metionina de maneira muito ineficiente. mRNA modificados não são traduzidos ou são traduzidos tanto. deixando o metionil-tRNAMet plexo posiciona o tRNA iniciador. determinando a formação de dois complexos: (1) um contém o fator de especificidade de ligação ao aminoacil-tRNA nesse sítio e iniciação IF-2 e o metionil-tRNAfMet e (2) o outro contém criando condições para a segunda fase da síntese de poli- uma molécula de mRNA._U~G. do pareamento de bases entre uma sequência nucleo. a primeira a propô-las. do mRNA. às vezes GUG). e IF-3 tem de ser liberado do complexo antes que a subuni- ambos respondem ao mesmo códon (AUG) para metioni. responde a códons de metionina internos. as proteínas Em seguida. peptídios. portanto. a metionina aminotermi. Portanto.17). exceto 30S de começar o processo de iniciação.16). O comple. ga-se ao cap 7-metilguanosina na terminação 5' do mRNA. produzir o ribossomo 70S completo. O acréscimo da subunidade 50S requer energia de iniciação (Figura 12. o complexo IF-2/metionil-tRNAfMet e o funcionais não necessitam de uma metionina aminoter. perto da terminação 3 ' do rRNA 165 participa da formação do com. Essas Shine-Dalgarno da tradução exigências de sequência para iniciação ideal da tradução rA. Esse hexâmero conservado. (2) O complexo de iniciação forma-se na terminação 5' tídica perto da extremidade 3' do rRNA 16S e uma se. tRNAiMet ("i" de iniciador). metionil-tRNAfMet. Todavia. Quando as sequências de Shine-Dalgarno de mRNA de iniciação é 5'-GCC(A ou G)CCAUGG-3'. assim como em E. embora a eficiência do uso de cientistas que a descobriram. A metionina no tRNAfMet iniciador tem o grupo entre si e com o fator de iniciação IF-1 e uma molécula o de GTP para formar o complexo de iniciação 30S com- 11 amino bloqueado por um grupo formila (-C-H) (isso pleto. com a participação de vários fatores de iniciação IF-3. Por.17 O pareamento de bases entre a sequência de 5hi- ciação solúvel e entra no sítio P diretamente durante o ne-Dalgarno em mRNA procariótico e uma sequência complementar processo de iniciação. Região de 5' rRNA pareamento de bases Término o grupo amino do metionil-tRNAiMet não é formilado. complexo mRNA/ subunidade 30S/IF-3 combinam-se minal. a tradução geralmente códon de iniciação AUG. mas 3. nal é clivada de muitos polipeptídios.TA_ ·· · 3' em eucariotos são chamadas de regras de Kozak. A iniciação da tradução é mais complexa em euca- xo subunidade 30S/mRNA só se forma na presença de riotos. ( 1) O grupo amino da metionina no complexo subunidade 30S/mRNA depende em parte tRNA iniciador não é formilado como em procariotos. indicando que esse parea- durante a síntese. o segundo códon A iniciação da cadeia polipeptídica começa com a do mRNA está alinhado com o sítio A. Assim. coli. . não no sítio de início da tradução Shine-Dal- quência perto da extremidade 5' da molécula de mRNA garno/AUG como em E. . • • .:. Peptidil transferase (atividade de subunidade 50SJ e . com a especificidade proporcio- ----.. um aminoacil-tRNA entra e se liga mente igual em procariotos e eucariotos..---.:::=:::. outros fatores de iniciação ligam-se ao complexo cada aminoácido ao polipeptídio em crescimento ocorre CBP-mRNA.::::====~. leia Resolva! Controle da tradução em eucariotos.. coli.. Durante nil-tRNA/mRNA/subunidade 40S. 5· c:=::.--. . ..---. Na primeira etapa.=::::::==:. Todo o complexo de iniciação move-se em A do ribossomo. camente durante todo o processo de alongamento. os fatores de iniciação dissociam-se do complexo.:::~~..18 Alongamento da cadeia polipeptídica em E. --..----.. cionar o próximo códon no sítio A (Figura 12.....""p"? f-Met O aminoacil-tRNA entra O EF.. Para explorar melhor esse pro. translocação do ribossomo ao longo do mRNA para posi- e a subunidade grande (60S) liga-se ao complexo metio.306 Fundamentos de Genética Então...:.. O processo de alongamento da cadeia polipeptídica é basica. coli..P"? f-Met Ala O Transferência do polipeptídio em crescimento do tRNA no sítio P para o tRNA no sítio A. .-. Essas três etapas são repetidas cicli- o alongamento da cadeia..::. EF-Tu + UAC Ala Ala ~ ~GDP+• Pi ~___.:.---. O acréscimo de ao sítio A do ribossomo.~===~=::::i 3' AUG + . O complexo ribossomo 80S/mRNA/ carga elétrica são translocados dos sítios A e Ppara os sítios tRNA está pronto para iniciar a segunda fase da tradução.:=~~. : E P A ' 5' c:=~. : E P A ' • 1 1 5' i=~.----... formando o ribosso.. respectivamente. Fatores semelhantes partici- Tradução 1 Alongamento da cadeia polipeptídica pam do alongamento da cadeia em eucariotos.:::===~~=::::i 3' 1 1 AUGGCC I / / / --. .18). dio em crescimento do tRNA no sítio P para o tRNA no do o códon AUG. Quando se encontra um trinucleotídio sítio A pela formação de uma nova ligação peptídica e (3) AUG... o polipeptídio-tRNA nascente e o tRNA sem mo completo (SOS).:. : E P A .Tu no sítio A do ribossomo. '' f-Me • .f>. a 3ª etapa..-. buscan.' 1 ' \ Ala f-Met • FIGURA 12..:.--- 1 \ .:::~~::.::==~:..--.::..:... (2) transferência da cadeia de polipeptí- sentido 5' ~ 3' ao longo da molécula de mRNA.:::. / --..GTP \ . : E P A • 5' i==. seguidos pela subunidade pequena (40S) em três etapas: (1) ligação de um aminoacil-tRNA ao sítio do ribossomo..' . Aqui cesso.. GTP ---.::::=~~======i AUGGCC 3' ' \ . --..j.. são descritos os fatores solúveis participantes do alonga- mento da cadeia em E. .::..__ '-.-. + • P·1 -.:::====~==::::::=~===:::i AUGGCC 3' U ACCGI --..-. Pe E.-. . mas só é clivado depois que se forma a ligação peptídica.. A etapa de tra11slocação requer GTP e fator de alongamento G {EF-G).... Os três nucleotídios no anticódo11 do aminoa.-u-c. 1 ACATTTGCTT CTGACACAAC TGTGTTCACT AGCAACCTCA AACAGACACC ATGGTGCATC ----~~---1 TGACTCCTGA GGAGAAGTCT : E P A ...1 Adiante é mostrada a sequência nucleotídica do filamento não molde de uma parte do gene HBB humano ([3-globina) que es- pecifica a terminação 5' do mRNA de HBB.1) e seu conhecimento da iniciação da tradução em eucariotos. Depois da cli. A e11ergia para o movime11to do ribossomo é assegurada cil-tRNA têm de fazer par com os nucleotídios do códon pela hidrólise de GTP.--.. 5' ~-."'. Durante a terceira etapa no alongamento da cadeia._.com. e o tRNA sem carga elétrica no sítio P GDP f-Met é translocado até o sítio E._ . Controle da tradução em eucariotos GDP p... --. ao tRNA i10 sítio A O Translocação do (Figura 12..._... GCCGTTACTG CCCTGTGGGG De acordo com essa sequência.y O e-GTP correspondente à extremidade 5' do mRNA.. '.........br...~~~~~====~==~~ 3' liga a ami11oacil-tRNA... o • peptidil-tRNA presente no sítio A do ribossomo é translo- p. que hidro- lisa uma molécula de GTP nesse processo.. E preciso observar que a atividade tRNA que sai : E P .P-. -.18 (continuação) ....18).... A translocação do peptidil-tRNA de mRNA no sítio A.c---. EF-Tu·GDP é convertido na forma AUGGCCUCC UACCGI AGI EF-Tu·GTP ativa pelo fator de alongamento {EF-Ts).y Isso despre11de a cadeia em crescimento do tRNA no sítio Pe une a cadeia. exceto o metionil-tRNA..--~ 3' em uma proteína ribossômica. Lembre-se de que o filamento não molde terá a mesma sequência do transcrito do gene. EF-Tu i11terage com todos os aminoacil-tRNA.- c-c. ção..y http://gen-io. sugerindo que pode percorrer a molécula de mRNA.. talvez outro resquício de . porém com Tem lugar de U.... . / o .AP....1 Ala cado até o sítio P. A posição 1 é o nucleotídio f·Met Ala Repetição . atividade enzimática i11trí11seca da subuni- crescimento do sítio A ~ para o sítio P e do dade 50S do ribossomo.:.:. ...--____...... EF-Tu·GDP é inativo e não se P A ' : E 5' e:::==::::.-....P.. o código genético (Tabela 12. f-Met 1( ..P-.- ... A formação da li- gação peptídica requer a hidrólise da molécula de GTP levada até o ribossomo por EF-Tu na 1ª etapa.--c.. .. EF-Tu·GDP se ----~~--. A segu11da etapa no alongamento da cadeia é a forma- ção de uma ligação peptídica entre o grupo amino do ami- noacil-tRNA no sítio A e a terminação carboxila da cadeia \ \ polipeptídica em crescimento ligada ao tRNA no sítio P '. 1.grupogen.u ""c. 1 [3-globina humana...ragem de GTP.18).. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 307 .P. ra 12. O ribossomo passa por alte- rações da conformação durante o processo de transloca- nada pelo códon de mRNA alinhado com o sítio A (Figu. 1 \ ~ Leia a resposta do problema no site .. Ala Repetição 8 f-Met f-met-tRNAfmet sai do sítio E sítio A. Essa etapa requer o fator de alonga.. quando o ribossomo se move três nucleotídios em direção à extremidade 3' da molé- • FIGURA 12.. . desprende do ribossomo. . > 1 UACC~ um mundo inicial co11stituído de RNA.. Repetição .A. por ligação covalente. . ribossomo pronto para iniciar o próximo ciclo de alon- O GTP é i1ecessário para ligação do aminoacil-tRNA ao gamento da cadeia..:. peptidil transferase está na molécula de rRNA 23S e não para o sítio E.. cula de mRNA._. Essa reação essencial é catalisada por pep- polipeptídio-tRNA em tidil transferase.... .P.. do sítio A para o sítio P deixa desocupado o sítio A e o mento Tu que transporta uma molécula de GTP ( EF-Tu·GTP)..P-.. determine a sequência de aminoácidos aminoterminal da ..~~ A . Essa reação desprende o poli- rapidez. a atividade da peptidil transferase de tal modo que ela lirribossomos que contêm de 50 a 80 ribossomos. durante a síntese. A quando um dos três códons de término da cadeia (UAA. . PONTOS ESSENCIAIS • As informações genéticas nas sequências de nucleotídios das moléculas de mRNA são traduzidas em sequências de aminoácidos nos produtos gênicos polipeptídicos por máquinas macromoleculares intricadas denominadas ribossomos • O processo de tradução é complexo e exige a participação de muitas moléculas diferentes de RNA e proteína • As moléculas de RNA transportador atuam como adaptadores.1 µm • FIGURA 12. a Tradução 1 Término da cadeia polipeptídica proteína da seda fibroína. Em eucariotos.As setas apontam os polipeptídios da fibroína em crescimento. iniciar outro ciclo de síntese proteica. Portanto.05 s. acrescenta uma molécula de água à terminação carboxila O alongamento da cadeia polipeptídica avança com do polipeptídio nascente. 15 segundos. Em E. é sintetizada em grandes po. RF-1 e RF-2. Barbara Hamkalo e colaboradores. mediando a interação entre aminoácidos e códons no mRNA • o processo de tradução é dividido em iniciação. a síntese de um concluído pela liberação da molécula de mRNA do ribos- polipeptídio contendo 300 aminoácidos leva cerca de somo e dissociação do ribossomo em suas subunidades. as três etapas necessárias para acres. Dada a sua complexidade. awngamento e término das cadeias polipeptídicas e é controlado pelas especificações do código genético. coli. coli. a precisão e a Então. crito. conforme já des- dinárias. Desse modo. as cadeias polipeptídicas Em E. Observe o aumento do comprimento à medida que se aproxima da extre- midade 3' da molécula de mRNA. por proteínas solúveis chamadas fatores de liberação (RF).20). a translocação do tRNA livre para o sítio E. pode ser observado ao micros- cópio eletrônico com o auxílio de técnicas desenvolvidas O término do alongamento da cadeia polipeptídica ocorre por Oscar Miller. as subunidades ribossômicas estão prontas para eficácia do aparelho de tradução são realmente extraor. A presença de um fator de liberação no sítio A altera sa superior a 200. O alongamento de um polipeptídio eucariótico. um único fator desde a extremidade 5' até a extremidade 3' do mRNA de liberação (eRF) reconhece os três códons de término. (Figura 12.308 Fundamentos de Genética 0. com mas. se mantém estendida Esses três códons de término podem ser reconhecidos na superfície do ribossomo nas condições usadas por Mil. A fibroína é uma proteína grande.19 Observação do alongamento de polipeptídios de fibroína na região posterior da glândula sericígena do bicho-da-seda Bombyx mori. existem dois fatores de liberação. peptídio da molécula de tRNA no sítio P e desencadeia centar um aminoácido à cadeia polipeptídica em cresci. porém. Afibroína. RF-2 observadas ligadas aos ribossomos quando são examinadas reconhece UAA e UGA.000 dáltons. UAG maioria das proteínas dobra-se na superficie do ribossomo ou UGA) entra no sítio A do ribossomo ( Figura 12.19). ler e colaboradores. O término é mento levam cerca de 0. nascentes cujo comprimento está aumentando podem ser RF-1 reconhece os códons de término UAA e UAG. :..:::::::. ""'O O fator 1 de liberação liga-se ao códon de término UAG no sítio A do ribossomo e tRNAPhe sai do sítio E.P_.::~~~~~==::::=:~l-3!--" :uU\C G G C~ A G :AAGCC 1 V-f---~.::=:=.. 1 -------. Com a descoberta . ... O grupo formila da formilmetionina é retirado durante a tradução.:::::...---1-.P_..:::===~:. ""'O ~ Desprendimento do polipeptídio nascente PJa e RF-1 e transferência de tRNAGly do sítio P para o sítio E.. as atenções se voltaram para o mecanismo usado pela sequência dos quatro diferentes tídio são especificados por códons de RNA constituídos de nucleotídios do DNA para controlar a sequência dos 20 três nucleotídios.P_. 1 : E P A • RF-1 tRNAGly_--\... Códig. tura dos polipeptídios.:::i.. ...__ en _e_'t_ic_o_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ O código genético é um código sem sobreposição em que Qu ando se descobriu que os genes controlavam a estru- cada aminoácido mais a iniciação e o término do polipep.._ o'"' .. ----~~--.---~~--. coli. aminoácidos presentes nas proteínas...::. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 309 ---.~ ~u u e G G e u A G 1 1 CC I 1 . 5· c:::====:::::..-fiiJ "-\t-._.. ~~ ---1 : E P A ' 5' r::::====::. ""'O Dissociação do complexo mRNA-tRNA-ribossomo.20 Término da cadeia polipeptídica em E. Códon RF-1 de término Fator 1 de liberação Gly Met -@-'. 1 1 \ Gly '\t-.--___. : E P A . '\t-... Polipeptídio nascente mRNA 5' c:::========================:::::i 3' Subunidade 30S do ribossomo Subunidade 50S do ribossomo tRNAGly • FIGURA 12.::::. A exemplo da mutação original. na prática. TT ou (3) AA. os símbolos ou proflavina é um agente mutagênico que causa acrésci- as letras usados no código têm de ser as bases. é possível reconhecer ou ler 2. Cada nucleotídio cada sequência nucleotídica durante a tradução de três no mRNA pertence a apenas um códon. Esse 4. não por reversão da mutação original. O código genético não tem so!Yreposições. O código genético é constituído de trinuc"leotídios. original era um acréscimo ou deleção de apenas um par de bases. Códons específicos são usados para iniciar e finalizar Crick e colaboradores. coli. O código genético é quase universal.310 Fundamentos de Genética do mRNA intermediário (Capítulo 11). de uma mutação rII induzida por proflavina. Duas bases por códon resul. classificaram todas as as cadeias polipeptídicas. são especificados por mais de um códon. as mutações supressoras têm de ser dele- 1. Então. Antes de efeito(s) da mutação original. GCC. sem geralmente tinham fenótipo selvagem. Três bases por códon resultam em o acréscimo de três pares de bases ou a deleção de três 4 3 ou 64 códons possíveis. Da mesma forma que os Vinte aminoácidos diferentes são incorporados aos po. mas se desenvolvem como o fago tipo selvagem em células da linhagem B de E. pressoras foram isoladas como mutantes simples por exa- 5. desde vírus até os seres humanos. CTT. Por exemplo. anali. Francis Crick e colaboradores publicaram a a ser como a sequência de quatro bases nas moléculas de primeira forte evidência de apoio a um código tripw (três mRNA poderia especificar a sequência de aminoácidos nucleotídios por códon). um aparente excesso. Crick e colaboradores concluíram que se a mutação semos suas propriedades mais importantes.218) ou três mutações (-) tariam em apenas 4 2 ou 16 códons possíveis. no mínimo (+) ou duas mutações (-) sempre tinham fenótipo mu- 20 códons diferentes têm de ser formados com as quatro tante. com o surgimento quase diário de novas selvagem em um organismo mutante são denominadas informações. destacarmos características específicas do código. Os mu- constitui um códon. mutações isoladas em dois grupos. induzidos por proflavina. as mutações com propriedades químicas similares são muito seme. a leitura dos um único par de bases altera a matriz de leitura do gene e códons é consecutiva.21). ex. três mutações (+) (Figura 12. O código genético não tem vírgulas. Crick e colaboradores fizeram de um polipeptídio. os recombinantes com duas mutações lipeptídios durante a tradução. cada códon con- original. a leitura da sequência casos raros de sobreposição de genes nos quais uma AAAGGGCCCTTT pode ser (1) AAA. O tipo selvagem de T4 desenvolve-se igualmente PROPRIEDADES DO CÓDIGO GENÉTICO 1 bem nas duas linhagens. a análise genética de mutações induzidas no wcus rll do co que correlaciona as sequências de bases do mRNA às bacteriófago T 4 pela substância química proflavina. revertentes. GGC. tações em um segundo sítio que restauram o fenótipo ria da ciência. mas o que mos e deleções de um par de bases (Capítulo 13). e assim por diante. O código genético é degenerado. eles construíram recombinantes que tinham várias com- TRÊS NUCLEOTÍDIOS POR CÓDON binações das mutações (+) e (-). O resultado decisivo foi que recombinantes com bases existentes no mRNA. respectivamen- nucleotídios no mRNA especificam um aminoácido te. os códons têm o mesmo significado em todos os ideia de qual grupo era qual). T. da. portanto. O código genético é ordenado. CCT. ras. Em meados da década de 1960. Portanto.21A. Crick e colaboradores isolaram mutações supresso- tídio. embora eles não tivessem ções. mutantes simples. Qual é a natureza do código genéti. supressoras produzem fenótipos mutantes rII. AGG. pares de bases deixava a porção distal do gene com a ma- . ou suprimem. O código genético contém códons de iniciação e de término. Todos os aminoácidos. mais (+) e menos (-) 7. o que. sequência nucleotídica é lida em duas matrizes de lei- (2) A. especificam aminoácidos. a unidade ou palavra que especifica tantes rll do fago T4 são incapazes de se desenvolver em um aminoácido ou. Durante a tradução. Isso indicava que dúvida. Se trinucleotídios sequenciais de um mRNA tém três nucleotídios. tura diferentes. efeito é ilustrado na Figura 12. TTT. exceto em maneiras diferentes. o código mutações supressoras. me da prole resultante do retrocruzamento com o tipo terminado aminoácido e códons para aminoácidos selvagem. Com poucas exce. o(s) genético foi desvendado em sua maior parte. geralmente diferindo em apenas um nucleo. AAG. Demonstrou-se que esses re- As principais características do código genético foram vertentes eram produzidos por outras mutações em sítios esclarecidas na década de 1960. (para acréscimos e deleções. um aminoacil-tRNA? células da linhagem K12 de E. induzidas por proflavina. CCC. A matriz de leitura de um mRNA é a série de trinucleo- 3. O acréscimo ou a deleção de moléculas de mRNA. A sequências de aminoácidos? Sem dúvida. Crick e colaboradores isolaram CONSIDERAÇOES GERAIS. é insuficiente. As mu- foi um dos acontecimentos mais empolgantes na histó. com base na conclusão de organismos vivos. então. GGG. originais. das mutações supressoras 6. que uma mutação (+) suprimiria uma mutação (-). as mutações su- ceto dois. a dúvida passou Em 1961. Três ções ou acréscimos de um par de bases. ocorridas em um ou mais sítios próximos da mutação no produto polipeptídico. Então. porque anulam. coli. o mRNA para aquela parte do gene distal à mutação. A decifração do código próximos. Vários códons para um de. mas não outra mutação(+) e vice-versa (Figura 12. Não há vírgulas nem tídios que são lidos (posicionados no sítio A do ribosso- outro tipo de pontuação nas regiões codificadoras das mo) durante a tradução. Em segui- lhantes. A_I.Lys .C~A.Arg . DNA ATG ATT GTA CCC AAA GGG TTT· · · · · CCC TAG •• •• ••• •• •• •• ••• •• •• ••• ••• ••• •• •• •• ••• ••• ••• •• •• •• ••• ••• ••• ••••••• (Gene} Transcricão ' Fenótipo mRNA A uG A uu GuA eee AA A G GG uuu. 'e. . DNA ATG TTT CCC AAA GGG TTT · · · · · CCC •• •• ••• •• •• •• ••• ••• ••• •• •• •• •••• •••• •••• •• •• •• TAG ••• ••• ••• ••••••• (Alelo selvagem} TAC AAA GGG TTT CCC AAA GGG ATC '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' Transcrição Fenótipo mRNA AUG UUU CCC AAA GGG ULJLJ._G_Q .U C. .(term} Aminoácidos Sequência original de alterados aminoácidos restaurada A Recombinante contendo três acréscimos de um par de bases tem matriz de leitura tipo selvagem. A G A T"" e"' /T Inserção de três pares de bases.. .Phe · · · · · Pro .lle . DNA ATG ATT TCC CAA AGG GTT T· · · · ·CC CTA G •• •• ••• •• •• •• •• ••• ••• ••• •• •• •• ••• ••• ••• •• •• •• ••• • ••• ••• •• •• • •• (Alelo mutante} TAC TAA AGG GTT TCC CAA A .A ~ G.Lys . .A~ u. .s $ .Lys .lle .(term} Sequência alterada Sequência de aminoácidos com acréscimo de tipo selvagem original B um aminoácido • FIGURA 12.Phe · · · · · Pro . .21 Primeiras evidências de que o código genético é um código triplo. .Ser . · · · · 'CCC UAG selvagem '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' -y-' '-y-' Inserção de apenas um Tradução par de bases Proteína Met .Q. .(término} .Ay -G' selvagem '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' Tradução Proteína Met .Pro .Phe . .. . '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' V V V Transcrição Fenótipo Mutação mRNA .lle .Pro .Phe · · · · · Pro . .Gly . ~ s mutante supressora Tradução (deleção de apenas um par de bases} Proteína Met . .e e uA G selvagem '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' y-' '-y-' Tradução Proteína Met . .inserção do par de bases i altera a matriz de leitura.ye-e' 'u.Gln .. . ····· . C.Ç__.'e.. Veja detalhes no texto.Ser . Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 311 A deleção de apenas um par de bases restaura a matriz de leitura modificada pelo acréscimo de apenas um par de bases. ~· " . DNA ATG ATT TCC •• •• ••• •• •• •• AAA GGG TTT · · · · ·CCC •• •••• ••• •• •• •• •••• ••• ••• •• •• •• ••• •••• ••• TAG • • ••••• (Mutante de alelo TAC TAA AGG TTT CCC AAA duplo revertente} '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' '-y-' Transcrição Fenótipo mRNA A uG A uu uee A A A GG G uuu .Gly .Gly .Vai .Vai .G ~ U.-A-.. . Leu - Sequência de aminoácidos alterada A deleção do par de bases ~ restaura a matriz de leitura original.e~A. Os resultados desses ensaios de ligação ao ribossomo ativada por trinucleotídios ajudaram os cientistas a decifrar o código genético. Na verdade. GUU. (Figura 12. Esse resultado só seria esperado A decifração do código genético exigiu que os cientis- se cada códon tivesse três nucleotídios. Novas informações acumu. Em go foi um grande desafio. Combinando os resultados dos experi- Esses resultados são compatíveis apenas com um código mentos de tradução in vitro feitos com mRNA sintético triplo. pos de experimentos. Nirenberg e ção na matriz de leitura 3. dios eram suficientes para estimular a ligação específica de vegetais e animais? As respostas a essas perguntas foram aminoacil-tRNA aos ribossomos.1).a era da decifração do código repetidas guiaram a síntese de uma mistura de três homo. Khorana compartilharam o Prêmio Nobel de Fisiologia Por fim. policisteína e polivalina.foi um dos períodos mais empolgantes na polímeros (com iniciação aleatória nesses mRNA nos sis. genético . DECIFRANDO O CÓDIGO CÓDONS DE INICIAÇÃO E DE TÉRMINO A decifração do código genético na década de 1960 le- vou vários anos. GUU. do para iniciar cadeias polipeptídicas (Tabela 12. por exemplo. Philip Le- UUG. rie de inovações. (Os subescritos n e m indicam o nú. e a tradu. cidos? (2) Quantos dos 64 possíveis códons de trinucleo- firmaram a natureza trinucleotídica do código. que identificou a sequência nucleo- de nucleotídios de genes e mRNA com as sequências de tídica completa do tRNA da alanina de levedura. Quan.312 Fundamentos de Genética triz de leitura selvagem. Os códons têm o mesmo significado em vírus. Decifrar o código genético foi uma temas in vitro). casos raros. Ochoa aminoácidos de seus produtos polipeptídicos. Alguns tídios são usados? (3) Como é pontuado o código? (4) dos resultados mais importantes foram: (1) Os trinucleotí. GUG é usado como códon de iniciação. os pesquisadores identificaram sistema de tradução in vitro. UUG. foi sintetizado o copolímero quais aminoacil-tRNA foram estimulados a se ligar aos ri- repetido (cys-val)m. Ghobind Khorana. . e ensaios de ligação a trinucleotídios. Por exemplo. 64 códons trinucleotídicos (Tabela 12. berg. bactérias. No segundo tipo de experimento. (1) Que Dados obtidos por estudos in vitro da tradução logo códons são especificados por cada um dos 20 aminoá- apoiaram os resultados de Crick e colaboradores e con. O primeiro tipo de experimento foi a tradu- continham sequências dinucleotídicas repetidas guiaram ção de moléculas de mRNA artificiais in vitro e a identifi- a síntese de copolímeros (grandes moléculas semelhantes cação de quais dos 20 aminoácidos foram incorporados a cadeias constituídas de duas subunidades diferentes) às proteínas. H. produz polivalina. ambos com emprego de sistemas (2) Moléculas de mRNA sintetizadas quimicamente que acelulares. Marshall Niren- do poli(UUG)n é traduzida na matriz de leitura 1. informações genéticas no nível da tradução. meros. produz policisteína. Por exemplo.22 Estimulação da ligação de aminoacil-tRNA aos ribossomos por míni-mRNA trinucleotídicos sintéticos. é produzida polileucina. bossomos ativados por cada mensagem do trinucleotídio mero de nucleotídios e aminoácidos nos respectivos polí. já recebera o Prêmio Nobel de 1959 pela descoberta da RNA polimerase. 5'-UUU-3' obtidas principalmente a partir dos resultados de dois ti- estimulou a ligação de fenilalanil-tRNAPhe aos ribossomos. mas às vezes eram incompatíveis procariotos quanto em eucariotos. Tanto em lavam-se com rapidez. a natureza trinucleotídica do código foi estabe. Severo Ochoa. tas obtivessem respostas para várias perguntas. e o progresso veio em uma sé- de uma mistura de polileucina. história da biologia.22).) (3) Já os mRNA com sequências trinucleotídicas A década de 1960 . Ribossomos ativados por Subunidade 30S um mini-mRNA trinucleotídico do ribossomo 5' 1 13• @:@:§ na presença de Estimula a ligação de aminoacil-tRNA Subunidade 50S do ribossomo 14C-Phe 14C-Phe Fenilalanina-tRNAPhe marcada com 14C Complexo trinucleotídio/fenilalanina-tRNAPhe/ribossomo • FIGURA 12. UGU. os ribos- com sequências alternadas de aminoácidos. UGU. com suas três diferentes matrizes de leitura. mas a tradução na matriz der e seus colaboradores identificaram o significado dos de leitura 2. com acirrada competição entre muitos O código genético também assegura a pontuação das laboratórios de pesquisa. somos foram ativados por míni-mRNA com apenas três quando se usou poli (UG) n como mRNA artificial em um nucleotídios. ou Medicina de 1968 por seu trabalho sobre o código lecida definitivamente por comparação das sequências com Robert Holley. Em seguida. poli(UUG)n guiou a síntese tarefa difícil e cansativa.1). a decifração do códi. o códon AUG é usa- com dados anteriores. GGG. Todos os aminoácidos. CGC e -- • Ln e CUA >Leu (L) CCA Pro (P) CAA - Gln (Q) CGA >Arg (R) A -- • C") g -~ CUG_ CCG_ CAG. e A Thr (T) .UAG. exceto a metionina e o triptofano. - ·- Q) AUU. um fator de liberação único que reconhece os três có. ACA AAA AGA A . G AUG (iniciador) . um códon AUG tem de suceder uma sequência nucleotídica apropriada. Em procariotos. UGC. ( 1) A degeneração parcial ocorre quando a tercei- resposta aos códons UAA e UAG. pirimidina. UCG_ UAG Parada UGG Trp (W) G (terminador) . Na degeneração parcial. códon por aminoácido é denominada degeneração ( embo- cida por tRNAMet. o códon é obriga. 5' da molécula de mRNA para servir como códon de Três aminoácidos .são espe- iniciação da tradução. - cuu ccu CAU CGU u His (H) cuc ccc CAC . - UGU . Existem basicamente dois tipos de degenera- liberação. e GUG é reconhecida por um tRNA ra a conotação habitual do termo não seja apropriada). ACU AAU > Asn (N) AGU >Ser (S) u E ~ AUC >lle (1) ACC AAC .1 O Código Genético.leucina.especificam o tér. ou vice-versa.1). cificados por seis diferentes códons cada um. o códon de iniciação é reconhecido por UM CÓDIGO DEGENERADO um tRNA iniciador. GGC e G GUC >Vai (V) GCA >Ala (A) GAA - GGA >Gly (G) A D = Códon de iniciação da cadeia polipeptídica GUA > Glu (E) GU GCG_ GAG. Nas posições internas. GAU GGU. Cada um dos outros aminoácidos ribossomo ao examinar a molécula de mRNA a partir da tem dois ou quatro códons. > Lys (K) >Arg (R) Met (M) ACG_ AAG .1). Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 313 Tabela 12. tRNArMet em procariotos e tRNAiMet E ORDENADO em eucariotos. G D = Códon de término da cadeia polipeptídica ªCada sequência trinucleotídica ou códon é a sequência nucleotídica no mRNA (não no DNA} que especifica a incorporação do aminoácido indicado ou o término da cadeia polipeptídica. . mas Três códons . muito bem organizada. Os símbolos de uma letra para os aminoácidos estão entre parênteses depois das abreviaturas padronizadas de três letras. RF-1 termina os polipeptídios em ção. u > Asp (D) GCC GAC. RF-1 e RF-2. a se. - GUU GCU. os múlti- mino da cadeia polipeptídica (Tabela 12. e u . Esses códons plos códons que especificam determinado aminoácido são reconhecidos por fatores de liberação de proteínas diferem apenas em uma base. Na maioria dos casos. A isoleu- toriamente a primeira sequência AUG encontrada pelo cina tem três códons. A degeneração no código genético não é aleatória. Os eucariotos têm uma das duas purinas (A ou G). ao passo que RF-2 causa ra base pode ser uma das duas pirimidinas (U ou C) ou o término nos códons UAA e UGA. serina e arginina . Nos dois casos.ª Segunda letra u e A G uuu - ucu . AGG . ucc UAC . a terceira base ou base 3' e não por tRNA. no segmento não traduzido são especificados por mais de um códon (Tabela 12. AUG é reconhe. u UAU > Phe (F) > Tyr (Y) >Cys (C) uuc. Em eucariotos. CGG. - AUA . a substituição da terceira base de uma purina por uma dons de término. . da valina. modifica o aminoácido especi- . A ocorrência de mais de um extremidade 5'. G -f! Q) . Os procariotos contêm dois fatores de do códon. >Ser (S) - UUA UCA UAA Parada UGA Parada A >Leu (L) (terminador) (terminado1} UUG. quência de Shine-Delgarno. . UAA e UGA . AGC . . produzindo hidroximetilcitosina (hmC) que. GUC.G . Portanto.1). isoleucina e valina) diferem ta. que substituições de crito de um filamento-molde de DNA com a sequência 3' -TCT-5' aminoácidos serão induzidas nas proteínas codificadas pelo vírus? (invertendo a polaridade para manter as bases na mesma ordem). A C nessa sequência pode ser hidroximetilada. os códons resultantes ainda especificam os mesmos A A A aminoácidos. a Proteína Arginina 5' 3' A .. FATOS E CONCEITOS que fará par com a adenina. muitas substituições de posição no códon.. isoleucina por \rali11a). por mutagenos... ! Tradução lanina UUC poderia ser modificado para um códon de fenilalanina Proteína Lisina UUU. Os únicos aminoácidos especificados por códons que não têm al- ANÁLISE E SOLUÇÃO vos de substituição de aminoácidos induzida por hidroxilamina são A resposta à pergunta sobre quais substituições de aminoácidos são feni lalanina (UUU e UUC). A . das duas pirimidinas ou uma das duas purinas. Além disso. a \ralina é codificada aminoácido por outro com propriedades químicas por GUU. isoleucina (AUU.o significado das 64 sequências tivas.. Consi- do par de bases G:C por A:T no DNA.. ou seja. DNA T T T cação do par de bases que especifica a base 3' no códon. Esse processo é apresentado no especificado se a base no nucleotídio 3' de um códon for uma diagrama adiante.é mostrada na Tabela 12. um exemplo dos efeitos da hidroxilamina será a substituição 3. Se o par de bases G:C ocupar a terceira posição (3 ') da trinca.G. degenerados com G ou C na terceira posição (3'). A . produzindo hmC.T:A (onde a primeira base está no filamento-molde)..A. A degeneração completa ocorre quando os dois primeiros mRNA 5'-AAA-3'. ao contrário da citosi. GUA e GUG (Tabela 12. Ela induz 3' 5' substituições G:C -A:T e C:G . . Mas em nenhum desses casos há substituição do aminoácido.. a hidroxilamina só induz substituições de aminoácidos nos casos i Transcrição Replicação 5. qualquer uma das quatro bases pode estar na terceira em apenas uma base.1 . 5' 3' 5' 3' 4... Possíveis alvos da mutagênese os outros aminoácidos são especificados por trincas de pares de de hidroxilamina são os trinucleotídios de DNA especificadores de bases de DNA que contêm um ou mais pares G:C. Portanto. em que C é o alvo códons de mRNA contendo C e G na primeira (5') e segunda posi. .___ 3' em que o código genético NÃO é degenerado. ---------~ . Apenas dois códons não são degenerados na posição 3' 5' Tradução 3'. A tradução do mRNA levará à inserção de Usina nucleotídios em um códon de mRNA são suficientes para deter. muito semelhantes (p.oi. Na Os cientistas deduziram que a ordem no código ge. . melhan tes (como leucina. no polipeptídio produzido porque AAA é um códon de Usina. A degeneração parcial ocorre quando o mesmo aminoácido é de resíduos de arginina por Usina. faz par com a adenina. No entanto. Por- minar o aminoácido no polipeptídio especificado pelo mRNA. ele será trans- de um vírus como o fago T4 com hidroxilamina. . tipo dão origem a produtos gênicos ativos. em potencial da mutagênese por hidroxilamina.314 Fundamentos de Genética ficado pelo códon. quando 3' mRNA 5' A.A bem da verdade.. e ainda assim o códon especifica o um único par de bases causam a substituição de um mesmo aminoácido. Muitas substituições nimiza os efeitos das mutações. Por exemplo. poderia ser modificado para um códon de Usina AAA. Nos códons com degeneração completa ou parcial na posição 3'. 51 dos 64 na. tirosina induzidas pela hidroxilamina requer análise meticulosa da natureza (UAU e UAC).. Previsão das substituições de aminoácidos induzidas por mutágenos PROBLEMA ções nos códons e os trinucleotídios especificadores de códons não A hidroxilamina (NH20H) transfere um grupo hidroxila (-OH) para a ci. Todos do código genético (Tabela 12. A.. os Pre. AUC e AUA).. Para avaliar sua com- de bases na terceira posição de códons i1ão modificam preensão do código genético. hidroxilamina não induz substituições de aminoácidos por modifi. Ao se tratar o DNA bifilamentar dere como exemplo o códon de arginina 5' -AGA-3'. por exemplo.risão das substituições de aminoácidos induzidas / códons de aminoácidos com propriedades químicas se. a hidroxilamina induz a substituição trinucleotídios de DNA contêm pares de bases G:C ou C:G. e a transcrição dessa sequência produzirá um códon de 2. há mais alvos em potencial nos genomas que não alvos. as substituições conser\rativas desse nético se desenvolveu como um mecanismo para mini. ex. a base presente como nucleotídio 3' do códon determina seu A G A i T hmC T significado. Após duas replicações semiconserva- 1. A natureza do código genético .. (2) No caso de degeneração comple. tosina. Replicação 6. asparagina (AAU e AAC) e lisina (AAA e AAG). eles são 5'-AUG-3' (metionina) e 5'-UGG-3' (triptofano). T e T T hmC T 3' 5' 3' 5' 5. em vista da degeneração parcial i Transcrição mRNA 5' 3' ou completa. pares de bases de DNA que contenham G:C. Um códon de lisina AAG... o fi lamento-molde de DNA conterá a sequência 3' -TTT-5' de trinucleotídios no mRNA . maioria dos casos.. A hidroxilamina só altera códons especificados por trincas de A A Hidroxilamina A DNA . ou um códon de fenila.. . tanto. o que mi- mizar a letalidade das mutações. nesse sítio. . leia Problema resolvido: o aminoácido especificado pelo códon.1 ). A.. As mitocôndrias têm seus pró. Na verdade. é preciso que vários tRNA diferentes reconheçam tRNA para os seis códons da serina. e não finalização cidos causadas por mutações e do sequenciamento corre. 61 especificam aminoácidos e 3 sinalizam o término da cadeia • O código não é sobreposto (cada nucleotídio faz parte de um único códon). (2) AUA é um códon de metionina. Intera ões códon-tRNA Os códons nas moléculas de mRNA são reconhecidos por a interação códon-anticódon. em todas as espécies. com poucas exceções. No entanto. com poucas exceções. O pareamento da terceira base do códon G u ou e é menos rigoroso e possibilita o que Crick chamou de oscilação nesse sítio. os códons têm o mesmo mamíferos e no mRNA nuclear (Tabela 12. é degenerado (a maioria dos aminoácidos é especificada p& dois ou quatro códons) e é &denado (aminoácidos similares são especificados p& códons semelhantes) • O código genético é quase universal. leveduras de alguns protozoários. feros.2 tRNA 1 A HIPÓTESE DA OSCILAÇÃO Pareamento entre a base 5' dos anticódons de tRNA e a base 3' dos códons de mRNA de acordo com a A ligação de hidrogênio entre as bases nos anticódons de tRNA e os códons de mRNA seguem regras rígidas hipótese da oscilação. (1) UGA especifica triptofano. Três tRNA foram ca- os diferentes códons especificadores de determinado racterizados para serina: (1) tRNAserl (anticódon AGG) aminoácido ou que o anticódon de determinado tRNA liga-se aos códons UCU e UCC. tocôndrias de outras espécies e em transcritos nucleares digo ocorrem em mitocôndrias de mamíferos. Atualmente há uma enorme quantidade de informações. ticódon UCG) liga-se aos códons AGU e AGC. Em vista da degeneração do código ge- hipótese da oscilação também previu a ocorrência de três nético. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 315 UM CÓDIGO QUASE UNIVERSAL (Capítulo 15). os 64 trinucleotídios têm o mesmo significado em todos os &ganismos. (2) tRNAser2 (anticódon seja capaz de formar pares de bases com vários códons AGU) liga-se aos códons UCA e UCG e (3) tRNASer3 (an- diferentes. como essas exce- e várias outras espécies.1). isoleucina e (3) AGA e AGG são os códons de término litam uma comparação do significado dos 64 códons em da cadeia. de pareamento na terceira base do códon durante 1 A. isto é. RECONHECIMENTO DE CÓDONS POR Tabela 12. PONTOS ESSENCIAIS • Todos os 20 aminoácidos nas proteínas são especificados p& um ou mais trinucleotídios no mRNA • Dos 64 trinucleotídios possíveis. Nas mitocôndrias de seres humanos e de outros mamí- obtidas por estudos in vitro. Desde então sua proposta aminoacil-tRNA durante a tradução. A tradução de uma sequência de nucleotídios no mRNA A hipótese da oscilação previu a existência de pelo menos na sequência correta de aminoácidos no produto polipep- dois tRNA para cada aminoácido com códons que apre- tídico exige o reconhecimento preciso de códons pelo sentam degeneração completa. de pareamento de bases somente para as duas primeiras Base no anticódon Base no códon bases do códon. em vez dos códons de arginina. Com base nas distâncias moleculares e G e em aspectos estéricos (estrutura tridimensional). Os outros diferentes espécies. não de lacionado de ácidos nucleicos e polipeptídios. vem sendo corroborada firmemente por dados experi- mentais. dadas as quatro bases no mRNA. ções são raras. Todos esses dados indicam que o códi.2 mostra o pareamento de bases pre- visto pela hipótese da oscilação de Crick. A aminoacil-tRNA. esses dois fenômenos ocorrem. das substituições de aminoá. mas não to. Também significado. u Aou G dos. e isso foi comprovado. U ou C . da cadeia. 60 códons têm o mesmo significado nas mitocôndrias de go genético é quase universal. Essas es- Existem vários tRNA para determinados aminoácidos. Ainda que os sistemas mitocondrial e ci- toplasmático sejam semelhantes. Crick A u propôs que a oscilação ensejaria vários tipos. o código genético deve ser considerado prios cromossomos e mecanismos de síntese proteica quase universal. e pecificidades foram verificadas pela ligação estimulada alguns tRNA reconhecem mais de um códon. existem diferenças raras no significado do códon nas mi- As exceções mais importantes à universalidade do có. A Tabela 12. há algumas diferenças. que possibi. A princípio.H -L. tri11ucleotídios de térmi110 da cadeia nos genes foram sente na extremidade 5' de um anticódon (a posição de batizadas de mutações sem sentido.grupogen.E -E. GCC e GCA de acordo com a efeito muito pequeno? hipótese da oscilação de Crick. como mostra a Figura 12. os códons reconhecidos pelo tRNA mutan.1). Portanto. adiante. A mutação sem sentido produz um polipep- ção 5' do a11ticódon. emparelha suas bases com os três códons. segundo maior efeito? Nenhum efeito? N enhum efeito ou um tRNAA1ª1 e os códons de mRNA GCU. Em seguida. Essas mu- Por fim. As mutações que produzem da oscilação de Crick previa que a i11osina. Essa mutação supressora â1nbar específica ocorre 1nittações supressoras. embora com bem docume11tadas no reconhecime11to do códo11 e na eficiência variável. Os fragmentos - MUTAÇOES SUPRESSORAS polipeptídicos produzidos a partir de genes que co11têm mutações sem sentido ( Figura 12. Leia Resolva!: Efeitos das substituições de RECONHECIMENTO DO CÓDON pares de bases na região codificadora do gene HBB. Ensaios de ligação de ribossomos ati . mos- Códons de mRNA trados como trincas correspondentes aos códons de mRNA. Efeitos das substituições de pares de bases soras que alteram a especificidade do tRNA são aqueles na região cod ificadora do gene HBB Adiante são apresentados os primeiros 42 nucleotídios. mas ordenado.248) costumam ser total- QUE PRODUZEM tRNA COM mente inativos. 5' 5' 5' 1 2 3 4 Ala Ala Ala T T T e t t t t 1 ATG GTG CAT CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT GCC GTI ACT GCC ~ -M . A hipótese polipeptídios truncados. Em segu ida. Esses tRNA mutantes são chamados tradução.. Analise os possíveis efeitos fenotípicos das quatro substituições de nucleotídios. a hipótese da oscilação de tídio truncado. porém com T no lugar de GCU GCC GCA . Um gene que contém uma mutação de sentido liga-se aos ribossomos ativados por trinucleotídios CGU. sem sentido são causadas por substituições de apenas um par de bases. o código genético que fazem com que os tRNA mutantes reconheçam os não é absolutamente uni. a citosina ou a adenina tações de sentido trocado. vários tRNA contêm a base inosina. .K . resultaram na síntese de modificação da adenosina após a transcrição.ram os anticódons dos tRNA alterados. substituições de nucleotídios que suprimiam os efeitos de outras mutações. trocado codifica um polipeptídio completo. posição da mutação no gene. em contraste com as mu- oscilação).com. Lembre-se de que o filamento não molde 111 111 111 tem a mesma sequência do mRNA. peptídico.S . coli e le.V . a metionina é removida para produzir a [3-globina madura. demonstrou-se que as mutações supressoras ocorriam em genes de tRNA. substituição de um aminoácido no produto gênico poli- tido com outros tRNA purificados com inosina na posi. denominadas mutações â1nbar (em homenagem da da purina hipoxantina. essas mutações foram detectadas como rado. numera- das de 1 a 4. Na verdade. . constatou-se que tem um anticódon alte- te.. (UAG) produzido pela mutação sit3 ârnbar em E.T . no fi lamento não molde da região codificadora do gene HBB 5' 3' 5' 3' 5' 3' ([3-globina) humano. Em E.br. constituí.redura.rersal. Demonstrou-se que a supressão de mutações sem ALTERADO sentido é co11sequência de mutações i1os genes do tRNA Mesmo se excluirmos as mitocô11drias.23 Pareamento de bases entre o anticódon de alanil. faria par com a uracila.. Os 14 primeiros (aminoterminais) aminoácidos da [3-globina CG1 CG1 CG1 humana nascente também são apresentados pelo código de uma letra (Tabela 12. e o comprime11to da cadeia depende da Crick explica bem as relações entre tRNA e códons decor.A . por exemplo.P .2) cido. quando presentes em homozigotos.24A. Muitas vezes as mutações rentes do código genético degenerado.A - Alanil-tRNAAlal Que substitu ição deveria ter o maior efeito sobre o fenótipo? O • FIGURA 12.V -T. tações. . sequenciado.. algumas de tRNA supressores. Muitas dessas mutações supressoras modifica. que modificam um trinucleotídio no códo11. dentro das sequências codificadoras dos genes. porém com CGC ou CGA (Figura 12. A inosina é produzida por uma a um dos seus descobridores) . Há pequenas variações códons de término (UAG. ••• ••• •• • •• ••• • • U.23).316 Fundamentos de Genética por trinucleotídios de ami11oacil-tRNA purificados aos que suprimem as mutações de térmi110 de cadeia UAG ribossomos in v itro. Os exemplos mais conhecidos de mutações supres. O mesmo resultado foi ob.. de maneira que este passa a especificar outro aminoá- tém inosina (I) i1a posição 5' do anticódon (Figura 12. UAA ou UGA). quando pre. ~ Leia a resposta do problema no site vados por trinucleotídios mostraram que o alani l-tRNAA1ª1 realmente http://gen-io. Qua11do o tRNA supressor â1nbar mutações nos genes de tRNA alteram os anticódons e. coli foi portanto. o alanil-tRNA purificado que co11. O polipeptídio que contém a tirosina inserida pelo tRNA supressor pode ser funcional ou não. tRNA: 3'-AUC-5' (anticódon) vagem (não supressor) é 5'-G'UA-3' (em que G' é um Portanto. ou seja.codificadora AT G •• •• ••• TAC TAG • • ••••• •• •• •• ATT do gene ATC 3' 5' mutante A Transcricão ' Códon de .(término) B ----~~--.. mas a supressão do fenótipo mutante só ocorre quando o polipeptídio é funcional.24C)..mRNA 5' AUG i====.. de polipeptídios completos a partir de mRNA conten- te (supressor) é 5'-CUA-3'.~~ . o anticódon do tRNATyr2 su pressor faz par polipeptídios são ativos se o aminoácido inserido pelo com o códon âmbar 5'-UAG-3' (lembre-se de qu e opa..... . Esses de uma base. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 317 Sequência 5' 3' . Selenocisteína.24 A. tRNA supressor não modificar significativamente as pro- reamento de bases sempre ocorre em filamentos de po. coli). O anticódon do tRNATyr2 mutan.. Formação de uma mutação de término de cadeia âmbar (UAG}. ->.. Efeito sobre o produto gênico polipeptídico na ausência de um tRNA supressor e (C} na presença de um tRNA supressor.. os tRNA su pressores possibilitam a síntese derivado da guanina). Códon de : E p A término . no gene do tRNATyr2 (um dos dois genes do tRNA da mRNA: 5'-UAG-3' (códon) tirosina em E. B.. Leia também O futuro: laridades opostas). codificadora AT G •• ••••• CA G •••••••• TAA •••• •• • 1 1 do gene de tipo selvagem 3' TAC GT C ATT 5' 1 Transcricão ' 1 1 Mutacão • 1 mRNA 5' AUG CA G UAA 3' 1 (~ --Ã) 1 1 Traducão 1 ' 1 1 Polipeptídio Met Gln (término) 1 1 1 Mutação \ Sequência 5' âmbar 3' TAA ' .. A mutação âmbar mostrada aqui substitui um códon GAG de glutamina (Gln} em um códon UAG de término de cadeia.-..' término E P A Tradução na ausência do tRNA supressor Fator 1 liberador da proteína de término da tradução OH aa • f-Met·' Fragmento de ~~ polipeptídio Met . priedades químicas da proteína. Por causa da substituição do códons de término nos genes (Figura 12.... O anticódon do tRNATyr2 de tipo sel...:~=:::==::~::==::::::~==~=::i UAA 3' U AG AUC Tradução na presença do tRNA supressor 1 f-Met· ' ' e • FIGURA 12.. o 21° aminoácido. para especificar a incorporação de pirrolisina em vez da finalização sentes na maioria das proteínas. Comparação das estruturas da cisteína e da dons durante a tradução? Até agora existe mais um exemplo docu. esses ele. A selenocisteína é incorporada aos polipeptídios durante a tradução em resposta ao códon UGA. os códons UGA no mRNA sem elementos SECIS especificam o término da ca. com término da ' tradução nos códons UGA de selenocisteína.. os selenocistei l-tRNA respondem aos có. que é convertida em selenocisteína. Em eucariotos. têm outro aminoácido . porém. selenocisteína. . O(s) mecanismo(s) usado(s) pelos códons UAG Figura 12. Quando pre- 1 1 sente em proteínas . que normalmente atua ----~~---. No entanto. A selenocisteína H2N . códons que especificam cada um desses aminoácidos e a Cisteína Selenocisteína iniciação e o término das cadeias polipeptídicas. O 21 º AMINOÁCIDO tos. ! Enxofre ! Selênio ções de oxidação/redução (retirada/acréscimo de hidrogênio). Incorporação de selenocisteína a um polipeptídio mentado. As estruturas e as localiza. As selenoproteínas têm importantes papéis metabólicos em todos os A organismos vivos . A selenocisteína tem seu próprio tRNA com um anticódon 5' -UCA-3' e um domínio em formato de grampo específico. do inglês.selenocisteína . eucariotos e arqueobactérias. mas não em eucario.especifica.1 mostra os da cadeia ainda está(ão) sendo investigado(s). traduzido. Esse tRNA é ativado pelo acréscimo de serina.1 mostra as estruturas dos 20 aminoácidos pre.procariotos.. Durante a tradução dos mRNA que codifi- ----~~--. os elementos SECIS GTP formam estruturas em grampo simi lares às existentes em tRNA Met \ Fator de tradução por ligação de hidrogênio intrafilamentar. Selenocisteína específico da selenocisteína mentos estão localizados nas regiões não traduzidas 3' dos mRNA. que normalmente especifica o término da cadeia. Usina com um anel pirrolina na extremidade em crescimento em resposta ao códon UGA quando há uma se- da cadeia lateral. A pirrolisina é incorporada aos polipeptídios em quência de inserção de selenocisteína no mRNA que está sendo algumas arqueobactérias e em uma bactéria. ~de selenocisteína ções de elementos SECIS variam em procariotos. os 3' quais levam à incorporação de selenocisteína aos polipeptídios em . Met ao polipeptídio em crescimento truturas em grampo SECIS na região 3' especificam selenocisteína. cam selenoproteínas.C. em todos os casos. H H 1 1 do pelo código genético por ocasião da tradução.. Portanto. ' E p A ' dons UGA com ajuda de um fator de tradução específico para selenocisteína (Figura 1B).denominadas selenoproteínas . B Existem outros aminoácidos modificados especificados por có- • FIGURA 1 A..o selênio SH SeH reativo geralmente é encontrado no sítio ativo e participa das rea.C. selenoçysteine [nsertion sequences) que interagem com fatores específicos de tradução. Esse fator de tradução específico para selenocisteína substitui o fator de alongamento Tu durante a en- 3' trada de selenocisteína-tRNA no sítio A no ribossomo. Selenocisteína acrescentada deia polipeptídica ao passo que os códons UGA em mRNA comes. a tradução de mRNA codificadores de selenoproteí- nas resulta na síntese de polipeptídios truncados.Sequência de inserção 1 resposta aos códons UGA (Figura 1B). ' L . e a Tabela 12. em resposta ao códon UAG.COOH contém o oligoelemento essencial selênio (número atômico 34) 1 1 CH2 CH2 em vez do átomo de enxofre na cisteína (Figura 1A). B.318 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • A hipótese da oscilação explica como um único tRNA é capaz de responder a dois ou mais códons • Algumas mutações supressoras alteram os anticódons de tRNA de tal maneira que os tRNA mutantes reconhecem os códons de término da cadeia e inserem aminoácidos em resposta à sua presença nas moléculas de mRNA.o Pareamento de bases Ala e eucariotos. arqueobactérias .COOH H2N . Os mRNA codificadores de ' E P A • selenoproteínas contêm sequências especiais de inserção de selenocisteína (elementos SECIS. como sinal de término da cadeia. a pirrolisina. • FUTURO SELENOCISTEÍNA. Algumas proteí- nas. Na ausência de selênio. 9. dipeptídica metio11ina-triptofano tem de ser nucleotídios. 3'-CAC-5' 3. que sequência de Resposta: Não. Esse trinucleotídio especifica o aminoácido ácido quência de aminoácidos é deduzida a partir do có. que dica igual à apresentada no Exercício 2. AUG é o me11to gê11ico fosse alterado de A:T para T:A. a metionina aminoterminal (especi. E preciso. A se. (480 aminoácidos X 3 nucleotídios por aminoácido). Como cada có- codifica um polipeptídio com massa de 65. apresentado no início ge11e de Drosophila codifica a sequência de ami11oá. Um gene de tipo selvagem co11tém a sequência de 2. que é um se segmento do gene é 5'-AUGUUUCCCAAAGGG-3'. Porta11- é um códon de valina. Supo11ha que o polipeptídio contenha quanti. O códon para o ácido glutâmico é 5'-GAG-3'. a sequência de pares de bases no gene ficada pelo códon de iniciação AUG) é removida da tem de ser: 13-globina dura11te a síntese. deste capítulo. do mRNA teria 1. o que dução? indica que o filamento inferior de DNA é o filame11- to-molde. A transcrição do gene de tipo selvagem Resposta:AsequênciademRNAproduzidapelatranscriçãodes- produz a sequência de mRNA 5'-GAG-3'. Se o segundo par de bases nesse seg- digo genético apresentado na Tabela 12. Se um segmento codificador do filamen- ai11da codificaria o ácido glutâmico? to-molde de um gene (DNA) tem a sequência 3' -TACAAAGGGTTTCCC-5'. os 146 aminoácidos nucleotídica do mRNA especificador da sequência da 13-globina são especificados por 438 (146 X 3) / . Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. Assim. DNA tem de ser compleme11tar ao filamento-mol- tras proteínas. Calcule o compri. deu origem à hemoglobina alterada no paciente com 4. de ser complementar e antiparalelo à sequência dora. o que perfaz o comprime11to de 438 + 3 = 441 de mRNA (3'-TACACC-5') . o códon da prolina CCC. que haja um códon 5'-AUGUGG-3'. Que sequência de pares de nucleotídios em um a11emia falciforme de Herrick.440 nucleotídios de comprimento dades iguais de todos os 20 aminoácidos. . Qual é o comprimento da amino para a termi11ação carboxila) ? porção codificadora do mRNA da 13-globina humana? Resposta: Os códons para metionina e triptofano são Resposta: Cada aminoácido é especificado por um códon AUG e UGG. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 319 Exercícios Aplique a análise genética básica 1. Na verdade. Portanto. Ver outros detalhes na Figura 1. porém. O filamento-molde de DNA tem de término na extremidade da sequência codifica. 5. don contém três nucleotídios. Portanto. respectivamente. A transcrição do gene al- Observe que esse mRNA tem sequê11cia nucleotí- terado produz a sequê11cia de mRNA 5'-GUG-3'. glutâmico. O polipeptídio 13-globina humana tem 146 aminoá. a sequência de três i1ucleotídios.760 dál- mento aproximado de uma molécula de mRNA que tons/ 137 dáltons por aminoácido). O acréscimo do códon 5'-ATGTGG-3' de iniciação aumenta a sequência codificadora do 3'-TACACC-5' mRNA da 13-globina para 444 i1ucleotídios (441 + 3). A massa média dos 20 aminoácidos comu11s é de Resposta: De acordo com essa suposição.760 dál. de. essa é exatamen- to.1 . conteria cerca de 480 aminoácidos (65. aminoácidos é produzida por sua transcrição e tra. e o outro filamento de nucleotídios. códon de ácido glutâmico. ciclos metio11ina-triptofano (leitura da terminação cidos de comprimento. passaria a especificar o aminoácido valina. a região codificadora tons. Na caso da 13-globina e de muitas ou. duzindo a seguinte sequência de DNA: don da fe11ilalanina UUU. Qual é a sequência de aminoácidos produzida na par de trinucleotídios: tradução do segmento codificador de um mRNA com a sequência 5 '-AUGUUUCCCAAAGGG-3'? 5'-GAG-3' 3'-CTC-5' Resposta: (Terminação ami110 )-metionina-fe11ilalani11a-pro- lina-lisina-glicina-( terminação carboxila) . o polipeptídio aproximadame11te 137 dáltons. pro- códo11 de i11iciação da metionina seguido pelo có. produz o mesmo peptídio qua11do traduzido: te a mesma modificação de par de i1ucleotídios que NH 2-Met-Phe-Pro-Lys-Gly-COOH. 5'-GTG-3' o códo11 da lisi11a AAA e o códo11 da glicina GGG. manho. por sua vez. muta11tes. Em bactérias sensíveis. gue mais ao antibiótico. Esse erro de leitura permi- em meio mínimo suplementado com o ami11oácido tia a tradução ambígua dos códons que co11tinham as argini11a ou com estreptomicina. na ausê11. Resposta: Os mutantes letais condicionais dependentes de veis porque inibe a ligação de tRNA/•Iet ao sítio P estreptomicina isolados por Gorini e Kataja ti11ham do ribossomo e causa erro de leitura de códons no mutações de se11tido trocado nos ge11es codificado- mRNA. 12.1). 12.11 Caracterize os ribossomos em geral quanto ao ta- aminoácidos diferentes são possíveis em um poli.quando o antibiótico estivesse da mesma maneira que as bactérias típicas que ne. Isto é.9 Com base nas i11formações do Problema 12. Na ausência de arginina.com incorporação de cia de estreptomicina. Em 1964. 12. No entanto. localização.12 (a) Em que local das células de orga11ismos su- dos para decifrar o código ge11ético? periores originam-se os ribossomos? (b) Em que local das células os ribossomos são mais ativos na 12.2 Em que locais da célula ocorre a síntese proteica? (e) Lys -Thr. Por que a ami11oácidos a seguir deve ser i11duzida com maior síntese de proteínas é objeto de especial interesse frequência pela 5-bromouracila? dos geneticistas? (a) Met . formação de polissomos? (b) Qual é a diferença de .10 Qual é o número mínimo de tRNA necessário 12. cessários para a sí11tese de proteí11as).um polipeptídio? 12. não havia erro de leitura.6 Que tipos de evidê11cias experimentais foram usa. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 12.ros. função e composição macro- peptídio com 146 aminoácidos de comprimento? molecular. O a11tibiótico estreptomicina destrói E. qual das substituições de funcionais entre as proteínas e o DNA. os polipeptídios mutantes eram inati.Let1.7 Em que sentido e em que grau o código genético é síntese proteica? (a) degenerado. Oll alelos de um gene e o i1úmero de pares de i1ucleo- (f) Pro . o meio continha arginina. eles eram mutantes letais condicionais de. possibilitava o prese11ça de estreptomicina. Luigi Gorini e A estreptomicina causa erro da leitura de códo11s E''ª Kataja isolaram mutantes de E.5 (a) Por que o código genético é um código tri- para reconhecer os seis códons especificadores do plo em vez de um código simples ou duplo? (b) aminoácido leucina? Quantos aminoácidos diferentes são especificados pelo código genético? (c) Quantas sequências de 12.8. Na ausência de estreptomici11a.Val. mas i1ão na ausê11cia crescimento das células. de maneira geral. e todos por Gori11i e l{ataja. (e) Pro -Arg. ai11da que lento. mutações de sentido trocado . cido (no local da mutação) determinante da produ- pendentes de estreptomicina. que. (b) Met . coli gue cresciam do mRNA em bactérias.320 Fundamentos de Genética 2. é um pantes da tradução e cite as características e fun- mutágeno químico que i11duz substituições de ções de cada um. você esperaria que a 5-bromouracila induzisse maior 12. um a11álogo da timina. ocorria a inserção ocasio11al de um aminoá- porém. essenciais.13 Identifique três tipos diferentes de RNA partici- 12.3 Existe relação direta e11tre o número de possíveis (d) Lys . na). 12.uma enzima Pro? Por quê? para um gene . essas enzimas não eram mo.8 A 5-bromouracila. a organização molecu. as enzimas eram necessárias da por mutação no ge11e codificador da proteína na ausência de arginina (um dos 20 aminoácidos ne- S12 de tal modo que a proteína alterada não se li.14 (a) Qual é a relação entre o RNA mensageiro e a purina e de uma pirimidina por outra pirimidi. A resistência à estreptomici11a pode ser causa. Explique os resultados obtidos de estreptomicina. os mutantes comportavam-se aminoácidos errados . (b) ordenado e (c) universal? 12.Gln? Por quê? tídios no gene? Essa relação é mais provável em procariotos ou em eucariotos? Por quê? 12. a estreptomicina se res das enzimas de biossí11tese da arginina.4 Por que foi necessário modificar o conceito de frequência de substituições His ~ Arg ou His ~ gene de Beadle e Tatum de um gene . Quando havia estreptomicina nas bactérias cessitavam de arginina.Gln.1 Descreva. Ou seja. Qua11do liga à proteína S12 na subunidade 30S do ribosso. presente. Com base na natureza conhecida do código lar das proteínas e apo11te as difere11ças químicas e ge11ético (Tabela 12. ape11as um par de bases i10 DNA denominadas transições (substituições de uma purina por outra 12. cresciam na ção uma enzima ativa. coli sensí. A primeira descoberta é que GAUCGCCCUGGG. que sequência código marciano proposto tenha sinais de início e de aminoácidos é especificada por essa parte do término da tradução. UUGUUCCAAUCGUUAGCUGCGCAGGACCGU dios necessário no códon para especificar todos os CCCGGA. Capítulo 12 1 Tradução e Código Genético 321 especificidade entre o rRNA e o mRNA e tRNA? 12. U..23 Um gene de E. sentido e uma mutação de sentido trocado? (b) As coidal entre a molécula de tRNA e as moléculas de mutações sem sentido ou de sentido trocado são DNAemRNA? mais frequentes em organismos vivos? (c) Por quê? 12.29 (a) Quais são as semelhanças entre ribossomos e 12... 12.32 A sequência de DNA a seguir ocorre no filamento não molde de um gene estrutural em uma bactéria 12.27 (a) De que maneiras a ordem no código genéti- dificadora de mRNA especificadora de um único co minimiza a letalidade mutacional? (b) Por que polipeptídio com massa molecular de 27. 3' as proteínas nas formas de vida marcianas con- têm apenas 14 diferentes aminoácidos em vez dos Quando esse mRNA é traduzido.000 dál.. zem um fenótipo mutante? ções 5' de anticódons no tRNA.30 A terminação 5' de um mRNA humano tem a se- o A o termais subterrâneas. (a) Que base pode fazer par com três bases diferentes 12... G.AGGAGGCUCGAACAUGUCAAUAUGC- terráqueos. qual é o número mínimo de nucleotí. as modificações dos pares de bases causadoras da tons? substituição de uma valina por uma leucina no produto gênico polipeptídico raramente produ- 12. Várias equipes de biólogos gu1nte sequencia: moleculares extraem proteínas e ácidos nucleicos cap 5'-GAAGAGACAAGGTCAUGGCCAU- desses organismos e fazem algumas descobertas AUGCUUGUUCCAAUCGUUAGCUGCGCAG- muito importantes. 12. P e E 12....16 Como a tradução é (a) iniciada e (b) terminada? mRNA são necessários para codificar a a-globina humana? 12.18 Caso se presuma que a massa molecular média de do aminoacil-tRNA no ribossomo? um aminoácido é 100 dáltons...20 Suponha que no ano 2025. que sequência 20 presentes nas formas de vida da Terra. mRNA sobre sua tradução? ficados por códons com degeneração completa? 12.31 Uma sequência nucleotídica parcial (subterminal dos quatro nucleotídios existentes em organismos 5') de um mRNA procariótico é: vivos na Terra.28 (a) Qual é a função da sequência de Shine-Dalgar- nas posições 3' de códons no mRNA? no no mRNA procariótico? (b) Que efeito tem a (b) Qual é o número mínimo de tRNA necessário para deleção da sequência de Shine-Dalgamo de um reconhecer todos os códons de aminoácidos especi. substitui T por A.24 (a) Qual é a diferença entre uma mutação sem (c) Qual é a diferença de tamanho e arranjo heli. I (inosina) ocorrem nas posi. Qual é o número má. Quantos nucleotídios no 12. a primeira expedição espliceossomos? (b) Quais são as diferenças? do homem a Marte descubra várias formas de vida marcianas desenvolvendo-se em fontes hidro. aproximadamente quantos nucleotídios haverá em uma sequência co. mas não é mostrada): 12. 12. de aminoácidos é especificada por essa parte do da descoberta é que o DNA e o RNA nesses orga. C. (a) Supondo-se que a transcrição e a tradução sejam semelhantes em marcianos e 5'-.22 Qual é a função de cada um dos seguintes compo- nentes do aparelho de síntese proteica? i (a) aminoacil-tRNA sintetase 5'-GAATGTCAGAACTGCCATGCTTCATATGAA- (b) fator 1 de liberação TAGACCTCTAG-3' (c) peptidil transferase (a) Qual é a sequência de ribonucleotídios da molécula (d) fatores de iniciação de mRNA transcrita a partir desse trecho de DNA? (e) fator de alongamento G (b) Qual é a sequência de aminoácidos do polipeptídio codificado por esse mRNA? 12..15 Descreva o processo de formação do aminoacil. .21 Quais são as diferenças básicas entre a tradução (a sequência promotora está localizada à esquer- em procariotos e eucariotos? da. você esperaria que o código mRNA? genético marciano fosse degenerado como o códi- go genético usado na Terra? 12.26 Quais são as funções dos sítios de ligação A. qual será a sequência de aminoá- ximo de aminoácidos que esse gene codificaria? cidos depois da transcrição e tradução? . mRNA? nismos só têm dois nucleotídios diferentes em vez 12.. colifoi isolado e demonstrou-se que (c) Se uma mutação do nucleotídio indicado pela seta tem 68 nm de comprimento.17 Qual é o significado da hipótese da oscilação? 12.19 As bases A.25 A cadeia de a-globina humana tem 141 aminoá- tRNA. A segun. cidos de comprimento.. 3' aminoácidos em marcianos? (b) Supondo-se que o Quando esse mRNA é traduzido. ao triptofano do polipeptídio de tipo selvagem (b) Qual é a sequência de aminoácidos do polipeptídio (posição de término do fragmento de polipeptídio codificado por esse mRNA? do mutante). ou resultará em uma quantidade enorme de informações. qual é o na. Ele encontrou sete tipos (a) Qual é a sequência de ribonucleotídios da molécu- la de mRNA transcrita a partir do filamento-molde diferentes de revertentes. tirosina. Todos os códons especificadores de determinado Dica: A pesquisa nos bancos de dados do site do NCBI aminoácido são usados com igual frequência. exceto a metionina e o códons específicos) relacionada com o conteúdo AT/ triptofano.nih. GC dos genomas de diferentes espécies? 1. Ao clicar no primeiro.nlm.322 Fundamentos de Genética 12. Os códons para leucina são usados com a mesma fre. por coli e de outras espécies de interesse basta digitar o nome exemplo. aparecerá um quadro de humanos? Esses códons são usados com a mesma fre. no site http:/ /www.gov O código genético é degenerado. término da cadeia polipeptídica da fosfatase alca- 12.799 organismos (muitos códons para leucina estão presentes com igual fre.kazusaJp/codon. Os seis códons especificadores da leucina são usados digite Homo sapiens e clique em Submit. (c) Se um nucleotídio indicado pela seta sofre uma mu- sição nos vários revertentes foram triptofano. 2. tação com deleção desse par de bases C:G. . vírus). uso de códons em mitocôndrias humanas. UUG. CUU. ácido glutâmico. genes nucleares. que resume dados CUC. quência aproximada em diferentes espécies. coli. A busca mostrará com igual frequência no mRNA transcrito a partir de dois resultados: (1) mitochondrion Homo sapiens e Homo genes nucleares humanos? De genes mitocondriais sapiens. os códons UUA. UAA ou fosfatase alcalina de E. Garen mas não é mostrada). quência em genes nucleares e mitocondriais? um quadro de uso de códons em mRNA codificados por 3. mutações modi- i ficadoras do mesmo códon) desse mutante com 5'-CAATCATGGACTGCCATGCTICATATGAATAGTIGACAT-3' mutágenos químicos que induziram substituições 3'-GTIAGTACCTGACGGTACGAAGTATACI'I:ATCAACTGTA-5' de apenas um par de bases e sequenciou os poli- peptídios nos revertentes. em células de seres humanos e de E. Para obter dados de uso de códons de E.0 (15 de junho de 2007).33 Alan Garen estudou amplamente uma mutação sem lisina. alguns códons são usados com maior frequência que Nesse caso.34 A sequência de DNA a seguir é observada em uma lina em uma posição em que o polipeptídio tipo bactéria (a sequência promotora está à esquerda. Os aminoácidos existentes nessa po. seri. Esses dados são compilados do NCBI-GenBank File quência nas regiões codificadoras dos mRNA? Release 160.ncbi. cada um deles com um desse trecho de DNA? Suponha que os códons de aminoácido diferente na posição correspondente início e término da tradução estejam presentes. Essa mutação causou o UGA? Explique sua dedução. A mutação sem sentido estudada por Garen sentido (término de cadeia) específica no gene da continha uma mutação sem sentido UAG. No campo Query. induziu revertentes (nesse caso. glutamina e polipeptídio codificado pelo gene mutante? Genômica na Web em http://www. selvagem tinha o aminoácido triptofano. é possível obter informações mais acessíveis outros? Por exemplo. leucina. Esses seis sobre o uso de códons em 35. CUA e CUG especificam leucina. e no segundo. coli? Há da espécie no campo Query. com dois a seis códons alguma tendência no uso de códons (uso preferido de especificando cada aminoácido. Suas células cutâneas contêm enzimas que corrigem as alterações do DNA de- correntes da exposição à luz ultravioleta. outros distúrbios hereditários são causados pela ausência de reparo do DNA lesado por outros agen- tes físicos e químicos. e e com 1na ao PANORAMA Mutação 1 Origem da variabilidade genética necessária para a evolução Base molecular da mutação Xeroderma pigmentosum 1 Mutação 1 Características básicas do processo defeito do reparo do DNA Mutação 1 Efeitos fenotípicos danificado em seres humanos Localização das mutações nos genes pelo O sol brilhava intensamente em um dia de verão... Além disso. . Mas as células cutâneas de Nathan não têm uma das enzimas necessárias para reparar es- sas alterações da estrutura do DNA induzidas pela luz ultravioleta.. mas também de capítulo. mu itas en. Enquanto os no reparo do DNA amigos brincavam sob a luz do sol. as queimaduras eram a ún ica grande preocupação. Crianças brincando ao ar livre. a evolução de mecan ismos para proteger sua integridade parece inevitável. um traço autossômico recessivo que afeta cerca de 1 em cada 250. A luz ultravioleta causa alterações arsenal de enzimas de reparo do DNA. examinaremos os tipos de alterações ocorridas no DNA. Avaliação da mutagenicidade de substâncias rando-se para encontrar os amigos. Diante do papel essencial do DNA nos seres vivos.. Nathan vestiu calças de químicas 1 Teste de Ames moletom e uma camisa de mangas compridas. Ele precisa DNA à procura de danos ou erros de pareamento dos nucleotíd ios. As células cutâneas de Nathan são extremamente sensíveis à radiação ultravioleta . Nathan nasceu com o distúrbio hereditá. Prepa. Todos os amigos de Nathan vestiam shorts ou roupa de banho.os Quando detectados. esses defeitos são corrigidos por um pequeno raios de alta energia da luz solar.000 crianças. O menino de roupa branca que cobre Na verdade. cionados de recombinação entre moléculas de DNA homólogas. para a teste de complementação maioria das crianças. As consequências possivelmente letais des- ses defeitos hered itários das enzimas de reparo do DNA enfatizam sobremaneira sua importância. todo o corpo tem xeroderma pigmentosum. Mecanismos de recombinação do DNA rio xeroderma pigmentosum.. distúrbio autossômico zimas existentes nas células vivas examinam constantemente o recessivo caracterizado por sensibilidade aguda à luz solar.. aro • . Mecanismos de reparo do DNA pôs um chapéu de abas largas e aplicou uma camada ge- Doenças humanas hereditárias com defeitos nerosa de filtro solar sobre as mãos e o rosto. tendo cada uma delas se químicas no DNA das células cutâneas de Nathan. enquanto apresentamos este capítulo. uta ao. se proteger da luz solar para evitar o câncer de pele. os processos de correção dessas alterações e os processos rela- Os amigos de Nathan não se importavam em brincar ao sol. O xeroderma pigmentos um é causado por mutações homozigotas com perda de função em qualquer um entre nove genes autos- sômicos diferentes. . alterações que desenvolvido para combater um tipo específico de dano.. dia perfeito para ir à praia. Em seguida.. Neste provocam não só 0 surgimento de muitas efélides. Nathan tinha medo dos efeitos da luz solar. câncer de pele. Elas incluem a substituição de Aprendemos nos capítulos anteriores que a herança de. As mutações com modificação de sítios específicos de um evolução dos organismos.324 Fundamentos de Genética Mutação 1 Origem da variabilidade genética necessária P-ara a evolu ão As mutações . de mutações em várias condições ambientais. . A mutação em algum nível é essen- amplo. de uma geração para outra.propiciam a nova variação genética que permite a de modificações nas estruturas de genes individuais. Os mecanismos de recombinação reorganizam a varia- nismos facilitadores da transmissão fiel das informações bilidade genética em novas combinações. ro e da estrutura dos cromossomos (Capítulo 6). se as mutações fossem frequentes demais. provê a matéria-prima para a evolução. todos os genes existiriam em apenas uma for- O termo mutação refere-se tanto (1) à modificação do ma. em última análise. em última análise. Essas modificações hereditárias do das pelo criador de vegetais ou animais. além tico . cial para garantir nova variabilidade genética e ensejar a do genótipo de uma célula ou de um organismo. do anel.por exemplo. distinguir meticulosamente as modificações tempo. Mostra. Na atualidade. Essas oscilações químicas são as modificações tau- toméricas. ções com efeitos fenotípicos facilmente detectados é pre- tente e as modificações causadas por novas mutações. de seu fenó. em parte. Watson guanina é sempre a citosina. a substituição de não são estáticas. catalisam a síntese de DNA. As estruturas nucleotídicas comenta- explicar a transmissão precisa das informações genéticas das no Capítulo 9 são as formas comuns e mais estáveis. o material genético adaptadas às condições ambientais existentes ou deseja- está sujeito a erros. E pre. um ou mais pares de nucleotídios em um sítio específico rante a reprodução e que os genes armazenam informa. por exemplo. propuseram também um nas quais o par da adenina é sempre a timina e o par da mecanismo para explicar a mutação espontânea. As modificações do genótipo de genéticos. mutação. Como era de vezes os dois processos dão origem a novos fenótipos com se esperar. Atomos de hidrogênio podem passar de uma posição para outra em uma purina ou pirimidina um par de bases por outro ou a deleção ou o acréscimo . 1 Base molecular da muta -ao As mutações alteram de várias maneiras as sequências e Crick destacaram. ocasionadas por processos de recombinação que uma geração para outra. as modificações tautomé- Quando Watson e Crick descreveram a estrutura da dupla ricas podem ser muito importantes no metabolismo do hélice de DNA e propuseram a replicação semiconservati. Ao mesmo ciso. de um grupo amino para um nitrogênio de um ou mais pares de bases. Analisamos como ções na estrutura de genes. a taxa de mutação é influenciada por fatores frequência muito baixa. DNA porque algumas delas modificam o potencial de pa- va de acordo com o pareamento de bases específico para reamento das bases. pertur- do genótipo de um organismo e. das ati. populações de Um organismo que apresenta um novo fenótipo resul. estrito. Assim sendo. a maioria das muta- criam novas combinações da variação genética preexis. mos que a replicação precisa depende. ca seria impossível. Neste capítulo. que as estruturas das bases no DNA nucleotídicas dos genes. Todavia. exploraremos essas informações genéticas são duplicadas com precisão o processo de mutação segundo essa definição de sentido durante a replicação semiconservativa do DNA. as formas . Os alelos não existiriam.alterações hereditárias do material gené. organismos não seriam capazes de evoluir e se adaptar às tante da uma mutação é um mutante. Em raras ocasiões. adaptação dos organismos a novos ambientes. e a análise genética clássi- material genético quanto (2) ao processo de modificação. mutação é toda modificação súbita e hereditária . natural ou artificial preserva as combinações mais bem de uma geração para outra. E o mais importante. bariam a fiel transferência de informações genéticas de tipo. Além disso. Embora sejam raras. e a seleção genéticas de uma célula para outra e. gene são mutações pontuais. porém. o termo mutação às vezes é ções codificadas nas sequências de pares de nucleotídios usado em sentido estrito para se referir apenas às altera- do DNA ou nos nucleotídios do RNA. de um gene. surgiram meca. No sentido histórico variações ambientais. PONTOS ESSENCIAIS • As mutações são alterações hereditárias do material genético que proveem a matéria-prima para evolução. A mutação é. As judicial aos organismos em que ocorrem. e surgiram mecanismos que controlam o nível um organismo por mutação incluem variações do núme. um par de bases por outro ou a inserção ou deleção de pende de genes transmitidos dos pais para os filhos du. portanto. a origem de toda va- vidades de revisão intrínsecas das DNA polimerases que riação genética. Se não houvesse material genético são as mutações. 1 Formas tautoméricas das quatro bases comuns no - MUTAÇOES INDUZIDAS DNA.transições. na. se a base estivesse 11a forma rara 110 momento da replica. Forma ceto Forma enol Guanina • FIGURA 13. Substituições de pares de nucleotídios no ria que as formas tautoméricas menos estáveis das bases gene HBB humano existissem ape11as durante curtos períodos.3A). CH3 ~ 4 """C . Cada par de bases pode sofrer três 11 1 substituições . especificada pelo códon CAU no mRNA de HBB. causam grandes aume11tos das taxas de mutação.Acúcar ' giões codificadoras dos genes são designados mutações por Forma ceto Forma enol Ti mina mudança de matriz de leitura porque alteram a matriz de leitu- ra de todas as trincas de pares de bases (tri11ucleotídios 110 NH2 NH DNA que especificam códons no mRNA e ami11oácidos 110 1 11 e produto gênico polipeptídico) no gene distal ao sítio em ~~""'-CH / 4 ""'-cH 1 3 11 H~3 li que ocorre a mutação (Figura 13. a ciência da genética modi- . Reparo do DNA e Recombinação 325 ceto de timina e gua11i11a e as formas amino de adenina e citosina. menos estáveis (Figura 13.. quais são seus nomes? ções de pares de nucleotídios no gene HBB humano e analise os efeitos dessas modificações na sequência nucle. podem sofrer modificações tau- toméricas e se transformar. Demonstrou-se que as perturbações do aparelho de replicação do DNA ou dos sistemas de reparo do DNA.As substituições de pares de bases de bases em Comum Rara que há troca de uma purina por uma pirimidina e vice-.38). quantas dife- guani11a-timina ( Figura 13. http://gen-io. Co11tudo.uma transição e duas transversões.estão prese11tes e11tre as mutações espontâneas. é uma substituição de A:T por G:C detectada em [3-globinas humanas? Alguma dessas variantes ou de G:C por A:T ( Figura 13.2A). ambos mantidos sob controle genético. O segundo aminoácido na [3-globina humana madura é a histidi- ção ou da incorporação a uma cadeia nascente de DNA. Consideran- haveria mutação.rer quatro transições diferentes e oito transversões H /e""" C. . nas formas enol e imino.28).grupogen. trans- ~C~ /CH ~C~ /CH O N""'. O esperado se. Essas substituições de pares de bases são as transições. mutações 11aturais. O efeito fi11al desse proces. O N bases. os mecanismos moleculares e a frequência das mutações Forma amino Forma imino espontâneas. outra pirimidina. Os acréscimos e as deleções de pares de bases nas re- Açucar """. e a replicação subsequente necessária para separar o tuições de par de nucleotídios darão origem a cada substituição . CH 1 11 ~3 li 3 diferentes (Figura 13. Uma Forma amino Forma imino proporção surpreendentemente grande das mutações Citosina espontâneas estudadas em procariotos são acréscimos ou deleções de um par de bases em vez de substituições de par de bases. Capítulo 13 1 Mutação. ~ Leia a resposta do problema no site otídica de um gene importante. de aminoácido? Alguma dessas substituições de aminoácidos foi .com. No entanto. par de bases errado.1 ). Outro tipo de mutação pontual ~C~ /CH ~C~ /CH ocorre por acréscimo ou deleção de um ou mais pares de O N""'. os três principais fatores são (1) a precisão Adenina do mecanismo de replicação do DNA. Essas mutações por mudança de matriz de leitura quase sempre acarretam a síntese de produtos gê- nicos proteicos inativos. As transferências de átomos de hidrogênio entre a 3ª e a 4ª posições das pirimidinas e entre a 1ª e a 6ª posições das purinas mo. rentes substituições de aminoácidos são possíveis? Que substi- so. (2) a eficiência dos mecanismos que se desenvolveram para reparo do DNA danificado e (3) o grau de exposição a agentes mutagê- nicos no ambiente. ~e pode ha. Embora ainda haja muito a aprender sobre as causas. Os três tipos de mutações po11tuais . Os primeiros geneticistas ide11tificaram e estudaram muitas dificam o potencial de pareamento de bases. Leia Resolva! Substitui- tem nome? Em caso afirmativo. as bases podem formar pares adeni11a-citosina e gene HBB que especifica a histidina na 2ª posição. As mutações resultantes de modificações tautoméricas 11as bases do DNA implicam a substituição de uma purina ção de uma pirimidi11a no filamento complementar por em um filame11to de DNA por outra puri11a e a substitui. Ao todo.br. mais estáveis.rer- o OH sa são as transversões. O N versões e mutações por mudança de matriz de leitura Açúcar """Açucar . respectivamente. Quando estão nos raros estados imino do apenas substituições de um par de nucleotídios na parte do ou enol. refere-se a uma e estudar os efeitos dos produtos gênicos faltantes.. estreitos em formato de barra.~ O 1 11 ~CH O.1 3' •• • •• 1 ••• . . T e 1 1 DNA parental 5' '. é realizada com dominante..___ /e~ /C-N/ (forma ceto comum) ~ N \ (forma imino rara) N A\. ver por crossing over entre os dois cromossomos em razão das Figura 13.o cromossomo CIB . Essa técnica.326 Fundamentos de Genética Pares de bases A:C e G:T unidos por ligações de hidrogênio formados quando a citosina e a guanina estão em suas formas tautoméricas raras imino e enol. . . B.. T C 1 1 Prole da primeira Tipo selvagem li. •• ••• ••• •• • •• Mutante 5 1 U. ficou-se radicalmente em 1927. Em 1946. ••• do DNA 5 )Ir AC ••••• Replicação 3.. Durante a replicação subsequente (3 a 4).. a guanina emparelha-se com a ti mina (2). 11 11 CH Citosina HC~ /e. A inversão não impede o crossing over tações letais recessivas ligadas ao X.2 Os efeitos das modificações tautoméricas dos nucleotídios do DNA sobre o (A) pareamento de bases e (B) a mutação. 3' 5· li ' ' e 5. A capacidade de induzir mutações abriu as portas para ler criou especificamente para uso em seu experimento. /N. .•A i > (1) (2) S· A ••••••• •• C•G . quando HermannJ.10. . r • ! . a1a cA 3 TGTAG A C G:T 1 •••••. a guanina retorna à sua forma ceto mais estável. distúrbio em que os grandes olhos com- uma técnica simples e precisa que poderia ser usada para postos das moscas de tipo selvagem são reduzidos a olhos identificar mutações letais no cromossomo X de Droso. Replicação .. j . . chamada método CIB. meas heterozigotas. -- 5· u u a1a a1 1 ) 3· A e 1 G1 T e T' 1 Forma tautomérica enol ··T ··· G····· C•A·· ··· G 1po se vagem 5.' Ãl a i/ 3· 3 l ' '-.. um cromossomo X alterado . O resultado final é uma substituição do par de bases G:C por A:T.. mas causa o aborto da pro- forma de radiação eletromagnética com comprimentos le com dois cromossomos X recombinantes produzidos de onda mais curtos e maior energia que a luz visível. (Os raios X são uma entre os dois cromossomos. H Açúcar . ' 1 1 A C•G .. uma técnica totalmente nova de análise genética. . . que têm essa mutação letal ligada ao X são inviáveis.T C ••• ••• )Ir 3' l .. •• • •• Tipo selvagem 1 U. H H Hc~c'c~ ···H 1 1 'N/ 1 1 'o . (3) A demonstração inequívoca da mutagenicidade dos A letra B refere-se a uma mutação causadora do fenótipo raios X por Muller foi possível porque ele desenvolveu olhos em barra. longa inversão que inibe a recombinação entre o cromos- Muller mostrou que o tratamento de espermatozoides somo ClB e o cromossomo X de estrutura normal em fê- de Drosophila com raios X aumentou a frequência de mu. . /N'-c/~ H. Muller fêmeas heterozigotas para um cromossomo X normal e descobriu que os raios X induziam mutações em Drosophi.. 1 Açucar n · . cucar Ad en1na · Guanina (forma amino comum) (forma enol rara) A Mecanismo pelo qual modificações tautoméricas nas bases do DNA causam mutações. ( li ' ' e e 5' . N N 6 e. A timina incorporada diante da forma enol da guanina (2) guia a incorporação da adenina durante a próxima replicação (3 a 4).. duplicações e deficiências (ver Capítulo 7).e e . ~e.. Uma guanina (1) sofre uma modificação tautomérica para sua forma enol rara (G*) no momento da replicação (2).••• . •• • •• 1 ••• .. N~C'c-N~ Acucar . Par de bases A:C raro Par de bases G:T raro CH3 H H 1 o.) O estudo de Muller foi a primeira demons. 1' .. como os mostrados em (A). O cromossomo ClB tem três componentes essenciais. ! : ' 1 rara de guanina (G *) Ae GTe . ..~H 1 . Na for- ma enol. Hc~c'4c~N ·. de supressor do crossing over./ Timina . as fêmeas heterozigotas para o cromossomo . (2) A letra l tração de que a mutação poderia ser induzida por um refere-se a uma mutação letal recessiva no cromossomo fator externo.1 5' T G C•A G 1 5' e e 5' & .que Mul- la. Então. 11 ·.a. . também se formam quando a ti mina e a adenina estão em suas formas raras enol e imino.. As fêmeas homozigotas e os machos hemizigotos Fisiologia ou Medicina por essa importante descoberta.. ele recebeu o Prêmio Nobel de ClB. TGTAG .. e 5' A e A T e . 3' 1 1 Ua a a > tT 1 '. H... T G doDNA > 3 t ~ -. Pares de bases A:C e G:T raros. •• • •• - geraçao T G C•A G e 1 3' l '-. tornou-se possível induzir mutações em genes de interesse ( 1) A letra C. 5' (3) Prole da segunda (4) B geraçao- • FIGURA 13. T T G' ? •A G ... Como B é parcialmente phila.e . respectivamente. 5 3 5' 1 u'ãl' A 3' A C•G . 1 U a 1 A> 3' ' 3. .a a T G'. ~ . Acréscimo de par de bases C:G""' Tipo selvagem ""' Mutante ~ J ~ ATGAAAGGGCCCTTTett. A. seria possível estudar os organismos mu- cruzamentos de filhas com olhos em barra que têm um tantes para obter informações sobre a função do pro- cromossomo X irradiado sem mutação letal produziriam duto gênico de tipo selvagem. setas azuis}.... L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 etc. T ACTT T GCCCGGGAAA ett. B • FIGURA 13. CZB podem ser prontamente identificadas. logo se demonstrou que outros tipos de radiação adquirido uma mutação letal ligada ao X. Machos hemizigotos para o químicas são potentes mutágenos. Capítulo 13 1 Mutação.. em relação à direção de transcrição e tradução (da esquerda para a direita. . Além mo X irradiado de uma filha com olhos em barra tivesse disso. possibilitou que pesquisadores induzissem mizigotos para o cromossomo X irradiado morreriam mutações em genes de interesse e desativassem suas se tivesse sido induzida uma mutação letal recessiva.... p e pp p p1 11 e e e e e e p e 1 pp p11 1 e e e e e e e L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 '\ / L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 Filamento mRNA .....e. Assim. outros animais e micróbios. AUGAAACGGGCCCUU . Todas as filhas desse cessário apenas verificar a presença ou ausência de prole cruzamento com olhos em barra tinham o cromossomo masculina.~ etc.~.4)./// . A capacidade de in- cromossomo CZB morreriam por causa da mutação letal duzir mutações gênicas contribuiu muito para o avanço ( l) recessiva desse cromossomo.... AUGAAAGGGCCCUUUett. ~ . mossomo X com possível mutação.. / ..// @] '. Muller CZB da mãe e o cromossomo X irradiado do pai.. DNA •• •• ••• •• •• •• ••• ••• ••• ••• ••• ••• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• ••• ••• ••• ••• ••• ••• •• • •• •• •• TAC TT TCCCGGGAAAett.. ~ ~~~~~ ~~~ ~--· transcrito . L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 L-y-1 etc. Se o cromosso. machos he.Lys. Com a ra (B) estão no segmento invertido do cromossomo CZB.Phe . moscas do sexo masculino com raios X. por sua vez.. A mudança na matriz de leitura... Reparo do DNA e Recombinação 327 Doze substituições de base diferentes podem ocorrer no DNA. Cooon Códon CóOOn Códon CóOOn Cooon Códon COOon Códon COOon 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Polipeptídio Met. Tanto a muta.r // tf O Pirimidina '' '' '' '' / / / / / / ---11~ Transicão ~ / • .. Met . prole feminina e masculina na proporção de 2: 1 (apenas ção letal recessiva (l) quanto a mutação de olhos em bar.. Essa técnica .Lys-Arg-Ala . da genética.. etc. ' .... Com o auxílio desse procedimento...3 Tipos de mutações pontuais que ocorrem no DNA: (A) substituições de bases e (B) mutações por mudança de matriz de leitu ra.. setas verdes) e oito transversões (purina por pirimidina e pirimidina for purina. técnica CZB... separadas) com machos de tipo selvagem. Essas filhas com olhos Outros pesquisadores prontamente demonstraram em barra foram cruzadas individualmente (em culturas que os raios X são mutagênicos em outros organismos. Essa inserção altera a matriz de leitura da parte do gene distal à mutação. ~ ~ . B......Leu . A inserção de um par de bases C:G entre o sexto e o sétimo pares de bases do gene de t ipo selvagem (em cima à esquerda} produziu um gene mutante (em cima à direita). / '' '' > / / / / / / jl '' '' ' ~' ' // ·~ : Legenda: D Purina .. é ne- com fêmeas CZB/+ (Figura 13. ..dissecção . entre eles vegetais./"'. . a detecção de mutações letais recessivas li- Muller irradiou moscas do sexo masculino e cruzou-as gadas ao X recém-induzidas é clara e sem erros.etc.. além disso... ••~ . ···~~ . Como demonstrou um aumento de 150 vezes na frequência toda a população de células reprodutivas dos machos foi de mutações letais ligadas ao X depois do tratamento de irradiada. toda a prole eletromagnética de alta energia e muitas substâncias do cruzamento seria fêmea. como mostra o diagrama).... As substituições de bases incluem quatro transições (purina por purina e pirimidina por pirimidina. modifica todos os códons do mRNA e todos os aminoácidos no polipeptídio especificado por trincas de pares de bases distais à mutação.. os machos com o cromossomo CZB morreriam).'-.11 Transversão A lnsercões ou delecões de um ou dois pares de bases alteram a matriz de leítura do gené distal ao sítio da mutação. Os funções.. cada filha com olhos em barra tinha um cro...Pro .....Gly .. A T GAAACGGGCCC TT T ett. . O cruzamento li pro. ~ li . - \ .5) .... . a classificação das mutações letais requer para o DNA que não está se replicando.------ .e assim por diante) para as bases no DNA. ' informações sobre os mecanismos moleculares de produ- . são denominadas agentes )t * --.5 Alguns potentes mutágenos químicos. As ClB m (?) + 1 substâncias que estudaram são exemplos de uma gran- de classe de mutágenos químicos que transferem gru- / / / / -~--\.. Portan- to.... denciais.- \ --........ __.. em razão do possível uso em guerras químicas... ..... )f ' O gás mostarda (mostarda sulfúrica) foi a primeira ClB m (?) + m(?) ClB 1 + 1 substância química a ter sua mutagenicidade demons- trada..- .C.. -: : : . como os agentes apenas que se verifique a presença ou ausência de machos na prole alquilantes e o ácido nitroso.-- / I / \ \ \ ção das mutações..-. -- I 1---... No entanto.4 A técnica CIB usada por Muller para detectar mutações mutação letal... -- \ ..8-Diamino acridina B (5-BU) (2-AP) c (Proflavina) Agente desaminante Agente hidroxilante HN02 NH20H • D Acido nitroso E Hidroxilamina • FIGURA 13... -- . o go- Cruzamento li: a prole feminina ClB do cruzamento 1é verno britânico classificou seus resultados como confi- cruzada com machos de tipo selvagem.. Desse modo.."' -~ . as mutações induzidas por raios X oferecem poucas ClB + Raios X---:(. e (2) mutagênicos apenas do cruzamento 11.. ..--.----- .... Os raios X têm muitos efeitos em tecidos vivos.. A descoberta de mutágenos químicos -. e ..... -..-.. k ..C'e/ N~ H.... Mais tarde...--... -.... _.. .. Assim como os raios X. -< .... -~ ..--- / / / --.de processos biológicos mostrou ser um são cruzadas com machos irradiados. portanto.... . .. e ._ \ -- - . CH3 CH2.... para o DNA em replicação.. e H2N/ ~e/ ' N'l' ' c'l' 'NH3 + 2 1 1 1 1 H H H H 5-Bromouracila 2-Aminopurina 2..... \ preensão da mutação em nível molecular.. \ \ \ alquilantes. e + .---.. .:" >- ...::::-<.... . /e~ /e~ / H e e e e 1 li C-H 1 11 1 1 H N/ e~ N /e' N .. como os análogos das bases Agentes alquilantes Cl-CH2-CH2-S-CH2-CH2-CI CH3-CH2-0-S02-CH3 CH3-CH2-0-S02-CH2-CH3 Sulfeto de bis-(2-cloroetil) Sultanato de etil metano Sultanato de etil etano A (gás mostarda) (EMS) (EES) Análogos de bases Acridinas H H H H 1 1 1 1 N-::::::.. Auerbach e colaboradores não Filha ClB x Tipo selvagem cf tiveram permissão para publicar os resultados nem dis- cuti-los com outros geneticistas até o fim da guerra. descobriram-se ClB + m(?) + CZB m (?) 1 mutágenos químicos com efeitos específicos sobre o DNA (Figura 13. Morre Morre se foi induzida • FIGURA 13..... / \ ..... Um terço da prole do cruzament o li será de machos se não houver mutação letal recessiva no cromos... -~ I I I / I \ \ \\ pos alquila (CH3.. .. - MUTAÇOES INDUZIDAS POR letais recessivas ligadas ao X (m) em Drosophila. SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS duzirá apenas fêmeas se houver uma mutação letal recessiva ligada Os mutágenos químicos são divididos em dois grupos: ao X no cromossomo X irradiado. com efeitos específicos sobre o DNA levou à melhor com- / ---. Charlotte Auerbach e colaboradores descobriram ~ Morre os efeitos mutagênicos do gás mostarda e de substâncias relacionadas durante a II Guerra Mundial. o gás mostarda tem ~ muitos efeitos sobre o DNA.. poderoso instrumento na análise de muitos processos czsÇ X Irradiados cf biológicos........ . Portanto....J. -.. --- ....328 Fundamentos de Genética Cruzamento 1: fêmeas heterozigotas para o cromossomo ClB mutacional . (1) mutagênicos tanto para o DNA em replicação quanto somo X irradiado.....-..... I \ ~ / . das bases normais no DNA..6).. Os dois análogos de bases mais usados são 5-bro- mouracila e 2-aminopurina. B..78). Uma consequência importante dessa bidirecio- suficientemente diferentes das estruturas das bases nor.6 Pareamento de bases entre 5.:::e j j j j /. para a forma enol durante uma replicação subsequente. ao grupo me- tila (-CH3 ) na 5ª posição da timina. A. No entanto. 1 1 .CI \ C= NI Acúcar 1 · 1 1 .7A).. mouracila induz transições nas duas direções. Em sua forma ceto mais estável. a 5-bro- nina ou (B) guanina. A :T '+. durante a repli.bromouracila está presente em sua forma enol menos frequente 5-Bromouracila Guanina (farma enol) (laranja} no momento da incorporação ao DNA.. em vários aspectos.1/ e-e. 1 / ~ / Ou. que se intercalam no DNA e aumentam a gar da timina) e sofrer uma modificação tautomérica probabilidade de erros durante a replicação. da timina também podem ser induzidas a voltar ao tipo cação.H • •• G:C A :T •• • A :T G:C \ I ~ I -. 1 1 transições. . a 5-bromouracila faz 1 1 -----· JG: C 1 1 1 1 -----· A :T j 1 1 1 1 par com a guanina (Figura 13. às cadeias de DNA no lugar das bases normais durante a Se.. A:T ~ G:C..bromouracila. Após a modificação tautomérica para sua forma enol. o átomo de bromo na 5ª Efeito da forma enol da 5-bromouracila durante: posição é semelhante. induz transição A:T ~ G:C..1).. causará transição A:T ~ G:C (Figura 13. 1 1 1 1 ..2B). . menos 1 1 1 t G: BU 1 G:C 1 1 1 1 A T 1 frequente.. c-c. a 5-bromouracila for incorporada em sua replicação. ou seja. de mutação.. a lares às das bases normais e são incorporados ao DNA 5-bromouracila induz transições nas duas direções.. 1 1 Br O-H····O N::::::-.. nalidade das transições induzidas por 5-bromouracila é mais no DNA para aumentar a frequência de erros de que mutações originalmente induzidas por esse análogo pareamento e.bromouracila e (A) ade.e-~ 11'/. A:T durante a replicação. suas estruturas são ~ G:C...c-c~ 1 1 1 1/ ~ ---N 1 1 1 1 N. Quando a 5-bromouracila é incorporada ao DNA em sua B forma ceto mais comum (azul} e passa à forma enol durante uma • FIGURA 13.N C \ \ N.. total: A :T G: c Acúcar O····H-N 1 1 1 1 ' \ H • FIGURA 13.. G:C A j 1 j 1 Par de bases 5-bromouracila: guanina.. A pirimidina 5-bromoura- cila é um análogo da timina. 1 1 1 1 1 ~ 1 ~ ___ N A B N-C N····H . O efeito mutagênico da 1 1 1 Replicação I 1 Replicação I 5-bromouracila é igual ao previsto para as modificações 1 1 1 1 tautoméricas nas bases normais (Figura 13. 1 1 1 1 H 1 1 / : 1 1 1 ~ : 1 1 1 ~ Br O···· H-N N: : : --.. replicação subsequente. será incorporada diante da guanina no filamento-mol- gênicos. Os análogos de bases mutagênicos têm estruturas simi.C N-H···· N \ Replicação Ili Replicação Ili 1 1 \ N-d \ e=/ Açúcar 1 1 / ~ / 1 1 1 1 Açúcar O H 1 1 5-Bromouracila Adenina : 1 1 : 1 1 (forma ceto) '->. portanto. o bromo Incorporação Replicação após nessa posição modifica a distribuição da carga elétrica incorporação e aumenta a frequência de modificações tautoméricas 1 1 (Figura 13.. 1 1 1 1 Se a 5-bromouracila estiver em sua forma enol.7 Efeitos mutagênicos da 5.. Reparo do DNA e Recombinação 329 .. Capítulo 13 1 Mutação. . como trifosfato de nucleosídio no momento 1 1 1 J 1 j 1 1 j 1 1 1 1 1 1 Replicação li 1 Replicação li 1 1 Par de bases 5-bromouracila: adenina.. Portanto. a 5-bro- mouracila faz par com a adenina. Contudo.purinas e pirimidinas com estruturas semelhantes às de sua incorporação a um filamento nascente de DNA.H 1 G: C A =BU 1 A: T G: BU \ # \ / ~e 1 j 1 j 1 j 1 j /... Para exercer efeitos muta.. porém. Portanto.. Quando a 5. induz transição G:C ~ A:T. .. os análogos das bases têm de ser incorporados de e causará uma transição G:C ~ A:T (Figura 13. O segundo grupo de mutágenos inclui ainda forma ceto mais frequente diante da adenina (no lu- as acridinas. os efeitos do ácido nitroso sobre a adenina e a citosina explicam a capacidade de induzir transição nas duas direções. . mas a xantina . . A:T ~ G:C. e a desaminação da citosina produz transições G:C ----'> AT. .-::::: N O····H-N H c::::-. As acridinas no DNA que está ou não em replicação. N C-H Acúcar \ I Acúcar \ I \ I · N=C · N.1/c.H···· N C-H Acúcar \ I \ I · N= C C. o ácido nitroso induz transições nas duas direções. _ . ..c\ 1 /. . . . A desaminação da guanina produz xantina. e (C) guanina em xantina.-:::::N O····H-N H c::::-. .8)... • na ou guan1na.faz par com a citosina. Essa reação converte os gru. causando transição A:T ~ G:C. mas é incorporada no lugar da adeni. carga elétrica positiva são interpostas entre os pares de bases empi- duzidas por mutágenos químicos.9)..C N H.. . que faz par com a adenina em vez da guanina.330 Fundamentos de Genética selvagem pela 5-bromouracila.\ // c::::-. _ . que faz par com a citosina em vez da timina. A 2-aminopurina tem As acridinas. (B) citosina em uracila. AT ~ G:C. causando transição G:C ~A:T.c\ l/J ~ _.N \ // \ H O Açúcar A Adenina Hipoxantina Citosina H H \ / N N. a desaminação da guanina não é mutagênica... como a proflavina (Figura 13.8 O ácido nitroso induz mutações por desaminação oxidativa das bases no DNA. _ .H \ / \ // \ . ..H H O····H-N N::::. ::::: N O H. N 1 H. ~c c. N-c! N. Assim. . 1/ 1/ ~ / C N-H ·· . Portan- Mo l éc ul as_~ to. Como de proflavina a desaminação da adenina resulta em transições AT ----'> G:C.3B).9 Intercalação de proflavina na dupla hélice de DNA. laranja ação semelhante..c-c\ /.. A adenina é desaminada em hipoxantina.C N-H ···· N C \ \ / \ I \ I Acúcar N-C N-C C=N · / ~ / ~ / Açúcar O Açúcar O H B Citosina Uracila Adenina H / H...c~ // ~ /. aumen- adenina. A citosina é convertida em uracila.c /Jc . O ácido nitro. .5C)..assim como a guanina . C C-N \ / ~ // \ N-H H O O Acúcar • 1 C Guanina H Xantina Citosina • FIGURA 13. que não é mutagênica.. O ácido nitroso converte (A) adenina em hipo- xantina. juntos. induzida por ácido nitroso acompanhando o Problema Estudos por difração de raios X most raram que essas acridinas com resolvido: Previsão das substituições de aminoácidos in. de acridina e toda uma série de substâncias relacionadas. H / H. com carga elétrica positiva interpõem-se entre os pares so provoca desaminação oxidativa dos grupos amino na de bases empilhados no DNA (Figura 13.\ // \ I 1 /Jc-c\ 1 c-c\ N.. . . . as mutações induzidas por ácido nitro- so também são induzidas a voltar ao tipo selvagem pelo ácido nitroso.\ // \ I 1 /Jc . Logo. Teste seu conhecimento sobre a mutação • FIGURA 13. guanina e citosina. .H N. são mutágenos potentes que induzem mutações por mu- O ácido nitroso {HN02) é um potente mutágeno com ação dança de matriz de leitura (Figura 13.c-c\ . 1/ !/ ~ / C N. tam a rigidez e alteram a conformação da dupla hélice.. . lhados. pos amino em grupos ceto e modifica o potencial de liga- ção ao h idrogênio das bases modificadas (Figura 13.. . produz ? Acido nitroso hipoxantina e uracila.... I11cluem a mostar- dinas i11tercaladas.. Portanto. transversões. o genoma do uma população de vírus do mosaico do tabaco (TMV) que não es. Consequentemente.. ácido nitroso leva à substituição de algumas histidinas nas proteí- mentar equivalente ao mRNA... a serão replicados por infecção das folhas de tabaco para identifi- citosina e a guanina (adenina . e . o ácido nitroso desamina a adenina..substâncias acréscimos e deleções. você esperaria que o ácido nitroso induzisse especificadores da histidina nos polipeptídios codificados por alguma mutação tendo como consequência a substituição de um TMV. ' .. em seguida Como ilustra a Figura 13... há acréscimo e deleção de um ou mais da nitroge11ada. O RNA genômico do TMV replica-se como o DNA por meio de proteínas mutantes.... que aminoácido(s) e por que mecanismo(s)? gumas das A e C no RNA do TMV são convertidas em G e U. um intermediário bifi lamentar complementar (com pareamento das bases).. argininas e cisteínas em 2 ..-cGu~ Arginina ~GCA..... Na replicação das moléculas de DNA que co11têm acri. até mesmo aberrações cromossômicas... TMV (RNA) contém uma dessas sequências em todos os sítios tivessem se replicando.... transições.. ~ACA ..ras que depe11dem da reati. Isto é. Embora os vírus do mosaico do tabaco não estejam se replican- A natureza do código genético foi apresentada na Tabela 12. Ao tratar com ácido nitroso 4.... arginina e cisteína nos genomas do TMV produzidos pela replicação semiconservativa FATOS E CONCEITOS do RNA viral cuja mutação foi induzida.. polipeptídio: aa . ~ALJA- e -UA~~ .... A desa- Em caso negativo... Portanto.ridade do agente.uHu~ e .. aan? citosina e a uracila faz par com a adenina. esses pequenos etil metano (MMS e EMS) (Figura 13.. Traducão • Mecanismo (Nota: códon de His = -CA~~) durante Filamento infeccão • RNA do TMV empacotado subsequente ..... como mostra o diagrama a seguir.. + .. guanina . O TMV armazena suas informações genéticas em RNA unifila... por que não? minação dessas bases produz códons de tirosina.cAu~ e t HN02 ... tratamento com ácido nitroso. nas do TMV de tipo selvagem por tirosinas....LJAU~ e ---. Durante a replicação subse- quente dos RNA de TMV modificados. Os códons de histidina são CAU e CAC..~ G G ' + ' --.uracila. aax (não histidina) ..1 . h.. respectivamente. resíduo de histidina (His) por outro aminoácido em um polipeptídio 5.3B).. relati.. com frequências tam em produtos gê11icos inativos....~ G ' ' --. a hipoxantina faz par com a aa.. Como seria de se esperar. ANÁLISE E SOLUÇÃO ' Quando o ácido nitroso desamina a adenina e a citosina. inclusive mutação (Figura 13.hipoxantina.8. o sulfonato de metila e o sulfo11ato de pares de bases.... a mutagênese por 1.5A) .uAu ~ Tiro sina ~ALJA .. grupos alquila para outras moléculas. ' -uGu~ Cisteína ~ACA .. al- Em caso afirmativo. ~GCA- e . .~ + G ' + ' --. Os agentes al- alteram a matriz de leitura para a parte do gene distal à quilantes induzem todos os tipos de mutações. que faz par com a car se alguma mutação do tipo indicado foi ou não induzida por citosina.. Desse modo. que faz par com a citosina). as mutações indu... Capítulo 13 1 Mutação.... xantina..uAu ~ e ... Um .. que faz par com a adenina. químicas com múltiplos efeitos i10 DNA. do no momento do tratamento com ácido nitroso.1st1ºdº1na .. As adeninas e citosinas no genoma do TMV são possíveis alvos de tipo selvagem? de mutação induzida por ácido nitroso. Os agentes alquilantes são substâncias químicas que doam la.. ' . mudança de matriz de leitura e zidas por acridina nos éxo11s dos genes geralmente resul. citosina ..uGu~ e ---. G criando leves curvaturas ou acotovelamentos na molécu.. + G -cHg~ Replicação -cHu~ e -CGU~ e ---. Reparo do DNA e Recombinação 331 Previsão das substituições de aminoácidos induzidas por mutágenos químicos PROBLEMA 3. geralme11te de um só par de bases.. causa ionização. Portanto. aberrações cromossômicas (Capítulo 6). Tendo em vista sua especificidade. A reatividade aumentada sições G:C ~ A:T.. seus estados normais estáveis. como A radiação ultravioleta. raios ( Figura 13. originalmente causadas por transições. A 7-etilguanina. um estado to mutagênico específico. causando tran. (1) A hidroxilamina não induz a reversão ções padronizadas. dos vivos em profundidades significativas. Obser- usar a hidroxilamina para verificar se determinada muta. a frequência de mutações pontuais menor comprimento de onda e maior energia que a luz induzidas é diretamente proporcional à dose de radiação visível é subdividida em radiação ionizante (raios X. Induz apenas transições G:C conhecido como excitação. ficiais das células em vegetais e animais superiores e não do nitroso ou as acridinas. a dos átomos nas moléculas de DNA é responsável pela hidroxilamina foi muito útil na classificação de mutações maior parte da mutagenicidade da radiação ionizante e por transição._ . No processo. mente mais reativas que aquelas que contêm átomos em citosina resultante faz par com a adenina. Outros pro. e o urânio-238 usado em reatores quebras cromossômicas. E possível obter a mesma dose com baixa intensidade de irradiação durante um longo período ou com alta intensidade de irradiação por MUTAÇÕES INDUZIDAS POR RADIAÇÃO um curto período. Por exem.10) com maioria dos estudos. a irradiação X de espermato- gama e raios cósmicos) e radiação não ionizante (luz ultra. são mensurados em unidades roentgen (r). Por exemplo. A hidroxilamino. o mos em formas iônicas ou estados excitados são quimica- grupo amino da citosina é hidroxilado. levando os elétrons nos or- o agente hidroxilante hidroxilamina (NH20H) tem um efei. que são medidas do divididas em duas classes segundo a reversibilidade com número de ionização por unidade de volume em condi- h idroxilamina. . portanto. beta e gama por isótopos ra- cruzada de filamentos ou moléculas de DNA e induzem dioativos como 32P.~ <( ~ <( (Y) Raios Raios Ondas de rádio Micro-ondas Infravermelho uv Raios X gama cósmicos 109 nm 106 nm 103 nm 1 nm 1o-3 nm 1o-5 nm Comprimento (lm} de onda Radiação ionizante Mínimo Nível de energia Máximo • FIGURA 13. As mutações induzidas a reverter ao tipo luz ultravioleta. selvagem pelo ácido nitroso ou pelos análogos de bases Os raios X e outras formas de radiação ionizante são e. gen é uma quantidade de radiação ionizante que produz (2) A hidroxilamina induz a reversão de mutações com 2. que resultam em vários tipos de nucleares. 35S. o áci. Os raios ultravioleta dissipam a energia Em contraste com a maioria dos agentes alquilantes. por ter menos energia que a classe. Portanto. inclui uma escala de tempo. Esse processo de ionização é induzido por tes. tecidos vivos. zoides de Drosophila aumenta em aproximadamente 3% Luz visível E_g o -. Quando o DNA é tratado com hidroxilamina. Os íons._ E ~CX) r--. dos átomos que encontram._ E e a.. bitais externos para maiores níveis de energia. criando radicais livres ou íons de com a timina e causa transições G:C ~ A:T. radiação ionizante. Especificamente. do DNA propensos a erro que introduzem mutações por A consequência é a formação de um cone de íons ao lon- transição. colidem com dutos da alquilação de bases ativam processos de reparo outras moléculas e causam a liberação de outros elétrons. As radiações ionizantes têm alta energia e são transferência de grupos metila ou etila para as bases. que têm dois grupos alquila reativos).11 ). prótons e nêutrons produzidos por um aparelho. Esse ponto é importante porque. transversão e mudança de matriz de leitura go do trajeto de cada raio de alta energia ao atravessar durante o processo de reparo. pode-se ar a OºC e uma pressão de 760 mm de mercúrio. plo.10 O espectro eletromagnético. ve que a dose de radiação em unidades roentgen não ~ ção foi uma transição A:T ~ G:C ou G:C ~ AT. faz par liberação de elétrons. As moléculas que contêm áto- ~ A:T.083 x 109 pares de íons em um centímetro cúbico de um par de bases G:C no sítio mutante. que úteis no diagnóstico médico porque penetram nos teci- altera os potenciais de pareamento de bases. o EMS causa etilação das bases do DNA nas posições esses raios de alta energia colidem com átomos e causam 7-N e 6-0. quando produzida.. na A porção do espectro eletromagnético (Figura 13. sobretudo agentes alquilantes disfuncionais (aqueles raios X. uma unidade roent- de mutações com um par de bases A:T no sítio mutante. os agentes alquilantes apresentam efeitos mutagê.> Q) Q) e o E ro -o . carga elétrica positiva.o LI'> . por sua vez. Alguns agentes alquilan.332 Fundamentos de Genética mecanismo de mutagênese por agentes alquilantes é a violeta). fazem a ligação bem como pelos raios alfa. penetra apenas nas camadas super- nicos menos específicos que os análogos de bases. A ab- o 1. A mutagenicidade máxima também • FIGURA 13. Talvez haja nas espermatogônias e nos oócitos de mamíferos mecanismos de reparo inexistentes em es- permatozoides de Drosüphila. mentos genetJ. . A inserção de um transpóson geralmente inativa o gene (Figura 13. camundongos são tratados com doses intermitentes de Na verdade. por- a taxa de mutação para cada aumento de 1. Estudos in vitro mostram que há intensa absorção pelas pirimidinas a 254 nm. e GENÉTICOS TRANSPONÍVEIS quanto menor é a dose. inversões teriores deste capítulo ocorrem em seres humanos. . ro e . DNA. raios UV penetram pouco no tecido. Essa relação linear mostra que a indução tes da absorção de UV por pirimidinas (timina e citosina) de mutações por raios X tem cinética de evento único são os hidratos de pirimidina e os dímeros de pirimidina ( single-hit). os resultados indicam que quanto MUTAÇÕES INDUZIDAS POR ELEMENTOS maior é a dose de radiação.000 2. tanto em Drosophila quanto em mamíferos. ( 1) Os dímeros perturbam a estrutura ção tem uma probabilidade fixa de induzir uma mutação das duplas hélices de DNA e interferem na replicação pre- em condições padronizadas. embora em diferentes graus. A luz ultravioleta. Todos os tipos de mutações apresentados nas seções an- mossômicas.. HUMANAS HEREDITÁRIAS A radiação ionizante também induz alterações cro. que. Essas aberrações cromossô- micas são consequência de quebras dos cromossomos in- duzidas por radiação.cos transpon1ve1s em genes importantes. sugerindo que o processo de muta- tação em Drosophila. TRINUCLEOTÍDIOS E DOENÇAS nicos. Mes- mo níveis muito baixos de radiação estão associados a cer. toda ioniza. Ademais. Agora os geneticistas sabem que muitos dos mutantes clássicos do milho. é um potente mutágeno para organismos unicelulares. cisa do DNA.. Dois produtos importan- de radiação. Acredita-se que as ( w1) causadora de olhos brancos em Drosüphila ( Capítu- lo 5) resultaram da inserção de elementos transponíveis. Ou seja.. Portanto. apenas a camada celular epidérmica o está exposta aos efeitos do UV. Os seres vivos têm elementos de DNA extraordinários ta probabilidade baixa.000 r na dose tanto. mas real. que então se tornam mais reativas ou excitadas.11 Relação entre dose de radiação e frequência de mu. (2) Durante os processos celulares há erros Qual é o nível seguro de irradiação? O desenvolvimen. coli e gos. entre elas deleções. A relação linear entre taxa de muta- ção e dose de radiação indica que não há nível seguro de irradiação. Capítulo 13 1 Mutação. Reparo do DNA e Recombinação 333 15 e translocações (Capítulo 6). ção por UV é mediado diretamente pela absorção de UV por purinas e pirimidinas. moléculas orgânicas como as purinas e as pirimidinas no Q) Q) ~ . dois mecanismos. seja mutante. maior é a taxa de mutação. duplicações..000 3. o que significa que cada mutação é causada (Figura 13. capazes de passar de um local para outro no genoma. a irradiação crônica causa menos mutações de outros organismos foram criados pela inserção de ele- que a mesma dose de irradiação aguda. adiante neste capítulo). como dímeros de timina to e o uso da bomba atômica e os acidentes em usinas induzidos por UV (ver a seção Mecanismos de reparo do nucleares despertaram preocupação com a exposição às DNA.. ou elementos genéticos transponíveis. a frequência de mutação é um pouco menor do que quando são tratados com a mesma quantidade lha de Mendel (Capítulo 3) quanto a primeira mutação total de radiação em dose contínua. . Esses transpósons. cau- na eficiência de reparo da lesão do DNA induzida por sam mutações. porém. há cinética de dois eventos em tO ~X 10 vez da cinética de evento único observada nas mutações ~o E ro V) pontuais.. em organis- mos multicelulares. é provável que o fenótipo em alta intensidade por curtos períodos). de Drosüphila.13). Os rf. Se o gene codi- é tão eficaz na indução de mutações quanto a irradiação aguda (a mesma dose total de irradiação administrada ficar um produto importante.000 4.. de induzir mutações. radiação. tanto o alelo para sementes rugosas de ervi- radiação. Em espermatozoides de Drosüphila. é preciso enfatizar - EXPANSAO DE REPETIÇOES DE - que todos esses tratamentos de irradiação são mutagê. diferentes respostas das moscas-das-frutas e dos mamífe- Veja no Capítulo 17 outros detalhes sobre o mecanismo ros à irradiação crônica seja consequência de diferenças pelo qual os transpósons se deslocam e..000 5. tornam-se muito reativas. quando . Além . Como esses processos exigem duas V) Q) quebras cromossômicas.. Mas é facilmente absorvida por muitas ~-V) 5 . a irradiação crôni- ca (baixos níveis de irradiação durante longos períodos) são tema do Capítulo 17. ro Q) -O-o A radiação ultravioleta (UV) não tem energia suficiente para E =rai Q) induzir ionizações. que reparam defeitos no DNA. Em camundon. menor é a taxa de mutação. Os dímeros de timina causam mutações por por um único evento de ionização. porém.000 sorção máxima de UV pelo DNA ocorre no comprimento Unidades Roentgen de onda de 254 nm.12). Na verdade. de E. ocorre com 254 nm. no processo.. Todavia.. . radiações ionizantes. /\~-~ por elemento genético transponível trinucleotídios CGG no sítio FRAXA no cromossomo X são responsáveis pela síndrome do X frágil. trinucleotídios expandidos associados a essas doenças são instáveis em células somáticas e entre gerações.13 Mecanismo de mutação induzida por transpóson. doença de Machado-Joseph e ataxia espinocerebe- inserção de um elemento genético t ransponível (vermelho) em um lar. os transpóson. há outro tipo de mutação associado a doenças que é a maior gravidade da doença ou o início mais humanas. atrofia dentatorrubral-palidoluisia- • FIGURA 13.. Além disso.e 1 li e o-:::?' "-N/ o-:::?' "./ e"-. Segmentos do gene separados Gene t . Essas repetições estão dispersas em todo o genoma lo 16 é apresentado um possível mecanismo de expan- humano. Ligação cruzada de moléculas de t imina adj acent es para formar dímeros de t i mina. desses. Um produto gênico t runcado geralmente é resultado de sinais cópias de trinucleotídios . No Capítu- ples. doença de Kennedy. repetições de trinucleotídios. Sequências repetidas de um a seis pares de cedo em gerações sucessivas à medida que aumenta a nucleotídios são conhecidas como repetições em série sim.. que bloqueiam a replicação do DNA. pode transponível aumentar e causar doenças hereditárias em seres huma- ~~A~~ nos.. A.__..000 cópias da ou repetição CGG em série nesse sítio (ver Em foco: Síndro- me do X frágil e repetições expandidas de trinucleotídios Tradução Tradução no Capítulo 16). distrofia miotônica. ou ambos.. Hidrólise de citosina em uma forma hidrato que pode causar erro de parea- mento das bases durante a replicação... a intensi- gene de t ipo selvagem (esquerda) geralmente inat iva o gene (direi. . As repetições de trinucleotídios CAG e CTG estão Polipeptídio -~ implicadas em várias doenças neurológicas hereditárias.N/ 1 1". quantidade de cópias de trinucleotídios. 334 Fundamentos de Genética Citosina Hidrato de citosina A o o o H li li CH3 CH3 li ". B. Essa instabilidade dá origem ao fenômeno de antecipação. 1 N e.quanto maior a quantidade de término da transcrição ou da tradução.. Produto gênico Polipeptídio truncado inativo polipeptídico ativo entre elas doença de Huntington. Elemento genético pares de nucleotídios. Em todos esses d istúrbios neurológicos. localizados no de cópias.. Vários trinucleotídios estão sujeitos a esses aumen- • tos da quantidade de cópias...N/ ~o 1 1 H H 1 H H H Timina Dímero de timina B • FIGURA 13. A quantidade de cópias das repetições de três são de trinucleotídios. A na./ C'-.. dade da doença está relacionada com a quantidade de ta). Os cromossomos X normais Transcricão Transcricão ' • têm de 6 a 50 cópias da repetição CGG no sítio FRAXA . a segunda DNA forma mais comum de retardo mental hereditário em se- res humanos (Capítulo 16). / H N 7 e Yi e"-H _ ___. mRNA Os cromossomos X mutantes contêm até 1._. mais graves são os sintomas....e l/ C'-.Salto... / CH3 l'l!ft ~ H".12 Fotoprodutos de pirimidina por irradiação UV. 1 e li e.. Repetições expandidas de r .. que não poderiam saltar os muros baixos que ocorre durante o ciclo de vida do organismo. pelo tipo de célula e pelo momento em pernas curtas. As árvores em que ocorre- ram as mutações originais eram mosaicos somáticos. Quando uma mutação ocorre em uma célula somáti- ca. somáticas. e ponderou de produzir uma alteração fenotípica são determinados que seria vantajoso ter um rebanho inteiro de animais de pela dominância. não adaptativo. Se as mutações forem recessivas. aumentando seu potencial de perpetuação. que alteram a matriz de l. As mutações germinativas ocorrem nas células da linhagem germinativa e as mutações somáticas. os por agentes mutagênicos.eitura . as células da linhagem germinativa que dão origem aos gametas separam-se de outras linhagens celulares no início do desenvolvimento (Capítulo 2).substituições de pirimidina por purina e de purina por pirimidina. clo reprodutivo em que ocorre uma mutação são fatores importantes na determinação da probabilidade de mani- festação do alelo mutante em um organismo. Se a mutação surgir As mutações ocorrem em todos os genes de todos os seres em um gameta. essenciais para o processo evolutivo. Depois. mutante.14) e a laranja-de-umbigo são exemplos de fenótipos mutantes resultantes de mutações ocorridas nas células somáticas. nas célu- las somáticas. Em ani- mais superiores. dos vírus Os efeitos de eventuais mutações dominantes nas cé- aos seres humanos. luz ultraviokta e ekmentos genéticos transponíveis endógenos • As mutações pontuais são de três tipos: ( 1) transições . foi modificada pela seleção de outras mutações somáticas. Fe- lizmente. Se houver uma mutação em que possibilita a adaptação dos organismos a mudanças uma célula primordial da linhagem germinativa do tes- ambientais. To- das as células não pertencentes à linhagem germinativa são somáticas. as mutações foram. Podem ser espontâneas ou induzidas lulas da linhagem germinativa podem ser expressos ime- diatamente na prole.substituições de purina por purina e de pirimidina por pirimidina. A maçã Delicious (Figura 13. As- rermos sobre seus efeitos fenotípicos. por Seth A mutação pode ocorrer em qualquer célula e em qual. a dominância de um alelo mutante e o estágio no ci- guns aspectos básicos desse importante processo.14 A laranja-de-umbigo era viável e hoje a numerosa prole de ção somática. tículo ou ovário. Depois.acréscimos ou dekções de um ou dois pares de nucleotídios. provavelmente apenas um membro da vivos. e (3) mutações por mudança de matriz de l. . em quer estágio do desenvolvimento de um organismo multi. Wright notou em seu rebanho um celular.eitura do gene distal ao sítio da mutação • Várias doenças humanas hereditárias são causadas por repetições expandidas de trinuckotí- dios. vamos analisar al. Muta ão 1 Características básicas do P-_ro_c_e_s_ so_ _ _ _ __ As mutações ocorrem em todos os organismos. Essas mutações garantem a variabilidade genética prole terá o gene mutante. a propagação vegetativa da maçã Delicious e da • maçã Delicious original foi resultado de uma muta- FIGURA 13. A maçã Delicious foi descoberta em 1881 porJessie Hiatt. e continuam sen. com pernas muito curtas. A mutação não é transmitida por ga- metas para a prole. Antes de discor. Massachusetts. foi modificada pela seleção de outras mutações enxertos e brotos perpetuou as mutações originais. Capítulo 13 1 Mutação. Reparo do DNA e Recombinação 335 PONTOS ESSENCIAIS • As mutações são induzidas por substâncias químicas. Assim. Os efeitos imediatos da mutação e sua capacidade carneiro diferente. tações germinativas podem ocorrer em qualquer estágio no ciclo reprodutivo do organismo. vários gametas poderão receber o gene do. em sua fazenda às margens do rio Charles. A mutação geralmente é um efeitos geralmente são encobertos em diploides. Wright. sim. radiação ionizante. fazendeiro de Iowa. Dover. somente as células dela descendentes apresentam o fenótipo mutante. (2) transversões . MUTAÇÃO 1 SOMÁTICA OU A primeira mutação germinativa dominante registrada GERMINATIVA em animais domésticos foi observada em 1791. As mu- processo aleatório. coli cultivada em meio sem estreptomi- detectáveis por par de nucleotídios por geração. Podem cia a esses pesticidas e antibióticos. Cada vez mais microrganismos patogênicos estão se Quando uma nova mutação . A mutação é um evento totalmente como mutágenos.as autoridades da União Soviética de nico a populações de controle não expostas ao mutágeno.000 pares de nucleotí. ganismos a agentes físicos e químicos que alteram o DNA Esses exemplos suscitam uma dúvida básica sobre a (ou RNA em alguns vírus). Assim. antibiótico. MUTAÇÃO 1 GERALMENTE UM PROCESSO da seguinte. Na tempora. Os animais de pernas curtas foram intercruzados Em muitas cidades. mutantes resistentes a antibióticos em culturas bacteria- . um geneticista consegue saber quência de mutação por gene em bactérias e vírus pode se existem bactérias resistentes antes da exposição à es- aumentar para mais de 1 % por tratamento com potentes treptomicina ou se elas são induzidas pela presença do mutágenos químicos. a maioria das cariotos. logo dará origem a uma nucleotídios por geração (considerando apenas os genes cultura resistente à estreptomicina na qual todas as célu- sobre os quais se dispõe de amplos dados). cas adquiridas . bactérias é destruída pelo antibiótico. As populações de moscas domésticas costumam MUTAÇÃO 1 ESPONTÂNEA OU INDUZIDA apresentar altos níveis de resistência a muitos insetici- das. de de desenvolver resistência em resposta à presença de dios de comprimento. refutar o lamarckismo não era As mutações espontâneas são raras. Mas se a popula- ximadamente 10-7 a 10-9 mutações detectáveis por par de ção for suficientemente grande. As medidas da frequência de ter bilhões de organismos. Quando expostas à estreptomicina. ou todas as células têm alguma probabilida- codificadora do gene médio tem 1. é impossível comprovar gos por muitas gerações. as taxas de mutação estimadas variam de apro.a herança de característi- comparação de populações expostas a um agente mutagê. Essa técnica possibilitou demonstrar a presença de minado gene. os ratos já não são mais afetados pe- e desenvolveu-se uma linhagem na qual todos os indiví. e os mutantes multiplicaram-se e de- xo nível de erros metabólicos inerentes. no. dito Em 1952. os organismos sensí- ser verdadeiramente espontâneas. Wright cruzou as ovelhas com o novo carnei- ALEATÓRIO. A fre.336 Fundamentos de Genética de pedra da vizinhança na Nova Inglaterra.característi- ção for aumentada em cem vezes pelo tratamento de uma cas impostas aos organismos por fatores ambientais . 1937-1964. geralmente se considera que a região população.ocorre. principalmente no caso de microrganis- quências observadas variem de um gene para outro e de mos. a taxa de mutação por gene estreptomicina? Como os geneticistas podem distinguir varia de cerca de 10-4 a 10-7 por geração. o veneno usado para controlá-las na década de 1950. Dois filhotes nasceram com pernas curtas. com caudas. J oshua e Esther Lederberg desenvolveram de outra maneira. Muitos desses agentes desconhecidos presentes no ambiente. neno. na herança de "características adquiridas" . NÃO ADAPTATIVO ro de pernas curtas. é causada controlá-los. quando até mesmo pequenas culturas costumam um organismo para outro. Assim. No entanto. embora as fre. Ocorreram mutações que causam resistên- são aquelas que ocorrem sem causa conhecida. A título de exemplo. Se a taxa de muta.como a responsável pelos tornando resistentes aos antibióticos desenvolvidos para carneiros de pernas curtas de Wright . resultam da exposição de or- documentados. As muta- casos de evolução por mutação e seleção natural são bem ções induzidas. os camundongos continuarão a nascer 100 mutações na população terá sido induzida pelo mutáge. las são resistentes ao antibiótico. incluem radiação ionizante. se cortar as caudas dos camundon- Do ponto de vista operacional. Ou seja. uma média de 99 a cada resposta é não. biental? Por exemplo. réplica. que acreditavam essas distinções ao nível populacional.a população com um mutágeno. Nos eu. os pesquisadores podem fazer comparações esta. A invenção desses pesticidas e antibióticos por algum agente no ambiente ou é consequência de um pelo ser humano produziu ambientes novos para esses processo inerente aos seres vivos? As mutações espontâneas organismos. Hoje é dificil compreender como Lysenko conseguiu tísticas válidas entre mutações espontâneas e induzidas pela convencer do lamarckismo . Os geneticistas têm de restringir ção de Jean Lamarck e Trofim Lysenko. cina. essas duas possibilidades? A resistência à estreptomicina O tratamento com agentes mutagênicos aumenta as só pode ser detectada por tratamento da cultura com o frequências de mutação em ordens de magnitude. mutação espontânea para vários genes de fagos e bacté. A estreptomicina ape- rar as taxas de mutação por nucleotídio com as taxas de nas seleciona mutantes aleatórios raros preexistentes na mutação por gene. analisemos uma população de rias variam de aproximadamente 10-a a 10-10 mutações bactérias como E. luz ultra- aleatório no qual o estresse ambiental apenas preserva violeta e uma grande variedade de substâncias químicas. mais de 1 % dos fagos ou das bactérias uma técnica nova e importante chamada plaqueamento em na população apresentarão uma mutação em um deter. mutações preexistentes? Ou é dirigida pelo estresse am- conforme apresentado na seção anterior. Muitas populações de baratas são insensíveis ao clordano. mais de 1 % dos genes dos antibiótico? organismos tratados apresentarão uma mutação ou. então. resultantes de um bai- veis foram mortos. Ao compa. Esses agentes são conhecidos natureza da mutação. Como. los anticoagulantes tradicionalmente usados como ve- duos apresentavam a nova característica. você acabará produzindo uma que determinada mutação foi espontânea ou induzida por linhagem de camundongos sem cauda? Apesar da convic- um agente mutagênico. ou causadas por ram origem a novas populações resistentes. já comentadas. uma tarefa fácil. definitivos.P-. . muitas das mento de replicação com muitas placas. Se uma mutação que torna uma bactéria resistente sionaram sobre veludo estéril apoiado sobre um bloco à estreptomicina ocorre em um estágio inicial do cres- de madeira.. (J. então.y ~/:C::::::::::::::::===:::=~~ original sem estreptomicina Ausência de para inocular meio líquido O Retirada da : crescimento contendo estreptomicina. meios seletivos.·. As colônias que proliferaram nas placas de meiro. enquanto as colônias que não pro- sólido em placas de Petri e incubaram as placas até que liferaram no meio seletivo raramente continham células cada bactéria produzisse uma colônia visível na superfí.O . se uma muta- estreptomicina sobre o veludo. a culturas resistentes quando se testa o crescimento em micina) durante a noite. Para simplificar. Crescimento e bacteriano "'"'p"' -. '' \ \ ~f>.-=-. Algumas das células de cada colônia ficaram cimento de uma colônia. Crescimento de apenas uma colônia. tesa estreptom1c1na. surgiram raras colônias resisten.y 9 Retirada da placa . No entanto. cada uma delas colônias formadas nas placas não seletivas contêm mais contendo cerca de 200 colônias bacterianas. resistentes (Figura 13.. a célula resistente divide-se aderidas ao veludo...15Uso de plaqueamento em réplica por joshua e Esther Lederberg para demonstrar a natureza aleatória ou não direcionada da mutação...... e seriam necessárias mu itas placas para encontrar uma quantidade adequada de colônias mutantes.. Em seguida. os Lederbergs testaram as colônias das depois da exposição ao antibiótico. oito. . depois quatro.. ção é um processo não adaptativo aleatório.O ..15). . Assim. Repetiram esse procedi..ª:. cie do ágar. esticado sobre bloco de madeira. em duas. e apenas duas são submetidas a teste para resistência à estreptomicina na Sª etapa. tampa.. eles diluíram as culturas bacterianas. . . . pressionaram delicada. Os resultados obtidos foram plaqueamento em réplica contivessem células resistentes Placa que contém meio de cultura ágar . • FIGURA 13. Eles.. se a mutação é adaptativa e . (algumas células '' aderem ao veludo). a probabilidade de placas não seletivas (que não continham estreptomici. Uso de células da placa ~f>.~ sem estrepto micin "'"'p"' (J. Capítulo 13 1 Mutação.P-. Na verdade. Depois da de uma bactéria resistente ao antibiótico e dão origem incubação das placas seletivas (que continham estrepto.. Pri.. . cada placa conteria cerca de 200 colônias. que as colônias nas placas não seletivas que deram ori- na) para verificar a capacidade de proliferação em meio gem a colônias resistentes nas placas seletivas depois do contendo estreptomicina..15).. as mutações de resistência à estreptomicina só ocorrem Em seguida.--~ . inverteram cada placa e a pres. ~f>.------------. somente quatro colônias são mostradas em cada placa. inversão '1 bacteriano e pressão da ' placa sobre Veludo estéril o veludo.y O Pressão da placa com estreptomicina sobre o veludo contendo células e incubação. Reparo do DNA e Recombinação 337 nas antes da exposição ao antibiótico ( Figura 13. . dispersaram replicação seletivas quase sempre tinham células resisten- as bactérias na superfície de meio ágar nutritivo semis.P-. tes à estreptomicina. até que haja uma grande mente uma placa estéril de meio ágar nutritivo contendo quantidade de bactérias resistentes.. Inoculação com bactérias e incubação t\ até que haja colônias lf visíveis. Placa que contém meio de cultura ágar e estreptomicina. Os revertentes dos dois t ipos podem ser distinguidos por retrocruzamentos com o t ipo selvagem original.16 A restauração do fenótipo selvagem original de um organismo pode ocorrer por (1) retromutação ou (2) mutação supressora (mostradas no mesmo cromossomo para simplificar). Se o fenótipo selva- alelos para olhos castanhos e azuis em seres humanos gem for restaurado por retromutação. uma segunda mutação. original perdido em razão de uma mutação anterior. tio gênico que a primeira. retromutação. a mutação de um gene de diferentes e até mesmo em cromossomos diferentes. m (c} Recombinante: + fenótipo mutante s Recombinante: (d} fenótipo desconhecido • FIGURA 13. Mas em uma população constituí. segunda mutação em local diferente do genoma. ao passo que outras são revertidas quase também pode sofrer mutação de volta a uma forma que restaura o fenótipo selvagem. em processo reversível. No entanto. parte da prole do retrocruzamento terá o fenótipo mutante (2c). Quando uma segunda mutação restaura o fenótipo to em réplica. com o auxílio da técnica de plaqueamen. A re- população de bactérias antes da exposição a antibió. . o cia de mutantes resistentes à estreptomicina em uma processo é denominado reversão ou mutação reversa. apenas seleciona mutações preexistentes ra. a mutação é um exclusivamente por mutações supressoras. Os resultados. que ras que produzem fenótipos mais bem adaptados ao anula os efeitos da primeira mutação (Figura 13. Portanto. MUTAÇÃO 1 UM PROCESSO REVERSÍVEL As mutações supressoras podem ocorrer em sítios dife- rentes no mesmo gene da mutação original ou em genes Conforme já foi comentado. tipo selvagem pode produzir um alelo mutante que oca- Algumas mutações são revertidas principalmente por siona um fenótipo anormal. alelo para olhos azuis poderia ser considerado mutante. Por exemplo. toda a prole do retrocruzamento será de tipo selvagem. Alguns mutantes podem reverter o fenótipo selvagem por ambos os mecanismos. às vezes a designação dos fe. Are- novo ambiente. Ou seja. restaura a sequência de nucleo- ge nem causa as alterações genéticas como acreditava tídios do tipo selvagem. a mutação original estará podem apenas representar dois fenótipos diferentes. + Toda a prole de tipo selvagem + m s (a} Parentais de fenótipo + m s (b} selvagem (2) . estudos genéticos. tromutação restaura a sequência nucleotídica de tipo sel- vagem original do gene. os geneticistas consideram que os por recombinação (Figura 13.338 Fundamentos de Genética à estreptomicina não seria maior que em outras colônias da quase totalmente de indivíduos de olhos castanhos. Fenótipo Genótipo + Tipo selvagem i Mutação Mutante Retromutação Mutação supressora Reversão fenotípica + m s Tipo selvagem (1) (2) Retrocruzamento com o tipo selvagem + (1) . ocorrida no mesmo sí- mentos. Se tiver ocorrido retromutação.16). O alelo mutante. Portanto.. mostraram que o estresse ambiental não diri. ou (2) por mutação supressora. muitas vezes os pesquisadores preci- A mutação de um gene de tipo selvagem em uma sam distinguir essas duas possibilidades por retrocruza- forma que produz um fenótipo mutante é denominada men to do revertente fenotípico com o organismo de tipo mutação direta. Eles por uma mutação supressora. Se o responsável for uma mutação supressora.. retromutação.16). selvagem original. toda a prole do são de tipo selvagem. porém. retrocruzamento será do tipo selvagem.. mas presente e poderá ser separada da mutação supressora normais. os Lederbergs demonstraram a existên. mas a mutação supressora não. o nas placas não seletivas. uma Lysenko. como os de muitos outros experi. versão pode ocorrer de duas maneiras diferentes: (1) por ticos. Se o fenótipo selvagem for restaurado nótipos selvagem e mutante é bastante arbitrária. e o alelo MUTAÇÕES COM EFEITOS FENOTÍPICOS 1 codificador do produto inativo é recessivo (Capítulo 4). tivas de determinada enzima. --. . Mas por que a maioria das mutações geneticistas é prejudicial e recessiva. Portanto../ . as mu. A proporção de fêmeas e machos na prole isoalelos. esse é o efeito mais comum de mutações fa- no estado hemizigoto no sexo heterogamético (p. -. Conforme comentamos organismos monoploides como vírus e bactérias. • Muta ão 1 Efeitos fenotí ICOS Os efeitos das mutações no fenótipo variam da inexis- tência de alterações observáveis à letalidade. zima específica codificada por um ou mais genes.. GERALMENTE PREJUDICIAIS E Em razão da degeneração e da ordem existente no código genético (Capítulo 12). Em para identificação de mutações. a forma ativa geralmente catalisa a reação em questão.:-. passando por alterações / / / \ . Xéde2:1. as mutações nesses genes causam bloqueios e os seres humanos.18).~ / / /7". rem porque muitas vezes as alterações nas sequências Assim. o codificador de uma enzima ativa e alelos mutantes codifi- sexo feminino em aves). "' ' ticas ou bioquímicas especiais...k -">"'- - ---.. a maioria das mutações recessivas de pares de bases dos genes modificam as sequências de não é reconhecida por ocasião da sua ocorrência porque aminoácidos dos polipeptídios ( Figura 13.. o metabolismo ocorre por sequências de tações recessivas e dominantes podem ser reconhecidas reações químicas. Um gene é uma sequência de pares de nucleotídios que geralmente codi. Considerando-se um alelo selvagem sexo masculino no ser humano e na mosca-das-frutas. mutações recessivas só modificam das vias metabólicas ( Figura 13. + + + fica um polipeptídio específico.. e cada etapa é catalisada por uma en- pelo efeito sobre o fenótipo do organismo em que ocor. o cilmente detectadas.. mas apenas as mutações da linhagem germinativa são transmitidas à prol.eatórias preexistentes • A restauração do fenótipo selvagem em um organismo mutante pode ser consequência de uma retromutação ou de uma mutação supressora. Se uma célula contém formas ativas e ina- sobrevivem (Figura 13. Esse resultado é com efeitos fenotípicos reconhecíveis ocasionaria dimi- .__ ----- //--~--- ----:-. gadas ao X alteram a proporção sexual da prole porque é evidente por que a maioria das mutações observadas os indivíduos hemizigotos que têm a mutação letal não seria recessiva. Reparo do DNA e Recombinação 339 PONTOS ESSENCIAIS • As mutações ocorrem tanto nas células germinativas quanto nas células somáticas. elas são expressas Na verdade._ _ _ ' ' morfológicas grosseiras. os indivíduos homozigotos para a mutação não sobre. Com rem. trole genético do metabolismo e as técnicas disponíveis As mutações podem ser recessivas ou dominantes. o que pode estão presentes no estado heterozigoto. cessivas ligadas ao X são uma exceção..17 Alteração da proporção sexual por uma mutação le- reconhecíveis apenas por técnicas especiais são chamados tal recessiva ligada ao X.18).. muitas mutações não RECESSIVAS afetam o fenótipo do organismo. são conhecidas como A maioria das mutações identificadas e estudadas por mutações neutras. Outras mutações produzem alelos nulos que deter.:. Capítulo 13 1 Mutação. acarretar a síntese de produtos inativos (Figura 13. nico totalmente inativo.19).17). Os genes que apresentam mutações que 9 9 não afetam o fenótipo ou que causam efeitos pequenos • FIGURA 13. até a letalidade. Portanto. de fêmeas heterozigotas para uma mutação letal recessiva ligada ao minam a ausência do produto gênico ou um produto gê. p Os efeitos das mutações no fenótipo variam de altera. Se houver mutações desse último tipo em genes necessários para o crescimento do organis- mo. cadores de enzimas menos ativas ou totalmente inativas. esperado se considerarmos o que se sabe sobre o con- viverão. Esses bloqueios ocor- o fenótipo quando presentes na condição homozigota. _--. em diploides. no Capítulo 4.. As mutações letais recessivas li. Em organismos diploides como a mosca-das-frutas frequência. X X ções tão leves que só são detectáveis por técnicas gené. --- ---- . ex. toda mutação que ocorre em determinado gene produz um novo alelo X X X X X y 'e! X y d Morre daquele gene. Essas mutações são denominadas letais recessivas. As mutações re. o alelo especifica- dor do produto ativo geralmente é dominante.e • As mutações podem ser espontâneas ou induzidas por agentes mutagênicos existentes no ambiente • A mutação geralmente é processo não adaptativo no qual um estresse ambiental apenas seleciona organismos com mutações al. que causam alterações aleatórias nas sequências inicialmente detectadas pela alteração de seu comporta- de aminoácidos muito bem adaptadas... .. Nos Capítulos 1 e 12. de uma variante. · .._f. Precursor ..-. como um computador ou um automóvel. No estado homozigoto. essas alterações determinam produtos gênicos inativos. acredita-se que todas as cadeias globina (e. Ao se modificar aleato- GeneA t Gene B t Gene C t riamente um componente essencial é improvável que o desempenho da máquina continue tão bom. ou mu itas etapas.1..-. e várias de- pela atividade ideal durante a evolução..As mutações alteram as sequências de pares de nucleotídios em genes.. ::. efeitos prejudiciais da mutação.... Assim. geralmente de. examinamos a estrutura da hemoglobina e os efeitos como mostra o diagrama.glu· · .... Produto As hemoglobinas humanas mutantes ilustram bem os • FIGURA 13. as mu. lntermediário2 .. · ...-... portanto.- .. ªªn e o efeito do gene sobre o fenótipo é mediado por (Produto gênico "selvagem" ativo) (Produto gênico mutante inativo) sequência específica de aminoácidos (aa) no produto gênico polipeptídico.. o que. Essa mutação altera um códon de mRNA de GAG para AAG. las têm efeitos fenotípicos graves.-- 1 1 G AG O As informações genéticas são AG ... diferenças de carga .-. ::. aminoácidos. . Em geral. Produto vos.__ 1 .-I AG '---v--' sequência de códons Códon 0 Traducão trinucleotídicos no Traducão ' ' mRNA como intermediários. As variantes da Mutação ------------------------------------- • 1 1 1 1 1 1 AI elo Alelo mutante Y "selvagem" dogene 1 do gene 1 Cromossomo mitótico ou meiótico . queio das vias metabólicas.. E possível fazer uma analogia com qualquer má- Enzima A Enzima B Enzima C quina complexa. por sua vez. alelos mutantes que determinam lipeptídio a é constituído de uma sequência específica produtos inativos causam bloqueios metabólicos (-\ \~) em virtude de 141 aminoácidos.18 Alelos mutantes recessivos geralmente causam blo... 340 Fundamentos de Genética .ver Capítulo 14).. modifica as sequências de aminoácido dos polipeptídios codificados por esses genes. E preciso lembrar que a principal forma de hemoglobi- tinente. alelo selvagem de um gene codificador de uma enzima Muitas variantes diferentes de hemoglobina adulta fo- de tipo selvagem ou proteína estrutural foi selecionado ram identificadas em populações humanas. seus genes estruturais) tenham evoluído a par- nuição ou ausência de atividade do produto gênico? Um tir de um progenitor comum.1 . lntermediário2 5. Cada po- ausente. cuidadosamente projetada. Dadas as semelhanças das sequências de aminoácidos. A maioria das mutações ocorridas em genes de tipo selvagem na em adultos (hemoglobina A) contém duas cadeias alfa resulta em formas alteradas da enzima com atividade diminuída ou (a) idênticas e duas cadeias beta (í3) idênticas. Transcrição '\t>-P Transcrição .- DNA •••••••• armazenadas na sequência ere T C de pares de bases.As vias podem ter apenas algumas etapas.t>-P_. · .. Muitas variantes foram tações.19 Visão geral do processo de mutação e a expressão de alelos selvagens e mutantes. mento eletroforético (movimento em campo elétrico por terminam produtos menos ativos ou totalmente inati.-- .... gene geralmente codifica uma enzima ativa que catalisa a reação per.-... · . + + + EFEITOS DAS MUTAÇÕES NOS GENES Enzima a inativa Enzima b inativa Enzima c inativa em homozigoto em homozigoto em homozigoto DA GLOBINA HUMANA ªª bb cc Precursor 5.. · . • FIGURA 13. lntermediário1 .. i As informações genéticas mRNA G AG são expressas usando .t>-P_. e um aminoácido no produto polipeptídico de ácido glutâmico (glu} para Usina (lys). Polipeptídio aa 1·aa2. . a hemoglobina falciforme. . enquanto cada cadeia í3 tem 146 da ausência da atividade enzimática necessária. lntermediário1 5. · .1 ... Essa noção Alelo selvagem A Alelo selvagem B Alelo selvagem C de mutação e da interação entre alelos mutantes e sel- Mutacão Mutacão Mutacão vagens é compatível com a observação de que a maioria ' ' ' das mutações com efeitos fenotípicos reconhecíveis é Alelo mutante a Alelo mutante b Alelo mutante c recessiva e prejudicial.. Um par de bases G:C (em cima à esquerda} sofreu mutação em um par de basesA:T (em cima à direita). · . O alelo selvagem de cada traumáticos . E possível obter exemplos inclusive os seres humanos (ver O futuro: Pesquisa de semelhantes do controle genético do metabolismo pelo mutações de Tay-Sachs em pré-embriões de oito célu. não os sintetizam como fazem os microrganismos. O sexto senciais necessários à síntese proteica. valina (não tem carga elétrica em pH neutro) nessa po. exame de praticamente qualquer outra via metabólica las). Essas alterações da es. uma doença autossômica recessiva. A alteração a enzima ácido homogentísico oxidase. nase. Indivíduos diferem em dois aminoácidos. em seres humanos. com T no filamento transcrito no primeiro caso e A Dois outros distúrbios hereditários são causados por no filamento transcrito no segundo caso (ver Figura 1. só foram estudados questões em Genômica na Web no fim do capítulo). na conversão de tirosina no pigmento escuro melanina. o metabolismo Quando as sequências de aminoácidos das cadeias 13 dos aminoácidos aromáticos fenilalanina e tirosina é um de hemoglobina A e a hemoglobina em pacientes com exemplo excelente porque alguns dos primeiros estudos doença falciforme (hemoglobina S) foram determina. controlam etapas dessa via. com fenilcetonúria. revelaram cinco distúrbios tipos anormais. que altera a confor. Também foram identifica. notlpo. com tirosinemia têm altos níveis sanguíneos e urinários de das muitas variantes do polipeptídio a. a substituição do ácido apresentam retardo mental grave quando não se institui glutâmico por valina na sexta posição na cadeia 13 leva dieta com restrição de fenilalanina. ácido p-hidroxifenilpirúvico oxidase. lismo da fenilalanina-tirosina. cau- hemoglobina. O albinismo. hepática nos primeiros 6 meses após o nascimento.. confirmada por sequenciamen. qualquer via metabólica. a enzima que catalisa a primeira etapa na síntese de melanina a partir da tirosina. é causado por um bloqueio mutacional produtos gênicos polipeptídicos. Outros tipos de albinismo MUTAÇÃO EM SERES HUMANOS 1 são causados por bloqueios em etapas subsequentes da conversão de tirosina em melanina. Indivíduos com com tirosinose apresentam maioria delas difere da cadeia 13 normal da hemoglobina aumento acentuado dos níveis sanguíneos e urinários de A por substituição de apenas um aminoácido. estudos de uma única via metabólica. No caso da hemoglobina S. tirosina e de ácido p-hidroxifenilpirúvico. por sua vez. causam alterações do Um tipo de albinismo é causado pela ausência de tirosi- fenótipo que são reconhecidas como mutantes. no fenótipo das pessoas afetadas. a ausência de pigmentação na pele. Assim. T:A. converte a fenilalanina em tirosina. mutações em genes que metabolismo é válido para todos os organismos vivos. . podem modificar as sequências de aminoácidos dos pelos e nos olhos. sada por mutações autossômicas recessivas que inativam vamente anormal (falciforme) das hemácias. Reparo do DNA e Recombinação 341 hemoglobina são uma excelente ilustração dos efeitos da Podemos ilustrar os efeitos das mutações no meta- mutação nas estruturas e funções dos produtos gênicos e. Assim. de mutações em seres humanos revelaram bloqueios das e comparadas. os heterozigotos No Capítulo 4. metabo- queios metabólicos (Figura 13. . A alguns casos. Essa alteração resulta no formato excessi. As mutações desses genes costumam causar blo. constatou-se que a hemoglobina S nessa via. bolismo humano por meio da análise de praticamente por fim. No entanto. discorremos sobre o controle genético geralmente têm níveis normais de pigmentação. os seres humanos aminoácido da terminação amino da cadeia 13 da he.9). A maioria dos Os exemplos da hemoglobina mostram que a mutação recém-nascidos com tirosinemia morre por insuficiência é um processo em que alterações na estrutura do gene. A tirosinose e a tirosinemia são cau- conhecidos e. Algumas tirosina e têm várias anormalidades congênitas. A tirosinose é muito rara. moglobina A é o ácido glutâmico (um aminoácido com ambos os aminoácidos têm de ser obtidos das proteínas carga negativa).. A cadeia 13 da hemoglobina S contém da alimentação. mutações dos genes codificadores das enzimas necessárias Essa substituição de pares de bases A:T ~ T:A foi prevista para o catabolismo da tirosina. no qual cada etapa de uma via é to. O defeito hereditário mais conhecido do metabolis- sição. As cadeias a da hemoglobina A e da hemoglobina mo da fenilalanina-tirosina é a fenilcetonúria. Capítulo 13 1 Mutação. A alcaptonúria mutacional no alelo HBBA que deu origem a HBW foi a teve um papel importante na evolução do conceito do substituição de um par de bases A:T por um par de bases gene. As Conhecem-se mais de 100 variantes de hemoglobi. causada S são idênticas. sadas pela ausência das enzimas tirosina transaminase e to dos alelos HBBA e HBW. Assim. todos causados por. a herança de ambos é au- a partir de dados da sequência de proteínas e dos códons tossômica recessiva. a alteração de um aminoácido pela ausência de fenilanina hidroxilase. mais tarde. respectivamente. com frequência alterações em um ou mais pares de ba. nos ses. A herança do albinis- BLOQUEIOS EM VIAS METABÓLICAS mo é um traço autossômico recessivo. A fenilalanina e a tirosina são aminoácidos es- só diferia da hemoglobina A em uma posição. Portan- das vias metabólicas. trutura das proteínas. O primeiro distúr- à formação de uma nova ligação.18) que acarretam fenó. duas enzimas são necessárias para decompor a tirosina em na com alterações de aminoácidos na cadeia 13 (ver as C02 e H 20. bio hereditário na via metabólica da fenilalanina-tirosi- mação da proteína e leva à agregação de moléculas de na estudado em seres humanos foi a alcaptonúria. a enzima que em um polipeptídio pode ter efeitos graves sobre o fe. Esse quadro do controle genético do hereditários. genes. Recém-nascidos . filhos de dois albinos com mutações em genes dife- catalisada por uma enzima codificada por um ou mais rentes têm pigmentação normal. 1-ceramida 1 apresentar degeneração neurológica progressiva que logo acarreta 3 retardo mental. acelerando a teste pode ser usado para triagem da mutação de Tay-Sachs em transmissão dos impulsos nervosos. (2) aos geneticistas identificar e estudar mutações em genes mutantes termossensíveis e (3) mutantes sensíveis ao essenciais que provocam a perda total da atividade do supressor. foi desenvolvido um teste de DNA que usa gliosídio GM2 é revestir as células nervosas. mesmo em orga11ismos haploides. pi- . Esse acúmulo de lipídios complexos sobre os las preservam a capacidade de dar origem a um embrião normal neurônios bloqueia sua ação. por fim. porque a enzima não atravessa a barreira que casamento de duas pessoas dessa popu lação de judeus. Esse procedimento torna possível que pais hete- Tay em 1881 e sua base bioquímica seja conhecida há mais de rozigotos tenham filhos sem temer o nascimento de uma criança 25 anos. cerca de 1 em 30 adultos na população de judeus asquenaze da bera alguns distúrbios hereditários possam ser tratados com a ad- Europa Central tem o gene mutante em estado heterozigoto. ainda não há tratamento eficaz para esse distúrbio.-galactose-~-l .000 (0. que codifica a enzima hexosaminidase A.600 crianças. as crianças com doença de Tay-Sachs começam a Galactose-~-1 . a doença de a-2 ' 1 Tay-Sachs é um dos mais trágicos. um gene defeituoso para as células somáticas (Capítulo 16) . mas (2) viáveis em outro ambiente.que fornece cópias ativas do em 1. e uma mancha vermelho-cereja surge N-acetil-0-galactosamina na retina. portanto. 1-ceramida PRÉ-EMBRIÕES DE OITO CÉLULAS 1 3 1 e todos os distúrbios hereditários humanos. 4-glicose-~. A hexosaminidase atua sobre o gangliosídio GM2. surdez e perda gera l de controle das fun. teste é norma l . para investigar uma grande ''ariedade de processos bioló- Essas mutações são (1) letais em um ambiente. A$ mutações letais condicionais foram usadas letais condicionais são as mais úteis para estudos genéticos. isso não acontece na doença acomete aproximadamente 1 em cada 3.4. isolando-as dos proces. A função do gan. 1 a-2 ções do corpo. ti l-D-galactosamina. decompõe.não homozigotos para o gene Tay-Sachs mortal - Embora a doença de Tay-Sachs tenha sido descrita por Warren são implantados. será homozigoto para o gene mutante não é possível.ainda quarto dos fi lhos. a chance separa as células encefálicas do sistema circulatório. e as outras sete célu- as células nervosas. restritiva. cegueira. em média. Se os dois pais forem portadores. a condição A$ três principais classes de mutantes com fenótipos permissiva. 4-glicose-~. Lactentes homozigotos Acido N-acetilneuramínico para o gene mutante causador da doença de Tay-Sachs são Hexosaminidase A f Doença de Tay-Sachs normais ao nascimento. causando a deterioração do sistema quando implantadas no útero materno. Muitas vezes esses sintomas iniciais da doença não são + detectados pelos pais nem pelos médicos. a condição gicos desde o dese11volvimento até a fotossíntese.as mutações restritivas. Os tetizar um metabólito essencial (aminoácido. trodução de genes em neurônios. Aos 2 anos de idade.de isoalelos a letais . recessiva no gene HEXA. • FIGURA 1 O defeito metabólico em seres humanos com doença A doença de Tay-Sachs é causada por mutação autossômica de Tay-Sachs. puri11a.l. Além disso. já que não existe procedimento consolidado de in- e terá doença de Tay-Sachs. e a ministração da enzima ausente aos pacientes. Apenas os embriões cujo nervoso e. como mostra a Figura 1. eles se tornam hipersensíveis a ruídos altos.033). o DNA de uma única célula para detectar o gene mutante. No entanto. Mais recentemente. paralisia. Em poucos meses. A$ mutações letais condicionais possibilitam letais co11dicio11ais são (1) mutantes auxotróficos. e as i11formações sobre as INSTRUMENTOS EFICIENTES PARA funções dos produtos gênicos podem ser inferidas pelo ESTUDOS GENÉTICOS estudo das consequências de sua ausência em condições De todas as mutações . tectar a mutação de Tay-Sachs durante o desenvolvimento fetal. geralmente há paralisia total ' 1 Acido N-acetilneuramínico e infecções respiratórias crônicas.033 X 0. MUTAÇÕES LETAIS CONDICIONAIS 1 mutantes com letais condicionais podem ser propaga- dos em co11dições permissivas. Esse sos que ocorrem nas células adjacentes e. Na ausência da enzima que o pré-embriões de oito células produzidos por fertilização in vitro. Seis meses a 1 ano após Gangliosídio GM3: o nascimento. com doença de Tay-Sachs. No doença de Tay-Sachs.342 Fundamentos de Genética • FUTURO - PESQUISA DE MUTAÇOES DE TAY-SACHS EM Gangliosídio GM2 : N-acetil-0-galactosamina-~- 1. o gangliosídio GM2 acumula-se e encobre literalmente Uma célula é usada para o teste de DNA. um lipídio A amniocentese (Capítulo 6) foi usada em larga escala para de- complexo.l. a de que ambas tenham o gene mutante é de aproximadamente 1 terapia gênica em células somáticas . clivando-o em um gangliosídio menor (GM3) e N-ace. Os auxotróficos são mutantes incapazes de sin- produto gênico. porém. Essa mutação é rara na maioria das populações. Em . Essas crianças costumam morrer com 3 a 4 anos de idade. ou pode fazer com que o produto gênico alte. Os mutantes termossen. lor. Nesse caso. William rado pela mutação não seja essencial. que resulta na síntese de uma forma inativa de enzima ma espécie. são sensíveis ao frio. Cauda _2_9. sequência de etapas em determinada via metabólica.20). 54. 14 Cabeça 23.tossíntese em vegetais e as vias de fixação do nitrogênio Fibra ___3_7:. mas não em outra.31. do isolamento e do estudo de organismos mutantes com to gênico é sensível à temperatura e. está ausente (a condição restritiva). geralmente é possível determinar a A maioria dos mutantes termossensíveis é sensível ao ca. a cauda e as fibras da cauda são produzidas por ramificações separadas da via e se reúnem nas fases finais da morfogênese. Muitos outros processos biológicos também foram to Z pela enzima B. Reparo do DNA e Recombinação 343 rimidina. conta com a participação dos produtos de aproximada- Agora. Intermediário Y . 25. 4. alguns. e com frequência é possível deter- temperatura.exemplos as cadeias transportadoras de elétrons na fo- minutas e pode ser dificil caracterizá-lo e isolá-lo.. O gene supressor pode corrigir ou compensar O poder de resolução da dissecção das mutações em o defeito do fenótipo causado pela mutação sensível ao processos biológicos foi esplendidamente documentado supressor.. Apresentamos no Wood e colaboradores.. defeitos nos genes codificadores das proteínas implica- o produto do gene mutante pode ser tão estável quanto das. 64. As vezes. 48. Wood e colaboradores identificaram biossíntese: toda a via de morfogênese do fago T 4 com o auxílio (1) Gene A GeneB do isolamento de linhagens mutantes do fago T4 com mutações letais condicionais termossensíveis e sensíveis Enzima A • Enzima B • ao supressor em cada um dos aproximadamente 50 ge- nes e (2) do uso de microscopia eletrônica e de técnicas Precursor X . Os auxotróficos crescem e reproduzem-se B ou na ausência de enzima B. \ ._5_1_. que elucidaram toda a via de mor- Capítulo 12 uma classe de mutações sensíveis ao supres.. wac \ I \ \ 1 (Espontâneo} 63 5..22 17. facilitan- permissiva). ..._53----i•• .. 15 ..uma mutação no gene A pode auxiliar a identificação do síveis crescem em uma temperatura. 27. o dissecados com sucesso por estudos de mutação. 3. Esse processo complexo sor. e assim por diante) que é sintetizado tanto. porém. o produto do gene B. mediário Ypode ser rapidamente convertido em produ. A cabeça. 6. Produto Z bioquímicas para analisar as estruturas que se acumulam O intermediário Y é produzido a partir do precursor X quando essas linhagens mutantes são cultivadas em con- pela ação da enzima A. \ ..40. A sensibilidade A morfogênese em organismos vivos ocorre em par- térmica geralmente é consequência de aumento da la. pela pesquisa de Robert Edgar... . King. Jonathan King. as mutações constituem ao supressor são viáveis na presença de um segundo fator um instrumento útil para dissecção de processos biológi- genético.. 26. analisemos resumidamente como é possível mente 50 dos cerca de 200 genes no genoma de T 4. 65 . 12 19 18 .. São intermediário Y pode estar presente em quantidades di.. as mutações âmbar.. produto do gene A.. mas parcial.3_8_ _--i~ ~ da cauda ~ ->< ~ 34 . minar a sequência de acréscimos de proteínas por meio peraturas mais altas. Como uma mutação específica elimina a atividade o produto do gene tipo selvagem. 7.24. Edgar. 20.a divisão dos processos em etapas. 13. B.. em um organismo mutante com mutação no gene por organismos de tipo selvagem ou prototróficos da mes. No en. Do mesmo modo. 2. não crescem quando o metabólito essencial do seu isolamento e caracterização. Assim... vitamina. uma vez sintetizado. 8. mas o inter.20 Via resumida de morfogênese em bacteriófago T4. 66 49 . 9.21. 11. 28. ou totalmente inativa em tem.. supressor. fogênese do bacteriófago T4. 50. mas foram omitidas aqui para manter o diagrama conciso. • FIGURA 13. o intermediário Y pode quando o metabólito está presente no meio (a condição acumular-se em concentrações muitos maiores. 16.por exemplo. te pelo acréscimo sequencial de proteínas a estruturas bilidade em situação de calor ou de frio do produto do macromoleculares a fim de produzir as conformações gene mutante . . Os números identificam os genes de T4 cujos produtos são necessários em cada etapa da via. Os mutantes sensíveis de determinado polipeptídio. precursor X. Comecemos por uma via simples de nética. apenas a síntese do produ. As sequências das etapas iniciais na formação da cabeça e da cauda são conhecidas. mas inviáveis na ausência desse cos . 10.dições restritivas (Figura 13. um supressor. gene codifica uma proteína estrutural do vírus ou uma cessos biológicos . Capítulo 13 1 Mutação. Cada usar mutações letais condicionais para investigar pro.. uma enzima ativa em baixa tridimensionais finais. \I \ .para dissecar os processos biológicos enzima que catalisa uma ou mais etapas na via morfoge- em partes ou etapas. 344 Fundamentos de Genética em bactérias. Atualmente a dissecção mutacional está tas devem ser capazes de usar mutações para dissecar produzindo novos conhecimentos sobre os processos de qualquer processo biológico. Todo gene pode sofrer diferenciação e desenvolvimento em vegetais superiores mutação para um estado inativo. Assim, a dissecção mu- e animais (Capítulo 20). Os pesquisadores também es- tacional de processos biológicos só é limitada pela in- tão usando mutações para dissecar o comportamento e ventividade dos pesquisadores em identificar mutações o aprendizado em Drosophila. Em princípio, os cientis- dos tipos desejados. PONTOS ESSENCIAIS • Os efeitos das mutações nos fenótipos de organismos vivos variam de pequenas alterações à letalidade • A maioria das mutações influencia o fenótipo pela alteração das sequências de aminoácidos dos polipeptídios, os produtos gênicos primários • Os polipeptídios mutantes, por sua vez., bloqueiam vias metabólicas • As mutações letais condicionais são técnicas eficientes de dissecção dos processos biológicos. Localização das mutações nos genes pelo teste de com P-..le .: . . . : :. . m : . . . :. . .: . .e. : . . .n : . . . :.t. : . . a~~ . : . ã-=- o _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ O teste de complementação ou trans pode ser usado continham o mesmo mutante e informações genéticas de para verificar se duas mutações estão localizadas no tipo selvagem, mas em arranjos diferentes. Quando or- ganismos que contêm os mesmos marcadores genéticos, mesmo gene ou em dois genes diferentes. porém em arranjos diferentes, têm fenótipos diferentes, diz-se que os marcadores apresentam efeitos de posição. O Com o surgimento do conceito um gene-um polipeptí- tipo de efeito de posição que Lewis observou é chamado dio (Capítulo 12), os cientistas puderam definir o gene de efeito de posição cis-trans. bioquimicamente, mas não tinham técnica genética para A descoberta dos efeitos de posição cis-trans por Lewis determinar se duas mutações estavam no mesmo gene levou ao desenvolvimento do teste de complementação ou ou em genes diferentes. Essa deficiência foi resolvida teste trans para alelismo funcional. Esse teste possibilita na década de 1940 quando Edward Lewis desenvolveu o que os geneticistas determinem se as mutações que pro- teste de complementação para alelismo funcional. Antes duzem fenótipos iguais ou semelhantes estão no mesmo de discorrermos sobre o trabalho de Lewis, precisamos gene ou em genes diferentes. As mutações têm de ser definir alguns termos novos. Um heterozigoto duplo, testadas em pares pela determinação dos fenótipos de que tem duas mutações e seus alelos selvagens, ou seja, heterozigotos trans. Ou seja, é preciso construir heterozi- m1 e m1+ com m2 e m2+, pode existir em dois arranjos (Fi- gotos trans para cada par de mutações e examiná-los para gura 13.21). Quando as duas mutações estão no mesmo verificar se o fenótipo é mutante ou selvagem. cromossomo, o arranjo é denominado acoplamento ou con- O ideal é que o teste de complementação ou trans seja figuração eis, e um heterozigoto com esse genótipo é de- feito em conjunto com o teste eis - um controle que é omi- nominado heterozigoto eis (Figura 13.21A). Quando as duas mutações estão em cromossomos diferentes, o arranjo é Heterozigoto eis. denominado repulsão ou configuração trans. Um organismo m1 m2 com esse genótipo é um heterozigoto trans (Figura 13.218). Nas décadas de 1940 e 1950, Lewis observou que as moscas-das-frutas com alguns mutantes nas configu- rações eis e trans tinham fenótipos diferentes. Nós exa- A minaremos seus resultados com duas mutações reces- sivas para olhos l>rancos ( w) e laranja-amarelados ( apr). As moscas homozigotas para as mutações ligadas ao X Heterozigoto trans. m1 m+ apr e w têm olhos amarelo-alaranjados e olhos brancos, 2 respectivamente, ao contrário dos olhos vermelhos da Drosophila de tipo selvagem. Quando Lewis produziu he- terozigotos eis com o genótipo afrr w/ap+ w+, eles apresen- m+ 1 taram olhos vermelhos como as moscas de tipo selvagem (Figura 13.22A). Quando criou heterozigotos trans com B genótipo afrr w+/ap+ w, eles apresentaram olhos de cor • FIGURA 13.21 O arranjo dos marcadores genéticos em heterozigo- laranja-amarelada clara (Figura 13.228). Os dois genótipos tos eis e trans. Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 345 Heterozigoto eis. Gene whíte apr w Produto do gene Cromossomo X 1 whíte mutante 1 - Cromossomo X 2 -~---~~ Produto do gene whíte selvagem t Portanto, o heterozigoto cís tem olhos vermelhos de tipo selvagem. A Heterozigoto trans. Gene whíte apr w+ Cromossomo X 1 Produtos do gene 1 :à... whíte mutante Cromossomo X 2 --~-. ~ apr+ w Portanto, o heterozigoto trans tem olhos de cor laranja-amarelada clara. B • FIGURA 13.22 O efeito de posição cis-trans observado por Edward Lewis com as mutações apre wde Drosophila. tido com frequência. Os testes eis são realizados construin- Quando as duas mutações presentes em um hetero- do-se heterozigotos eis para cada par de mutações estu- zigoto trans estão no mesmo gene, os dois cromossomos dadas e determinando se os heterozigotos têm fenótipos têm cópias defeituosas desse gene. Logo, o heterozigoto mutante ou selvagem. Juntos, o teste de complementação trans conterá apenas produtos inativos do gene implica- ou trans e o teste eis são denominados teste cis-trans. Cada do e terá fenótipo mutante. heterozigoto eis, que contém um cromossomo de tipo sel- Quando um heterozigoto trans tem fenótipo selvagem, vagem, deve ter o fenótipo selvagem, quer as mutações es- diz-se que as duas mutações apresentam complementa- tejam no mesmo gene, quer em dois genes diferentes. Na ção ou se complementam e estão localizadas em genes verdade, é preciso que o heterozigoto eis tenha o fenótipo diferentes. Nesse caso, o heterozigoto trans conterá pro- selvagem para que os resultados do teste trans sejam váli- dutos funcionais dos dois genes e, portanto, apresentará dos. Se o heterozigoto eis tiver o fenótipo mutante, não se o fenótipo selvagem. poderá usar o teste trans para determinar se as duas muta- Ilustremos esse conceito de complementação pelo exa- ções estão no mesmo gene. Assim, não é possível usar o tes- me de testes trans realizados com algumas mutações âmbar te trans para identificar mutações dominantes dos genes. bem caracterizadas do bacteriófago T4. As mutações âmbar Com organismos diploides, os heterozigotos trans são em genes essenciais são mutações letais condicionais (ver produzidos pelo simples cruzamento de organismos ho- a seção deste capítulo intitulada Mutações letais condi- mozigotos para cada uma das mutações de interesse. Com cionais: instrumentos eficientes para estudos genéticos). os vírus, os heterozigotos trans são produzidos pela infec- Quando presentes em bactérias hospedeiras restritivas ção simultânea das células hospedeiras por dois mutantes como a linhagem B de E. eoli, o fenótipo é a letalidade - diferentes. Qualquer que seja o mecanismo de criação dos isto é, não há prole. No entanto, quando presente em uma heterozigotos trans, os resultados dos testes de comple- célula hospedeira permissiva, como a linhagem CR63 de mentação ou trans oferecem as mesmas informações. E. eoli, o fenótipo é selvagem - isto é, cada célula infectada 1. Se um heterozigoto trans tiver o fenótipo mutante (o produz cerca de 300 fagos. Nas mutações letais condicio- fenótipo de organismos ou células homozigotas para nais, a distinção entre os fenótipos mutante e selvagem é uma das duas mutações), as duas mutações estão na máxima: letalidade e crescimento normal. mesma unidade de função, no mesmo gene. As mutações âmbar produzem trinucleotídios de tér- 2. Se o heterozigoto trans tiver o fenótipo selvagem, as mino da tradução nas regiões codificadoras dos genes duas mutações estão em duas unidades de função di- (ver Figura 12.24). A consequência é que os produtos ferentes, dois genes diferentes. dos genes mutantes são polipeptídios truncados, quase 346 Fundamentos de Genética sempre totalmente inativos. Portanto, os testes de com- vagens dos dois genes, produzindo proteínas ativas da ca- plementação feitos com mutações âmbar geralmente são beça e da cauda (Figura 13.23A). Logo, esse heterozigoto . , 1nequ1vocos. trans apresenta o fenótipo selvagem (um resultado nor- Duas das três mutações âmbar que abordaremos ( amBI 7 mal da prole). As mutações amBI 7 e amEI8 complemen- e amH32) estão localizadas no gene 23, que codifica a tam-se porque estão localizadas em dois genes diferentes. principal proteína estrutural da cabeça do fago; a outra Por outro lado, um heterozigoto trans que contém mutação (amE18) é no gene 18, que especifica a principal mutações amBI 7 e amH32 (ambas no gene da cabeça 23) proteína estrutural da cauda do fago (Figura 13.20). não produz proteína da cabeça ativa do gene 23 (Figu- Em um heterozigoto trans contendo mutações amBI 7 ra 13.238). Assim, esse heterozigoto trans tem o fenótipo (gene da cabeça) e amEI8 (gene da cauda), há cópias sel- mutante (letalidade, ou ausência de prole). As mutações Complementação entre mutações amB17 e amE18. Célula de E. coli B: hospedeiro restritivo para mutantes âmbar Cromossomo de mutante amBl 7 Cromossomo de mutante amE 18 Gene 18 Gene 23 Gene 18 Gene 23 DNA • 1 - • 1 ""'---------------'~I T Mutações T mRNA Proteína 1 . 1 1 1 I \ I \ / \ / / '~ --------. ..-------- ~/ A lise libera fagos infecciosos; A portanto, o heterozigoto trans tem o fenótipo selvagem. Ausência de complementação entre mutações amB17 e amH32. Célula de E. coli B: hospedeiro restritivo Qara mutantes âmbar Cromossomo de mutante amBl 7 Cromossomo de mutante amH32 Gene 18 Gene 23 Gene 18 Gene 23 DNA • - 1 • t t~~ M.rt.Çra- mRNA Proteína t ~ t 1 ' 1 1 \ \ \ t / / I I I / ' ~ ..---- / Não há cabeças de fago e, portanto, não há produção de prole infecciosa na célula infectada; B desse modo, o heterozigoto trans tem o fenótipo mutante. • FIGURA 13.23 Complementação e não complementação em heterozigotos trans. A. Complementação entre a mutação amB 17 no gene 23, que codifica a principal proteína estrutural da cabeça do fago, e mutação amE18 no gene 18, que especifica a principal proteína estrutural da cauda do fago.As cabeças e caudas dos fagos são sintetizadas na célula, e o resultado é a produção de prole infecciosa. B. Quando o heterozigo- to trans tem duas mutações (amB17 e amH32) no gene 23, não há produção de cabeças, e não é possível produzir a prole de fagos infecciosos. Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 347 a1nBl 7 e a1nH32 não se compleme11tam porque estão lo- calizadas no mesmo gene. Graças ao teste de compleme11tação, o pesquisador consegue determinar se mutações independentes que Como localizar mutações nos genes? produzem o mesmo fe11ótipo estão no mesmo gene ou Quatro mutantes de E. eoli isolados de modo independente, em ge11es diferentes. Dez mutações âmbar, por exemplo, todos incapazes de crescer na ausência de triptofano (auxo- podem estar em um ge11e, ou pode haver uma em um tróficos para o triptofano), foram examinados em todos os gene e no,re em um segundo gene, e assim por diante, heterozigotos eis e trans possíveis (d iploides parciais). Todos com a possibilidade final de que cada mutação esteja em os heterozigotos eis cresceram na ausência de triptofano. Os um ge11e diferente. Nesse último caso, as dez mutações heterozigotos trans tiveram duas respostas diferentes: alguns identificariam dez genes. Teste seu conhecimento sobre cresceram na ausência de triptofano; outros, não. Os resulta- esse conceito na seção Resol,ra!: Como localizar muta- dos experimentais, usando "+" para indicar crescimento e "O" ções nos genes? para indicar que não houve crescimento, são apresentados no A complementação é resultado da funcionalidade dos quadro adiante. produtos gênicos especificados por cromossomos que Crescimento de heterozigotos transem meio sem têm duas mutações diferentes quando presentes nomes- triptofano mo protoplasma. A complementação não depende da re- Mutante: 1 2 3 4 combinação dos dois cromossomos. A co1nple1nentação, ou 4 o o + + S'Lta attsência, é avaliada pelo fenótipo (selvagem ou 1nutante) de 3 o o + cada heterozigoto tra11s. Já a recombinação requer a qttebra dos 2 o + cro1nossomos e a rettnião de partes para prodttzir cro1nossomos de 1 o tipo selvagem e mtttantes duplos. Observe que o teste de complementação ou trans de- Quantos genes são definidos por essas quatro mutações? Que linhagens mutantes têm mutações no(s) mesmo(s) gene(s}? fine o alelis1no funcional, isto é, se duas mutações estão localizadas no mesmo gene ou em dois genes diferentes. ~ Leia a resposta do problema no site Duas mutações que não se compleme11tam em um he- http://gen-io.grupogen.eom.br. terozigoto trans estão na mesma unidade de função, o mesmo gene. O alelismo estrtttural- a ocorrência de duas ou mais mutações diferentes no mesmo sítio em um cro- nem se recombi11am. Os homoalelos mutantes têm de- mossomo - é determinado pelo teste de recombinação. feitos no mesmo sítio, ou defeitos que superpõem um Duas mutações que não se recombinam são estrutural- sítio comum, no mesmo gene. As mutações com alelismo mente alélicas; as mutações ocorrem 110 mesmo sítio ou funcional, mas não estrutural, são denominadas hetero- - , . superpoem um s1tlo comum. alelos; elas se recombinam, mas não se complementam. As mutações com alelismo estrutural e funcional são Os heteroalelos muta11tes ocorrem em sítios difere11tes, , denominadas homoalelos; elas não se complementam porem 110 mesmo gene. PONTOS ESSENCIAIS • O teste de complementação é usado para verificar se duas mutações que produzem o mesmo fenótipo estão localizadas no mesmo gene ou em dois genes diferentes • Homoalelos são mutações no mesmo sítio em um gene; heteroalelos são mutações em diferentes , . sztzos em um g-ene. Avaliação da mutagenicidade de substâncias , . ~u1m1cas Teste de Ames O teste de Ames é um método simples e de baixo custo sob controle genético. Genes específicos codificam pro- para detecção da mutagenicidade de substâncias quí- dutos que regulam a divisão celular em resposta a sinais ' . . intracelulares, intercelulares e ambientais. As vezes, a m1cas. mutação desses genes para estados , inativos pro,roca adi- Os agentes mutagê11icos também são carcinógenos; isto é, visão celular descontrolada. E claro que desejamos evitar · - ,... . ,,.... a expos1çao a agentes mutagen1cos e carc1nogen1cos, mas induzem câ11ceres. A única característica em comum de centenas de tipos de câncer é que as células malignas a 11ossa sociedade tec11ológica depe11de do uso em larga continuam a se dividir depois que a divisão celular te- escala de substâncias químicas, tanto na indústria quanto ria cessado em células normais. Evidentemente, a divisão na agricultura. Todos os anos são produzidas cente11as de celular, como todos os outros processos biológicos, está novas substâncias químicas, e é preciso avaliar a mutage- 348 Fundament os de Genética n icidade e a carcinogenicidade dessas substâncias antes transversões e mudan ças de matriz de leitura - em genes que seu uso seja difundido. necessários para a biossín tese do amin oácido histidin a. Os testes tradicionais de carcinogen icidade das subs- Para monitorar a reversão desses mutantes auxotróficos tâncias químicas eram realizados em roedores, geral- em p rototróficos, eles puseram uma quantidade con heci- mente camundongos recém-nascidos. Nesses estudos a da de bactérias mutantes em meio sem h istidina e con ta- substância testada é administrada aos animais pela ali- ram as colônias produzidas por reverten tes prototróficos. mentação ou injeção, e depois estes são examinados à Como algumas substâncias químicas são mutagênicas procura de tumores. Os testes de mutagenicidade eram apenas para o DNA em replicação, eles acrescentaram ao realizados de maneira semelhante. No entanto, como a meio uma pequena quantidade de histidin a, suficie n te mutação é um evento de baixa frequência e o custo da para algumas divisões celulares, mas não para a formação manutenção de gran des populações de camundon gos é de colônias visíveis. Eles mediram a mutagen icidade de alto, os testes eram relativamen te in sensíveis; isto é, não uma substância química por comparação da frequência detectavam baixos níveis de mutagenicidade. de reversão em sua presença com a frequência de rever- Bruce Ames e colaboradores desenvolveram técnicas são espon tânea (Figura 13.24). Avaliaram sua capacida- sensíveis que possibilitam fazer testes rápidos da mutage- de de in duzir diferentes tipos de mutações usando um nicidade de grande quantidade de substâncias químicas conjun to de lin hagens testadoras com diferentes tipos a um custo relativamente baixo. Ames e colaboradores de mutações - uma linhagem com transição, outra com criaram linhagens auxotróficas da bactéria Salmonella mutação por mudança de matriz de leitura, e assim por typhimurium com vários tipos de mutações - transições, diante. '\f>...P..., - ~. Cultura de auxotróficos '\f>...P..., ~- Preparo de solução de Salmone/la his - com de possível mutágeno. mutaçã9 por m.udança de matriz de leitura. "'"'"P Dispersão das "'"'"P-r Aplicacão da solucão ~O bactérias em meio ~O contendo possíveí ágar contendo mutágeno sobre traços de histidina. disco de papel de filtro. Colocação do disco com possível mutágeno em placa experimental. Placa de controle Placa experimental '\f>...P..., ~- Papel de filtro emôebido em 1ncubaç ão das possível mutágeno placas a 37ºC. Revertentes his+ ::::ti==- induzidos , pelo murageno Revertentes his+ espontâneos • FIGURA 13.24 Teste de Ames para mutagenicidade. O meio em cada placa de Petri contém traços de histidina e uma quantidade conhecida de células his- de uma "linhagem testadora" específica de Salmonella typhimurium que abriga uma mutação por mudança da matriz de leitura. A placa de controle, à esquerda, mostra uma estimativa da frequência de reversão espontânea dessa linhagem testadora específica. A placa experimental, à direita, mostra a frequência de reversão induzida pelo possível mutágeno, nesse caso, o carcinógeno 2-aminofluoreno. Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 349 Durante os vários anos em que testaram milhares de carnes excessivamente tostadas) não são mutagênicos ou substâncias químicas diferentes, Ames e colaboradores ob- carcinogênicos. No entanto, nas células eucarióticas os ni- servaram correlação maior que 90% entre a mutagenicida- tratos são convertidos em nitrosaminas, que são altamente de e a carcinogenicidade das substâncias testadas. A prin- mutagênicas e carcinogênicas. Os testes de mutagenici- cípio, observaram que vários carcinógenos potentes não dade de Ames mostraram a presença de mutágenos por eram mutagênicos para as linhagens testadoras. Depois, mudança da matriz de leitura em vários componentes de descobriram que muitos desses carcinógenos são metabo- condensados da fumaça de cigarros quimicamente fracio- lizados em derivados fortemente mutagênicos nas células nada. Em alguns casos, a mutagenicidade exigiu a ativação eucarióticas. Assim, Ames e colaboradores acrescentaram pelo preparado de extrato de figado; em outros casos, a extrato de figado de rato aos sistemas de ensaio na tenta- ativação foi dispensável. O teste de Ames é um método tiva de detectar a mutagenicidade dos derivados metabó- rápido, de baixo custo e sensível para avaliação da muta- licos das substâncias testadas. O acoplamento do sistema genicidade de substâncias químicas. Como as substâncias ativador de figado de rato aos testes de mutagenicidade químicas mutagênicas também são carcinógenos, o teste microbiana ampliou bastante a utilidade do sistema. Por de Ames pode ser usado para identificar substâncias quí- exemplo, os nitratos propriamente ditos (presentes em micas com alta probabilidade de serem carcinogênicas. PONTOS ESSENCIAIS • Bruce Ames e colaboradores desenvolveram um método sensível e de baixo custo para teste da mutagenicidade de substâncias químicas com mutantes auxotró.ficos para histidina de Salmonella. Mecanismos de reP-_ ar_o_d _o_ D_N_A _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Os organismos vivos contêm muitas enzimas que exami- ativada pela luz. Quando o DNA é exposto à luz ultra- nam o DNA à procura de lesões e iniciam processos de violeta, dímeros de timina são produzidos por ligações cruzadas covalentes entre resíduos de timina adjacentes reparo quando detectam algum dano. (Figura 13.12B). A DNA fotoliase reconhece os dímeros de timina no DNA, liga-se a eles e usa a energia da luz A multiplicidade de mecanismos de reparo surgidos em para clivar as ligações cruzadas covalentes (Figura 13.25 ). organismos que variam de bactérias a seres humanos é A fotoliase liga-se aos dímeros de timina no DNA no es- uma prova contundente da importância de se manter curo, mas não catalisa a clivagem das ligações que unem as mutações em nível tolerável. Por exemplo, as células as porções timina sem a energia obtida da luz visível, es- de E. coli têm cinco mecanismos bem caracterizados de reparo de defeitos no DNA: (1) reparo dependente de pecificamente da luz na faixa azul do espectro. A fotolia- luz ou fotorreativação, (2) reparo por excisão, (3) reparo se também faz a clivagem dos dímeros de citosina e dos de erros de pareamento, (4) reparo pós-replicação, e (5) dímeros de citosina-timina. Assim, quando se usa luz ul- sistema de reparo propenso a erro (resposta SOS). Além travioleta para induzir mutações em bactérias, as células disso, há pelo menos dois tipos diferentes de reparo por irradiadas são cultivadas no escuro por algumas gerações excisão, e as vias de reparo por excisão podem ser inicia- para maximizar a frequência da mutação. das por várias enzimas diferentes, cada uma delas agindo em um tipo específico de lesão do DNA. Os mamíferos REPARO POR EXCISÃO parecem ter todos os mecanismos de reparo observados em E. coli, exceto a fotorreativação. Como a maioria das O reparo por excisão do DNA lesado ocorre em pelo menos células de mamíferos não tem acesso à luz, a fotorreativa- três etapas. Na 1ª etapa, uma endonuclease de reparo do ção seria pouco útil para elas. DNA ou um complexo enzimático que contém endonu- A importância das vias de reparo do DNA para a saúde clease reconhece a(s) base(s) lesada(s) no DNA, liga-se humana é clara. Distúrbios hereditários como o xeroderma a ela(s) e faz sua excisão. Na 2ª etapa, uma DNA polime- pigmentosum, apresentado no início deste capítulo, são a rase preenche o espaço usando como molde o filamento comprovação viva das graves consequências dos defeitos complementar de DNA não lesado. Na 3ª etapa, a enzima no reparo do DNA. Analisaremos alguns desses distúrbios DNA ligase solda a quebra deixada pela DNA polimera- hereditários em uma seção subsequente deste capítulo. se e completa o processo de reparo. Existem dois tipos principais de reparo por excisão: os sistemas de reparo por excisão de base removem bases anormais ou quimicamente REPARO DEPENDENTE DE LUZ modificadas do DNA, enquanto as vias de reparo por excisão O reparo dependente de luz ou fotorreativação do D NA em de nucleotídios removem defeitos maiores como dímeros bactérias é executado pela DNA fotoliase, uma enzima de timina. As duas vias de excisão atuam no escuro, e 350 Fundamentos de Genética 5, 1 ~ T G e •• ••• ••• ~ ~ ~ e ••• T T A G A T •• •• •• ~ ••• •• ~ •• . . ~ ~ > - 3' 5' •••••• 1 • 1 • • • • > T G e e T T e A G A T e G T • •• ••• ••• ••• •• •• ••• •• ••• •• •• ••• ••• •• 3' 3'"'111( A e G G A A T e T A .........................._ ••_ ................ -= 5' A e G G A A G T e T A G e A 3'"'111t•'._i1•_.•...i11_.•._11•_.e._11•_.,._,.................e...c 5' '\f>..P"' ~ '\f>..P"' "'O Dímero de timina Desaminação de citosina lrradiacão UV 5' • • • • • • • 1 • 1 • • • • > 3' ~ · T G e e T T u A G A T e G T •• ••• ••• ••• •• •• ••• •• ••• •• •• ••• ••• •• A e G G A A G T e T A G e A 5' :::11 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . T •• G ••• e •••e ••• T =T •• •• i A •• A i G ••• A •• • T •• > 3' 3'"'111t•'-•ft_.p._.p_.•._111•_.e._111!..1111111'...11'•!._•p_.•._c 5' '\f>..P"' A e G G A A T 3'"'111(..........................._ ••_ ..._ ...........lllc 5' e T A "'O '\f>..P"' Ligação de uracila "'O .----.::DNA glicosilase A fotoliase liga-se ao 5' =-. . . . dímero de timina no DNA T G •• ••• Fotoliase A C 3........... -= 5' '\f>..P"' Sítio AP "'a V Excisão de uracila ( U } 3' 5' • • • • 1 • 1 • • • • > '\f>..P"' T G e e T T A G A T e G T A fotoliase é "'O •• ••• ••• ••• •• •• •• ••• •• •• ••• ••• •• ativada pela Clivagem de 3."",....ê....i...i....i...ê.....i...i111111111....i-I._.Q.i....i...ê...c 5. absorção da ligações cruzadas '\f>..P"' luz azul. "'O Nucleotídio Açúcar-fosfato retirado 5' =-111111111..- 3' faltante por AP endonuclease 5·~•T G• •e •e~ T G e fosfodiesterase •• ••• A C ...-= 5' •• A •T •T . . . . . . . ........ ••• e ••• ••• •• •• 1 • 1 • • • • ) A G A T C G T •• ••• •• •• ••• ••• •• G G A A G T e T A G e A 3' '\f>..Pf 3' ( e e e e e e e ' e ' e e e e 5' ~ '\f>..P"' Liberação de enzima Quebra unifilamentar "'O' 5' > 3' DNA polimerase • • • • • • 1 • 1 • T •• G e ••• ••• e ••• •• T 3'"'111(....ê.....i.....i-.i-·'-·'-··..i..........,llllc, 5' T •• A G A T •• ••• •• •• 5· ................. - • • • • • T G e e ~ .T ..... • • 1 • 1 • • • • > T e A G A T e G T 3' •• ••• ••• ••• •• •• ••• •• ••• •• •• ••• ••• •• A e G G A A G T e T A 1r, e A • FIGURA 13.25 Clivagem de ligações cruzadas do dímero de timina 3'"'111t•'-•ft_.p._.p_.•._111•_.p._111!...•111111•._11•1111111...•l...i'._c 5' por fotoliase ativada pela luz. As setas indicam a polaridade inversa dos filamentos complementares de DNA. (<,o'\f>..P"' Sítio de reparo DNA ligase ......____ > 3' 5' • • • .~ 1 • 1 • • • • ambas ocorrem por mecanismos muito semelhantes em T G e e T T e A G A T e G T •• ••• ••• ••• •• •• ••• •• ••• •• •• ••• ••• •• E. coli e seres humanos. 3'"'111t•ê....i_.j._.j_.ê._..Q_.i111111111....i-•....ê.i....i...ê._c 5· O reparo por excisão de bases ( Figura 13.26) pode ser iniciado por qualquer enzima de um grupo de DNA gli- • FIGURA 13.26 Reparo de DNA pela via de excisão de base. O reparo cosilases, que reconhecem bases anormais no DNA. Cada por excisão de base pode ser iniciado por qualquer uma das várias glicosilase reconhece um tipo específico de base altera- DNA glicosilases diferentes. No exemplo mostrado, a uracila DNA gli- da, como as bases desaminadas, bases oxidadas, e assim cosilase inicia o processo de reparo. por diante (2ª etapa). As glicosilases clivam a ligação gli- cosídica entre a base anormal e a 2-desoxirribose, crian- do sítios apurínicos ou apirimidínicos (sítios AP) com dois lados do(s) nucleotídio(s) danificado(s) e excisa um bases faltantes (3ª etapa). Os sítios AP são reconhecidos oligonucleotídio contendo a (s) base (s) danificada (s). por enzimas chamadas AP endonucleases que, com as Essa nuclease é denominada excinuclease para distingui-la fosfodiesterases, excisam os grupos de açúcar-fosfato nes- das endonucleases e exonucleases que têm outros papéis ses sítios (4ª etapa). A DNA polimerase então substitui o no metabolismo do DNA. nucleotídio faltante de acordo com as especificações do A Figura 13.27 mostra a via de reparo por excisão de filamento complementar (5ª etapa), e a DNA ligase fecha nucleotídios de E. coli. A atividade da excinuclease em E. o corte (6ª etapa) . coli requer os produtos de três genes, uvrA, uvrB e uvrC O reparo por excisão de nucleotídios remove do DNA (a designação uvr significa reparo de UV [do inglês, UV re- lesões maiores como dímeros de timina e bases com gru- pair). Uma proteína trimérica que contém dois polipep- pos laterais volumosos. No reparo por excisão de nucleo- tídios UvrA e um polipeptídio UvrB reconhece o defeito tídio, uma nuclease de excisão específica faz cortes nos no DNA, liga-se a ele e usa a energia do ATP para curvar Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 351 Dímero de timina 5' - ..1""'1-1•1•1•1..l""l""'l-1•1.. 1• 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 • 3' 3·..,.,--1-1..1..1..•...•-1..1..1..1...1-1..1..1..1...1-1.. 1..1..1...1...1-1..1..1..1...1--5· ( ,º -<.,f>..P.., Trímero polipeptídico contendo 2 cópias de proteína UvrA e 1 cópia de proteína UvrB reconhece o DNA danificado e se liga a ele. : -,-:-::-::-:-::-::l"PI~: :::::::::: . :: ( ,e -<.,f>..P.., A energia do ATP é usada para curvar o DNA e modificar a conformação da proteína UvrB; o dímero UvrA é liberado. ATP ~ADP+ Pi Atividade da excinuclease 5' ~~L).l,.i.lool..,...__l~'\f>..P-y 3' ~ 5' A proteína UvrC liga-se a UvrB-DNA e cliva o DNA nas regiões 5 e 3 em relacão • ao dímero . Corte 5' Corte 3' \ 5' 3' 3' -<.,f>..P.., 'l»' A UvrD helicase libera o oligômero excisado. + ATP 111111. 1111 ' - ADP +Pi 12-mer 5 1 1-1 1-1 11111111 • 3' ·- - , 3 ~ 1 ' 11111111 C B~ I 11111111' 1 5' ( ,o -<.,f>..P.., A DNA polimerase 1 substitui a proteína UvrB e preenche a lacuna usando o filamento complementar como molde. 5 ·3'"-""""------.__--. -------..r . . -----5· ,....""""'..... -.. 3' -<.,f>..P.., 'l)' 12 nucleotídios A DNA ligase fecha o corte substituídos deixado pela polimerase. 5' -----~ ~~;;;;;;...___~. 111111111111111111111111111 3' 3, 11 1111 1 111 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 l 1 1 1 5' • ' FIGURA 13.27 Reparo de DNA pela via de excisão de nucleot ídio em E. coli. A at ividade de excinuclease (excisão de nuclease) requer os pro- dutos de três genes - uvrA, uvrB e uvrC.A excisão de nucleot ídios ocorre por uma via semelhante em seres humanos, exceto pela participação de uma quantidade muito maior de proteínas e pela excisão de um oligômero com 24 a 32 nucleotídios. o DNA no sítio danificado. O dímero UvrA é liberado, e a câmero excisado. Nas duas últimas etapas da via, a DNA proteína UvrC liga-se ao complexo UvrB/DNA. A proteí- polimerase I preenche o espaço, e a DNA ligase fecha o na UvrC cliva a quarta ou quinta ligação fosfodiéster a corte na molécula de DNA. partir do(s) nucleotídio(s) danificado(s) no lado 3' e a A via do reparo por excisão de nucleotídio em seres oitava ligação fosfodiéster a partir da lesão no lado 5'. O humanos é semelhante à que ocorre em E. coli, mas a produto do gene uvrD, a DNA helicase II, libera o dode- quantidade de proteínas participantes é aproximada- 352 Fundamentos de Genética mente quatro vezes maior. Em seres humanos, a excinu- uvrD). A proteína MutS reconhece erros de pareamento clease tem 15 polipeptídios. A proteína XPA (proteína e liga-se a eles para iniciar o processo de reparo. Então, A do xeroderma pigmentosum) reconhece e se liga ao(s) as proteínas MutH e MutL unem-se ao complexo. MutH nucleotídio(s) danificado(s) no DNA. Em seguida, re- tem uma atividade endonucl,ease GATC-específica que cliva cruta as outras proteínas necessárias para a atividade da o filamento não metilado nos sítios hemimetilados ( i. e., excinuclease. Em seres humanos, o oligômero excisado metilados pela metade), na região 5' ou 3' em relação ao tem de 24 a 32 nucleotídios, em lugar do oligômero de erro de pareamento. Os locais de incisão podem distar 12-mer removido em E. coli. A lacuna é preenchida por 1.000 pares de nucleotídios ou mais do erro de parea- DNA polimerase õ ou e em seres humanos, e a DNA liga- mento. O processo de excisão subsequente requer MutS, se completa o trabalho. MutL, DNA helicase II (MutU) e uma exonuclease apro- priada. Se a incisão ocorrer em uma sequência GATC em posição 5' em relação ao erro de pareamento, é neces- OUTROS MECANISMOS DE sária uma exonuclease 5' ~ 3' semelhante à exonucle- REPARO DO DNA ase VII de E. coli. Se a incisão ocorrer em posição 3' em Durante os últimos anos, pesquisas sobre mecanismos de relação ao erro de pareamento, é necessária uma exo- nuclease 3' ~ 5' semelhante à exonuclease Ide E. coli. reparo do DNA demonstraram a existência de um arse- nal de enzimas de reparo que examinam constantemente Depois do processo de excisão ter retirado o nucleotídio o DNA à procura de danos, que variam da presença de dí- errado do filamento não metilado, a DNA polimerase III meros de timina induzidos pela luz ultravioleta a modifi- preenche a grande lacuna- até 1.000 pb- e a DNA ligase cações diversas e numerosas demais para serem descritas fecha o corte. aqui. Os novos resultados desse trabalho mostraram que Homólogos das proteínas MutS e MutL de E. coli fo- várias DNA polimerases antes desconhecidas têm papéis ram identificados em fungos, vegetais e mamíferos - uma cruciais em vários processos de reparo do DNA. Análises indicação da ocorrência de erros de pareamento seme- detalhadas desses importantes mecanismos de reparo do lhantes em eucariotos. Na verdade, a excisão do erro DNA ultrapassam o escopo deste texto; todavia, nunca é de pareamento foi demonstrada in vitro em extratos nu- demais ressaltar sua importância. O que é mais importan- cleares preparados a partir de células humanas. Assim, te para a sobrevivência de uma espécie do que manter a o reparo de erros de pareamento provavelmente é um integridade de seu projeto genético? mecanismo universal ou quase universal para preservar No Capítulo 10, examinamos o mecanismo usado a integridade das informações genéticas armazenadas no pela exonuclease 3' ~ 5' inerente das DNA polimerases D NA bifilamen tar. para revisar filamentos de DNA durante sua síntese, re- Em E. coli, o reparo dependente de luz, o reparo por movendo nucleotídios com pareamento errado nas ter- excisão e o reparo de erros de pareamento podem ser eli- minações 3' dos filamentos em crescimento. Outra via minados por mutações nos genes phr (fotorreativação), de reparo do DNA após a replicação, o reparo de erros de uvr e mut, respectivamente. Em mutantes com deficiên- pareamento, reforça essa revisão durante a replicação cor- cia de mais de um desses mecanismos de reparo, há ainda rigindo erros de pareamento de nucleotídios que persis- outro sistema de reparo do DNA, conhecido como reparo tem no DNA depois da replicação. Em geral, os erros de pós-replicação. Quando a DNA polimerase III encontra um pareamento ocorrem com as quatro bases normais do dímero de timina em um filamento-molde, seu avanço é DNA. Por exemplo, pode haver pareamento errado de T bloqueado. A DNA polimerase reinicia a síntese de DNA com G. Como T e G são componentes normais do DNA, em alguma posição depois do dímero, deixando uma os sistemas de reparo de erros de pareamento precisam lacuna no filamento nascente defronte ao dímero no de algum mecanismo para verificar se a base correta em filamento-molde. Nesse ponto, a sequência nucleotídica determinado sítio é T ou G. O sistema de reparo faz essa original foi perdida nos dois filamentos da dupla hélice distinção por identificação do filamento-molde, que da prole. A molécula de DNA danificada é reparada por contém a sequência nucleotídica original, e do filamen- um processo de reparo dependente de recombinação to recém-sintetizado, que contém a base erroneamente mediado pelo produto do gene recA de E. coli. A proteí- incorporada (o erro). Em bactérias é possível fazer essa na RecA, necessária para recombinação homóloga, esti- distinção pelo padrão de metilação no DNA recém-re- mula a troca de filamentos únicos entre duplas hélices plicado. Em E. coli, a A em sequências GATC é metilada homólogas. Durante o reparo pós-replicação, a proteína depois de sua síntese. Portanto, há um intervalo durante RecA liga-se ao filamento simples de DNA na lacuna e o qual o filamento-molde está metilado, e o filamento medeia o pareamento com o segmento homólogo da du- recém-sintetizado não está metilado. O sistema de reparo pla hélice irmã. A lacuna em frente ao dímero é preen- de erros de pareamento usa essa diferença de metilação chida com o filamento de DNA homólogo da molécula para excisar o nucleotídio errado no filamento nascente de DNA irmã. A lacuna resultante na dupla hélice irmã e substituí-lo pelo nucleotídio correto; para isso, empre- é preenchida pela DNA polimerase, e o corte é fechado ga como molde o filamento parental metilado de DNA. pela DNA ligase. O dímero de timina continua no fila- Em E. coli o reparo de erros de pareamento requer os mento-molde da molécula de DNA original, mas agora produtos de quatro genes, mutH, mutL, mutS e mutU (= o filamento complementar está intacto. Se o dímero de Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 353 timina não for removido pelo sistema de reparo por ex- sintetizadas em baixos níveis na célula na ausência de DNA cisão de nucleotídio, esse reparo pós-replicação deverá lesado. Nessa situação, LexA liga-se às regiões de DNA ser repetido depois de cada ciclo de replicação do DNA. que regulam a transcrição dos genes induzidos durante a Os sistemas de reparo do DNA descritos até agora são resposta SOS e mantém baixos seus níveis de expressão. muito precisos. No entanto, quando agentes mutagênicos Quando as células são expostas à luz ultravioleta ou a ou- como a luz UV causam danos graves ao DNA das células tros agentes causadores de lesão do DNA, a proteína RecA de E. coli, as células tomam algumas medidas drásticas na liga-se a regiões unifilamentares de DNA produzidas pela tentativa de sobreviver. Elas apresentam uma resposta SOS, incapacidade de replicação da DNA polimerase III nas re- na qual há síntese de uma série completa de proteínas de giões lesadas. A interação de RecA com o DNA ativa RecA, reparo, recombinação e replicação do DNA Duas dessas que então estimula LexA a se inativar por autoclivagem. proteínas, codificadas pelos genes umuC e umuD (do in- Com LexA inativa, o nível de expressão dos genes SOS - glês, [N mutable, mutável por UV), são subunidades da inclusive recA, kxA, umuC, umuD e outros - aumenta e o DNA polimerase V, enzima que catalisa a replicação do sistema de reparo propenso a erro é ativado. DNA em regiões lesadas do cromossomo - regiões em A resposta SOS parece ser uma tentativa um tanto de- que a replicação pela DNA polimerase III é bloqueada. A sesperada e arriscada para escapar dos efeitos letais da DNA polimerase V possibilita o prosseguimento da repli- lesão intensa do DNA. Quando o sistema de reparo pro- cação através dos segmentos lesados dos filamentos-mol- penso a erro está operante, há um aumento acentuado de, embora não seja possível replicar com precisão as das taxas de mutação. sequências nucleotídicas na região lesada. Esse sistema Pesquisas recentes sobre os mecanismos de reparo do de reparo propenso a erro elimina lacunas nas partes dos fila- DNA indicam que ainda é preciso esclarecer muitos no- mentos recém-sintetizados correspondentes aos nucleotí- vos processos de reparo. Durante os últimos anos, foram dios danificados nos filamentos-molde, mas, ao fazer isso, caracterizadas várias novas DNA polimerases com fun- aumenta a frequência de erros de replicação. ções específicas no reparo do DNA. Os resultados desses O mecanismo de indução do sistema SOS pela lesão do estudos sugerem que temos muito a aprender sobre os DNA foi elucidado em detalhes. Duas proteínas regulado- mecanismos que preservam a integridade de nossas in- ras - LexA e RecA- controlam a resposta SOS. Ambas são formações genéticas. PONTOS ESSENCIAIS • Múltiplos sistemas de reparo do DNA desenvolveram-se para preservar a integridade de informações genéticas nos organismos vivos • Cada via de reparo corrige um tipo específico de /,esão no DNA. Doenças humanas hereditárias com defeitos no reP-aro do DNA Vários distúrbios humanos hereditários são causados por defeitos nas vias de reparo do DNA. Como já comentamos no início deste capítulo, indiví- duos com xeroderma pig;mentosum (XP) são extremamente sensíveis à luz solar, e a exposição ao sol ocasiona alta frequência de câncer de pele nesses pacientes ( Figu- ra 13.28). As células de indivíduos com XP apresentam deficiência no reparo da lesão do DNA induzida por UV, como os dímeros de timina. A síndrome de XP é causada pelo defeito de qualquer um de pelo menos oito genes diferentes. Os produtos de sete desses genes, XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF e XPG, são necessários ao reparo por excisão de nucleotídio (Tabela 13.1 ). Eles foram purifica- dos, e demonstrou-se que são essenciais para a atividade da excinuclease. Como a atividade da excinuclease em seres humanos requer 15 polipeptídios, a lista de genes XP provavelmente será ampliada no futuro. Dois outros • FIGURA 13.28 Efeitos fenotípicos da doença hereditária xeroderma distúrbios humanos, síndrome de Cockayne e tricotiodis- pigmentosum. As pessoas que têm essa doença maligna apresentam trofia, também são causados por defeitos no reparo por extensos tumores cutâneos após exposição à luz solar. 354 Fundamentos de Genética Tabela 13.1 Doenças humanas hereditárias causadas por defeitos no reparo do DNA. Distúrbio hereditário Gene Cromossomo Função do produto Principais sintomas 1. Xeroderma pigmentosum XPA 9 Proteína de reconhecimento de Sensibilidade à radiação lesão no DNA UV, surgimento precoce de XPB 2 Helicase 3' ~ 5' câncer de pele, distúrbios XPC 3 Proteína de reconhecimento de neurológicos lesão no DNA XPD 19 Helicase 5' ~ 3' XPE 11 Proteína de reconhecimento de lesão no DNA XPF 16 Nuclease, incisão 3' XPG 13 Nuclease, incisão 5' XPV 6 DNA polimerase translesão 11 2. Tricotiodistrofia TTDA 6 Fator de transcrição basal llH Sensibilidade à radiação XPB 2 Helicase 3' ~ 5' UV, distúrbios neurológicos, XPD 19 Helicase 5' ~ 3' retardo mental 3. Síndrome de Cockayne CSA 5 Proteína de reparo do DNA por Sensibilidade à radiação exc1 - .sao UV, distúrbios neurológicos CSB 10 Proteína de reparo do DNA por e do desenvolvimento, exc1 - .sao envelhecimento prematuro 4. Ataxia-telangiectasia ATfvf 11 Serina/treonina quinase Sensibilidade à radiação, instabilidade cromossômica, início precoce de neurodegeneração • - progressiva, propensao ao A cancer 5. Câncer colorretal fvfSH2 2 Proteína de reconhecimento do Alto risco de câncer de cólon hereditário sem polipose erro de pareamento do DNA (como familiar (síndrome de Lynch) MutS de E. coli) fv1LH1 3 Homólogo da proteína de reparo de erros de pareamento Mutl de E. coli fvfSH6 2 Homólogo 6 de MutS Pfv1S2 7 Endonuclease PMS2 Pfv1S1 2 Homólogo da proteína de reparo de erros de pareamento de levedura 6. Anemia de Fanconi FA (8 genes, Sensibilidade aos agentes A-H, em de ligação cruzada do DNA, 5 cromossomos instabilidade cromossômica, diferentes) - A propensao ao cancer 7. Síndrome de Bloom Blfvf 15 BLM RecQ helicase Instabilidade cromossômica, retardo mental, propensão ao A cancer 8. Síndrome de Werner WRN 8 WRN RecQ helicase Instabilidade cromossômica, neurodegeneração • - progressiva, propensao ao A cancer 9. Síndrome de RECQL4 8 RecQ helicase L4 Instabilidade cromossômica, Rothmund-Thomson retardo mental, propensão ao A cancer 10. Síndrome de quebra NBSI 8 Proteína de reconhecimento de Instabilidade cromossômica, Nijmegen quebra bifi lamentar do DNA microcefalia (crân io pequeno), - A propensao ao cancer Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 355 excisão de nucleotídio. Os indivíduos com síndrome de uma em cada 200 pessoas, portanto é um tipo comum de Cockayne apresentam retardo do crescimento e das habi- câncer. Quando compreendermos melhor os defeitos he- lidades mentais, mas não aumento das taxas de câncer de reditários, talvez sejamos capazes de desenvolver outros pele. Os pacientes com tricotiodistrofia têm baixa estatu- métodos eficazes de tratamento desses cânceres além da ra, pelos frágeis e pele descamativa; também apresentam cirurgia, quimioterapia e radioterapia. habilidades mentais subdesenvolvidas. As pessoas com A ataxia-telangiectasia, anemia de Fanconi, síndro- síndrome de Cockayne ou tricotiodistrofia têm defeito me de Bloom, síndrome de Werner, síndrome de Roth- em um tipo de reparo por excisão que é acoplado à trans- mund-Thomson e síndrome de quebra de Nijmegan são crição. No entanto, os detalhes desse processo de reparo seis outras doenças hereditárias em seres humanos asso- acoplado à transcrição ainda estão sendo elucidados. ciadas a defeitos conhecidos do metabolismo do DNA. Além da lesão das células cutâneas, algumas pessoas Os seis distúrbios têm padrão de herança autossômica com XP desenvolvem anormalidades neurológicas, apa- recessiva e todos resultam em alto risco de doença malig- rentemente decorrentes da morte prematura de células na, sobretudo leucemia no caso da ataxia-telangiectasia nervosas. Esse efeito sobre as células nervosas de vida mui- e anemia de Fanconi. As células de pacientes com ata- to longa pode ter implicações interessantes em relação às xia-telangiectasia têm sensibilidade anormal à radiação causas do envelhecimento. Uma teoria é a de que o en- ionizante, sugerindo um defeito no reparo da lesão do velhecimento é consequência do acúmulo de mutações DNA induzida por radiação. As células de indivíduos somáticas. Assim, o esperado seria que um sistema de re- com anemia de Fanconi apresentam comprometimen- paro defeituoso acelerasse o processo de envelhecimento, to da remoção de ligações cruzadas interfilamentares e esse parece ser o caso das células nervosas de pacientes do DNA, como as formadas pelo antibiótico mitomicina com XP. No momento, porém, há poucas evidências que C. As pessoas com síndrome de Bloom e síndrome de associem as mutaçoes somatlcas a senescenc1a. • - ""' • ... A • quebra Nijmegen apresentam alta frequência de que- O câncer colorretal hereditário sem polipose (tam- bras cromossômicas, com consequentes aberrações cro- bém conhecido como síndrome de Lynch) é causado mossômicas (Capítulo 6) e trocas de cromátides-irmãs. por defeitos hereditários na via de reparo dos erros de A ataxia-telangiectasia é causada por defeitos em uma pareamento do DNA. Pode ser causado por mutações em quinase implicada no controle do ciclo celular, e a sín- pelo menos sete genes diferentes, cinco deles listados na drome de Bloom, síndrome de Werner e síndrome de Tabela 13.1. Vários desses genes são homólogos dos ge- Rothmund-Thomson são causadas por alterações em nes de reparo de erros de pareamento em E. coli e S. cere- DNA helicases específicas (membros da família RecQ de visiae. Assim, a via de reparo de erros de pareamento dos helicases). A Tabela 13.1 Lista algumas das doenças hu- seres humanos é semelhante às existentes em bactérias e manas mais conhecidas resultantes de distúrbios heredi- fungos. Esse tipo de câncer de cólon ocorre em cerca de tários nas vias de reparo do DNA. PONTOS ESSENCIAIS • Os distúrbios humanos hereditários causados por defeitos no reparo doDNA são prova convincente da importância das vias de reparo do DNA • Alguns tipos de câncer também estão associados a defeitos nas vias de reparo do DNA. Mecanismos de recombina ão do DNA A recombinação entre moléculas de DNA homólogas re- RECOMBINAÇÃO 1 CLIVAGEM E quer a atividade de várias enzimas que clivam, desenro- REUNIÃO DAS MOLÉCULAS DE DNA lam, estimulam irrupções unifilamentares de duplas héli- No Capítulo 7, comentamos o experimento de Creighton ces, reparam e unem filamentos de DNA. e McClintock que mostrou que o crossing over ocorre por quebra dos cromossomos parentais e reunião das partes Apresentamos no Capítulo 7 os principais aspectos da re- em novas combinações. Evidências de que a recombina- combinação entre cromossomos homólogos, mas não leva- ção ocorre por quebra e reunião foram obtidas também mos em conta os detalhes moleculares do processo. Já que por autorradiografia e outras técnicas. Na verdade, as muitos produtos gênicos participantes do reparo do DNA principais características do processo de recombinação lesado também são necessários à recombinação entre cro- já estão bem estabelecidas, embora ainda seja preciso es- mossomos homólogos, ou crossing over, examinaremos ago- clarecer detalhes específicos. ra alguns aspectos moleculares desse importante processo. Grande parte do que sabemos sobre os detalhes mole- Além disso, de modo geral, ou talvez sempre, a recombi- culares do crossing over baseia-se no estudo de mutantes de nação demanda alguma síntese de reparo do DNA. Assim, E. coli e S. cerevisiae com deficiência de recombinação. Os estu- grande parte das informações apresentadas nas seções an- dos bioquímicos desses mutantes mostraram a deficiên- teriores é relevante para o processo de recombinação. cia de várias enzimas e outras proteínas necessárias à re- 356 Fundamentos de Genética combinação. Juntos, os resultados dos estudos genéticos mo, como muitos outros invocados, começa quando uma e bioquímicos criaram um quadro bastante completo da endonuclease cliva filamentos únicos de cada uma das recombinação em nível molecular. duas moléculas de DNA parental (quebra). Segmentos Muitos modelos populares de crossing over foram de- dos filamentos únicos de um lado de cada corte são des- rivados de um modelo proposto por Robin Holliday em colados de seus filamentos complementares com a ajuda 1964. O modelo de Holliday foi um dos primeiros a expli- de DNA helicases e de proteínas de ligação unifilamenta- car a maioria dos dados genéticos d isponíveis na época res. As helicases desenrolam os dois filamentos de DNA por um mecanismo que incluía a quebra, a reunião e o na região adjacente às incisões unifilamentares. Em E. reparo de moléculas de DNA. A Figura 13.29 mostra uma coli, o compl,exo R.ecBCD contém tanto atividade de endo- versão atualizada do modelo de Holliday. Esse mecanis- nuclease, que produz quebras unifilamentares no DNA, a+ Homólogo 1 b+ a b+ A. Pareamento de 111111111111111111, f 111111 111111 11111 cromossomos ' J. Cromossomos homólogos. Jlllllllllllllllllt •f-1-11...1....1-1...1...1-1... , ,...,....1-1...1-1-1 recombinantes. ª Homólogo 2 b a+ b ' DNA ligase, provavelmente precedida por exonuclease Endonuclease e DNA polimerase a b+ a+ b+ ~ 11111~ 11111111111 ' 1. Vista bidimensional. B. Formação 1111111111) 1111111, f 11111 (111111 11111 de quebras > cortes a+ b ' unifilamentares. J"l""PIP1~11~1~1~1~1~1)~1111111t a b Helicase e proteína de ligação ao DNA unifilamentar H. Dissolução da ponte unifilamentar. C. Deslocamento do filamento. a b Endonuclease Proteínas tipo RecA a+ b+ G. Estrutura 3D D. Troca de equivalente. filamento. a b DNA ligase, Rotação das extremidades inferiores provavelmente precedida por exonuclease e 180º DNA polimerase a+ b+ E. Formacão • de ponte unifilamentar F. Estrutura covalente. tridimensional. a b • FIGURA 13.29 Mecanismo de recombinação entre molécu las de DNA homólogas.A via mostrada baseia-se no modelo originalmente propos- to por Robin Holliday em 1964. Capítulo 13 1 Mutação, Reparo do DNA e Recombinação 357 quanto atividade de DNA helicase, que desenrola os fila- mediários de recombinação com o formato da letra X, mentos complementares de DNA na região adjacente a chamados de formas chi, observadas em várias espécies cada corte. pelo exame com microscópio eletrônico (Figura 13.30). Os filamentos únicos deslocados trocam de par, em- As formas chi são separadas por quebra catalisada por parelhando bases com os filamentos complementares enzima e reunião dos filamentos de DNA complemen- intactos dos cromossomos homólogos. Esse processo tares para produzir duas moléculas de DNA recombi- é estimulado por proteínas como a proteína RecA de nantes. Em E. coli, as estruturas chi podem ser desfeitas E. coli. As proteínas tipo RecA foram caracterizadas em pelo produto do gene recG ou do gene ruvC (reparo de . ,,,. . . ,,,, . . ,,,, muitas espec1es, tanto procar1oticas quanto eucar10- lesão induzida por UV). Cada gene codifica uma endo- ticas. A proteína RecA e seus homólogos estimulam a nuclease que catalisa a clivagem de filamentos únicos assimilação unifilamentar, um processo no qual um único nas junções chi (Figura 13.29). filamento de DNA desloca seu homólogo em uma dupla Há muitos dados indicativos de que existe mais de hélice de DNA. As proteínas tipo RecA promovem tro- um mecanismo de recombinação homóloga - provavel- cas recíprocas de filamentos únicos de DNA entre duas mente vários mecanismos diferentes. Em S. cerevisiae, as hélices duplas de DNA em duas etapas. Na primeira eta- extremidades das moléculas de DNA produzidas por pa, um filamento único de uma dupla hélice é assimila- quebras bifilamentares são altamente recombinogê- do por uma segunda dupla hélice homóloga, deslocan- nicas. Esse fato e outros dados sugerem que a recom- do o filamento idêntico ou homólogo e emparelhando binação em leveduras geralmente implica quebra bifi- suas bases com o filamento complementar. Na segunda lamentar em uma das hélices duplas parentais. Assim, etapa, o filamento único deslocado é assimilado do mes- em 1983, Jack Szostak, Franklin Stahl e colaboradores mo modo pela primeira dupla hélice. A proteína RecA propuseram um modelo de quebra bifilamentar de crossing medeia essas trocas por ligação ao filamento de DNA over. De acordo com seu modelo, na recombinação há não pareado, auxiliando na busca de uma sequência uma quebra bifilamentar em uma das hélices duplas pa- de DNA homóloga, e, uma vez encontrada uma dupla hélice homóloga, promovendo a substituição de um fi- rentais, e não apenas quebras unifilamentares como no lamento pelo filamento não pareado. Se as sequências modelo de Holliday. As quebras iniciais alargam-se, e complementares já existirem como filamentos únicos, surgem lacunas nos dois filamentos. As duas termina- a presença de proteína RecA aumenta em mais de 50 ções unifilamentares produzidas na lacuna bifilamentar vezes a taxa de renaturação. da dupla hélice quebrada invadem a dupla hélice intac- Em seguida, os filamentos clivados são unidos por li- ta e deslocam segmentos do filamento homólogo nessa gação covalente em novas combinações (reunião) pela região. As lacunas são preenchidas por síntese de repa- DNA ligase. Se as quebras originais nos dois filamentos ro. Esse processo produz dois cromossomos homólogos não ocorrerem exatamente no mesmo lugar nos dois unidos por duas pontes unifilamentares. As pontes são homólogos, é necessário algum ajuste antes que a DNA desfeitas por clivagem endonucleolítica, assim como no ligase possa catalisar a etapa de reunião. Esse ajuste modelo de Holliday. Tanto o modelo bifilamentar quan- requer a excisão de nucleotídios por uma exonuclea- to o modelo de Holliday explicam bem a produção de se e a síntese de reparo por uma DNA polimerase. A cromossomos recombinantes para marcadores genéti- sequência de eventos descritos até agora produz inter- cos que ladeiam a região de crossing over. A 0,1 µm B • FIGURA 13.30 Micrografia eletrônica (A) e digrama (B) de uma forma chi. O exame ao microscópio eletrônico identificou duas moléculas de DNA durante o processo de recombinação genética. Essa micrografia eletrônica oferece evidências físicas diretas da existência do intermediário de recombinação de Holliday. Observe como essa molécula corresponde exatamente à estrutura teórica mostrada na ilustração (G) do modelo de recombinação de Holliday prototípico, apresentado na Figura 13.29. fvficrografia cedida por H. Potter, University ofSouth Florida e D. Dressler, Harvard University. 358 Fundamentos de Genética CONVERSÃO GÊNICA 1 SÍNTESE os wci a+ e b+ no qual há pareamento de bases dos fila- mentos complementares de DNA dos dois cromossomos DE REPARO DO DNA ASSOCIADA À RECOMBINAÇAO - homólogos. Se um terceiro par de alelos localizado nesse segmento fosse segregado no cruzamento, haveria erros Até esse momento, apresentamos apenas processos de de pareamento nas duas duplas hélices. As moléculas de recombinação explicáveis pela quebra de cromátides ho- DNA contendo esses erros de pareamento, ou diferentes mólogas e a troca recíproca das partes. Contudo, a aná- alelos nos dois filamentos complementares de uma du- lise de tétrades de produtos meióticos de alguns fungos pla hélice, são denominadas heterodúplex. Essas moléculas mostra que nem sempre a troca genética é recíproca. Por heterodúplex ocorrem como intermediários no processo exemplo, quando se realizam cruzamentos entre duas de recombinação. mutações intimamente relacionadas no bolor Neurospara Se a Figura 13.29E fosse modificada para incluir um e se analisam ascos contendo recombinantes selvagem, terceiro par de alelos, e as outras duas cromátides fos- muitas vezes esses ascos não contêm o recombinante mu- sem acrescentadas, a tétrade teria a seguinte composi- tante duplo recíproco. - çao: Imagine um cruzamento em que há duas mutações inti- mamente relacionadas, 1n.i e mz No cruzamento de m1 m2+ , a+ m+ b+ com m1+ m2, observam-se os seguintes tipos de ascos: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 l 1° par de esporos: m1+ m2 2º par de esporos: m1+ m2+ m 30. par de esporos: m1 m2+ 4ª par de esporos: m1 m2+ Há esporos do tipo selvagem m1+ m2+, mas não há espo- ros mutantes duplos m1 m2 no asco. A recombinação re- cíproca produziria um cromossomo m1 m2 sempre que a m fosse produzido um cromossomo m1+ m2+. Nesse asco, a proporção m2+:m2 é de 3:1 em vez da proporção esperada Se os erros de pareamento forem corrigidos por reparo de 2:2. Um dos alelos m2 parece ser sido "convertido" na por excisão de nucleotídio (Figura 13.27), no qual os fila- forma alélica m2+. Assim, esse tipo de recombinação não mentos m são excisados e ressintetizados com os filamen- recíproca é denominado conversão gênica. Poderíamos pre- tos m+ complementares como moldes, surgirá a seguinte sumir que a conversão gênica é causada por mutação, ex- tétrade: ceto pelo fato de que ocorre com mais frequência que os eventos de mutação correspondentes, sempre produz o 111 11 11 11 11 11 111 11 11 11 11 11 11 alelo presente no cromossomo homólogo, não um novo m + , alelo, e em cerca de 50% dos casos está relacionada com a recombinação recíproca dos marcadores flanqueado- a+ m+ res. A última observação é uma indicação veemente de que a conversão gênica resulta de eventos ocorridos du- a m+ rante o crossing over. Na verdade, agora se acredita que a conversão gênica seja consequência da síntese de reparo do DNA associada aos processos de quebra, excisão e reu- nião do crossing over. a m Nos marcadores intimamente associados, a conversão gênica é mais frequente que a recombinação recíproca. Em razão da replicação semiconservativa do DNA duran- Em um estudo do gene hisl de levedura, 980 de 1.081 te a divisão mitótica subsequente, essa tétrade produz um ascos contendo recombinantes his+apresentaram conver- asco contendo seis ascósporos m+ e dois ascósporos m, a são gênica, enquanto apenas 101 apresentaram recombi- razão de conversão gênica igual a 3: 1. nação recíproca clássica. Suponha que apenas um dos dois erros de pareamen- O aspecto mais surpreendente da conversão gênica é to descritos na tétrade seja reparado antes da divisão que a proporção inicial 1: 1 de alelos não é mantida. Isso mitótica. Nesse caso, a replicação semiconservativa do pode ser explicado com facilidade se segmentos curtos de heterodúplex remanescente produz um homodúplex DNA parental forem degradados e ressintetizados com m+ e um homodúplex m, e o asco resultante contém filamentos-molde fornecidos pelo DNA que tem o outro uma razão de ascósporos igual a 5m+:3m. Essas razões alelo. Em virtude dos mecanismos de reparo por excisão de conversão gênica de 5:3 existem; elas resultam da se- comentados antes neste capítulo, o modelo de Holliday gregação pós-meiótica (mitótica) de heterodúplex não de crossing over explica a conversão gênica de marcadores reparados. genéticos localizados na vizinhança imediata do crossing A conversão gênica está associada à recombinação re- over. Na Figura 13.29D-I, há um segmento de DNA entre cíproca de marcadores flanqueadores em aproximada- Exercícios A~ligue a análise genética básica 1.. é frequente..29G.. produzindo razões 3: 1 dos alelos de segreg·ação • A conversão gênica resulta da síntese de reparo do D1VA que ocorre durante o processo de recombinação.. A clivagem da ponte unifilamentar no plano vertica l (esquerda) produz o arranjo recom- binante (a+ b e a b+) de marcadores flanqueadores. mas mostra as cromátides com reparo dos erros de pareamento da tétrade ilustrada no texto....l.. Reflita sobre o papel da mutação na evolução.. Se as duas cromátides recombina11tes da tétrade no diagrama anterior forem desenhadas em uma forma equivalente à mostrada na Figura 13.. As binação produzem novas combinações dessa varia- espécies evoluiriam se i1ão houvesse mutação? ção genética.. como Recombinante para Parental para marcadores externos marcadores externos obser\rado. Essa clivagem pode ser horizo11tal ou vertical na f1111 l.. Capítulo 13 1 Mutação.1-1.31 ).Síntese de reparo gem no plano horizontal produz o arranjo parental (a + b+ e a b) dos marcadores flanqueadores. ou conversão gênica. PONTOS ESSENCIAIS • iVo crossing over há quebra de moléculas homólogas de D1VA e reunião das partes em novas combinações • iVo caso de marcadores genéticos intimamente associados. é a verdadeira origem de toda mutação..-11. será fácil explicar a associação de conversão gênica e recombinação recíproca dos marcadores flanqueado- res ( Figura 13. Essa tétrade produz um asco com conversão gênica de 3 m+ para 1 m.31..31 Formação de combinações recombinantes (em- baixo à esquerda) ou parentais (embaixo à direita) de marcadores flanqueadores em associação com conversão gênica.29G... Reparo do DNA e Recombinação 359 • FIGURA 13. A mutação é a primeira etapa esse11cial do mais adaptados ao ambie11te em que vivem. Assim...1-1. a co11ver- 11111 1111a 1111 111l a+ m+ b a m+ b são gê11ica estará associada à recombinação recíproca de marcadores flanqueadores em 50% das vezes. nova variação genética. Os mecanismos de recom- ..1-1-1-11-1 casos e no plano horizo11tal na outra metade..11. Essa correlação é bem explicada pelo modelo de Holliday de recombinação apresentado na Figura 13..ragem ocorrer no plano vertical em metade dos m+ m+ ·r-11-1-1-11.l!!.. A po11te unifilamentar que une as a m+ b+ a+ m+ b+ r 1111 1111a 11 111111 t 1111 1111a 1111 111 J duas cromátides tem de ser desfeita por clivagem en- m+ m+ do11ucleolítica para co11cluir o processo de recombi11a- e e m+ m+ ção. i1ão ha\reria evolução.1.. A clivagem verti- a+ m+ b a m+ b cal produz um asco que apresenta tanto conversão gê- DNA ligase DNA ligase nica quanto recombinação recíproca dos marcadores flanqueadores.. enquanto a cliva- .29. A clivagem horizontal produz um asco a m+ b+ a+ m+ b+ que apresenta tanto co11versão gênica qua11to a combi- r 11111 111a 11 111111 t 1111 1111a 1111 111 J nação parental dos marcadores fla11queadores. Sem processo evolutivo.11~1 11111 1111 a 1111 111l forma chi dese11hada na Figura 13.l.. a recombinação não recíproca. e a seleção natural (ou artificial) pre- serva as combi11ações que produzem orga11ismos Resposta: Não. Endonuc/ease me11te 50 % dos casos.. O interme- diário de recombinação na parte superior equivale ao ilustrado na Figura 13. m+ m+ e e se a cli.. e passa a ser UGA. a inserção desloca um códon de térmi- mutante é treonina. só os filamentos de DNA com a mesma polaridade podem ser uni- códon de término dos.11111111. Quebra com troca de G:C na posição 12 por A:T. O segu11do recombinante não será produzido. Se houver crossing over por quebra e reunião nas tuições de pares de bases. dade 3' de cada filame11to. haverá interrupção pre- matura do polipeptídio mutante nessa posição.360 Fundamentos de Genética 2. em vez de alanina existente no 110 para a matriz de leitura apropriada para tradução. Caso haja substituição de um par de nucleotídios ção dos dois recombinantes será igual? no segmento de gene mostrado no Exercício 2. qual será 11111111111111111~ e ·. Imagine um segmento curto de um ge11e tipo selva. As colô11ias induzir a reversão ao prototrofismo por tratame11to são tra11sferidas para placas sem triptofano pela com 5-bromouracila (5-BU) ? técnica de plaqueamen to em réplica desenvolvida . resulta na substituição de duas moléculas de DNA mostradas no diagrama apenas um aminoácido no polipeptídio codificado adiante. com troca de G:C na posição 7 por A:T. Em Observe que o terceiro aminoácido do polipeptídio muitos casos. com a produção metio11i11a-seri11a-treoni11a-triptofano-glicina de uma proteí11a a11ormal (geralme11te inativa). é preciso fazer a diluição das bactérias. Logo. Charles Yanofsky isolou uma gra11de quantidade Resposta: A cultura de bactérias mutagênicas tem de em- de mutantes auxotróficos de E. todos os aminoácidos e especificará a sequê11cia de ami11oácidos: especificados por códons na região 3' em relação ao sítio de i11serção serão modificados. essa substitui.sera: com a mutaçao / A i11serção de um par de bases altera a matriz de lei- tura do mRNA (trinucleotídios lidos como códons) 5'-AUG UCCACA UGG GGA-3' distal ao sítio da mutação. rado será: qual será o efeito dessa mutação no polipeptídio metio11ina-serina-serina-metio11ina-glicina produzido por esse gene? sequência de aminoácidos alterada Resposta: O mRNA produzido pelo segmento do gene . de triptofa110. i1a qual o quarto códo11 deixa de ser UGG. a+ b . Durante a recombinação. com produção de um polipeptídio truncado. Logo.01111111 r a b+ a+ Resposta: A sequência de mRNA produzida será: 5'-AUG UCC GCA UGA GGA-3' Resposta: Não. Como tantes desejados possam sobreviver e se reproduzir. um dos três códons tídios: de término da cadeia. Depois. polipeptídio de tipo sel. seria possível identificar esses mutantes? Se a muta. Assim.ragem. seria possível e i11cubar até que haja colô11ias visíveis. ção de um par de bases. nas quais a ponta de seta indica a extremi- pelo ge11e. queamento em meio de ágar co11te11do triptofano xotrófico específico para o triptofano. qual será o efeito dessa modifi- 5'-AUG UCC GCA UGG GGA-3' cação no polipeptídio especificado por esse gene? e a tradução desse mRNA produz a sequê11cia de Resposta: A sequência nucleotídica do mRNA especifica- aminoácidos: da pelo segme11to de ge11e mutante será: metionina-serina-alanina-triptofano-glicina 5'-AUG UCC AGC AUG GGGA:J' Caso haja substituição de um par de nucleotídios e o polipeptídio produzido a partir do mRNA alte- nesse gene. a frequência de produ- 3. pla- ção induzida por ácido nitroso produzisse um au. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1.. 11111111111111111~ . com 5 '-ATG TCC GCA TGG GGA -3' a produção de uma proteína truncada. 11111111> 11111111~ reun1ao o efeito dessa mutação no polipeptídio produzido X e por esse gene? . como a maioria das substi- 5. Caso haja inserção de um par de bases A:T entre os A transcrição desse segmento de gene produz a se- pares de nucleotídios 6 e 7 no segmento de gene mos- guinte sequência nucleotídica do mRNA: trado no Exercício 2. um códon gem com a seguinte sequê11cia de pares de i1ucleo. 3'-TACAGG CGT ACC CCT-5' 4. coli que só cresciam pregar meio contendo triptofano para que os mu- em meio contendo o aminoácido triptofano. . tripla de par de nucleotídios.existem três possíveis substituições 5'-CAT-3' de aminoácidos decorrentes de substituições de na posição correspondente ao sexto aminoácido do uma única base (causadas por substituições de um produto gênico. (e) O único aminoácido com códons associados ao có- tro mutantes. . pondente à base 5' no códon). isolados em separado. na l ª ou 2ª posição. as posi- mutantes foram purificadas e sequenciadas. tirosina. A3. é resultante da substituição de tes A4. . respectivamente. pela troca de uma única base na posição 3 (a base Além disso. verdadeiros nos cruzamentos com os outros qua. em cada códon . base na sequência de pares de nucleotídios do gene. asparagina. mutA5. ácido aspártico. pares de bases na mesma posição no trinucleotídio. mutaphilium usa o código (b) Os códons para os sete aminoácidos encontrados na genético universal e comporta-se como a Escherichia 6ª posição nos polipeptídios mutantes têm de estar associados a CAU pela troca de uma única base por- coli em todos os outros aspectos relevantes para a que os mutantes foram todos derivados do tipo sel- genética molecular.. mas não nas placas de réplica sem Use as informações anteriores e a natureza do triptofano. mas terizados sete mutantes. gene mutA e o polipeptídio especificado por ele. Todas ções dos três pares de nucleotídios no trinucleotídio as sete são diferentes: contêm.15). Suponha que você descobriu recentemente uma nova espécie de bactéria e nomeou-a Escherichia Resposta: As deduções a seguir são feitas a partir das in- mutaphilium. os genótipos tipo selvagem.1) para deduzir que zem mutações de transição nos dois sentidos. Capítulo 13 1 Mutação. ao passo que os mutan. código genético (Tabela 12. a 5-BU deve induzir a retromutação de toda em cada uma das sete diferentes substituições de mutação induzida por ácido nitroso. . Como A7 recombina-se com todos os outros vagens verdadeiros. aminoácidos na 6ª posição da trinucleotídio muta- genase. mas cada um deles se recombi. respectivamente. todas as trinucleotídio mutagenases 3 ' no códon). Para simplificar a discussão. Essa diferença foi (g) Como a 5-BU causa a reversão de mutAl e mutA6 ao usada para discernir.. qÇ_t\ (mutA6) em A2e A4. na 2ª posição. A5 e A7. Demonstrou-se que a E. O tratamento com 5-bromouracila (5-BU) induz (f) Como mutA7 (substituição na terceira posição) pro- a retromutação dos mutantes Al e A6 em tipos sel. Os mutantes A2 e A4 crescem lenta- . vagem pela substituição de um único par de nucleo- O sexto aminoácido da terminação amino da tídios. que em cruzamentos com mutA6. o que não ocorre com os mutantes A2. isso põe as substitui- tes A3 e A5 têm mutações nulas (que especificam ções A2 e A3 na 1ª posição e as substituições A 4 e A5 produtos gênicos totalmente inativos) e são incapa. você estudou o formações apresentadas. duz aproximadamente duas vezes mais recombinan- tes de tipo selvagem em cruzamentos com mutAl vagens. Al está na 1ª posição e a substituição de mutA6 está mente em meio m1n1mo. O te associados à trinca de pares de nucleotídios que tratamento com 5-bromouracila ou hidroxilamina codificam His por mutações de transição.. seis alelos mutantes. Nessa trinca também foram carac. mutA2 e mutA3 não se re. nenhum TAT CAT CGT .espe- cificamente a degeneração na terceira (3 ' ) posição 3'-GTA-5' . Durante o último ano. A5 e A6 não se recombinam entre si.. aminoácido do polipeptídio mutA7 é obrigatoria- zamentos entre mutA6 e mutA7. na 2ª posição.t\ • 5-BU . a (a) O códon His de tipo selvagem tem de ser CAU com enzima trinucleotídio mutagenase. A:T alelo mutante especifica o polipeptídio mutante ~ G:C. prolina e leucina como o sexto aminoácido nucleotídios no meio) e 3ª posição (correspondente da terminação amino. zes de crescer em meio mínimo. a degeneração do código genético não trinucleotídio mutagenase selvagem é a histidina. . à base 3 ' no códon de mRNA). único par de bases no DNA) em cada uma das duas primeiras posições (a base 5 ' e a base do meio). pelas mutações. e justifique suas deduções. em questão serão denominadas 1ª posição (corres- glutamina. A5 mutA6 e mutA7) para produzir recombinantes sel- e A6. cruzamentos entre mutAl don His CAU por substituição de uma base na 3ª e mutA 7 produzem aproximadamente duas vezes posição é Gln (códons CAA e CAG).~ • 5-BU > q~. Reparo do DNA e Recombinação 361 pelos Lederbergs (Figura 13. influencia a dedução das atribuições específicas de e o gene mutA de tipo selvagem tem a sequência códons. nessa bactéria. Por fim. a substituição de A4. os mutan. (c) Tendo em vista a natureza do código genético . Os auxotróficos desses mutágenos induz a mutação de A3 em A 4 para o triptofano desejados crescerão nas placas nem de A5 em A2. Assim. produzidos obrigatoriamente por substituições de na com os outros quatro mutantes (mutA4. pode induzir a transformação de mutantes A3 e A5 (mutAJ) ~T. (d) Já que Al. Como o ácido nitroso e a 5-BU produ.. Assim. ar. todos são combinam entre si. com apenas uma possível troca de aminoácido causada substituições de apenas um par de nucleotídios. Associado a (d). esses mutantes estão obrigatoriamen- mutA3 e mutA5 dos genótipos mutA2 e mutA4. mas um único par de bases na 3ª posição que ocasiona a cada um deles produz recombinantes selvagens troca de um aminoácido. o sexto mais recombinantes selvagens verdadeiros que cru. Do mesmo modo. com triptofano. A2 e A3 não se recombinam. O mesmo acontece com A4. 2ª posição (o par de ginina. isto é. No entanto. 2. Os mutantes mutAl. mente glutamina. 3 Espera-se a ocorrê11cia tanto de mutações letais sos avançados o suficiente para ser detectados por quanto de mutações visíveis em moscas-das-frutas ocasião do estudo. qual é a proporção entre transver.ro.2 De todas as mutações de sentido trocado possíveis 13.6 Um distúrbio pré-canceroso (polipose intestinal) 13. (c) C para G. as pernas curtas são consequência de uma muta- dentes de uma mulher que morreu com câncer do ção ou um efeito ambiental. Todas as (2) trans. Sugira uma explicação para a ocorrê11cia es- Como se pode ''erificar se determinado fármaco porádica da doença e a tendência de persistência causa mutações ou apenas identifica mutações j á do gene na população. •·•• •·• CAT GCA •••••••• CCT CTT .. . A maioria dos doe11tes mor- ções (a) letais ligadas ao X e (b) visíveis ligadas ao reu cedo. cido triptofano.4 Como é possível detectar mutações em bactérias família.. AAT ••• •• •• CAA CAG se.000 pessoas.. UAU ATA . e A5 aA4..8 Os produtos resultantes de mutações somáticas. base CAT (mutA5) GGA . . especificamente por tran. (f) UUG CUA AUA para UUG CUG AUA. Isso significa que a mutação de genes e maçãs. determinada por um gene recessivo ligado ao X. Em geral. Entre os descen. Os pesquisadores estavam co11- vencidos de que haviam enco11trado todos os ca- 13.7 A distrofia muscular juve11il em seres humanos é em um segmento de DNA que codifica o aminoá. .. •·• TTA G TT ou .. X em Drosophila irradiadas. CTT CCT CGT Juntas.. CTA (mutA3) ·· . GAT Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a capacidade analítica 13. as taxas publicadas de mutação espon.GGA ... GAU CTA . apenas um caso foi detectado em uma 13. Se as per11as curtas .. Só os 11omens apresentavam irradiadas.. GTC resse nos polipeptídios da t1inucleotídio mutagena..1 Classifique as mutações po11tuais a seguir repre. (mutA4) GAA ••••••• . 13. de câncer e seis têm polipose intestinal... HA > TTA .. Por quê? 13. tor- tânea em seres huma11os são maiores que as taxas naram-se comu11s em pla11tações de frutas cítricas em bactérias... examinadas meticulosamente sem que se encon- (d) T para A.rersões ou (3) mudanças da matriz de outras ramificações dessa grande família foram leitura.. gem do gene defeituoso. mRNA e genes nos sete diferentes mutantes: mutA3 Alteracões • da terceira Asp base . (b) C para T....isto é.. essas deduções estabelecem a presença das mutA2 mutA7 Asn Gln seguintes relações entre os aminoácidos. (mutA2) ' TAT ' GAT AAT mutA6 mutA4 mutAS Aminoácido de tipo selvagem = His e Leu Pro códon de mRNA da His = CAU Arg Alteracões • cuu ccu Trinucleotídio de DNA = ..A:T. GTA CGU da segunda . . existentes no organismo investigado? 13.. cólon.. No enta11to. e nenhum deles viveu além de 21 anos.362 Fundamentos de Genética (h) Como a hidroxilamina induz a mutação de mutA3 e Alterações da primeira base mutA5 em mutA2 e mutA4. . códons e - AAU CAA ou CAG trincas de pares de nucleotídios na posição de inte- ... Em um estudo intensi.. como a laranja-de-umbigo e a maçã Delicious.. sugira experimentos para determinar se por um único ge11e dominante.. Defina um método para detectar muta- sintomas da doença.9 Caso exista um carneiro de pernas curtas em um em certo grupo familiar humano é determinado rebanho.5 Em geral. encontraram-se 33 ca- sões e transições se todas as substituições de um par sos em uma população de aproximadamente de bases ocorrerem com igual frequência? 800.... (e) UAU ACC UAU para UAU AAC trassem casos..... Tyr sições G:C .. respectivamente. em animais.. dez pessoas morreram com o mesmo tipo sentadas i10 DNA e no RNA como (1) transições... (a) A para G. 13. A3 está mutAl associado a A2. mas em algumas famílias havia dois ou três que causam resistência a um fármaco específico? casos. HA > GAA . Sugira uma explicação para a ori- CUA. as características decorrentes individuais em seres huma11os é mais frequente de mutações somáticas raramente são mantidos que em bactérias? Explique.. . ( ) ( ) ( ) ( ) ças que resultaram em aminoácidos diferentes nas posições correspondentes? 13. O análogo de base 2-aminopurina induz x-m-z no cromossomo. quais po- grande quantidade de mutações independentes deriam ser os genótipos dos quatro produtos? Nos A o . um asco com conversão gênica no wcus me recom- gem por tratamento com hidroxilamina? binação recíproca dos marcadores flanqueadores (nos ÚJci X e z). meio. se. porcional de mutações esperado em cada uma? mico. Supondo-se que não 13. e. induzidas por ácido nitroso sejam transições ou tes à estreptomicina são de dois tipos: alguns vivem transversões? .18 Em determinada linhagem de bactérias. ticos") de cada um dos quatro produtos da meio- na é uma substância química mutagênica que rea. me z es- 50% de pares de bases A:T e 50% de pares de ba. 13. 13. as taxas de mutação)? 13.000 r e 3. de mutação espontânea? Que porcentagem de aumento da taxa de mutação 13. 2. Ex. todas as e no mRNA depois do tratamento de vírus com áci- células geralmente são destruídas quando há uma do nitroso? concentração específica de estreptomicina no . planta-mãe dt/dt.m+ z e uma linhagem de tipo de cru- 13.000 para o alelo dominante (A).19 Um estoque de moscas-das-frutas foi tratado com 1. tantes que aumentam e diminuem.10 De que maneira enzimas como a DNA polimerase descreva um procedimento experimental para o poderiam participar do mecanismo de ação dos estabelecimento de linhagens resistentes à estrep- genes mutacionais e antimutacionais (genes mu- tomicina dos dois tipos. outros só sobrevivem verificar se a mutação é dominante ou recessiva? quando o meio contém esse fármaco. respectivamen- te. Os mutantes resisten. espaços entre parenteses a seguir.12 Um gene mutacional Dt em milho aumenta a taxa desse gene seria esperada se o estoque de moscas de mutação do gene para aleurona incolor (a) fosse tratado com doses de 1.16 O genoma do bacteriófago T4 contém cerca de zamento a e genótipo x m z+. 13.25 E mais provável que as alterações mutacionais resistência à estreptomicina. Capítulo 13 1 Mutação.24 Como o ácido nitroso induz mutações? Que resul- tados específicos poderiam ser esperados no DNA 13. Caso se produzisse uma e recombinação recíproca nos Zoei x e z.000 roentgens (r) de raios X.20 Por que a frequência de quebra de cromossomos cíprocos (i.15 Se CTT é um trinucleotídio de DNA (filamento haja efeito de intensidade. Os genes x. a/a e induzida por raios X varia com a dose total e não planta-mãe Dt/Dt.11 Como a seleção natural poderia otimizar as taxas em 2% a taxa de mutação de um gene específico. que porcentagem dessas mutações deveria tipos dos quatro produtos haploides da meiose em sofrer retromutação para o genótipo de tipo selva. Um asco produzido por esse substituições de pares de bases A:T ~ G:C e G:C ~ cruzamento continha duas cópias ("gêmeos idên- A:T por modificações tautoméricas. Essas células sofrem mutações que conferem 13.13 Uma única mutação bloqueia a conversão de fe- par mais com o iodo radioativo do que com os ou- nilalanina em tirosina. a/a x dt/dt. a/a).23 Realizou-se um cruzamento de Neurospora crassa mRNA seriam responsáveis pela valina e lisina na entre uma linhagem de tipo de cruzamento A e 6ª posição da cadeia de í3-globina? genótipo :>e. que mecanismos Tabela Pares de esporos no asco poderiam explicar as diferenças que agora existem nessas duas cadeias? Que alterações nos códons de la2 3a4 5a6 7a8 DNA e mRNA seriam responsáveis pelas diferen. Dada uma linhagem dessa espécie sensível à estreptomicina. como é possível com ou sem estreptomicina. A hidroxilami. a/a x Dt/Dt. Reparo do DNA e Recombinação 363 forem causadas por uma mutação. 13. (a) Espera-se que o gene tros dois isótopos radioativos? mutante seja pleiotrópico? (b) Explique. Se os genótipos dos quatro produtos da meiose ge especificamente com a citosina e induz apenas mostraram que houve conversão gênica no locus m substituições G:C ~ A:T. escreva os geno- purina. Outra pessoa (hemoglobina A) da hemoglobina S? foi tratada 20 vezes com 5 r.17 Supondo que a cadeia í3-globina e a cadeia a-globi- na tivessem um ancestral comum. o cruzamento com a velocidade de administração? com plantas-mães Dt/Dt produziu três vezes mais pontos por grão que o cruzamento recíproco.500 r. radioativo (H3).. Quando se fizeram cruzamentos re- 13. o que aumentou 13.14 Como é possível distinguir a hemoglobina normal entgens (r) de raios X de uma vez. qual é o número pro- transcrito de DNA) que especifica o ácido glutâ. r de raios X? na colorida.22 Uma pessoa sofreu um acidente e recebeu 50 ro- 13. em bacteriófago T4 por tratamento com 2-amino. Por que devemos nos preocu- 13. iodo radioativo (1131 ) e xenônio radioativo (Xn 133 )..21 O superaquecimento de um reator produz trítio plique esses resultados. tão intimamente associados e presentes na ordem ses G:C. que alterações da trinca de bases de DNA e 13. que produz aleuro. . que substituições de aminoácidos que as mutações sem sentido não interrompiam a esperaria que fossem induzidas na posição 112 da síntese de polipeptídios no gene rll do bacterió. e. cila na posição 112 do polipeptídio da cápsula que tantes espontâneos e induzidos por 5-bromoura. Se você fosse tratar uma população em nico da 5-bromouracila e do ácido nitroso? replicação do bacteriófago MS2 com o mutágeno 13.. qUlllllca fígado de rato GCTAAAGAACAATTA. e. que especifica o aminoácido 13. Seu cromossomo é análogo a uma matriz de de matriz + substância leitura (sem de leitura+ . você indicou no Problema 13. a citosina e a tâneos. 13. Você possível mutagenicidade de três novos pesticidas. que faz par com a na levam à produção de proteínas inativas? ade nina. Discorra sobre a razão desse resultado. conheceu uma família na China na qual algumas Duas linhagens his.32 O bacteriófago MS2 contém as informações gené- mudança da mudança leitura ticas no RNA.. Um desses qua- Pesticida n º 1 5 4 5 tro genes codifica a proteína da cápsula de MS2..26 Você está usando o teste de Ames para avaliar a gicas como talassemias e anemia falciforme.30 Como as alterações do DNA induzidas por acridi. que faz par com a citosina).-3' Pesticida n º 1 21 180 19 (a) Qual é o tipo de mutação presente no gene da he- Pesticida n º 2 18 19 17 moglobina mutante? (b) Quais são os códons na porção traduzida do mRNA Pesticida n º 3 25 265 270 transcrito dos genes normal e mutante? Mutante por (c) Quais são as sequências de aminoácidos dos poli- Controle de mudança de peptídios normal e mutante? mutantes por Mutante por matriz de 13. para resolver os próximos a substituição de um resíduo de glicina por outro problemas. proteína da cápsula de MS2 (i.inhagem 2 química) qUlllllca fígado de rato O minicromossomo de MS2 codifica quatro poli- peptídios (i.produzidas por mutação por pessoas eram portadoras de uma nova forma gené- mudança de matriz de leitura ou transição foram tica de anemia. citosina~ uracila.-3' (sem trans1çao qUlllllca + Mutante 5'-ACGTTATGCCCGTACTGCCAGCTAACT- substância substância enzimas de ljnhagem 1 química) ..33 Espera-se que as frequências das diferentes substi- tra.27 Qual é a diferença entre a ação e o efeito mutagê- leucina. a citosina. Toda a sequência nucleotídica no RNA de Os três pesticidas induzem algum tipo de mutação? Qual? MS2 é conhecida. e.. O códon 112 do gene da proteí- na da cápsula é CUA. .. W. o mutágeno caso afirmativo. glicina ~ outro aminoácido) se a mutagê- a e 13 da hemoglobina causam doenças hematoló. GCTAAAGAACAATTA..35 O ácido nitroso desamina a adenina. O quência? Qual? tratamento com 5-bromouracila poderia induzir a reversão para o tipo selvagem de quase todos (98%) 13. por aumentou a taxa de mutação (r//+~ rll) centenas que não? Alguma delas ocorreria com maior fre- de vezes acima da taxa de mutação espontânea. • I .. Stretton constataram 5-bromouracila. Qual é a explicação desse achado? tuições de aminoácidos induzidas por 5-bromoura- 13.+ . Pesticida n º 2 7 5 93 um polipeptídio com 129 aminoácidos de compri- Pesticida n º 3 6 9 7 mento.32 sejam iguais? Em cila no gene rll do bacteriófago T4. • qUlllllca + molécula poligênica de mRNA em organismos que substância substância enzimas de armazenam suas informações genéticas no DNA.28 Sydney Brenner e A. que faz par com 13.. mas esse tratamento induziria a reversão ao mouracila? tipo selvagem de apenas 14% dos mutantes espon. nese ocorresse em uma suspensão de bacterió- ..31 Mutações nos genes codificadores das subunidades (i. O. e guanina ~ xan tina.. aminoácido em um polipeptídio de tipo selvagem 13. guanina (adenina ~ hipoxantina..364 Fundamentos de Genética 13. duzisse alguma mutação cuja consequência seria apresentadas no Capítulo 12.. Leu ~ outro fago T4 quando estavam localizadas em um inter. tem quatro genes). .) midade e deleção de um único nucleotídio na ou- 13. aminoácido)? (Nota: O RNA do bacteriófago MS2 valo da sequência de DNA no qual havia ocorrido replica-se usando um filamento complementar de inserção de um único nucleotídio em uma extre. As sequências de DNA na extremi- usadas e os resultados foram os seguintes (número dade 5' do filamento não molde do DNA normal de colônias revertentes): e mutante codificador da subunidade a da hemo- Controle de Mutante de globina são: mutantes de transição Normal 5'-ACGTTATGCCGTACTGCCAGCTAACT- transição Mutante de + substância . .34 Essas mutações ocorreriam se uma suspensão não os mutantes induzidos por 5-bromouracila (rll ~ replicativa do fago MS2 fosse tratada com 5-bro- r//+).29 Seymour Benzer e Ernst Freese compararam mu.. Você esperaria que o ácido nitroso in- Use as distribuições de códons-aminoácidos conhecidas.. por quê? Em caso negativo. RNA e pareamento de bases como o DNA. por que não? cia de histina (his-). todos incapazes de crescer na ausên- gativo. não. vagem por uma única mutação pontual.. O cruzamento de da nesse gene pela proflavina e. Os tação que teria como consequência substituições resultados experimentais. (e) Pro 4 o o o o ~Arg. permite-se a in- mRNAdesse gene no revertante (mutante duplo)? fecção de células de E. Todos os heterozigotos eis cresceram sentadas no Problema 13. Se houver mais de um nucleotídio possível. qual seria a sequência nucleotídica mais provável no o ácido nitroso é retirado. white eherry (bran- co-cereja) e vermilion (vermelhão) são mutações ligadas ao X que afetam a cor dos olhos. por que mecanismo? Em caso ne.32 e o que aprendeu na ausência de histidina. . prote1na e 1 o NH2-Trp-Trp-Trp-Met-Arg-Glu-Trp-Thr-Met 13. por que mecanismo? Em caso tações? Que linhagens mutantes têm mutações negativo. Se a sequência de O cruzamento de uma fêmea de olhos brancos aminoácidos do polipeptídio codificado por esse com um macho de olhos branco-cereja produz gene na linhagem revertante (mutante dupla) fosse machos de olhos brancos e fêmeas de olhos ce- . por que não? no(s) mesmo(s) gene(s)? 13. outros. decorrente da mutação supressora de um cos e fêmeas de olhos vermelhos (tipo selvagem). 2 o o mente acréscimos e deleções de um único par de 1 o bases. olhos vermelhão produz machos de olhos bran- flavina. Usando Quantos genes eles teriam definido? Que muta- essa informação.43 Em Drosophila. (c) Lys~Thr. (b) 5 o o o o o Met~Thr. usando "+" para indi- de aminoácidos do tipo glicina ~ outro aminoá. são apresentados na tabela adiante. selvagem para olhos vermelhos.38 Qual das substituições de aminoácidos a seguir 7 + + + + + + o você espera que seja induzida com maior fre.42 Suponha que os mutantes descritos no Problema Cada mutante na tabela a seguir difere do tipo sel. ceram na ausência de histidina. Os heterozigotos trans sobre o ácido nitroso no Problema 13.. eoli pelo fago tratado para a expressão de eventuais mutações induzidas. tiveram duas respostas diferentes: alguns cres- peraria que o ácido nitroso induzisse alguma mu.36 Tendo em mente a natureza conhecida do código genético. liste todas Crescimento de heterozigotos trans (sem histidina) as possibilidades. você es. determine a sequência de mRNA ções estariam no(s) mesmo(s) gene(s)?. Reparo do DNA e Recombinação 365 fagos T4 maduros (não replicantes)? (Nota: Após NH2-Met-Pro-Phe-Gly-Glu-Arg-Phe-Pro-COOH o tratamento mutagênico da suspensão de fagos. de bacteriófagos MS2 maduros (não replicantes)? Quantos genes são definidos por essas oito mu- Em caso afirmativo.40 Acridinas como a proflavina induzem principal.39 A sequência de tipo selvagem de parte de uma 2 o o . Depois. eoli isolados de modo inde- caso afirmativo. Todas as 5 '-AUGCCCUUUGGGAAAGGGUUUCCCUAA-3' três mutações são recessivas em relação ao alelo Suponha também que uma mutação seja induzi.35. segundo sítio no mesmo gene. um uma fêmea de olhos brancos com um macho de revertante dessa mutação seja induzido pela pro. car crescimento e "O" para indicar que não houve cido se a mutagênese ocorresse em uma suspensão crescimento. Mutante 1 2 3 4 5 6 7 8 8 + + + + + + o o Mutante Sequência de aminoácidos do polipeptídio 7 + + + + + + o 1 Trp-Trp-Trp Met 6 o o + + + + 2 Trp-Trp-Trp-Met-Arg-Asp-Trp-Thr-Met 5 + + o + + 3 Trp-Trp-Trp-Met-Arg-Lys-Trp-Thr-Met 4 o o + + 4 Trp-Trp-Trp-Met-Arg-Glu-Trp-Met-Met 3 o + + 13. (d) Lys~Gln. que codifica o polipeptídio de tipo selvagem. white (branco). as informações sobre o fago MS2 apre. Capítulo 13 1 Mutação.41 Oito mutantes de E. parciais). 6 o o o o o o quência pela 5-bromouracila? (a) Met ~Leu.) Em 13.37 Você esperaria que o ácido nitroso induzisse uma Crescimento de heterozigotos trans (sem histidina) maior frequência de substituições Tyr ~ Ser ou Mutante 1 2 3 4 5 6 7 8 Tyr ~ Cys? Por quê? 8 o o o o o o + o 13. em seguida. foram examinados em todos os heterozigotos eis e trans possíveis (diploides 13. ou (f) Pr~ Gln? Por quê? 3 o o o 13.41 tenham produzido os resultados a seguir. pendente. 13. Suponha que a sequência nucleotídica de tipo selvagem no mRNA produzida a partir de um 13. pesquise "beta-globin variants" em 13-globina com substituição de um aminoácido na 6ª todos os bancos de dados. dos para distinguir as três explicações possíveis? ção de fagos. 4. Esses resultados indicam se alguma Mutame 1 2 3 4 5 6 7 das três mutações que afetam a cor dos olhos está 7 + + o + o o o localizada no mesmo gene? Em caso afirmativo. o sexto aminoácido (especificadores de códons de mRNA) no gene da no polipeptídio maduro.nih. Comece com os resultados em posição e substituição de mais um aminoácido em OMIM (Online Medical Inheritance in Man). Que outras mutações do gene da 13-globina humana genes das globinas delta. eoli por cada par de mutantes anômalo do mutante loz número 7. Essa quantidade das 146 trincas de pares de bases mutação troca o ácido glutâmico. A prolina está presente na 5ª posição na 13-globina humana barra à esquerda. e "O" indica ausência de produ. rimentos propostos distinguirão as três explicações . fatal. Depois.ncbi.nlm. eoli. Quantas dessas trincas sofreram Por sua vez. mas 2 o o não na linhagem Z. volte à página do HBB e clique em glutâmico presente na 7ª posição? Existem mutações que "Gene Map" para obter uma lista dos genes próximos de substituem esse aminoácido por outro? HBB. essa substituição de um único aminoácido é mutação para acarretar a substituição de um aminoá- responsável por todos os sintomas dessa doença dolorosa cido no polipeptídio? e. Que genes estão localizados perto do gene da 13-globina no cromossomo humano 11? Quais são as funções dos 1. lethal on Z [letal em Z]) 4 o o + o do bacteriófago X são mutantes letais condicionais 3 + + o que se desenvolvem na linhagem Y de E. Genômica na Web em http://www. gama A.366 Fundamentos de Genética reja-claros. 13-globina humana. ram prole de fagos de tipo selvagem. Que substituições de aminoácidos ocorreram de todas as variantes da 13-globina humana caracterizadas nessa posição em 13-globinas mutantes? E quanto ao ácido até hoje.44 Os mutantes loz (do inglês. Os resultados apresentados na 1 o tabela a seguir foram obtidos na análise da com- (a) Proponha três explicações plausíveis para o com- plementação de sete mutantes wz por infecção da portamento de complementação aparentemente linhagem Z de E. Documentaram-se mutações em uma grande único par de bases no gene da 13-globina humana. . clique em HbVar para obter uma lista normal. . na 2. e todos os heterozigotos eis produzi. gama G e épsilon? substituíram o ácido glutâmico na 6ª posição por Seu arranjo no cromossomo tem algum significado? algum outro aminoácido? Como são chamadas essas variantes da hemoglobina? Existem variantes da Dica: No site do NCBI. clique em outra posição no polipeptídio? HBB (símbolo on-line de gene da 13-globina humana).9).gov A doença falciforme é causada pela substituição de um 3. O sinal"+" indica a produção de fagos nas (b) Que experimentos genéticos simples podem ser usa- células infectadas. por fim. Também foram feitos todos os testes (c) Explique por que resultados específicos dos expe- eis possíveis. por valina (ver Figura 1. poss1ve1s. possível. 6 + + + + + o quais? 5 o o + + + 13. . O hGH responsável pela altura quase normal alcançada por Kathy fo i um dos primeiros produtos da engenharia genética. O tratamento com hGH continuou durante o período de maturação e Kathy alcançou o lim ite inferior da distribui- ção normal da altura em adultos. Sem esse tratamento. RNA e proteínas Análise molecular de genes e cromossomos Tratamento do nanismo hipofisário com hormônio do crescimento humano Kathy era uma criança comum em quase todos os aspectos.E. o hGH fo i produzido em células de tornou-se o segundo produto farmacêutico de engenharia genéti- E. Na verdade. causado pela deficiência de hor- mônio do crescimento humano {hGH). travessa e inteligente. coli que tinham um gene modificado constituído da sequência ca aprovado para uso em seres humanos pela Food and Drug Ad- codificadora de hGH fund ida a elementos reguladores bacterianos ministration nos EUA. o uso de genes projetados ou modificados para sintetizar os pro. Em 1985. coli dutos desejados. o hGH produzido em E. amplificação e clonagem de genes Construção e rastreamento das bibliotecas de DNA Análise molecular de DNA. Então. Ela nasceu com nan ismo hipofisário.. Esse gene quimérico foi criado in vitro e introduzido em em 1982. coli por transformação. ativa. . Kathy parecia desti- nada a t er altura muito baixa por toda a sua vida. sua Modelo computadorizado da estrutura do hormônio de crescimento humano. A princípio. começou a ser tratada com hGH sintetizado em bactérias e cresceu 12. O primeiro foi a insulina humana. ecn1cas o ecu ar PANORAMA Técnicas básicas para identificação. aprovada sintéticos. 7 cm durante o primeiro ano de trata- mento. altura final teria sido mu ito baixa. a única característica incomum era a sua baixa estatura. era alegre. aos dez anos. a região codificadora do gene representará cada lado da sequência de DNA de interesse. é possível prever a sequência de aminoácidos com a clonagem de genes específicos.000 pares de nucleotídios (muitos quando se conhecem sequências nucleotídicas curtas de são maiores). determina-se sua sequência de pares bactérias ou células eucarióticas em cultura. a síntese de lações que torna possível investigar a relação entre sua proteínas humanas em bactérias parecia ficção científica. in vitro. cante. As vezes é possível deduzir a Muito do que sabemos sobre a estrutura de genes se função de um gene com base na semelhança com outros deve a estudos moleculares de genes e cromossomos al. e sua amplificação durante a sobre sua função.o isolamento e a amplificação los 15e16). diferentes de DNA para produzir moléculas de DNA recom- lises moleculares de sua estrutura e função? binantes. de ensaio. quanto nas diversas aplicações dessa pesquisa (Capítu- gem. um gene humano inserido em um O desenvolvimento de tecnologias de DNA recombi. amplificação e clona em de enes '~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~- As técnicas de recombinação do DNA. po- gene requer seu isolamento. existem duas metodologias de amplificação dos genes ou de outras sequências de O genoma haploide de um mamífero contém cerca de 3 DNA .a produção de um organismo. um minicromossomo que ra a maior parte do DNA em genomas de mamíferos não tem o gene de interesse é produzido em tubo de ensaio seja constituída de genes. A 2ª etapa é a clonagem gênica propriamente dita. (2) amplificação do minicromossomo recombinante por vel identificar o segmento de uma molécula de DNA que sua replicação em célula hospedeira apropriada ( in vivo). A partir da sequência cançados pelo desenvolvimento de tecnologias de recombina. A clonagem gênica . de-se pesquisar na sequência prevista de aminoácidos do no elemento genético autorreplicante. çanha combinando a sequência codificadora do gene do como a ovelha Dolly. As técnicas de DNA recombinante começam genético. GenBank. Embo. a sequência nucleotídica pode ser comparada a milhares tica molecular que possibilitam aos pesquisadores criar de sequências gênicas armazenadas em três grandes ban- genes a partir de componentes derivados de diferentes cos de genes digitais . tem apenas um gene e isolar quantidade suficiente dessa A 1ª etapa é a união in vitro de duas ou mais moléculas sequência na forma pura para que seja possível fazer aná. na a sequências reguladoras que garantem sua expressão O isolamento e a clonagem de um gene específico é em células de E. a partir de uma única célula retira- hormônio do crescimento humano ou da insulina huma. Esse procedimento de clonagem gênica tem duas das na análise de genes e de outras sequências de DNA etapas essenciais: (1) incorporação do gene de interesse requer que a sequência esteja disponível em quantidade em um pequeno cromossomo autorreplicante ( in vitro) e significativa na forma pura ou quase pura. clonagem gênica e leculares de métodos pelos quais genes ou outros seg- amplificação do DNA tornam possível para os cientistas mentos de grandes cromossomos podem ser isolados. Os pequenos elementos genéticos autorreplicantes vez mais importantes tanto na pesquisa biológica básica usados para clonar genes são chamados vetores de clona. Os bancos de dados de sequências de replicação do plasmídio ou cromossomo virai em célu. Depois de montar o gene no tubo um processo complexo. nicas analíticas.um na Alemanha. polipeptídio sequências de aminoácidos que deem pistas dio ou cromossomo viral. Em seguida. clonagem de organismos . o gene clonado é se- Hoje a produção de proteínas humanas é rotineira em quenciado. no Capítulo 15). No passado. priada. eles tiveram de introduzi-lo em bactérias vivas um gene pode ser submetido a uma série de manipu- para que pudesse ser expresso. plasmídio de E. Como é possí. A maioria das técnicas usa. estrutura e sua função. nucleotídica de um gene e o conhecimento do código ção do DNA. isolar um gene ainda é como e. depois. Técnicas básicas para identificação. Na verdade. Se os éxons combinados do outra. coli ou outro minicromossomo autorrepli- nante e de clonagem gênica muniu os geneticistas mo. da de um organismo adulto. isto é. genes cujas funções são conhecidas. A segunda metodologia só pode ser usada gene médio tiverem 3. por exemplo.368 Fundamentos de Genética Como os cientistas criam um gene para produzir hGH de determinado gene . microscopia eletrônica e outras téc- DNA de qualquer organismo. replicados e estudados por técnicas de sequenciamento isolar e caracterizar praticamente qualquer sequência de de ácidos nucleicos. uma de um milhão dessas sequências no genoma. nos concentraremos nas eficientes técnicas de gené. introduzido em uma célula hospedeira apro- procurar agulha em palheiro. ácidos nucleicos e proteínas tornaram-se recursos impor- la hospedeira apropriada (geralmente uma célula de E. sua inserção em um peque. . Se a função do gene for desconhecida.não deve ser confundida com a ou insulina humana em E. como um plasmí. coli. porém. Neste capí. um segundo no espécies e expressar esses novos genes tanto em bactérias Japão e um terceiro nos Estados Unidos (ver Em foco: ' quanto em células eucarióticas.uma com amplificação da sequência in vivo e a X 109 pares de nucleotídios. tulo. Em geral. Depois que é clonado. coli? Eles realizaram essa fa. A clonagem de um do polipeptídio codificado pelo gene. tantes para pesquisa em genética molecular e serão cada colz). Na primeira metodologia. de nucleotídios. Esse pro. A e T estão presentes em quantidades iguais ses sítio-específicas produzidas pelo organismo. C. quantos fragmentos de restrição seriam produ. Assim. DE RESTRIÇAO . O i1ome das endo11ucleases cedimento . além do próprio DNA. o organismo cometeria suicídio por degradação manos. a endonuclease de restrição EcoRI é produzida pela li- mentos de amplificação das sequências de DNA por PCR nhagem RY13 de Escherichia coli. essa proteção de disso.828 pares de nucleotídios. as fêmeas têm dois cromossomos X e os machos têm um sítios de clivagem endógenos é efetuada por metilação cromossomo X e um cromossomo Y. ou da sequência de DNA de interesse. Centenas de enzimas substituíram os protocolos de amplificação in vivo mais de restrição foram caracterizadas e purificadas. catalisada por metila- suponha que G. O otídica reconhecida pela endonuclease de restrição do genoma mitocondrial do chimpanzé é constituído de uma molé.br. mas as e11donucleases de restrição são sítio-específicas. solva!: Quantos fragmentos de restrição NotI existem no DNA de chimpanzé? . trário. mo grego éndon. Teste seu co11hecime11to sobre as endonucleases de restrição acompa11hando a seção Re- ~ Leia a resposta do problema no site http://gen-io. ases fazem cortes inter11os nas moléculas de DNA). onde se replica e produz muitas cópias da molécula Muitas endonucleases fazem cortes aleatórios no DNA. por replicação in vivo. de restrição é constituído da primeira letra do gêne- se (PCR) . As e11zimas de res- Na segunda metodologia. as endo11ucle- mossomo recombinante é introduzido em células de E. como as moléculas de DNA de outra Quantos fragmentos de restrição Notl espécie ou DNA viral. ralme11te seja de11omi11ado técnica de recombi11ação de e as enzimas de restrição tipo II só clivam as molécu- DNA ou de clonagem gênica. não mo têm de ser protegidos da clivagem pelas endonu- 46 como em seres humanos. a11tigos. de modo geral.é uma técnica de amplificação gênica podero. Por esse motivo. Embora todo o procedimento ge. os procedi. Diferentes endo11ucleases de gene. A função biológica das e11donucleases de restrição é pro- teger o material ge11ético das bactérias contra a "invasão" por DNA estranhos. o minicro. endonuclease de restrição cliva uma molécula de DNA zidos por clivagem do DNA total de um chimpanzé macho por estra11ha em um número fixo de fragmentos. Na 2ª etapa. ro e das duas primeiras letras da espécie que produz síssima.928.denominado reação em cadeia da polimera. O site http: //e11. A metilação ocorre cula circular de DNA com 16. conhecidas como sít ios de restrição. endonuclease de restrição que cliva uma sequência especí. o responsável por uma pesquisa pioneira que le. Se uma enzima for produzida apenas por e sequenciados e. No enta11to. próprio organismo ( Figura 14. A determinação do sexo em chim. Todos os chimpanzés têm 23 pares de autossomos. só é possível usar a PCR quando se existem e11donucleases de restrição que clivam molécu- conhecem as sequências i1ucleotídicas que ladeiam o las de DNA em muitas sequê11cias de DNA diferentes. Cada e distribuídas aleatoriamente no genoma nuclear e mitocondrial do chimpanzé.1 ). filamentos curtos de DNA trição tipo II clivam o DNA nesses sítios qualquer que compleme11tares às sequências de DNA de cada lado do seja a origem do DNA. O genoma do chimpanzé (Pan troglodytes) tem aproximadamen- Todos os sítios de clivagem i10 DNA de um organis- te o mesmo tamanho do genoma humano (Homo sapiens). Assim. Os produtos amplificados podem ser analisados a enzima. acrescenta-se ao nome uma clo11agem e replicados in vivo para outros estudos. A primeira enzima de frequência. caso co11- panzés ocorre pelo mecanismo XX-XY assim como em seres hu.grupogem. a amplificação de uma sequência de D NA restrição identificada em uma linhagem bacteriana é por PCR elimina a i1ecessidade de clonar a sequência designada I. esses termos referem-se. Em muitos casos. Caso se rapidamente após a replicação. coli. cleases de restrição do próprio organismo. O genoma nuclear haploide de um ou mais nucleotídios em cada sequência i1ucle- do chimpanzé contém 2. assim. Eles di- A capacidade de clonar e sequenciar praticamente qual- vidiram o Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina de quer gene ou outra sequência de DNA de interesse de 1986 com Werner Arber.com.org/wiki/ list_of_restriction_ e11zyme_cutting_sites:_A#Whole_list_navigation apresenta A DESCOBERTA DAS ENDONUCLEASES uma extensa lista de enzimas de restrição. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 369 na qual a molécula de DNA recombinante é replicada qualquer espécie depende de uma classe especial de ou "clonada" para produzir muitas cópias idênticas para enzimas denominadas e ndo nucleases de restrição (do ter- análise bioquímica subsequente. às vezes as e11do- existem no DNA de chimpanzé? nucleases de restrição são chamadas de sistema imune dos procariotos. pende do i1úmero de sítios de restrição na molécula fica com oito pares de nucleotídios? de DNA específica. e assim por diante. que significa "de11tro". mas o número diploide de cromossomos em chimpanzés é 48.563.600 pares de nucleotídios. restrição são produzidas por diferentes microrganis- zados e usados para i11iciar sua amplificação in vitro por mos e reconhecem diferentes sequências nucleotídi- uma DNA polimerase especial ( termoestável). a duas etapas diferentes do processo. de DNA recombi11ante. a segunda. Com letra que desig11a a li11hagem. na las de DNA em sequê11cias nucleotídicas específicas verdade. As endonucleases de restrição foram descobertas em 1970 por Hamilton Smitl1 e Daniel Nathans.1 ).rou à descoberta das enzimas de restrição. gene ou a sequência de DNA de interesse. inseridos em vetores de uma linhagem específica. são sinteti. se desejado. II.wikipedia. que de- Notl. cas no DNA (Tabela 14. +A AT T. Pu indica a presença de uma purina (adenina ou guanina) nessa posição. .5' 3' -TTCCGA-5 ' i Hpa ll Haemophilus parainfluenzae ! 5' Protuberante 5'-CC GG-3' 5'-C 5'-CGG. .3' 3' -TC. Observe que em algumas endonucleases de restrição os cortes são em bisei (em posições diferentes nos dois filamentos complementares).Ç.5' 3'-C + 3'-TCGAG.5' restrição > 3' -CTTAA-5 ' + G. CTTAA G CT TAA G aa· aaaa aaa ses de restrição é a capacidade de fazer cortes em bisel.PyTG-5 ' > 3'-CAPu-5 ' + 3'-PyTG -5' t Hind lll Linhagem Rdde Haemophilus ! 5' Protuberante 5' -AAG CTT-3' 5' -AGCTT-3 ' influenzae > 5'-A + A-5 ' 3'-TTC.370 Fundamentos de Genética Tabela 14.1 Sequências de reconhecimento e sítios de clivagem de endonucleases de restrição representativas. . + AAT T. .3' 5'-AT 5'-CGAT-3' 3'-TAG. a clivagem de uma molécula de restrição é que elas geralmente reconhecem sequências DNA do seguinte tipo: de DNA que são palíndromos .5' > 3'-G + 3' -ACGTC-5' t C/al Caryophanon /atum ! 5' Protuberante 5' -ATC GAT. as moléculas de DNA podem ser cortadas em pedaços. DNA com extremidades unifilamentares complemen.5' t Pstl Providencia stuartii ! 3' Protuberante 5' -CTG CAG-3' 5' -CTGCA. . Além disso. de Haemophilus ! Cega 5' -GTPy PuAC-3 ' 5' -GTPy-3 ' 5' -PuAC -3' influenzae 3' -CAPu. .Ç. . bA posição de cada ligação clivada é indicada por uma seta. . . . . Por exemplo.3' 3' -GG. Uma característica interessante das endonucleases de tares. .) ser reunidos em condições apropriadas de renaturação Tendo em vista a natureza palindrômica dos sítios de pelo uso da enzima DNA ligase para reconstituir as ligações restrição. . . ''''''''''''''''''' ' Como todos os fragmentos de DNA produzidos têm 5· isto é. (Outras endonucle. Tipos de extremidades Enzima Origem Sequência de reconhecimentoª e sítios de clivagemb produzidas fcoRI Linhagem RY13 de Escherichia coli Digestão por 5' Protuberante ! 5' -GAA TTC . .3' enzima de 5'-G 5' -AATTC-3' 3' -CTT . como a frase sem sentido ' com a endonuclease de restrição EcoRI produz AND MADAM DNA 5' Ili lliiilliilliliiiill 1111111> 3' . . . . . uma característica útil de muitas nuclea.5' i Alui Arthrobacter luteus ! Cega 5'-AG CT-3' 5' -AG-3 ' 5' -CT. . . Py indica a presença de uma pirimidina (timina ou citosina).~. . 3. .3' 3' -GAC. .5' t Hincll Linhagem R. terminações unifilamentares complementares. .GTC. .GAA. clivam os dois filamentos de uma dupla hélice em diferentes pontos (Figura 14. as sequências de DNA são iguais quando se lê em sentidos opostos a partir desse ponto e se trocam os filamentos superior e inferior para corrigir as polaridades opostas. . os cortes em bisel produzem segmentos de fosfodiéster faltantes em cada filamento (ver Capítulo 10).3' G. 3' de nucleotídios que podem ser lidas indiferentemente da GAATTC GAAT TC ••• •• •• •• •• ••• •••••••••••••• esquerda para direita ou vice-versa a partir de um eixo CTTAAG CT TAA G 3. .AAG .5' + TA-5 ' i Saci Streptomyces achromogenes ! 3' Protuberante 5' -GAG CTC-3' > 5' -GAGCT-3 ' C-3' 3' -CTC.GA-5' > 3' -TC-5' + 3'-GA. .1). . eles se ases de restrição cortam os dois filamentos no mesmo unem uns aos outros por ligações de hidrogênio e podem lugar e produzem fragmentos de extremidade cega. .~. .CTA-5 ' > 3' -TAGC. .CC-5' > 3'-GGC-5 ' + C.isto é. . sequências de pares 5' .GAG. Assim.5' 3' -CGCCGG-5 ' CG-5' i ªO eixo de simetria da díade em cada sequência de reconhecimento palindrômica é indicado pelo ponto vermelho.5' t Notl Nocardia otitidis ! 5' Protuberante 5' -GCGG CCGC-3' )o 5'-GC + 5' -GGCC GC-3' 3' -cccc·cccG. ·::111111111111111111111111111111 5' central de simetria. .. '' . '' .f>-P-V O A enzima liga-se .. A.... DNA GAA T TC GAAT T C 1 1 1 1 EcoRI metilase 1 1 1 1 3' 3' 3' 3' 1 1 1 1 1 1 1 1 C T T A A G Sequência de C T TAAG reconhecimento Sequência de de EcoRI Endonuclease CH3 reconhecimento metilada EcoRI .. ..... Estrutura de um complexo EcoRl-DNA de acordo com dados de difração por raios X..... 1 G '' 1 '' '' 3' 1 1 1 CT T A A Endonuclease A EcoRI DNA B. . TC 3' GAAT T C 1 1 1 1 3' 3' . B. Diagrama da estrutura do complexo fcoRl-DNA de acordo com dados de difração por raios X... . '' '' .. . por grupos metila.... .... '\f>.... . .. . . Clivagem da sequência de reconhecimento de fcoRI pela endonuclease de restri- ção fcoRI e proteção da sequência de reconhecimento contra clivagem por metilação catalisada pela fcoRI metilase.1 O sistema de restrição-modificação fcoRI.. .. As duas subunidades da fcoRI endonuclease são apresentadas em vermelho e azul. C T T A AG '' .. . ..f>-P-y à sequência de O Ligação da enzima bloqueada reconhecimento.. 1 1 1 1 '' '. . ... A enzima corta cada '' .. .. '' . . .P-V '' (<..... filamento de DNA '' . entre G e A. ... . . 3' . .. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 371 Clivagem de DNA sequência-específica por EcoRI e proteção contra clivagem por metilação..O . AATTC '' 1 1 '' 3' ' '.. . • FIGURA 14.. . foi introduzido em células de E. ( • 11 11111111 111111 • 111 5' 5' "'"'p-r ~ Digestão por endonuclease de restrição EcoRI Fragmentos de EcoRI 5' 11111 i) 11111111111111&) 3' 5· 1 1 1 1 1 a1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 3· G AAT TC G AAT TC com extremidades ••• ••• ••• ••• unifilamentares C TTAA G C TTAA G complementares 3' t' 1 1 1 1 1 1 • 1 1 t 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' 3' t 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 t 1 1 1 1 1 1 1 5' ~f>. 5' ) . e dois fragmentos de EcoRI podem ser unidos mica por esse feito. .an imal. de E.. 5'-AATT-3'.A digestão do DNA pela enzima de restrição fcoRI produz as mesmas extremidades 5' -AATT-3' unifilamentares complementares qualquer que sej a a origem do DNA. vegetal ou microbiana. seja qual for a origem Berg foi um dos laureados com o Prêmio Nobel de Quí- do DNA. clivado. . . res complementares. 1 . em 1972. CT. coli tão facilmente restrição específico de EcoRI.e 2 . 5' llllll lllllllllllr~ 3' 5' llllllllll llllllllllllllr~ 3' DNAda GAATTC DNAda GAATTC DNAda •••••••••••••• •••••••••••••• espécie 1 3' 1 1 1 1 1 CTTAAG 1 1 1 1 1 11 11 1 1 11 1 5' ' . desde que University.TAAG. . contendo fragmentos de DNA de duas origens diferen- tes. 11111• 111111111111) 3' 5· a1 1 1 1 1 1 1 AGAATTC 1 1 a1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 3· GAATTC •••••••••••••• •••••••••••••• C TTAAG CT TAA G ' • 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' 3' t 11111 11111111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' ~"' • 3' / "' Pareamento de bases entre as extremidades unifilamentares complementares das moléculas de DNA clivadas. Moléculas de DNA isoladas de duas espécies diferentes são clivadas por uma enzima de restrição. . também em Stanford. . Sítios de clivagem por EcoRI 5' ' 11111111111111111111&) 3' 5' '11111111111111111111&) 3' DNAda GAAT T C GAA T TC DNAda ••• •• •• •• •• ••• •••••••••••••• espécie 1 CTT AA G CT TAAG espécie 2 3. espécie 1 ( l 1 l 1 V V Sítio de clivagem para EcoRI Sítio de clivagem para EcoRI Moléculas de DNA recombinantes • FIGURA 14. . 1 1 11 5 . inseriram um fragmento de é. . de um plasmídio quanto podem se unir dois fragmentos de EcoRI do DNA autorreplicante. produzidas no laboratório de Paul Berg. coli por transformação. Quando esse plasmídio recombinante de E. . um fragmento EcoRI de DNA humano pode se unir a restrição EcoRI de uma molécula de DNA no sítio de um fragmento de EcoRI do DNA de E. . isto gas. sequência específica de pares de nucleotídios seja qual As primeiras moléculas de DNA recombinante foram for a origem do DNA. Stanley Cohen e cole- por ligação covalente qualquer que seja sua origem.372 Fundamentos de Genética conhecidos como fragmentos de restrição.As moléculas de DNA podem ser retiradas de qualquer espécie. Pouco depois. dem ser reunidos pela DNA ligase. Em 1980. A equipe de pesquisa de Berg cons- ele contenha a sequência nucleotídica reconhecida por truiu moléculas de DNA recombinante que continham ela. a endonuclease de restrição EcoRI produz genes de fago lambda inseridos na pequena molécula fragmentos com as mesmas extremidades unifilamenta. coli ou dois fragmentos de EcoRI de DNA humano. espec1 3 t. . de DNA circular do vírus símio 40 (SV40). Uma molécula de DNA do tipo mostrado na Figura 14. . ( 1 1 1 • 1 •• 1 1 1 1 1 1 1 • 1 1 1 1 1 1 3. .p-r fJ Mistura dos DNA digeridos e incubação em condições de anelamento. . coli. na Stanford do milho. A PRODUÇÃO INVITRO DE MOLÉCULAS capacidade dos geneticistas de construírem livremente essas moléculas de DNA recombinante é a base da tecno- DE DNA RECOMBINANTES logia de DNA recombinante que revolucionou a biologia A endonuclease de restrição catalisa a clivagem de uma molecular nas três últimas décadas. Tratamento dos fragmentos de DNA anelados com DNA ligase. Ela cliva DNA de fago. . quase livremente. misturadas em condições de anelamento e unidas por ligação covalente mediante tratamento com DNA ligase. "'"'p-r (<O . . humano ou qualquer outro DNA. é denominada molécula de DNA recombinante.2 Construção de moléculas de DNA recombinantes in vitro. Assim.2. e os pedaços po. (2) um gene marcador des coesivas (sítios cos) de lambda (ver Figura 10.3). minicromossomos lineares que contêm apenas as partes nos um sítio de clivagem único para endonucl./ ' Origem de replicação . Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 373 apresentou replicação autônoma. de plasmídios.li ' ' .3 O vetor de clonagem plasmidial Bluescript li contém (1) uma origem de replicação do plasmídio que controla a sínt ese de DNA bifilamentar. Na prática. fagomídios combinam componentes de fago como M13 e O vetor de clonagem tem três componentes essen.2./Kpnl Apal Xhol Sa/I C/al Hind III EcoRV EcoRI Pstl Smal 8amHI Spel Xbal Notl SacII Sacl ' ~I /\ t i lt /\ ll t t ~ 1 1 +" li~ t t +I ~ li + /\ ll t /\ l t /\ li + /\ 1 ~ 1 /\ + 1 5' -GGTACCGGGCCCCCCCTCGAGGTCGACGGTATCGATAAGCTTGATATCGAATTCCTGCAGCCCGGGGGATCCACTAGTTCTAGAGCGGCCGCCACCGCGGTGGAGCTC-3' 3' -CCATGGCCCGGGGGGGAGCTCCAGCTGCCATAGCTATTCGAACTATAGCTTAAGGACGTCGGGCCCCCTAGGTGATCAAGATCTCGCCGGCGGTGGCGCCACCTCGAG -5' + + + +++ + + + + + + + + + + + + • FIGURA 14. a inserção de DNA estranho no MCS perturba a função de LacZ'.com um marcador do vetor que não interfere nem na origem de replicação selecionável e um sítio de clonagem múltipla. _. com os autorreplicação.. Os veto- DNA de interesse é inserido em um vetor de clonagem res de fago lambda foram muito usados durante vários especialmente escolhido.3)...origem de re- um sítio de clivagem presente só uma vez em uma região plicação. indicados por setas azuis e verdes. Muitos VETORES DE CLONAGEM plasmídios também têm genes de resistência a antibió- As várias aplicações das técnicas de DNA recombinante ticos. Os cromos- nem no gene marcador selecionável (Figura 14. centrômero e telômeros . a pro. exigem não só a construção das moléculas de DNA re. Os cromossomos artificiais de levedura (YAC) são resistência a fármacos à célula hospedeira e (3) pelo me. Os desig- nadores e as chaves que mostram as localizações das sequências de reconhecimento para as enzimas de restrição estão acima da sequência de DNA do MCS.. . como mostra a Figura 14. de fatores de fertilidade (F) bacterianos e cromossomos Origem de Gene de replicação do fago fl resistência à ampicilina (amp') pBluescript li (2961 np) \ ' ' promotor lac } '' ' . e muitos têm replicação autônoma. exceto Accl e Hincll.-. somos artificiais bacterianos (BAC) e os cromossomos artificiais tores de clonagem modernos contêm um grupo de sítios P1 (PAC) combinam múltiplos sítios de clonagem e genes de restrição específicos denominados polylinker ou sítio de marcadores selecionáveis com os componentes essenciais clonagem múltipla (Figura 14..8) em selecionável dominante.--.- _.. essenciais dos cromossomos de levedura . HincII ' / / / Accl ''\ .. Isso é tanto. Sítio de clonagem múltipla (MCS) . . (4) o promotor para os genes fac e o segmento proximal promotor (Z') do gene lacZ. as moléculas de DNA circulares bifilamen- tares extracromossômicos presentes em bactérias (Capí- AMPLIFICAÇÃO DE MOLÉCULAS tulo 8). partes de plasmídios. portanto. mas também a que eles só aceitam insertos relativamente pequenos de amplificação dessas moléculas recombinantes. Os sítios de clivagem são indicados por setas vermelhas. DNA estranho . porados à molécula de DNA recombinante seja capaz de Alguns desses vetores são listados na Tabela 14. . e (5) um polylinker ou sítio de clonagem múltipla (MCS) que contém um aglomerado de sít ios de clivagem de restrição específica (são mostrados 18). O tamanho dos plasmídios varia de aproximada- mente 1 kb (1 quilobase = 1... então se construíram vetores mais sofisticados pela gem usados habitualmente é derivada de cromossomos combinação de componentes de vírus e plasmídios. replicar mesmo na presença de insertos muito grandes.tamanho máximo de 10 a 15 kb. exatamente igual ao Muitos vetores de clonagem são versões modificadas plasmídio original. O MCS está localizado no segmento do gene lacZ'.ease de restrição . os cientistas pesquisaram vetores que pudessem se obtido garantindo-se que um dos DNA parentais incor.000 pares de bases) a mais DE DNA RECOMBINANTES EM de 200 kb.. isto é. o gene ou a sequência de tamanhos máximos de insertos que aceitariam. que são marcadores selecionáveis ideais. "' do plasmídio _ .--- _.-. -. geralmente um gene que confere plasmídios. A maioria dos vetores de clona. (2) uma origem de replicação do fago f1 que controla a síntese de DNA unifilamentar.. respectivamente. . Um fator limitante no uso de vetores plasmidiais é combinante. anos.2.---. (3) um gene de resistência à ampicilina (amp') que atua como marcador selecionável dominante. Por- dução de muitas cópias ou clones dessas moléculas. Os cosmídios contêm as extremida- ciais: (1) uma origem de replicação. Os ve. Os de plasmídios ou bacteriófagos (Capítulo 8). •• •• • •• Vetor Tamanho máximo do inserto . tação. liga os filamentos às membranas nas células musculares) script é um pouco mais complexa.000 kb de comprimento. BAC. Alguns genes eucarióticos são muito grandes. O alelo mutante. Nesse caso. deleção !l.2 Vetores de clonagem selecionados e tamanhos máximos do inserto. duas origens de replicação distintas e um bom marcador selecionável . o gene para distrofina humana (uma proteína que possibilita o teste indicador de cor para vetores Blue. Essa inativação do segmento A presença do fragmento aminoterminal (os primei- aminoterminal da í3-galactosidase constitui um bom teste ros 147 aminoácidos) do polipeptídio lacZ codificado visual para determinar se o plasmídio Bluescript em uma pelo fragmento do gene lacZ em plasmídios Bluescript célula contém ou não um inserto de DNA estranho. O MCS está locali. como os de mamíferos e de angios- em um plasmídio F'. dolil-í3-D-galactosídio (geralmente chamado X-gal) em galactose e 5-bromo-4-cloroindigo. e a inserção de todo o gene no plasmídio tor. O X-gal é incolor. designado lacZ tl. 11 a 14 da terminação amino. Esse DNA estranho..um gene que torna a bactéria hospedeira resistente à ampicilina. facilita a formação do tetrâmero pelos polipeptídios com A base desse teste visual é que a presença de í3-ga. . í3-galactosidase. segmento do gene lacZ codifica apenas a porção amino.M15... os vetores de BAC e PAC substituíram em gran- lacZ no plasmídio Bluescript em uma célula que contém de medida os vetores de YAC nos estudos de grandes determinado alelo mutante de lacZ no cromossomo ou genes e genomas. trição.. PAC replicam-se em E. lacZ produzem polipeptídios que juntos têm atividade de zado na porção 5' da região codificadora do gene lacZ. • • Fago lambda Cosmídios 23 kb 44 kb . células que contêm CLONAGEM DE GRANDES GENES E í3-galactosidase ativa produzem colônias azuis em meio SEGMENTOS DE GENOMAS EM BAC. O gene lacZ de E. o 5-bromo-4-cloroindigo é azul. Assim. sít io de clonagem múltipla. Além disso. de ágar contendo X-gal. respectivamente. grandes genes e cromossomos é muito mais fácil quan- naria o vetor maior que o desejado. coli que contêm (azul} ou não (branco) atividade de de clonagem plasmidiais e fagos lambda (Tabela 14. plasmídios Bluescript sem inserto..3) é um vetor fagomídio com plasmídios Bluescript com fragmentos de DNA estranhos inseridos no um sítio de clonagem múltipla (MCS) que contém mui. a enzima catalisadora da sintetiza uma proteína Lac que não tem os aminoácidos primeira etapa do catabolismo da lactose (Capítulo 18). 13-galactosidase. a saber. enquanto as células sem ativi- dade de í3-galactosidase produzem colônias brancas em PAC E YAC placas de X-gal (Figura 14. No entanto. . . as duas sequências defeituosas de permas. . Esses vetores aceitam insertos de 300 a 600 kb. que codifica a í3-galactosidase. Quando há uma cópia ativa do segmento do gene Assim. BAC e tectada por causa de um tipo específico de complemen. e •• • • • f! •• Plasmídios 15 kb •• •• • • • • Fagomídios 15 kb • • .Ml5.2). Por exem- A base molecular da atividade de í3-galactosidase que plo. PAC e YAC (Tabela 14.• • . interfere na função do produto de lacZ produzir a forma tetramérica ativa da enzima.2).4 Fotografia que ilustra o uso de X-gal para identificar insertos muito maiores de DNA estranho que os vetores colôn ias de E. e as células das colônias azu is contêm tos sítios de clivagem específicos para enzimas de res. e trabalhar com eles que com YAC.374 Fundamentos de Genética Tabela 14.4). • • • •• • •• • ••• Cromossomos artificiais bacterianos (BAC} 300 kb • •• •• Cromossomos artificiais do fago P1 (PAC} 300 kb • • • Cromossomos artificiais de levedura (YAC} 600 kb de fago Pl. Os BAC terminal da í3-galactosidase.. que pos- lactosidase nas células pode ser monitorada por sua sibilita o uso do teste de cor X-gal sem inserir todo o gene capacidade de clivar o substrato 5-bromo-4-cloro-3-in. a presença de e PAC são menos complexos e é mais fácil construí-los uma cópia ativa do segmento do gene lacZ' pode ser de. A pesquisa sobre tem 3 kb. YAC. Isso produz í3-galactosidase ativa. coli tem mais de 2. lacZ no vetor pBluescript. coli como vetores plasmidiais. A ausência desses aminoá- Quando o DNA estranho é inserido em um dos sítios de cidos impede a interação de polipeptídios mutantes para restrição no MCS.. BAC e PAC aceitam • FIGURA 14. O vetor Bluescript do se usam vetores que aceitam grandes insertos de contém apenas uma pequena parte do gene lacZ. as células das colônias brancas abrigam O Bluescript (Figura 14. codificado por plasmídio. coli com baixo número de cópias sob o controle da unidade de replicação do plasmídio de bacterió- fago P1 ou ser amplificado pela indução da unidade de replicação lítica do fago P1 (sob controle do promotor indutível fac. que sertos. A amplificação da sequência de DNA do 5% de sacarose. contém o gene sacB. coli e células de mamíferos. . Essa amplificação gene sacB . A PCR tem três etapas. O vetor pode replicar-se em E. A PCR abrange oligonucleotídios sintéticos com- zir vetores shuttle ou de transferência que se replicam tanto em plementares a sequências conhecidas que flanqueiam E. sequências de DNA foi desenvolvido por Kary Mullis. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 375 Construíram-se vetores de PAC que possibilitam sele.5 mos. lulas hospedeiras. A Figura 14. aquecimento à temperatura de 92ºC a 95ºC por cerca de do o antibiótico puromicina.insertos que extinguem a atividade da levana in vitro de genes e outras sequências de DNA é efetuada sacarase. AMPLIFICAÇÃO DAS SEQUÊNCIAS DE ção negativa contra vetores sem insertos de DNA estra- DNA PELA REAÇÃO EM CADEIA DA nhos. da PCR). POLIMERASE (PCR) lisadora da transferência de grupos frutose para vários Hoje temos as sequências nucleotídicas completas ou carboidratos. ver o Capítulo 18). coli cultivadas em meio contendo 5% de sacarose. o DNA desnaturado é anela- vetores shuttle semelhantes para BAC. Na 1ª etapa. e a sequência pode ser não crescem nesse meio. ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1993 por esse cador do antígeno nuclear 1 do vírus Epstein-Barr. todas as o conhecimento de sequências nucleotídicas curtas que células sobreviventes contêm vetores com insertos no flanqueiam a sequência de interesse. Esse gene codifica a enzima levana sacarase. As células que contêm vetores amplificada um milhão de vezes ou mais em apenas al- sem insertos são lisadas durante a primeira hora de cres. A presença dessa enzima é letal para células quase completas de muitos genomas. as células com vetores sem insertos é realizada totalmente in vitro. Também foram construídos 15 segundos. principal do segmento interposto de DNA no tubo de pJCPAC-Maml. As células que DNA de interesse sem usar vetores de clonagem ou cé- A • • contem vetores com insertos crescem em meio conten. BamHI e Notl são sítios de clivagem para essas duas endonucleases de restrição. gumas horas. A noma humano. do na presença de excesso dos iniciadores oligonucleo- Antígeno nuclear 1 do vírus Epstein-Barr Unidade reguladora de Vírus Epstein-Barr Vetor bifuncional replicação do oriP de PAC plasmídio de pJCPAC-Mam 1 fago Pl 23 kb Gene sacB de Bacil/us subtilis -~ BamHl Notl Unidade reguladora de replicação lítica do fago Pl • FIGURA 14. o que trabalho. cata. Pode replicar-se em E. Na 2ª etapa. que torna possível ensaio. mais a origem de replicação ( oriP) e o gene codifi. coli quanto em células de mamíferos.5 Estrutura do vetor shuttle ou de transferência de PAC pJCPAC-Mam1 de mamíferos. A disponibilidade dessas sequências no inativação do gene sacB pela inserção de DNA estranho Genbank e em outros bancos de dados possibilita que em um sítio de restrição BamHI no gene pode ser usada os pesquisadores isolem genes ou outras sequências de para selecionar vetores contendo insertos. coli ou em células de mamíferos. Esses vetores de PAC contêm o gene sacB de Bacillus subtilis. o DNA genômico que acrescentado de modo que as células de mamíferos que contém a sequência a ser amplificada é desnaturado por contêm o vetor possam ser selecionadas em meio conten. respectivamente. Os genes kan' e pur' suprem marcadores selecionáveis dominantes para uso em E. Esse vetor bifuncional. inclusive do ge- de E. facilita a replicação do vetor em células de mamíferos. Logo. O procedimento de PCR para amplificação das a seleção positiva de células que contêm vetores com in. Pode replicar-se em células de mamíferos usando a origem de replicação (oriP} e o antígeno nuclear 1 do vírus Epstein-Barr. O gene sacB (derivado do Bacillus subtilis} é usado para seleção negativa contra vetores sem insertos de DNA (ver detalhes no texto).6). pela reação em cadeia da polimerase (geralmente denomina- Os vetores PAC e BAC foram modificados para produ. cada uma delas repetida mui- Além disso. O uso desse procedimento requer apenas cimento na presença de sacarose a 5%. a sequência de interesse para amplificação enzimática tra a estrutura desses vetores. o gene pur (resistência à puromicina) foi tas vezes ( Figura 14. . . ._. . f>. . .. 1 ! l D l 2 5 J 2 J . .. .. .. . . .. por exemplo. .024 moléculas 30 ciclos-1. . . .. por exemplo. . . t OH 3 1 / I 3' t' 111111111111111111111111111111111. . . .. . . t OH 3_'. . . ... . . 111111111111111111111111111111111111111 5' 1 7f" l'!lªi!iiiiiiiifil"ill ··.P .. ..P"! O Anelamento dos iniciadores de oligonucleotídios.. . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 li 3 HO 1 t.073. . . . Ciclo 2 O Extensão de iniciadores com Taq polimerase 511 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 '/'/ ' 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1• 31 3' .. . D 1 J ! 7 1 g. 7 ! J 2 ' J 1 #.. .p... .. I 3· HO 41 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 " 5 1 Pnmer ti Iniciador 3't' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1/l i/1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' 51 1 t 1 11 1 1 1 1 t 1 1 1 1 1 1 1 OH 3' jf . 95ºC por 15 segundos 5 1 3 1 '''''''''''''''''''''''''''''''''''Y t'''''''''''''''''''''''''''''''''''''' / / • 3 1 41111111111111111111111111111111111~/// .:. . .. ..376 Fundamentos de Genética DNA ~: . ~ Desnaturação.. . L. '\. . . . 1 f f J 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 ''5' 31' 5~.. . . f 1 1 1 1 1 1 1f1 1 1 1 1 1 1 f 5 f f 3 i i i fi i 3' t' 1111111111111111111111111111111111 • 111111111111111111111111111111111111111 5' 3 ciclos-8 moléculas Repetição dos ciclos t 4 ciclos-16 moléculas das etapas 1 a 3 t 5 ciclos-32 moléculas t 1Ociclos-1.1 1 l . ./. .11111111111111111111111111111111111111 5 1 . . .. 55ºC por 30 segundos Ciclo 1 5 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 li t 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 3 1 / / • 1 . . . .11111111111111111111111111111111111111 5' j J . 1 1 . ."'p. . . 3 1 ' 1 • 1 3' 1""1 1 1 t 1. Cada ciclo de amplificação tem três etapas: (1) desnaturação do DNA genômico analisado. . t 1 1 sl / _ r r 1 1 t 1 1 t eee t 1 L1 e e e e e 1 1 1 1 e 1 1 e ea 1 tP 51 2 moléculas 5' li . ..5_. . .1L • • • • = 51 1 1 1/ j f 5 3 i i 11 i 1 1 1 1 i 5 f f 3 f 1 1 i 111 1 1 1 1 1 f f f f f f 1 3' 5Jc..11 •• lilll'- 1 .=':::!::!:::!::!:="'"'I ) 31. . .ÂP_..i'::::::::::::::::::::::::::::::::::::::? ~: } 1 molécula '\. 1111111.. .. . . .741 . Desnaturação 'f O Anelamento de iniciadores oligonucleotídicos 5 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 li !I 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1fl 3 1 / 1 I 3· HO 41 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ••5 • Primer Iniciador 1 . . . . /L 1 1 • ' 31 51 4 moléculas 5i 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 • 31 31 -i1!l11 !iªllUl~1 I !. . .5 min 5 .6 Uso da PCR para amplificar as moléculas de DNA in vitro. .. e (3) replicação enzimática da região de interesse por Taq polimerase. . .. . . 70ºC por 1. . 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 e 1li11.. ·' ~ 1 . . . por exemplo. . 31 Primer ln1c1ador 511.. . .. . . O Extensão de iniciadores com Taq polimerase. . . . .f>. 5. 1 ... . .:...:. (2) anelamento do DNA desnaturado com iniciadores oligonucleotídicos sintetizados quimicamente com sequências com- plementares aos sítios em lados opostos da região de DNA de interesse..1Tfliiiªl!ll\"' 3' t 1 (<O . . . . ..: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : .. ... . . . 7 f 1 1 .766 moléculas • FIGURA 14.L1 1 1 t e t 1 1 1 t 1 1 r r 1 1 t .. . 1 . ..'li_1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1•5 1 5~. .. . . . 3't' 111111111111111111111111111111111.ÂP_.. . . O iniciador oferece a 3'-0H livre que a normal de erros de replicação. o que torna relativamente sim.do- ciadores oligonucleotídicos e replicados novamente com tadas de atividade de revisão 3' ~ 5'. A PCR não amplifica com cação. e os ciclos de amplificação podem possível identificar as sequências de DNA em diminutas ser realizados por alterações sequenciais da tempera. visão 3' ~ 5' e.mais de alguns milhares de pares cação. e o DNA genômico errado incorporado no início do ciclo de PCR é amplifi- desnaturado desempenha a função de molde necessária cado como qualquer outro nucleotídio na sequência de (Capítulo 10). Outra desvantagem a DNA polimerase. Ao contrário da maioria das DNA polimera- etapa. haverá mais de um bilhão de cópias da sequência eficiência fragmentos maiores que 35 kb. Um nucleotídio necessária para extensão covalente. reditárias. A Tfl ciclos. da. por isso. ganismo geralmente é a construção de uma biblioteca de . As- a temperatura automaticamente e comportam grande sim. Quando há necessidade de alta fidelidade. nos quais a quantidade de DNA fetal disponível é limita- !!JJUaticus). de comprimento aproximado. Na 3ª significativa. A definitivos sobre genes e sequências de DNA quando a descoberta da DNA polimerase termoestável na bacté. Uma dupla de nucleotídios. gam-se PCR polimerases termoestáveis . Esses procedimentos pelo calor durante a etapa de desnaturação. a PCR usava como replicase a DNA cações que necessitam de grande quantidade de uma polimerase I de E. rase. a Taq polimerase não tem atividade intrínseca de re- to de DNA entre os sítios complementares aos iniciado. pode-se acrescentar Taq polimerase oferecem dados mais definitivos sobre a identidade que e iniciadores oligonucleotídicos em excesso no início as sequências de DNA. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 377 tídicos sintéticos mediante incubação de ambos a 50ºC a Uma desvantagem da PCR é a introdução de erros nas 60ºC por 30 segundos.enzimas que reconhecem e clivam o DNA em sequências específicas . Como essa enzima é inativada sequência de DNA específica. Observe que a amplificação é geométrica. mas to depende da composição de bases do iniciador. é do processo de PCR. coli. lo 16 apresenta algumas aplicações da PCR PONTOS ESSENCIAIS • A descoberta das endonucleases de restrição. Depois de 30 ciclos de amplifi. anelados em ini. quantidade de DNA é muito pequena. 4 depois de dois ciclos. Máquinas de PCR ou termocicladores modificam gue.fe. que é mais processiva. empre- de 70ºC a 72ºC durante 1.riosus) ou Tli (de Thermococcus litoralis) . 8 depois de três polimerase de Thermus flavus. Em vez disso. A polimerização geralmente é realizada DNA. O Capítu- pecíficas. conserva a atividade durante a etapa de des. gos trechos de DNA .e amplificadas por replicação in vivo depois de introduzidas em células vivas pelo método de transformação • A reação em cadeia da polimerase (PCR) pode ser usada para amplificar sequências específicas de DNA in vitro. de amostras muito pequenas de tecido. a análise do peifil de DNA (análise da impressão digital de quantidade de amostras. era preciso permitem que os cientistas obtenham dados estruturais acrescentar mais enzima na 3ª etapa de cada ciclo. acarreta uma frequência maior res oligonucleotídicos. conhecida como Taq polimerase (polimerase de T. DNA) tem papel importante nos casos jurídicos em que ples a amplificação por PCR de sequências de DNA es. E possível criar bibliotecas de DNA e procurar genes e O primeiro passo da clonagem de um gene de um or- outras sequências de interesse. Desse modo. Essa polime. 1.pequenas moléculas de DNA que se autorreplicam . As tecnologias de PCR são atalhos para muitas apli- A princípio. há dúvida sobre a identidade de uma pessoa. Uma segunda aplicação importante ocorre em casos naturação por calor. Graças à amplificação por PCR. de DNA. Uma aplicação ria termofílica Thermus aquaticus significou um grande importante é no diagnóstico de doenças humanas he- avanço na amplificação do DNA por PCR.como Pfu (de ro ciclo de replicação são desnaturados. forenses de identificação de pessoas pelo DNA isolado centar polimerase depois de cada ciclo de desnatura. A temperatura ideal de anelamen. substitui-se a Taq polimerase por Tfl clo de replicação. segmentos de DNA.possibilitou que os cientistas produzissem moléculas de DNA recombinantes in vitro • Sequências de DNA podem ser inseridas em vetores de clonagem . Quando é necessário amplificar longos hélice de DNA produz 2 duplas hélices depois de um ci. Os produtos do primei. não é preciso acres. sobretudo em casos de diagnóstico pré-natal. 16 depois de quatro ciclos. Poucos critérios ção. Construção e rastreamento das bibliotecas de DNA .024 depois de dez polimerase amplifica fragmentos de DNA com até 35 kb ciclos. Pyrococcus . O procedimento é repetido muitas da Taq polimerase é a ineficiência na amplificação de lon- vezes até que seja alcançado o nível desejado de amplifi. quantidades de DNA isoladas de algumas gotas de san- tura. e assim por diante.5 min. sêmen ou até mesmo fios de cabelo humanos. ses. a DNA polimerase é usada para replicar o segmen. cópias de DNA amplificadas em frequência baixa. digestão do DNA por endonuclease de restrição e inser- Um método alternativo à clonagem gênica restringe ção dos fragmentos de restrição em vetor de clonagem a pesquisa de um gene às sequências de DNA transcritas apropriado... As vezes. as bi- GENÔMICAS bliotecas são amplificadas por replicação e usadas para As bibliotecas de DNA genômico geralmente são prepa- identificar genes ou sequências de DNA de interesse do radas por isolamento de todo o DNA de um organismo..7 Procedimento usado para clonagem de fragmentos de restrição de DNA com extremidades un ifilamentares complementares.coli ampr + DNAde camundongo Por exemplo.. G. gene codificador da cadeia de 13-globina.. 4Arrc • lllllJJ.. Essas moléculas de DNA são DNA de vetores cortadas pela mesma enzima ( Figura 14. o DNA dos cromossomos isolados é os geneticistas são capazes de construir bibliotecas de cDNA usado para criar bibliotecas de DNA para cromossomos que contêm apenas as regiões codificadoras dos genes específicos. e1 G i 1 111 11 f/~~ ~ ~' c llA ~ ~ ~~ l> . os fragmentos de restrição síntese de moléculas de DNA complementares a moldes podem ser ligados diretamente dentro de moléculas de de RNA unifilamentares. com a criação de extremidades unifi- codificam a transcriptase reversa. cromossomos específicos facilita a pesquisa de um gene sabidamente localizado em determinado cromossomo.. A existência de bibliotecas de DNA para expressos de um organismo.. do de DNA..li'\.rr~ci!'fi'I~ ~~ ' ( \ \ \ . co/i autorreplicante. O Isolamento de DNA de plasmídio Bluescript li de E. Os retrovírus de RNA (Capítulo 17) em bisel no DNA. O Mistura de DNA do plasmídio e do camundongo em condições de anelamento e tratamento com DNA ligase.. l 11 CJ [Ajl .. cromossomos de um orga..... coli DNA de camundongo Gene para 13-globina . vertidas em moléculas de cDNA bifilamentares por DNA nismo são isolados por um procedimento que classifica polimerases (Capítulo 10). . Plasmídio Bluescript li de f...... plili - . ser clonado em vetores plasmidiais. .----'/\~~ Gene que confere resistência à ampicilina . de clones de DNA que con.. • FIGURA 14. Se a enzima de restrição usada fizer cortes em cópias de mRNA.P.378 Fundamentos de Genética DNA genômico.. denominadas DNA complementares (cDNA).... ..P_. ~ . pesquisador.P_. A partir do mRNA.P... Podem ser con- tém todo o genoma.P. . Uma vez criadas. O Clivagem do DNA do plasmídio e do camundongo pela endonuclease de restrição EcoRI. CONSTRUÇÃO DE BIBLIOTECAS principalmente no caso de organismos como os seres humanos. Bluescript li de E..( ~ (\111 3 ?AA1'r. .. enzima catalisadora da lamentares complementares. e o cDNA bifilamentar pode os cromossomos de acordo com o tamanho e o conteú. co/i e DNA genômico de camundongo.7). DNA recombinante contendo fragmento de restrição EcoRI de camundongo inserido DNA em DNA de plasmídio de E. um conjunto . com grandes genomas...._ .~_. Então.. . § ~ T.. o gene de Sal- . Desse modo. ~ § § ~ ~ T. é possível excisar os Então. Esses molécula de DNA recombinante por célula (na maioria cDNA bifilamentares podem ser inseridos em vetores de das células) (Capítulo 8). 1. os genes de S. na ver- eDNA 3· ::111111 . coli sensíveis à penicilina são transformadas com os clones de DNA recombinantes na biblioteca e plaqueadas em meio contendo penicilina. a se- Síntese simultânea do segundo filamento leção genética pode ser baseada na capacidade do alelo 1. T. § T. Em seguida. podem-se usar oligô. . gene específico ou de outra sequência de DNA de inte- resse em bibliotecas de DNA genômico ou de cDNA de eucariotos multicelulares requer a identificação de uma CONSTRUÇÃO DE BIBLIOTECAS DE cDNA sequência de DNA em uma biblioteca que contém um A maioria das sequências de DNA existentes nos grandes milhão de sequências diferentes ou mais. Como a maioria das moléculas de não é possível usar a seleção genética.1111"'1111111111111111. a pesquisa de um recombinantes.. T.1111"'1111111111111111. Quando plementar (cDNA). DNA ligase conhecido como rastreamento por complementação. A parar os fragmentos de DNA genômico para clonagem. DNA polimerase I e DNA ligase. os dúplex de RNA-DNA são convertidos em mo- insertos de DNA estranhos do DNA vetor por clivagem léculas de DNA bifilamentares pelas ações combinadas pela mesma endonuclease de restrição usada para pre. mRNA 5' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' 3' Seleção genética Oligo(dT)n O método mais simples para identificar um clone de in- 11111111 5· teresse é a seleção genética. clonagem plasmídios ou fago À pelo acréscimo de caudas so primeiro tornar as bactérias permeáveis ao DNA por unifilamentares complementares ao cDNA e aos vetores. ~ § § ~ T. o fenótipo selvagem em um organismo mutante. RNase H selvagem de um gene restaurar o fenótipo normal em 2. Células de E. T.. é preciso empre- mRNA contém caudas poli(A) 3'. O melhor mé- genomas de animais e vegetais superiores não codifica todo de rastreamento é a seleção genética: a pesquisa na proteínas. T. ·· ··· ·······-······ ·············-··· -· ··· ··. coli. da ribonuclease H. 3' 1111111111111111111111111111111111 5' Dúplex TC TA GCGAT CAGGCACGT TGCCT CG ATTTTTTTT Somente as células transformadas com o gene penr cres- de cDNA. 1. GENES DE INTERESSE Uma boa biblioteca de DNA genômico contém prati- camente todas as sequências de DNA do genoma de in.. TTTTTTTT monella typhimurium que confere resistência à penicilina AGAUCGCUAG UCC GUG CAA CGGAG CUAAAAAAAA pode ser clonado com facilidade. .······ ·-·· ········ -···· ·· ···· ·· ·· AGAU CG CUAGU CC GUGCAA CG GA GCU AAAAAAAA mRNA cem na presença de penicilina.. A recombinante nas células hospedeiras para amplificação DNA polimerase I catalisa a síntese do segundo filamento por replicação in vivo. T. grandes. DNA ou RNA como sondas de hibridização ou o uso de anticorpos para identificar produtos gênicos codificados AGAUC GCUAG UC CGUG CAA CGGAGCUAAAAAAAA por clones de cDNA.. selecionam-se as células transformadas por cultura em condições em que o gene RASTREAMENTO DE BIBLIOTECAS marcador selecionável do vetor seja essencial para o cres. A pesquisa meros poli (T) para iniciar a síntese de filamentos comple. as bibliotecas com.8 ). DNA polimerase 1 um organismo mutante. . é preci. . é mais fácil identificar as sequências de biblioteca de uma sequência de DNA capaz de restaurar DNA expressas empregando bibliotecas de DNA com. molecular geralmente requer o uso de sequências de mentares de DNA por transcriptase reversa (Figura 14. DNA.. . Embora esse tipo de seleção seja 3. 1.•1. T. T. No caso de grandes genomas. Por exemplo. AGAT CG CTAGT CC GTGCAA CG GA GC TAAAAAAAA dade depende da dominância de alelos selvagens sobre alelos mutantes que codificam produtos inativos. o genoma humano contém 3 X pletas contêm centenas de milhares de diferentes clones 109 pares de nucleotídios.•1. Por 5' 1111111111111111111111111111111111 3' exemplo. T.•I. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 379 Quando se usa esse procedimento. coli auxotrófica para histidina .. typhimurium. é preciso introduzir as moléculas de DNA dação atuam como iniciadores para a síntese de DNA.8 Síntese de cDNA bifi lamentar a partir de molécu las responsáveis pela biossíntese de histidina foram clonados de mRNA. e a DNA ligase fecha as quebras unifilamentares re- ticos em condições em que há introdução de uma única manescentes nas moléculas de DNA bifilamentares. por transformação de E. Quando se usa E.. gar pesquisas moleculares mais trabalhosas. Por exemplo. Os genomas de vegetais e animais superiores são muito teresse. Constrói-se uma biblio- teca genômica a partir do DNA de uma linhagem penr dXTPs Transcriptase reversa de S.111111111111111111111111111. 1.. Essa etapa geralmente requer a de DNA e substitui iniciadores de RNA por filamentos de transformação de células receptoras sensíveis a antibió.1111111111111111111. T.. Quando existem mutações do gene de interesse. e os Depois da ligação dos fragmentos de DNA genômico fragmentos de RNA curtos produzidos durante a degra- ao DNA vetor. tratamento com substâncias químicas ou um breve pul- so de eletricidade. cerevisiae que codificam enzimas • FIGURA 14. Assim. DE DNA PARA IDENTIFICAR cimento. .: : 5· bifilamentar º º º º º ºº º T.. ribonuclease H degrada o filamento-molde de RNA.•I. . Você está estudando um distúrbio aparentemente hereditário Como as células de E. Essas mico por hibridização de colônia ou placa insitu (Figura 14.br. das em \retores plasmídios e cosmídios. de restrição Notl do genoma de O rastreamento por compleme11tação tem limitações. as membranas são proteína sintetizadas em hemácias dura11te seu período lavadas com soluções sali11as tamponadas para remo- de atividade máxima de biossí11tese são cadeias globi11as. As hemácias desprende durante as etapas subsequentes do procedi- . por sua vez. cerevisiae para rastreamento de bibliotecas de DNA células tra11sformadas para membranas de i1áilo11. Além disso. Mais de 90% das moléculas de lamentos compleme11tares de DNA. quências de DNA complementares ao cDNA radioati- lados com facilidade em reticulócitos e células do º''iduto. 9). . Logo. Que vetor usaria para clonar o fragmento de interesse Notl e como construiria e identificaria rastreame11to por complementação depe11de da correta o clone de interesse? transcrição do gene clonado no novo hospedeiro. branas de náilo11. Apenas as colô11ias que contêm se- RNA dos genes da globina e da ovalbumina podem ser iso. . . Os eu- cariotos têm sinais reguladores da expressão gênica que ~ Leia a resposta do problema no site são diferentes dos existentes em procariotos. . fragmento de restrição Notl de 95 kb do orangotango que tem treamento por complementação de clo11es eucarióticos hibrid ização cruzada com um gene humano específico. o método de usar como vetores de clonagem. Você em E. DNA desnaturado de colônias cultivadas i1as mem- ram ge11es com alta expressão em células especializadas. Depois de se aguardar a hibridização entre fi- mento de hemoglobina. no orangotango de Sumatra (Pongo abelii) e quer clonar um sário para excisar íntrons de genes eucarióticos. portanto. seguida por seleção das células transformadas que crescem em meio sem his- tidina. vo produzem pontos radioati. membra11as antes da hibridização.9). O DNA ou RNA marcado é empregado como sonda para hi- Hibridização molecular bridização (\rer Apêndice C: Hibridização in situ) ao As primeiras sequê11cias de DNA eucariótico clo11adas fo·.. . bridização com sonda de DNA ou RNA marcada radio- ativamente e autorradiografia (Figura 14. a hibridização em Leia Resol.. Na verdade. de restrição Notl do genoma de orangotango? e teste Concentremo-nos na hibridização de colônia irt situ. . As localizações dos po11tos radioativos dos para si11tetizar cDNA radioativo que. hi- eucarióticas pelo método de complementação. coli ou leveduras.9). os pesquisadores costumam usar lônia requer tra11sferência das colônias formadas por S.380 Fundamentos de Genética com clo11es de cDNA de levedura. o ras. (Figura 14. de modo que não se míferos e o gene da ovalbumina de gali11ha. me11to. coli é restrito aos cDNA. é mais provável que o método de complementação seja eficaz com genes procarióticos em organismos procarió- . pode são usadas para identificar colô11ias que co11têm a se- ser usado para rastreamento de bibliotecas de DNA genô. Esses transcritos de RNA podem ser usa.ra!: Como é possível clo11ar um fragmento placa é usada com bibliotecas em vetores fago lambda.ros nas autorradiografias respectivamente. A colônias são usadas para purificar clones de DNA que hibridização de colônia é usada com bibliotecas construí. coli não têm o mecanismo neces.. mas sua compreensão dos métodos usados para preparar e os dois métodos são praticamente idênticos. são altamente especializadas para a síntese e o armazena. abrigam o gene ou a sequência de DNA de interesse. . pesquisar bibliotecas genômicas. O DNA das células lisadas liga-se às Esses ge11es abrangiam os ge11es da a e l3-globi11a de ma. http://gen-io. expostas a filme Do mesmo modo. os transcritos de de na membrana. . dos quais as sequê11cias tem DNA de pBluescript li e pJCPAC-Mam1 disponíveis para de íntrons já foram excisadas.grupogen. O método de rastreamento por hibridização de co- t1cos e com ge11es eucar1ot1cos em orga111smos eucano- ticos. depois. PONTOS ESSENCIAIS • E possível construir bibliotecas de DNA que contenham conjuntos completos de sequências de DNA genômico ou cópias emDNA (cDNA) de mRNA em um organismo • Genes específicos ou outras sequências de DNA podem ser isolados das bibliotecas de D1VA por complementação genética ou por hibridização com sondas de ácido nucleico contendo se- quências de função conhecida. ver o cDNA não hibridizado e.com. a ovalbumina é um importante produto radiográfico para detectar a presença de radioativida- das células do oviduto de galinhas. Os ge11es eucarióticos contêm í11trons. que têm de ser orangotango? excisados dos transcritos gênicos antes de sua tradução. . Por essa razão. quência desejada nas placas replicadas originais. muitos genes de vegetais e animais fo- ram identificados por sua capacidade de complementar Como é possível clonar um fragmento mutações em E. J. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 381 .. . cDNA radioativo • FIGURA 14.-globina) Transcriptase reversa '\t>-~... recombinante. Um determinado gene é expresso nas células renais. nas células ósseas. t Clones de bactérias ::::------/. _. RNA e P-_ro_t_e_ín_a_s_ _ _ _ __ As moléculas de DNA. ~t>-P"? O Lise das células ín situ. '' réplica de colônias em membrana de náilon. . O Seleção de colônia contendo a sequência de DNA de '-.· cDNA radioativo 1 meio ágar e incubação 1 até o surgimento de / pequenas colônias. quer organismo. Análise molecular de DNA. transferidas para membra. . Emprega-se cDNA radioativo como sonda de hibridização.....9 Rastreamento de bibliotecas de DNA por hibridização de colônia. porém.. s das colônias ss Ss Ss ss ss ~t>-P"? ss Ss ss Ss 8 Adição de cDNA radioativo e incubação em condicões • de anelamento..O Plaqueamento em ' ' .. RNA ou proteína podem ser sepa... e isolamento do DNA . Trifosfatos de nuc/eosídios marcados com 32P l. losos. Os geneticistas são capazes de so durante todo o desenvolvimen to do organ ismo ou ape- .jt>-P'1 O Síntese de cDNA radioativo usando mRNA purificado como molde.. é possível investigar sua expressão até mesmo nos organ is- O desenvolvimento das técnicas de recombinação do mos mais complexos como os seres human os... nas hemácias ou nos linfócitos? Esse gene é expres- síveis há apen as 25 an os. interesse do meio ágar '\t>-P"? '. • • •@ • •..... às vezes o isolamento de genes de genomas eucarióticos gran des é um processo longo e nas e analisadas por vários procedimentos. '\t>-P • • ----_.. • com plasmídios recombinantes. _. DNA fez surgir muitas n ovas técn icas de análise de ge. Agora é possível investigar com nas células hepáticas... '' '' \ \ • • • • Membrana • • • de náilon Ponto escuro na autorradiografia • •• • indicativo de radioatividade. _.. com moléculas de DNA // recombinantes em / .JO Plaqueamento de bactérias /. mRNA da a.... desnaturação e ligação '\t>-P"? do DNA à membrana. Uma vez clon ado um gene.mRNA purificado (p. Veja detalhes no texto. nes e produtos gênicos.O Enxágue completo da membrana para retirar cDNA não anelado e exposicão DNA unifilamentar ao filme radiográfico. ex. trabalhoso (Capítulo 16). isolar e caracterizar praticamente qualquer gene de qual- radas por eletroforese em gel. n os folículos pi- relativa facilidade assun tos que eram totalmente in aces. forese em gel.13) são mui- é a transferência das moléculas de DNA separadas por to úteis em estudos da expressão gênica. O RNA. nucleotídios).10 ilustra gradação por RNases. A sonda só será hi- bridizada com moléculas de DNA que contenham uma TRANSCRIPTASE REVERSA (RT-PCR) sequência nucleotídica complementar à sequência da A enzima transcriptase reversa catalisa a síntese de fila- sonda. Como veremos na próxima seção. Southern publicou um importante tampão usado na eletroforese. de DNA radioativa contendo a sequência de interesse é hibridizada (ver Apêndice C: Hibridização in situ) com ANÁLISE DE RNA POR PCR COM o DNA imobilizado na membrana. tem de ser mantida desnaturada durante a pouco diferentes em razão das propriedades específicas eletroforese para separação de acordo com o tamanho. E imprescindível usar métodos mais a membrana por secagem ou irradiação UV. Podem ser usadas eletroforese em gel para membranas de nitrocelulose para determinar quando e onde é expresso determinado ou náilon (Figura 14. o padrão alterado de expressão é res. evitar a contaminação dos materiais por essas enzimas troforese em gel de agarose. Uma sonda sofisticados para distinguir entre essas possibilidades. por alterações na taxa. da estrutura das proteínas no Capítulo 24). alguns dos ANÁLISE DE RNA POR HIBRIDIZAÇÕES métodos mais importantes usados para estudar a estrutu. DNA é desnaturado antes da transferência ou durante Alterações nos níveis de transcritos podem ser causadas a transferência pela colocação do gel em solução alcali. Depois da transferência procedimento que possibilitou aos pesquisadores iden. culas de RNA contém estrutura secundária considerável nas são basicamente iguais.382 Fundamentos de Genética nas durante determinados estágios do desenvolvimento? da sonda não hibridizada e exposta ao filme radiográfico Um alelo mutante desse gene tem expressão espacial e para detectar a radioatividade. quenas. Nesse último caso. o DNA é imobilizado sobre dação do transcrito. para uma membrana. manho ou a conformação. M. nados Northern blots em reconhecimento ao fato de que gas. um método denomi- a passagem das moléculas grandes que das moléculas pe. é preciso ter cuidado para a separação de fragmentos de restrição do DNA por ele. de cada classe de macromolécula (ver a seção Variação A desnaturação é feita por acréscimo de formaldeído. portanto. essa terminologia foi ampliada para a transferência de mida atuam como peneiras moleculares e retardam mais proteínas de géis para membranas. Depois do filme revelado. de seus transcritos (RNA) e de seus Se é possível transferir moléculas de DNA de gel de produtos finais (geralmente proteínas). das por eletroforese em gel para membranas de náilon ra é possível fazer a investigação rotineira para responder para estudos de hibridização e outros tipos de análises a essas perguntas e muitas outras usando metodologias provou ser de grande valia (ver Em foco: Detecção de um bem estabelecidas. A capacidade de transferir moléculas de DNA separa- ponsável por uma síndrome ou doença hereditária? Ago. nado Western blotting. para membrana apropriada. a maioria das molé- mentos usados para separar moléculas de RNA e proteí.12). Assim. porém. de transcrição ou na taxa de degra- na. Os géis de agarose ou acrila. mas empregam técnicas um e. Além disso. Os géis de agarose são peneiras melhores para O método Northern blot é praticamente idêntico ao moléculas grandes (maiores que algumas centenas de usado nas transferências por Southern blot (Figura 14. o blot de RNA é hibridiza- tificar a localização dos genes e de outras sequências de do em sondas de RNA ou DNA do mesmo modo que no DNA em fragmentos de restrição separados por eletro. A característica essencial dessa técnica As hibridizações por Northern blot (Figura 14. gene mutante causador de fibrose cística). o SOUTHERN BLOT uso dessas transferências de RNA faz parte da rotina de A eletroforese em gel é um método eficiente para a sepa. Essas transferências de DNA gene. podemos esperar que as moléculas de RNA ANÁLISE DE DNA POR HIBRIDIZAÇÕES separadas por eletroforese em gel de agarose possam ser transferidas e analisadas do mesmo modo. extremamente estáveis. agarose para membrana de náilon para estudos de hi- bridização. Os blots de RNA são denomi- ração de macromoléculas de diferentes tamanhos e car. laboratórios de genética. As moléculas de RNA. No entanto. é preciso lembrar que as hibridizações para membranas são conhecidas como Southern blots em por Northern blot só medem o acúmulo de transcritos de homenagem ao cientista que desenvolveu a técnica. As moléculas de DNA têm uma carga praticamente o método é análogo à técnica de Southern blotting. ou de alguma outra substância química desnaturante. Na verdade. A Figura 14. Southern blot. porém. Elas não explicam o porquê do acúmulo observado. Os princípios dos procedi. assim. os géis de acrilamida são melhores para se. Depois da transferência. ao Em 1975.11). a membrana é lavada para retirada mentos de DNA complementares aos moldes de RNA. temporal semelhantes durante o desenvolvimento? Ou as faixas escuras mostram as posições das sequências de o alelo mutante tem um padrão alterado de expressão? DNA hibridizadas com a sonda ( Figura 14. são muito sensíveis à de- parar pequenas moléculas de DNA.11 ). mas constante por unidade de massa. A análise abrangente das técnicas usadas na investiga- ção da estrutura e da função do gene está muito além do âmbito deste texto. Examinemos. elas se separam as moléculas de RNA é que são separadas e transferidas em géis de agarose e de acrilamida de acordo com o ta. Em seguida. NORTHERN BLOT ra dos genes (DNA). E. . quências de DNA pela reação em cadeia da polimerase dos em DNA bifilamentar por vários métodos diferentes (PCR) anteriormente neste capítulo] .. ex. en tre eles o uso de um segun do O primeiro filamento de DNA..P_..P_.. nos poços de gel. Pode ser usada in vitro para sintetizar filamentos de DNA as moléculas de DNA p roduzidas podem ser amplifica- complementares aos filamentos-molde de RNA Então.8). Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 383 '\t>.::::::::::=:. O Retirada do pente e da fita adesiva depois da solidificação O Aplicação das da agarose. "'O Ligação da fonte de alimentação e início da eletroforese. /~~~~==~.. as outras pistas t inham DNA de plasmídio cortado com fcoRI contendo insertos de cDNA de glutamina sintetase do milho.. \ 1. "'O Preparo de um gel de agarose semissólido com poços para amostras de DNA.'. O DNA está dissolvido em tampão de carregamento com densidade maior que a do tampão de eletroforese. com pente na posição.~_. Na fotografia mostrada. do cDNA porque é complemen tar ao mRNA em estudo.. coloração com brometo Fonte de energia de etídio e fotografia sob luz UV.P_. .7 kb '\t>. Soluções de DNA Eletrodo de fio de platina Gel de agarose '\t>.. Pente Gel de agarose ( ( Fita adesiva (vedando as extremidades da forma) ~t>.. colocação do gel soluções de DNA na cuba de eletroforese. Depois. O brometo de etídio liga-se ao DNA e fluoresce quando iluminado por luz ultravioleta. Enchimento da forma selada com agarose derretida. • FIGURA 14. (p. das por PCR padrão [veja a seção Amplificação das se- os filamentos de DNA produzidos podem ser converti.2 kb -1. geralmente den omin a- in iciador e da Taq DNA polimerase termoestável. ~t>..3.5 kb Corante "'O Retirada do gel da cuba. O tampão de carregamento também contém um corante para acompanhar a velocidade de migração das moléculas no gel.. ver Figura 14.P_./ .. a pista 3 continha DNA de plasmídio cortado com fcoRI.10 Separação de moléculas de DNA por eletroforese em gel de agarose. de modo que as amostras de DNA se sedimentem no fundo dos poços em vez de se difun- direm para o tampão de eletroforese.' ~~~~=~/. 3 MM Whatman imersas na solução de transferência para agirem por capilaridade Forma de Placa de Solução de transferência vidro refratária vidro apoiada (20 X SSC ou NaOH 0. para uma membrana de nitrocelulose e detectar proteí- .14 9..0 .3 - 2.6.4. SSC é uma solução que contém cloreto de sódio e citrato de sódio. cortado com Pista 2: DNA genômico Autorradiografia que causa o anelamento das caudas 3'-poli(A) de todos Hindlll (marcadores de Arabidopsis de Southern blot de tamanho} cortado com os mRNA. ou iniciadores específicos para o gene (se- da pista 2 quências complementares à molécula de RNA de inte- EcoRI Kb / resse).A membrana ligada ao DNA é seca e levada ao forno a vácuo para que haj a fixação firme do DNA antes da hibridização. nove frag. também clonado. os polipeptídios são separados por (pista à esquerda) e DNA de Arabidopsis thaliana digerido por fcoRI eletroforese na presença do detergente dodecil sulfato (pista à direita). os iniciadores oligonucleotídios especí- ficos para o gene são escolhidos para anelar sequências 23. / -""'"""""-r----. do continha o mRNA estudado. é possível transferir os polipeptídios separados do gel mentos diferentes de fcoRI hibridizados com a sonda de í3-tubulina. as proteínas são detectadas por coloração com um fragmento de DNA radioativo de um gene de í3-t ubulina com azul de Coomassie ou prata.1. de sódio (SDS). ao entrar em contato com a membrana. O DNA do fago À digerido é usado como marcador de tamanho. pode ser sintetizado usando-se um iniciador oligo (dT).. A. Portanto. Fotografia de gel de agarose corado Como muitas proteínas funcionais são formadas por duas por brometo de etídio contendo DNA de fago À digerido por Hindlll ou mais subunidades. RT-PCR para amplificar um transcrito gênico específico. um pesquisador pode usar a quantidade de DNA gerada por uma amostra experimental e estimar a quantidade inicial de RNA na amostra. 4. Conhecen- do essa relação. Os produtos dessas amplificações são analisados por ele- troforese em gel.d :--f'-1:1---N~ 3 a 4 folhas de papel contendo DNA ~"??""F----+------(. que desnatura as proteínas.A solução de transferência leva o DNA do gel para a membrana enquanto as toalhas de papel secas na parte superior absorvem a solução salina do reservatório através do gel.r 3 a 4 folhas de de papel papel 3 MM Whatman 3 MM Whatman embebidas na solução de transferência Gel de agarose ~~. comcDNAde í3-tubulina marcado.11 Método de transferência de DNA separado por eletroforese em gel para membranas de náilon. O resu ltado do Southern blot é mostrado em (B). TÉCNICAS WESTERN BLOT • FIGURA 14. podem-se analisar quantida- des conhecidas do RNA estudado para determinar a rela- ção entre a entrada de RNA e a saída de DNA. Por exemplo. com ênfase principalmente em torná-lo mais quantitativo. No entanto.4 M) sobre a fôrma • FIGURA 14. A Gel de agarose B Southem blot do gel corado com mostrado em (A) brometo depois da hibridização ANÁLISE DE PROTEÍNAS POR de etídio. o pesquisador sabe que a amostra a partir da qual foi gera- 2. te método de separação e caracterização de proteínas. O DNA. liga-se a ela. Houve muitas modificações do procedimento de RT-PCR. Em geral. A Figura 14.12 Identificação de fragmentos de restrição genômicos A eletroforese em gel de poliacrilamida é um importan- que contêm sequências de DNA específicas pelo procedimento de hi. nas regiões não codificadoras 3' do mRNA. Pista 1: DNA de fago x. ilustra como esses iniciadores podem ser usados em 6.11) e hibridizado eletroforese. esse método é um recurso rápido e fácil para determinar se está ou não havendo transcrição de determinado gene. thaliana digerido foi transferido para mem.4. Sempre que surge um produto no gel.384 Fundamentos de Genética Peso Placa de vidro 7 a 10 cm de pape~toa l ha 3 a 4 folhas tni . O DNA de A. Depois da brana de náilon pelo método de Southern (Figura 14. bridização por Southern blot. .. desnaturados e hibridizados com as sondas oligonucleotídicas radioativas (descrito anteriormente).F508 o alelo t.. um alelo CF diferente. . aminoácid os no função desses órgãos. Esse alelo mutante. B. Tsui e colaboradores constataram que muitos pacientes eram ho- O gene CF selvagem e o produto gênico têm as seguintes se- mozigotos para essa mutação..F508. ~~~~~$~~~~~~~~~~~~~$x~~$~~~~~~~~~~~ ~$~~~~~$~~~ õF N 1 ti= \'i l ti= t> .. T GGT GTT -3 ' fibrose cística é caracterizada pelo acúmulo de muco nos pulmões. Prepararam-se dois Southern blots: um blot foi hibridizado com a sonda específica para o alelo CF selvagem (pista de cima)..F508 o r--.e no fígado... CFt::. com subsequente dis. . ~ . como é esperado.F508 alelo normal (selvagem) • FIGURA 1 Detecção dos alelos selvagem e t::. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 385 - DETECÇAO DE UM GENE MUTANTE enquanto o alelo t::. Plasmídio com alelo t. enquanto a outra (oligo-AF: 3' -TICTTTTATAGTA . selvagem. e nas famílias H e J um dos pais tem o alelo t::.G ly Val-COOH "--y--1 nas pessoas originárias do norte da Europa.F508 e seu produto têm essas sequências: CAUSADOR DE FIBROSE CÍSTICA d eleção bases no filamento r--. codificador: 5 '-AAA GAA AAT ATC ATC TTT GGT GTT -3 ' aminoácidos no produto : N ~ -Lys Glu Asn Ile Ile Phe Gly Val-COOH '--v-' aminoácido 508 Famílias ~--. Quando usaram essas sondas oligonucleotídicas alelo-específicas para pes- oligonucleotídicas que se hibridizam especificamente com o alelo quisar a mutação t::.F508 bases no filamento r-1'--.F508. Como a sequência nucleotídica do gene CF é conhecida e o alelo CFt::. A pista identificada como H20 é um controle que tem apenas água. Os heredogramas mostrados na parte superior representam a prole com o gene CF e seus pais heterozigotos. foi possível criar sondas o alelo t::.----. apre- sentamos a fibrose cística e a identificação e caracterização do Phe ausente gene causador dessa doença. e os símbolos pintados pela metade representam indivíduos com os alelos mutante e selvagem de CF. selvagem de CF ou o alelo t::.Plasmídio com N 1 alelo selvagem I Sonda Oligo-N Oligo-AF . . .' --·-. Lap-Chee-Tsui e lias afetadas por essa doença e a detecção do alelo mutante mais colaboradores sintetizaram oligonucleotídios que transpunham comum com o auxílio de hibridização Southern blot com sondas essa região dos alelos mutante e selvagem do gene CF e testa - ram sua especificidade. 1 Homozigoto para Heterozigoto para Homozigoto para o o alelo t. • • • .F508 e o outro. enquanto a maioria dos pais era quências de nucleotídios e aminoácidos na região alterada pela mutação t::. ---·· --·····-----· .F508 (pista de baixo).F508 difere do mostraram que a sonda oligo-AF poderia ser usada para detectar alelo selvagem em três pares de bases.. deletado em t::. 3' -CTTTIATAGTAGAAACCAC-5' ) só se hibridizava com o alelo tem uma deleção de três bases que elimina um resíduo de fenila.. Os resultados lanina na posição 508 no produto polipeptídico. Observe que o ale lo t::. condições padronizadas.F508 em condições apropriadas. ..F508 em pacientes com FC e em seus pais. uma sonda oligonucleotídica (oligo-N: Aproximadamente 70% dos casos de FC são causados por um alelo mutante específico do gene CF. e o outro foi hibridizado com sonda específica para o alelo t::. No heredograma na parte superior. A Figura 1 mostra alguns resu lta- dos que eles obtiveram.F508 está presente nas famílias A. codificador: 5 ' -AAA GAA AAT AT C AT . Eles demonstraram que a 37ºC. no pâncreas . A família C tem outro ale lo CF.1 1). ACCACAA-5' ) só se hibridizava com o alelo t::...F508 de CF por hibridização de sondas oligonucleotídicas com DNA genômico transferido para membranas de náilon pelo método de Southern blotting (Figura 14.F508 no estado homozigoto ou heterozigoto. E a doença hereditária mais comum produto: N~ -Lys Glu Asn Ile Ile .F508: heterozigota. em oligonucleotídicas marcadas. No Capítulo 16. A PCR foi usada para amplificar os toei de CF no DNA genô- mico isolado de cada membro da família. E e G.. transferidos para membranas. Com base nessas sequências nucleotídicas. D. Os produtos da PCR foram separados por eletroforese em gel. . . Aqui destacamos o uso da PCR para amplificar os ale los de CF no DNA genômico de membros de famí. os símbolos pintados representam indivíduos com dois alelos mutantes de CF. 31 3' " 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' Iniciador específico para o gene Transcriptase reversa.-tubulina em A. Os RNA ribossômicos 185 e 265 são marcadores de tamanho.-tubulina.. 1 • FIGURA 14.31 3' t 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' Ciclo 1: extensão de iniciador reverso com Taq polimerase.. mRNA 511 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 AAAAAAAAM(A)nai. . "-'v A Amplificação de cDNA por PCR (muitos ciclos). . .Iniciador reverso > 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r. respectivamente). . . mRNA 511 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1AAAAAAAAM(A)nai.. . .3-tubulina está presente em todos os órgãos analisados. . . Em seguida. Os transcritos de gene específicos são amplifica- dos usando primeiro a transcriptase reversa para sintetizar um DNA unifilamentar complementar ao mRNA de interesse. A síntese é principiada por um iniciador oligonucleotídico específico para o gene (iniciador que só se anela para o mRNA de interesse). . .) 3' 3' " 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' Iniciador reverso ~ Iniciador específico 5' 111111111111 3' para o gene 3' t' 11111111111111111111111111111111111111111111111 111111111 1 1 1 1 5' t Ciclo 2: extensão t t (Muitos ciclos de amplificação por PCR) Grande quantidade . . thaliana.P_. .386 Fundamentos de Genética Codifica a TUAl TUA3 R L F R L F R L F -26S iiíii . . .14 Detecção e amplificação de RNA por PCR com transcriptase reversa (RT-PCR). . .1-tubulina só é encontrado nas flores. . 5' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1. . 31 3' t 5' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 cDNA Ciclo 1 de PCR com iniciador reverso. .13 Dados típicos de hibridização por Northern blot. enquanto o transcrito de o. ORNA total foi isolado de raízes (R).. . . . . Essa sonda é hibridizada com os transcritos dos seis genes de o. . . . .3-tubulina (TUA 1 e TUA3. . . . . de cDNA t 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 1V 3 ~ 1 bifilamentar 3~ 1 • • • • • • • • • • • . há síntese de grande quantidade de cDNA bifilamentar por reações de PCR padronizado na presença tanto de iniciadores de PCR específicos para o gene quanto de iniciadores reversos. . . . . . folhas (L) e flores (F) de A. . cDNA bifilamentar ~ 3 1 5' 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 IT t 3' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' '\t>. 5 . Suas posições foram determinadas a partir de uma fotografia do gel corado com brometo de etídio antes da transferência dos RNA para a membrana de náilon.. . As autorradiografias mostradas em (B) e (C) são de blots de RNA hibridizados com sondas de DNA específicas para os genes de o. . . . . sepa- rado por eletroforese em gel de agarose e t ransferido para membranas de náilon. thaliana. A autorradiografia mostrada em (A) é de um blot hibridizado com uma sonda radioativa contendo uma sequência codificadora de o. O filamento complementar de DNA é sintetizado usando um iniciador reverso e Taq polimerase. Os resu ltados mostram que o transcrito de o.1 e o. .. . -18S • • A B e • FIGURA 14. . . do DNA. o DNA leculares elaboraram mapas genéticos e físicos detalhados tem carga praticamente constante por unidade de mas- dos genomas de muitos organismos (Capítulo 15). sa. de moléculas de DNA cujos comprimentos diferem em ma humano (Capítulo 15). os geneticistas mo.000 e 2. Quando a molécula de DNA de 6 kb é cortada com EcoRI. e já se determinam as se.000 e 1.etroforese em gel de agarose ou acrilamida e transferidos para membranas de náiwn para produzir blots em gel de DNA denominados Southern blots • O DNA no Southern blot pode ser hibridizado com sondas de DNA marcadas para detectar sequências de interesse por autorradiografia • Quando as mol. emprega corrente elétrica em uma solução que contém um anticorpo secundário. Essa transferência de proteínas do são eliminados da membrana por lavagem.000 pares de nucleotídios. Os tamanhos dos fragmen- apresentam o mapa físico final das moléculas de DNA. tos de restrição podem ser determinados por eletroforese As técnicas de recombinação de DNA possibilitam que os em gel de poliacrilamida ou agarose (ver Figura 14. Em virtude da estrutura de subunidades nucleotídicas mos e de todo o genoma. cloroplastos e A figura 14. proporcional ao comprimento. para transferir as proteínas do gel para a superfície da Esse anticorpo secundário reage com imunoglobulinas membrana. elas dios. as sequências nucleotídicas fragmentos de DNA que tenham os genes ou outras se- quências de DNA de interesse. lhares de vírus. no entanto.10).000 pares de nucleotí- de DNA em sítios específicos (Tabela 14. PONTOS ESSENCIAIS • Os fragmentos de restrição de DNA e outras pequenas mol. 1.000 pares de nucleotídios (6 kb) de restrição e a determinação de sequências de DNA.15B.éculas de RNA podem ser detectadas e analisadas por PCR com transcriptase reversa (RT-PCR) • Quando as proteínas são transferidas dos géis para as membranas e detectadas com anticorpos. As possíveis posi- BASEADOS EM SÍTIOS DE CLIVAGEM ções do único sítio de clivagem para EcoRI na molécula são mostradas na Figura 14. com um grupo fosfato por nucleotídio. Na Figura 14. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 387 nas com anticorpos. são produzidos A maioria das endonucleases de restrição cliva moléculas dois fragmentos de 5. Os anticorpos não ligados vel quando se acrescenta o substrato apropriado.000 pares de nucleotídios é usado como marcador de remos sobre a construção de mapas de genes e cromos. (o grupo de proteínas que constituem todos os anticor- Depois da transferência.etroforese em gel e transferidas para membranas para análise. Os International Human Genome Sequencing Consortium tamanhos dos fragmentos de restrição de DNA são esti- publicou uma sequência "quase completa" do genoma mados usando-se um conjunto de marcadores de DNA humano. Em outubro de 2004. bactérias. inicial (primário) é detectado ao se colocar a membrana nhecida como Western blotting. tamanho. identifica-se uma proteína pos) em geral (Capítulo 20). os produtos são chamados Westem blots. Considere uma molécula de DNA com apro- somos baseados em sítios de clivagem por enzimas de ximadamente 6. Análise molecular de genes e cromossomos Os sítios nos quais as enzimas de restrição clivam molé. O anticorpo secundário é específica de interesse colocando-se a membrana com conjugado a um isótopo radioativo (permitindo a autor- as proteínas imobilizadas em solução que contém um radiografia) ou a uma enzima que cria um produto visí- anticorpo contra a proteína. cromosso. o pear os sítios de clivagem por enzima de restrição. podem ser usadas para criar mapas físicos dos cromosso- culas de DNA podem ser usados para construir mapas físi. mos mais úteis para os pesquisadores no isolamento de cos das moléculas. discorre.éculas de DNA podem ser separados por e/.15 ilustra o procedimento usado para ma- vários organismos eucarióticos. e o anticorpo gel de acrilamida para membrana de nitrocelulose. são produzidos dois fragmentos de MAPAS FÍSICOS DE MOLÉCULAS DE DNA 4.éculas de RNA são separadas por e/. . Nas seções a seguir. Logo. Assim. mitocôndrias. e a taxa de migração é inversamente quências nucleotídicas completas dos genomas de mi. as taxas de migração de fragmentos de DNA O mapa físico definitivo de um elemento genético durante a eletroforese oferecem estimativas precisas de é sua sequência nucleotídica. Quando a mesma mo- POR ENZIMA DE RESTRIÇÃO lécula de DNA é clivada por HindIII. Na verdade.15. comprimento. Essa sequência continha apenas 341 lacunas e de tamanho conhecido. seus comprimentos. co. os blots em gel de RNA resultantes são denominados Northem blots • As mol. um conjunto representava 99% da cromatina rica em genes no geno. geneticistas determinem a estrutura dos genes.1). 15C.000 3.000 fisicas verdadeiras na molécula de DNA.000 pares de nucleotídios 2. Assim.000 pares de nucleotídios 4.15D). já se conhece a sequência de 99% da troforese em gel de agarose. Em 4.670 bactérias. (C) Hindi/! ou (D) EcoRI para mais 3. 2. Hoje. Quando se emprega grande 1. ekgans. já se h avia sequencia- do todo o cromossomo com 5. A pista esquerda no gel contém um grupo eucromatina no genoma humano (Capítulo 15). e são produzidos três fragmen tos com 3.000 5. 2. Até 1975 mal se pensava em tentar se- quen ciar cromossomos inteiros .000 3. O sítio de clivagem para Hindi.e- de tamanho Não Corte Corte Corte molecular cortada por por por EcoRI gans foi correlacionado com o seu mapa genético. o mapa fisico do genoma de e. e/. Além disso.372 bactérias. um grupo de moléculas de DNA Nossa capacidade inicial de sequenciar p raticamen te com tamanho de 1.000 pares de nucleotídios seguida. porém. Estruturas e há projetos de sequenciamento de genoma em curso da molécula de DNA ou dos fragmentos de restrição da molécula (A) não seccionados ou seccionados com (B) EcoRI. SEQUÊNCIAS NUCLEOTÍDICAS DE 7.000 µ um grande banco de clones intern acion al de e. ekgans. 1. ou sistido por computador com outras técnicas moleculares é possível construir mapas fisicos de genomas inteiros.000 HindlII primeiro eucarioto multicelular n o qual isso foi feito foi D Caenorhabditis ekgans. A-D.000 1 GENES E CROMOSSOMOS 1 O mapa fisico defin itivo de um gen e ou cromossomo es- 5. 93 arqueobactérias e 40 eucariotos.388 Fundamentos de Genética Intacta As possíveis posições do sítio de clivagem apenas para 6. gem por enzima de restrição em moléculas de DNA.II pode estar localizado em qual- Corte por f coRI quer um dos dois fragmentos de restrição de EcoRI.000 mente na extremidade oposta da molécula em relação ao 5.000 ou e 1. O 2. Ampliando esse tipo de análise para incluir o uso de várias enzimas ou ~ de restrição diferentes. Graças à combinação do mapeamento de restrição as- WÃ'U\f.000 ou cromossom o. 1 1 EcoRI Híndlll e Híndlll quando se identifica uma n ova mutação interessante em 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C.II. Além disso. é possível construir mapas mais ex- tensos de sítios de restrição.386 nucleotídios de com- primen to do fago <!>XI 74. h á digestão simultânea da molécu la por EcoRI e Hindi.II são mostradas na Figura 14. Observe que nes- se estágio da análise não é possível deduzir as posições re- A lativas dos sítios de clivagem por EcoRI e Hindi.000 teses.000 pares de nucleotídios pares de nucleotídios sítio de clivagem para EcoRI (Figura 14. muitas vezes se pode usar sua posição no mapa y y y y y Pares de genético para obter clones do gene de tipo selvagem de nucleotídios 10.15 Procedimento usado para mapear os sítios de cliva- vírus.442 • FIGURA 14.000 1 1 u trabalho.000 pares de nucleotídios Como o fragmento de restrição de EcoRI com 2. Conh ecem-se as se- quên cias nucleotídicas completas dos genomas de 2.000.000 6.000 n pecífico é sua sequência de pares de n ucleotídios. qualquer m olécula de DNA foi consequên cia de quatro . com- plementada por um gráfico de todas as modificações de pares de nucleotídios que alteram a função desse gene 3. No fim de 1976.II). um verme importante para estudos sobre o controle gen ético do desenvolvimento (Capítu- Marcadores (A) (B) (C) (D) lo 20).II. essa seria uma tarefa árdua que exigiria anos de 1.II está obrigatoria- Corte por Hindlll 1.n a melhor das hipó- 1 2. eles refletem as distâncias 1.000 pares de nucleotídios. 84 arqueobactérias e 612 euca- e Hindi/!.000 pares de nucleotídios quantidade de enzimas de restrição. de marcadores de tamanho molecular. o sítio de clivagem para Hindi.000 2. ao contrário dos Corte duplo por fcoRI e Hindlll mapas genéticos (Capítulo 7). Um aspecto e importante desses mapas de restrição é que. o sequenciamento é um + + + + + E procedimento laboratorial de rotina. E. riotos.000 pares de nucleotídios Hindi. Separação dessas moléculas e fragmentos de DNA por ele.000 pares B de nucleotídios ainda está presente (não é cortado por Hindi.000 4. Esse resultado estabelece as '-----~~~~~~---'~ V ~ posições relativas dos dois sítios de clivagem na molécula. é possível construir pares de nucleotídios mapas detalhados de cromossomos inteiros.000 pares de nucleotídios e múltiplos desse número. 16) são os finalizadores preparo de amostras homogêneas de segmentos especí.3'-trifosfato de didesoxicitidina (ddCTP). também recebeu o Depois que as cadeias de DNA geradas nessa reação Prêmio Nobel de Química de 1958 por ter identificado a são liberadas dos filamentos-molde por desnaturação. como finalizadores de cadeia em uma reação de te com o mesmo nucleotídio) e terminam em todas as síntese de DNA.P.c2. todos novos e mais rápidos de sequenciamento de DNA suas posições no gel são detectadas por varredura com estão substituindo o procedimento de Sanger.quarta cor (Figura 14. o- i 1 1 5' i 1 1 5' -o.centes que inclui cadeias com terminações 3' em todas as tra extremidade. todo o sequenciamento de DNA é feito por bilidade de término em determinado X na cadeia nas- aparelhos automáticos. de são da cadeia produz fragmentos com extremidades 3' uma terceira cor.cor.O.3'-trifosfato de didesoxirribonucleosídio • FIGURA 14. otídicas possíveis ao longo do filamento de DNA.O. Por fim. sequência de aminoácidos da insulina.P.P. . o.são separadas por eletroforese em gel de poliacrilamida.CH2 li li li 1 /º~ li li li 1 /6 ~ ' O O O 4'C c1· O O O 4' C C1 H\~ ~/ 1 H\~ ~/1 3·c. de término (X) a uma distância de algumas centenas de Sanger foi um dos agraciados com o Prêmio Nobel de nucleotídios da termin ação do iniciador original. mé. quantidade de uma molécula específica de DNA também já que os 2'.3 ' -trifosfato de didesoxir- foi a descoberta das enzimas de restrição e seu uso no ribonucleosídio ( ddXTP) ( Figura 14. (3) nucleotídicas das moléculas de DNA.O. tida em aproxim adamen te 100:1.ã o -OH livre. O computador imprime a sequência de pi- presença de finalizadores de cadeia específicos para ge. por eletroforese em gel de poliacrilamida. 1 1 1 1 OH H H H t t 3'-0H necessária para Não há 3'-0H.P. o. G. que é o lo. laser e detector de fluorescência e depois registradas em A técnica de Sanger usa a síntese de DNA in vitro na computador. O acrésci- de comprimento de apenas um nucleotídio. A extremidade comum é a terminação posições possíveis. os pesquisadores criaram uso de (1) 2'. Qu ímica de 1980 por seu trabalho.P. de uma variáveis .3' -trifosfato de didesoxirribonucleosídio usado nas reações de sequenciamento de DNA.3'-trifosfato de didesoxiguanosina (ddGTP).O.c2. as cadeias terminadas com ddC.cente é de cerca de 1/ 100. Os aparelhos de sequenciamen.16 Comparação das estruturas do precursor de DNA normal 2' -trifosfato de desoxirribonucleosídio e do finalizador da cadeia 2' . o. C e T. Lembre que todas as DNA polimerases aperfeiçoamento de técnicas de eletroforese em gel até têm necessidade absoluta de um grupo 3'-0H livre no o ponto de resolução de cadeias de DNA com diferença filamento iniciador de DNA (Capítulo 10). 3·c.3'-trifosfato de didesoxitimidina (ddTTP).CH 2 -o.3' -trifosfato de didesoxiadenosina (ddATP) e (4) Os protocolos de sequenciamento do DNA dependem 2'. portanto alongamento da cadeia a cadeia termina Precursor de DNA normal Precursor de término da cadeia 2'-trifosfato de desoxirribonucleosídio 2' . Além disso.3' -didesoxinucleotídio à extremidade de um. O avanço mais importante A. As técnicas mo de 2' . a proporção dXTP:ddXTP (em fragmentos são separados. A terminação 3' do das com ddG apresentam fluorescência de uma mesma iniciador contém uma terminaç. procedimentos eficientes para determinar as sequências (2) 2' .a de clonagem gênica para facilitar o preparo de grande cadeia bloqueia a extensão subsequente dessa cadeia. 2' .O. cada u m da geração de uma população de fragmentos de DNA deles marcado com um corante fluorescente de cor dife- que têm uma extremidade em comum (todos exatamen. e aquelas terminadas com ddT. todas as cadeias termina- 5' do iniciador de sequenciamento. A exten. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 389 desenvolvimentos principais. Os 2' .rente. Esses No tubo de reação. o. de modo que a proba- Hoje. Isso produz uma população to iniciais usavam um protocolo de sequenciamento de de fragmentos que terminam em todos os possíveis sítios DNA publicado em 1977 por Frederick Sanger e colegas. respectivamente. Outro progresso importante foi o to de Sanger. gera u ma população de fragmentos nas- posições possíveis (cada nucleotídio consecutivo) na ou.3'-didesoxinucleotídios não têm 3'-0H.17) .que X pode ser qualquer uma das quatro bases) é man- to da cadeia.cos de fluorescência registrados quando cada cadeia nas- rar populações de fragmentos de DNA terminados com cente passa pelo feixe de laser.de uma segunda cor.O. de acordo com o comprimen. O foram importantes. A cadeia mais curta atra- Base Base o.de cadeia mais usados no protocolo de sequenciamen- ficos de cromossomos. as cadeias terminadas com ddA têm fluorescência cal de extensão da cadeia pela DNA polimerase.com extremidades em todas as posições nucle. Atualmente.P. 17 Sequenciamento " do DNA pelo método de finalização da cadeia por 2' ..3' -trifosfato de didesoxinucleosídio. No exemplo mostrado. Como a distância de migração da cadeia mais curta é a maior. A-50 cA AT niciador 1 -A AT cA G-40 - 5 1 ~ t T eA e A G T 3' cA 5· ~T CACA G cA 5· ~T CACA AG 5· ~T c A c cA -T 5· ~T c A A-30 AC 5· ~ T e cA 5· ~ T -e cT CA 1 t 1 ·. o ddA. dTTP e dCTP Filamento iniciador 5'NWQH 3' Todos os quatro finalizadores de cadeia 2' . O finalizador didesoxi na extremidade 3' de cada cadeia é determinado pela fluorescência do corante ligado a ele. A mistura de reação contém todos os componentes necessários para a síntese de DNA (ver detalhes no texto). o ddG tem fluorescência azul-escura (preta na figura).3' -trifosfato de didesorribonucleosídio: ddGTP.3'-trifosfato de didesorribonucleosídio. t Carregamento "Õ-v · Registro da sequência com varredura por laser. . a sequência nucleotídica da cadeia mais longa (mostrada com leitura 5' ~ 3' no topo da impressão) é obtida por leitura da sequência a partir da primeira cadeia que passa pelo feixe de laser. . vermelha. Cadeias sintetizadas que terminam com: ddG ddA ddC ddT . ddCTP e ddTTP.. ddATP..'\AP "~ v Desnaturação dos produtos e separação por eletroforese em gel de poliacrilamida. cada um deles marcado com um diferente corante fluorescente: ddGTP.5' 3' . dATP. continuando com cada cadeia com um nucleotídio a mais até a cadeia mais longa.5' 3' . azul-clara. 1 1 ' T GA CA CT ' AG -- -e TC T-10 1 1 -t 1 1 Computador GT CA cA Tu bo capilar -T -<. e o ddT. ddCTP e ddTIP.AGTGT WNTCACAGdd WNTCAdd WNTCdd WN Tdd WNTCACAdd WNTCACdd WN TCACAGTdd Produtos WN TCACAGTICdd WN TCACAGTidd WN TCACAGTICTdd ..jAP 0 -v Início de uma reação de polimerização do DNA contendo: Filamento-molde DNA polimerase dGTP. 10 20 30 40 50 1 1 5' 1 1 1 3' T CA CA G T T e T CAG e T TC CT TC CT CA CA AC A T e AA G e A CA G A A T CA A T CA A • . .AP ""f i Leitura da sequência de DNA impressa pelo computador.390 Fundamentos de Genética . ddATP. :llll . verde. ~~-=-=~ . cada um deles marcado com um diferente corante fluorescente. " . AI " ... o ddC. . detector de fluorescência e computador.· Detector de 3' 5' T-20 = CT TC CT Laser ( 1 '" - ----fluorescência __.. Incubação da mistura de reação. A síntese de DNA 1 in vitro é efetuada na presença dos quatro finalizadores de cadeia 2' . - • FIGURA 14. Portanto. com exceção do complexo molde-iniciador. ' Nucleotídio: 1 ' • • 10 Nucleotídio: 1 10 . 5' . como mostra a síntese ocorre pelo acréscimo de nucleotídios à extremidade a seguinte sequência: 3' do fi lamento iniciador.3'-trifosfato de didesoxirribonucleosídio. Portanto. eletroforese em gel. 5. 3' -hidroxi la livre na extremidade do filamento iniciador que tar no cloroplasta de Arabidopsis thaliana . Os corantes usados para com ddC. A rea. assim.) . Agora. indicando que terminava automático de sequenciamento de DNA. e a sequência do fi lamento complementar será 5' -CTGATCAGAC-3 '. e os produtos da reação impressa pelo computador. 3 ' . 3' -AAAAA AAAX'X' X'X'X'X' X'X' X'X' -5 ' 6. Todas as DNA polimerases têm necessidade absoluta de uma de nucleotídios foram isolados do cromossomo de DNA bifi lamen. nucleotídios foram acrescentadas às extremidades 3' dos dois fi la. Toda a síntese de DNA ocorre no sentido 5' -3' . nucleotídios de comprimento. O resultado impresso pelo compu. o que significa existência de G nessa posição no fila - marcar os finalizadores de cadeia fluorescem em diferentes compri- mento-molde. a sequência da cadeia HO-TTTTTTTT-5' de DNA nascente sintetizada tendo como molde o filamento 1 Depois da incubação das duas reações para dar tempo para a síntese de é lida no sentido 5' . O acréscimo de 2'. As molécu las de DNA com diferença de um nucleotídio de lamento foi sequenciado pelo método de finalização da cadeia por comprimento podem ser separadas por eletroforese em gel 2'.X X X X X X X X X X -3 ' 3. as cadeias que terminam com ddG têm fluorescência azul-escura. A reação de sequenciamento 2 continha os mesmos componentes que a reação 1. (comprimento em nucleotídios ou pares de nucleotídios). toda a sín - Filamento 2: 5' -X X X X X X X X X XAAAAAAAA-3' tese ocorre no sentido 5' .17). Nas reações de sequenciamento clássicas. 7. e cada fi. as cadeias que terminam com ddA. têm uma carga negativa por nucleotídio. Os dois filamentos complementares foram separados. mas X' é sempre complementar a X. ou seja. A pilares finos produz excelente separação das cadeias de DNA estrutura do molde-iniciador usado na reação 1 é a seguinte: com diferença de um nucleotídio de comprimento. As caudas poli(A) de oito será estendido por reações de polimerização do DNA. Desenhe a imagem esperada na reação de sequenciamento 2 (fi- lamento complementar 2 como molde) no quadro a seguir. DNA polimerase e todos os outros compo. a polaridade do filamento complementar é 3' -5' . iniciador. ANÁLISE E SOLUÇÃO ção 2 continha o filamento 2 complementar. se o fi lamento 2 for usado como que terminam com ddT. A eletroforese em gel de poliacrilamida separa os filamentos dATP de DNA de acordo com o tamanho e a conformação. cadeias polinucleotídicas podem ser separadas por tamanho ais. Os dois fi lamentos de uma dupla hélice de DNA têm polari - 5' -TTT TTT T T-OH dades químicas opostas. as cadeias que terminam com a sequência do filamento-molde comp lementar (fi lamento 1) ddC. transferase termina l 4. toda mentos usando a enzima terminal transferase e dATP. A reação 1 continha o de poliacri lamida para cadeias com até algumas centenas de fi lamento 1. nentes necessários para a síntese in vitro de DNA. 5' -X X X X X X X X X X A A A A A A A A-3' isto é. o fi lamento nas- tador na reação de sequenciamento 1 é o seguinte: cente terá a sequência do fi lamento 1. As cadeias de DNA têm carga constante por unidade de massa. ddTTP.3' -monofosfato de didesoxirribonucleosídio à 3' -X ' X' X'X' X'X'X'X'X'X'-5 ' extremidade 3' de um filamento iniciador bloqueia sua extensão. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 391 Determinação das sequências nucleotídicas de elementos genéticos PROBLEMA FATOS E CONCEITOS Dez microgramas de um fragmento de restrição Hpal com dez pares 1. portanto a sequência de nucleotídios (indicada pelos picos fluorescentes) será a mostra - da na imagem a seguir. vermelha. As cadeias mais curtas migram por maior distância durante a trifosfatos de didesoxinucleosídio finalizadores de cadeia usuais . O fragmento de DNA nascente mais foram separados por eletroforese capilar em gel usando um aparelho curto tinha fluorescência azu l-clara. Filamento 1: 3' -A A A A A A A A X'X'X'X'X'X'X'X'X'X' -5' 10. A leitura da escada de bandas da esquerda (cadeia mentos de onda. o DNA de cada reação foi desnaturado. A eletroforese em gel de poliacrilamida realizada em tubos ca - corante que fluoresce em um diferente comprimento de onda. ddATP e ddGTP . se a polaridade de um fi lamento é 5' -3'. A sequência do fi lamento nascente será ) 5' -GTCTGATCAG-3' ao ler os picos da esquerda (cadeia mais cur- ' J • • Nucleotídio: 1 10 ta) para a direita (cadeia mais longa) .3' da esquerda para a direita na imagem DNA. fi lamento-molde na reação de sequenciamento. as em que X e X' podem ser qualquer um dos quatro nucleotídios usu. Por causa de sua carga constante por unidade de massa. e as cadeias é 5' -GTCTGATCAG -3'. (Use o formato mostrado anteriormente. ddCTP. que são registrados por uma fotocélula quando os mais curta) para a direita (cadeia mais longa) mostra que a se- produtos das reações são separados no tubo capilar (ver Figura 14. além dos quatro 8. quência do fi lamento nascente é 5' -CTGATCAGAC-3' . azul-clara. a estrutura do Como toda a síntese de DNA ocorre pelo acréscimo de nucleo- complexo molde-iniciador usado na reação 2 era a seguinte: tídios à extremidade 3' -0H do fi lamento iniciador. verde. 2.cada um deles marcado com um 9. T. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 culas de DNA.são capazes de sequenciar até 25 mento. por uma e11do11uclease de restrição que reconhece quências de DNA palindrômicas... rentes (talvez espécies difere11tes) forem digeridas zimas de restrição fazem cortes em bisel nas se.e. T. Todos esses sistemas são rapidíssimos. . e óleo. rescente dura11te o alongamento de filamentos i11iciado- tos genéticos. para determinar a sequência da do um nucleotídio é acrescentado à extremidade de um cadeia de DNA mais longa recém-sintetizada basta ler a filamento iniciador. Muitas e11. e ciadores de complexos iniciadores-moldes imobilizados atualmente estão sendo desenvolvidas novas téc11icas de são alo11gados pela DNA polimerase por acréscimo de sequenciame11to. e cada cadeia subsequente tem um sensor de CCD (dispositivo de carga acoplada). nica de Sanger..e 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 G ..392 Fundamentos de Genética vessa o gel primeiro. costuma ser denominado sequenciamento para- seque11ciamento por síntese nos quais os filamentos i11i. . Como as endonucleases de restrição são usadas Resposta: As endonucleases de restrição são enzimas que cli. normalmente de duas espécies dife- Endonuclease de rentes.. Ainda outra téc11ica. e avalie seu conhecimento sobre aparelhos res ligados a diminutas esferas em uma mistura de água automáticos de sequenciamento de DNA que usam a téc. o objetivo de sequenciar todo o genoma humano por por . Assim. A A T T DNA da espécie 1 DNA da espécie 2 e T T A A + G 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2. Muitas das técnica. mil dólares deixou de ser ficção científica e se tomou tídios com base nos sinais luminosos registrados por um uma possibilidade razoável.ram moléculas de DNA de maneira se.17). A Resposta: Uma molécula de DNA recombina11te é criada eTTAAG in vitro a partir de partes de duas difere11tes molé.. O que são endonucleases de restrição? 3. dores reversíveis para detectar nucleotídios à medida ger.. . PONTOS ESSENCIAIS • E possível preparar mapas físicos detalhados de moléculas de DNA pela identificação dos sítios clivados por várias endonucleases de restrição • As sequências nucleotídicas de moléculas de D1VA g-eram os mapas físicos definitivos dos genes e cromossomos. usa finaliza- substituindo o método fi11alizador de cadeia de Sa11. lelo em massa. que são acrescentados aos filamentos de DNA em cresci- de segunda geração . dessas técnicas é denomi11ada pirossequenciamento por- tídio na extremidade de cada cadeia determina a cor da que depende da detecção do pirofosfato liberado quan- fluorescência. os fragme11tos resultantes compleme11tares... e novos aparelhos de sequenciame11to de DNA . Leia Problema resolvido: acréscimo de i1ucleotídios marcados com corante fluo- Determinação das sequências nucleotídicas de eleme11.. sequência de picos de fluorescência da cadeia mais curta Outra técnica usa um feixe de laser para registrar o até a mais longa (Figura 14. seque11ciame11to Solexa). como é mostrado aqui. novas técnicas de sequenciamento usam protocolos de assim. restrição EcoRI 111111111111111111111111111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . O didesoxinucleo.ez e registro da sequência de acréscimo de nucleo. O que é uma molécula de DNA recombinante? 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . terão extremidades monofilamentares complemen- . Uma nucleotídio a mais que a precedente. produzindo uma sequê11cia de DNA palindrômica e faz cortes em fragmentos com terminações monofilamentares bisel nos dois filamentos. Embora ainda não tenhamos chegado uma molécula de trifosfato de desoxirribonucleosídio lá. há um grande número de reações simultâneas. conhecida como seque11ciamento Novas técnicas de sequenciame11to do DNA estão Illumi11a (antes. para criar moléculas de DNA recombi11antes in vi- quência-específica de tal modo que todos os frag- tro? mentos produzidos tenham as mesmas sequê11cias Resposta: Se as moléculas de DNA de duas origens dife- nucleotídicas em suas extremidades. Exercícios A~lig ue a análise genética básica 1. Essa técnica é denominada sequenciamento 454.G A .. Nos aparelhos de sequenciamento que usam essa bilhões de pares de nucleotídios por dia. . uma en- 2. uma e digerido com EcoRI.. em média.re conter aproxima. o que toma a célula riamente. preparação de DNA humano com NotI. Resposta: O DNA genômico do milho de.II no gene a1nfJ. com EcoRI e inseridos por ligação covalente i1as mo- lécula em 45. 10 ciclos de replicação produ- o pareamento das extremidades complementares. Se uma ser purificado e digerido com EcoRI. de anelamento atuam como finalizadores específicos da síntese de DNA. Se você digerir uma damente 45. fico em um segundo gene tetr.II.ragem para EcoRI especí- em quantidades iguais e sejam distribuídas aleato. é possível obter grande quanti. G ''''''''''''''' + AATTC .17). Co11sidera11do-se léculas vetores linearizadas em uma reação depen- que esses sítios de clivagem estejam distribuídos em dente de ATP catalisada por DNA ligase.576.776 (3 X 109 /65. NotI clivaria essa mo. Por que a reação em cadeia da polimerase (PCR) é são produzidas cadeias de DNA que terminam em uma técnica tão eficiente nas análises de DNA? todas as posições de nucleotídios possíveis. a chance de ocorrência de um nucleo. como mostra a ilustração. contém um sequê11cia octamérica 5 '-GCGGCCGC-3'.3' -didesoxirribonucleosídio à extremidade de DNA liga se uma cadeia nascente de D NA. C. codificador da forma cloro- donuclease de restrição que reconhece e cli''ª a plástica da enzima glutamina sintetase. resistência ao a11tibiótico ampicilina i1a célula hos- Resposta: Supondo que as quatro bases estejam presentes pedeira. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 393 tares. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. coli sensí- chance de ocorrer uma sequência dinucleotídica ' 'el à ampicilina e tetracicli11a ( amps tets).3' -trifosfatos de didesoxirribonucleosí- '''''''''''. DNA recombinantes. ex..•. AG) é igual a 1/ 4 X 1/ 4 = (1/ 4) 2 criaria uma biblioteca de DNA genômico do milho que incluísse clones com um gene gln2 completo? e a probabilidade de uma sequência octa11ucleotídi- ca específica é igual a (1 / 4) 8 ou 1/65. de clivagem para Hindi. Usando as propor- GAATTC •••••••••••••• CTTAAG ções apropriadas entre 2'-trifosfatos de desoxirribo- nucleosídio e 2'.re ser purificado NotI cliva essas moléculas de DNA. A Você também recebe uma li11hagem de E. Você recebe um vetor de Suponha que as quatro bases (G.3'-trifosfatos de didesoxirribonu- cleosídios nas reações de síntese de DNA in vitro.776 + 1 fragmentos. e um sítio de cli. os fragme11tos de restrição do milho devem NotI. Portanto. O genoma humano (haploide) contém 3 X 109 pa. Se todo o genoma humano fosse constituído ser misturados às moléculas de plasmídios cortadas de uma só molécula de DNA. Quando se acrescenta um monofosfato de 2' . ge11oma humano por NotI deve produzir aproxima- res de i1ucleotídios de DNA. forese em gel e a detecção de suas posições no gel dade de sequências específicas a partir de apenas com corantes fluorescentes são usadas para identifi- uma ou algumas moléculas. A e T) te11l1am clonagem plasmidial de E.536. Ao começar com uma car as sequências nucleotídicas (Figura 14. 5.. mas não tem sítio fragmentos de restrição difere11tes espera produzir? de clivagem para EcoRI.776 + 24 fragmentos de restrição.re vez em cada 65. O ge11e gln2 do milho. dio são usados nos protocolos de sequenciamento CTTAA G de DNA? ''''''''''' Resposta: Os 2' . O DNA vetor também de.024 hélices duplas de DNA. Como os 2' . coli com um único sítio igual prevalência e sejam distribuídas aleatoriame11. que confere te no genoma humano. zem 1. de restrição EcoRI do milho e as moléculas de DNA rão produzidos n + 1 fragme11tos. me11tares complementares (5'-AATT-3'). e 20 ciclos pro- e o acréscimo de DNA ligase produz moléculas de duzem 1.536) sítios de cli. Essa re- 24 cromossomos diferentes.3' -trifosfatos de didesoxirribonucleosídio Condicões . se. A sepa- Resposta: Como a PCR amplifica as sequências de DNA ração dessas cadeias de DNA i1ascentes por eletro- geometricamente.ragem guida. Em se- dame11te 45. Os fragmentos molécula de DNA linear for cli. Um ge11oma de 3 cortadas com EcoRI terão extremidades monofila- X 109 pares de nucleotídios de. A mistura desses fragmentos de DNA ocasiona só molécula de DNA. essa cadeia não pode mais ser alongada por causa da ausência da 3' -0H 1 1 1 ll 111 1 1 11 1 i i i i i i i i i i i i i i i necessária para o alongamento. 4. hospedeira resistente ao antibiótico tetraciclina. Como você específica (p. quantos só sítio de clivagem para Hindi. tídio específico em determinado sítio é de 1/ 4.rada em n sítios.048.536 pares de nucleotídios. a digestão completa do ação de ligação produz plasmídios recombi11antes . de clones de DNA genômico e clones de cDNA de zem? genes específicos de ''egetais e animais superiores.II do ''etor poderia ser usado para construir nante e plaqueadas em meio contendo ampicilina uma biblioteca genômica semelhante de fragmen- para selecionar as células transformadas que abri. i1ão cresce i1a presença de am. mas essa biblioteca não gam plasmídios.1) que produzem extremidades monofi- 14. Bluescript? conhecimento por enzima de restrição específica 14.1 (a) Quais são as semelhanças e11tre a introdução de 14. coli e isolado 14. clivagem para Hindi. Essas enzimas produ- filamentos simples de DNA.6 O que determina os sítios de clivagem das molécu.9 Um desses procedimentos de clonagem de seg- moléculas de DNA recombinantes em células hos.5 Qual é a utilidade das tecnologias de recombina. coli a1nps tet devem ser 1 sítio de clivagem para EcoRI. A maioria das células não é trans. Qual deles. Essa de milho no sítio EcoRI do plasmídio desorganiza o coleção de células que abrigam diferentes fragmen- gene tetr de modo que os plasmídios recombinantes tos de EcoRI do genoma do milho representa uma produzidos não conferem mais resistência à tetraci.10 Você faz parte de uma equipe de pesquisa que es- com comprimento de (a) quatro e (b) seis pares tuda a estrutura e a função de determinado gene.rel valor das endo11ucleases 14. Hindi. grande ''alor para biólogos. i1ão evoluíram para pro. na forma zem extremidades complementares idênticas em bifilamentar. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 14 .2 Nesta questão são apresentados quatro diferentes lamen tares complementares. Supo11ha que você (a) ACTCCAGAATICACTCCG tenha inserido seu gene favorito no sítio Hindi. tos de Hindi. que é o segui11te: 14. alguns dos quais contêm i11sertos com picili11a. Como excisaria seu gene favorito do vetor a frequência esperada de uma sequência de re.II (b) GCCTCATICGAAGCCTGA na região de policlonagem do vetor de clonagem (e) CTCGCCAATTGACTCGTC Bluescript com DNA ligase. 11 Compare as sequências de pares de nucleotídios de restrição para os microrga11ismos que as produ. te11ha amplificado o (d)ACTCCACTCCCGACTCCA plasmídio contendo seu gene em E. mentos de DNA estranhos tira vantagem de en- pedeiras e a mutação? (b) Quais são as diferenças? donucleases de restrição como a Hindi. portanto.rer recursos para os cien- tistas. as células de E. A primeira tarefa é preparar uma biblioteca de las de DNA por uma e11donuclease de restrição? DNA genômico que contenha clones com todo o 14. Qual é o possí. é evidente indicando que enzimas de restrição. No entanto. A inserção de fragmentos de DNA am picilina devem ser consenradas para análise. Existe um mapa de 14. deve ser clivado por uma endonucle- DNA estranhos clivados e no DNA de vetores em ase de restrição? que é i11serido o DNA estranho. meios e célu- que os ge11es codificadores de e11zimas de restrição las hospedeiras usaria. HindIII Sa/I ção de DNA e clonagem gênica para os geneticis.3 Se a sequência de pares de bases ao longo de uma uma grande quantidade de DNA do ge11e/Blue- molécula de DNA é totalme11te aleatória. Qual seria a diferença mais frequente observada? 14. Observe que o sítio transformadas com o DNA do plasmídio recombi.394 Fundamentos de Genética circulares. qual é script.12 A maioria dos genes de vegetais e a11imais clo11a- produz.II (ver Tabela 14.II em gln2. embora seu DNA co11tenha sequê11cias de dos logo depois do desenvolvime11to das tecnolo- reconhecime11to normalmente clivadas pela endo.3) . um ge11e gln2 i11tacto já que esse gene não co11tém E11tão. biblioteca de clo11es que deve conter clones com clina às células hospedeiras.8 Por que o DNA de um microrganismo não é degra- dado por uma e11donuclease de restrição que ele 14. gias de recombinação do DNA codificava produtos nuclease? sintetizados em grande quantidade em células es- .4 Quais são as diferenças entre as endonucleases de restrição da região do cromossomo i1a qual o ge11e restrição e outras endonucleases? está localizado.II do milho.7 As endonucleases de restrição são instrumentos de gene. Descreva como você prepararia essa bibliote- ca no ''etor plasmídio Bluescript ('rer Figura 14. conteria genes gln2 intactos em razão do sítio de formada e. de bases? Sua função é clonar o ge11e. Xbal Pstl EcoRI EcoRI HindIII tas? GENE 14. As células que crescem em meio contendo EcoRI do milho. EcoRI. que hibridizarão com a sonda? somo imediatamente antes da recombinação. O diagrama a seguir mostra o são os tamanhos esperados dos fragmentos de DNA pareamento desejado do plasmídio e do cromos. um gene marcador consistem em cadeias de a e 13-globina. e estudos de pacientes com FC mostraram que apro- ximadamente 70% deles são homozigotos para um alelo mutante de CF que tem uma deleção especí- fica de três pares de nucleotídios (equivalentes a um códon). O cír- culo inferior mostra uma versão mutante desse + 1 + 2 + 3 + + + 6 gene.19 O gene da fibrose cística ( CF) (localização: cromos- somo 7.14 Na ilustração a seguir. As distâncias entre sequência completa de cDNA de gln2 do milho os sítios de restrição são mostradas na escala inferior não são clivados por Hindi. A linha grossa representa a tados. a linha superior mostra Eco Pst Eco Pst Eco Pst um gene constituído de segmentos A-D. Suponha que você seja (b) Que pista mostra os fragmentos produzidos a um conselheiro genético responsável por orientar partir do DNA na célula em que houve a mutagê- famílias com histórico de fibrose cística (FC) em nese dirigida prevista? (c) Qual desses padrões de seu heredograma acerca do risco para os descen- blot seria esperado se houvesse dois crossing overs. Por que os genes desse tipo componente e qual é sua função? eram tão prevalentes nos primeiros genes eucarió- 14. bre as chances de outro caso de FC na família? lises de Southern blot. Você tenta fa- zer a mutagênese direcionada de uma célula di.000 pb 1 3. quais são os tamanhos esperados dos frag- mentos de DNA que hibridizarão com a sonda? 1 2 3 4 5 14. Qual é esse mamíferos clonados. Essa deleção resulta na perda de um (a) Que pista mostra os fragmentos produzidos a resíduo de fenilalanina na posição 508 do produ- partir do DNA na célula antes da transformação? to gênico previsto de CF. Northern blot e Western gene mutante em uma família permitiria dizer so- blot? (b) Qual é a principal diferença entre as aná. quais são os tamanhos esperados dos fragmen- A 1 BQ C 1 D tos de DNA que hibridizarão com a sonda? . dentes. Eco indica locais onde a endonuclease de restrição tase cloroplástica (gln2) do milho são clivados em EcoRI corta o DNA. Por exemplo. enquanto os clones de uma restrição são numerados de 1 a 6. região q31) foi clonado e sequenciado.II. a maioria deles tem análise da estrutura e função do ácido nucleico? conteúdo inadequado de determinados aminoá- . e o outro entre C e D? mutante CFM508 em supostos pacientes com FC 14. Como você faria o rastreamento do gene um entre A e B. No entanto. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 395 pecializadas. constituída de dois pedaços fundidos (A'-B'. digere-o tos de DNA que hibridizarão com a sonda? com uma enzima que corta em x e hibridiza o DNA (d) Se o DNA do organismo 1 for digerido por Pstl e clivado com a sonda mostrada anteriormente. 14. O EcoRI. 5. (b) Suponha que um organismo 2 tenha uma mutação que elimine o sítio 4. presente em um plasmídio.13 Os clones genômicos do gene da glutamina sinte. Se o DNA for digerido por Plasmídio Pstl. quais são os tamanhos esperados dos fragmen- Você prepara o DNA a partir das células.000 pb C'-D'). quais mutante clonado.17 Os vetores de clonagem usados atualmente con- na sintetizada em hemácias maduras de mamíferos têm uma origem de replicação.18 O desenho desse problema mostra um mapa deres- ticos clonados? trição de um segmento de uma molécula de DNA 14. quais são os tamanhos esperados dos frag- diagrama a seguir mostra os possíveis resultados mentos de DNA que hibridizarão com a sonda? (e) Se o DNA do organismo 3 for digerido por Pstl e no Southern bwt.000 pb 1 4. cerca de 90% da proteí.16 Qual é a principal vantagem da reação em cadeia da para seres humanos e outros animais em muitas re- polimerase (PCR) em relação a outros métodos de giões do mundo.20 Os grãos de cereais são alimentos importantes 14. em pares de bases (pb). 14.000 pb 5. parte da molécula homóloga a uma sonda.15 (a) Que procedimento experimental é realizado e em seus pais e parentes? O que a detecção desse nas análises de Southern blot. e os genes selecionável (geralmente um gene de resistência da globina estavam entre os primeiros genes de a antibióticos) e outro componente. e Pst indica locais onde a enzima dois fragmentos por digestão pela endonuclease de restrição PstI corta o DNA Os possíveis sítios de de restrição Hindi. (a) Suponha que um organismo 1 tenha os sítios deres- ploide por transformação de células com o gene trição 1 a 6. Northern blot e Western blot? 14. Explique esses resul. Se o DNA for digerido por Pstl.II. Se o DNA for digerido por X Sonda X Pstl. A' 1 B' C' 1 D' (c) Suponha que um organismo 3 tenha uma mutação X X que elimine o sítio 5. 0.4. e as cadeias que terminam com ddT.1. Esse resultado indica que o imagem impressa os picos são pretos). 3. Ao digerir esse plasmídio com endonuclea- maior teor de lisina no grão.0 • Ultimo Hindlll 3. 3.5 quilopares de bases de vegetais é produzir variedades de milho com (kb).5 contratado recentemente por um importante ins. registrado por uma fotocélula quando os produ- nuclease de restrição EcoRI. Hincllll 5.li 4. 2. 2.4 Desenhe o mapa de restrição definido por esses dados. isoladas para a produção do milho rico em lisina. 0. Suponha que você tenha sido EcoRI 10.9. corante tem um comprimento de onda diferente.0.26 Os aparelhos automáticos de sequenciamento de gella dysenteriae resistente ao antibiótico canamici- DNA usam corantes fluorescentes para detectar na e quer caracterizar o gene responsável por essa as cadeias de DNA nascentes sintetizadas na pre- resistência. Assim. 3.7. lisina. Esse clone de cDNA não é clivado pela endo. 2.0.6 a isolar um clone da sequência de ácido nucleico BamHI + Hindi. Como pré-requisito ses de restrição BamHI.22 Você isolou um clone de cDNA codificador de te corante fluorescente.0.EcoRI e Hindlll do cromossomo de DNA bifilamentar de um pe- EcoRI Hindlll Hindlll BamHI BamHI eBamHI queno vírus. Nas reações de hibridização por bwt do DNA genômico digerido sequenciamento clássicas.0 tituto de pesquisa de plantas nos EUA e instruído BamHI + EcoRI 6. 8.23 Uma molécula linear de DNA é submetida a diges- sa da sequência de um segmento curto de DNA é tão simples e dupla por endonucleases de restrição a seguinte: e são obtidos os seguintes resultados: Enzimas Tamanhos dos fragmentos (em kb) Primeiro nucleotídio EcoRI 2.7. 0.5. 12.0.6.2. to-molde de DNA? Os resultados são (os tamanhos dos fragmentos es- tão em kb): 14. vermelha.4.7.0. 2.5. as cadeias genoma do eucarioto em questão contém três có.0. e Qual é a sequência nucleotídica do filamen- os produtos são separados por eletroforese em gel. as cadeias pias do gene codificador da proteína de interesse? que terminam com ddA. azul-clara. verde.25 Você está estudando uma molécula de DNA de te. 0. obtêm-se logos moleculares necessitam de mais informações fragmentos de restrição lineares com os seguintes básicas sobre a regulação da biossíntese e a ativida- tamanhos: de das enzimas participantes da síntese de lisina.9 nucleotídio EcoRI e Hindlll 1. triptofano e treonina do m ilho é insuficien- 14.9. 0.6.7. a quantidade de DNA. 7. A fluorescência de cada uma proteína de interesse em um eucarioto supe. patível com seus dados. os bió- e em todas as combinações possíveis.27 Dez microgramas de um fragmento de restrição Hpal com dez pares de nucleotídios foram isolados EcoRI e .0. 2. 0. EcoRI e Hindlll. BamHI 7. um importante objetivo dos geneticistas plasmídio circular com 10. A Enzimas Tamanhos dos fragmentos (em kb) primeira etapa da via anabólica específica da bios- síntese de lisina é catalisada pela enzima di-hidro. rior. 1. observam-se três bandas radioativas no nam com ddG têm fluorescência azul-escura (na Southern bwtresultante. cada um deles marcado com um diferen- 14. 3.0. . 2.2 dipicolinato sintase. 6.396 Fundamentos de Genética cidos essenciais para animais monogástricos como Desenhe o mapa de restrição dessa molécula de os seres humanos.17). 3.7. Por exemplo. que terminam com ddC. Qual é a sequência nucleotídica do filamento nas- 14.4.0.li 4.24 Uma molécula circular de DNA é submetida adi- cente de DNA? gestão simples e dupla por enzimas de restrição. Quando esse cDNA tos das reações são separados por eletroforese ca- é usado como sonda radioativa para análise de pilar em gel (ver Figura 14. A imagem impres- 14.3. (ddX). Caudas poli(A) de oito nucleotídios 8 5 12 6 6 6 foram acrescentadas às extremidades 3' dos dois 4 4 6 4 5 filamentos usando a enzima transferase terminal 3 2 1 e dATP. isto é. 2. BamHI + EcoRI + Hindi. 6. 4.9. 14. 2.21 Você acabou de isolar um mutante da bactéria Shi- 14.5 codificadora da di-hidrodipicolinato sintase no mi.5 rentes que poderia usar na tentativa de isolar esse Desenhe um mapa de restrição do plasmídio com- clone e inclua pelo menos um método genético. as cadeias que termi- por EcoRI.1 lho. Elabore um protocolo que use a sele- sença dos quatro finalizadores de cadeia didesoxi ção genética para identificar o gene de interesse. EcoRI + HindI.11 4. Descreva resumidamente quatro técnicas dife. 7. 3'-trifosfatos de didesoxinucleosídio Nucleotídio: 1 10 Genômica na Web em http://www.549 doenças genéticas humanas. A fluorescên- 5-X X X X X X X X X XAAAAAAAA-3' cia de cada corante tem um comprimento de onda diferente. . DNA ocorre sempre na direção 5' ~ 3' e que a lei- to de DNA. terminam com ddA. Lembre-se de que a síntese de Foram preparadas duas reações de sequenciamen. azul-clara. vermelha.3 '-trifosfato de didesoxirribonucleosí. minam com ddT. cujo molde era o poli(T) sintético.2) examinaremos um isoladas obtidas de pré-embriões de oito células? teste de DNA para genes mutantes causadores de doença Dica: No site do NCBI. e as cadeias que ter- deia por 2' . dATP um corante fluorescente diferente. Existem testes de DNA para genes mutantes causadores digite "DNA tests for mutant alleles" no campo de busca. as cadeias que termi- tar a X. as cadeias que sequenciados pelo método de finalização da ca. em OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) e 1. mas X' é sempre complemen. Na reação nucleotídios usuais.cada um deles marcado com t terminal transferase. da esquerda para a direita no resultado impresso. cite algumas das doenças para as quais informações sobre 607 laboratórios que oferecem testes existem testes de DNA atualmente? para 1. clique em Human Genome. As reações foram iniciadas com um octâmero na reação de sequenciamento 1. tura da sequência do filamento nascente é 5' ~ 3' son molde/iniciador mostrado.org para obter afirmativo. nha o filamento Crick molde/iniciador.nih.nlm.17). ddCTP. de outras doenças humanas hereditárias? Em caso Visite também o site http:/ /www. a reação 2 conti. isto é. As duas reações de sequenciamento continham DNA poli- merase e todos os outros substratos e componen- tes necessários para a síntese in vitro de DNA. A reação 1 continha o filamento Wat. analisamos um teste de DNA para um 3. as cadeias ''Watson" e filamento "Crick") foram separados e que terminam com ddC. depois de Huntington. Cite algumas das técnicas moleculares usadas nesses testes de DNA: eletroforese em gel. Southern bwt.ncbi. 5'-TTTTTTTT-OH I 1 1 ' Filamento Crick Nucleotídio: 1 10 5'-X X X X X X X X X XAAAAAAAA-3' Desenhe a imagem esperada na reação de sequen- HO-T T T T T T T T-5' ciamento 2. no quadro a seguir. além 1 1 dos quatro 2' . filamento Watson. de sequenciamento clássica. registrado por uma fotocélula quando 3' -AAAAAAAA X' X' X' X' X' X' X' X' X' X' -5 ' os produtos das reações são separados por eletro- em que X e X' podem ser qualquer um dos quatro forese capilar em gel (ver Figura 14. PCR. e no Capítulo 16 (Figura 16. Capítulo 14 1 Técnicas de Genética Molecular 397 5' -X X X X X X X X X X-3' finalizadores de cadeia usuais . nam com ddG têm fluorescência azul-escura (na Os dois filamentos complementares (filamento imagem impressa os picos são pretos). 3' -X 'X'X'X'X'X'X'X'X'X'-5' ddATP e ddGTP . verde.ddTTP. cujo molde era o filamento Crick. 2. O resultado impresso dio. é a seguinte: Filamento Watson 3'-AAAAAAAA X'X'X'X'X'X'X'X'X'X'-5' .gov Neste capítulo. Esses testes são confiáveis? Podem ser aplicados a dos alelos mutantes mais prevalentes causador de fibrose células fetais obtidas por amniocentese? As células cística.genetests. Em maio de 2010. citológicos e dos ossos. Na verdade. onde foram descobertos os primeiros fósseis ciar o genoma do homem de Neandertal .é usar o DNA extraído de Neandertal.000 a 30. como os mamutes-lanosos lhueta vazada de um homem de Neandertal em um monumento em descobertos na Sibéria. 28. e talvez no Orien- te Médio há 80. . Como os cientistas podem sequenciar o DNA de uma espécie extinta? Uma possibilidade é encontrar amostras congela- Foto de um homem que passeia com o cachorro visto através da si- das e muito bem preservadas em gelo. obteve-se uma resposta afirmativa quando uma equipe de pesquisa internacional liderada por Svante Paabo publicou aproximadamente dois terços da sequência do genoma neandertal.000 anos atrás.até há muito pouco tempo. O genoma do homem de Neandertal 1 Revelações sobre • nossos ancestrais Acredita-se que os homens de Neandertal (Homo neandertha- lensis) sejam nossos parentes mais próximos na escala evolutiva. . Eles viveram na Europa e na Asia entre cerca de 130.usada para sequen. há cerca de 40. A outra possibilidade . O nome Neandertal foi usado para denominá-los porque eles foram reconhecidos depois que cientistas estudaram um crânio e outros ossos encontrados por mineiros na Alemanha.000 anos. com troca de genes.000 e. a grande questão sempre foi: houve reprodução. Projeto genoma humano na Croácia. de acordo com os registros arqueológicos de cavernas na região. tinham ferra- mentas semelhantes e usavam lanças para caçar cervos e gazelas. Mettmann. em alemão). Os homens de Neandertal coexistiram com nossos ancestrais na Europa no período de 45. no Vale Neander {Neandertal. tanto os homens de Neandertal quanto os primeiros humanos viviam em cavernas. Assim.000 anos. Alemanha. e os pesquisadores con- Clonagem de genes pela posição no mapa seguiram sequenciar fragmentos de DNA extraídos dos ossos de três fêmeas de Neandertal que viveram na caverna Vindija. quando foram extintos. talvez.000 anos atrás. A e enom1ca PANORAMA Genômica 1 Considerações gerais Correlação de mapas genéticos. entre nossos ancestrais e os neandertais? Paleoantropolo- gistas nunca haviam chegado a um consenso sobre a resposta a essa pergunta . Paabo e seus colaboradores reuniram quase dois terços do genoma Genômica comparativa do homem de Neandertal. Os ossos contêm DNA que permanece intacto mui- físicos de cromossomos to tempo depo is da morte do animal. Graças ao sequenciamen- Ensaios de RNA e proteína da to repetido de fragmentos curtos de DNA e à retirada cuida- função genômica dosa de sequências de DNA microbiano contaminantes. os novos apare- tica: o fermento do pão. . . ram o DNA dos denisovanos de um osso do dedo e de um dente Agora que a pergunta sobre a reprodução entre homens de Ne. No entanto. o chim- quências genômicas completas de vários seres humanos. que houve intercruzamento dos denisovanos com os ancestrais . Um dos objeti. genes de europeus e asiáticos. que é o organismo hospedei. ''írus incompletos ta do genoma huma110 até 2005.relou. causador da forma mais perigosa de malária. o exti11to homem de nomas de pessoas que representam grupos ancestrais de . O resultado foi seres humanos e neandertais? A equipe que pesquisa o genoma um tanto surpreendente. 201 cloro. nem sempre o sequenciamento foi rum. primos dos ne- . 735 plasmídios. 1. Saccharomyces cerevisiae. 2. França. e cerca de Por fim. as e viroides. foram sequenciados os geno. de DNA ocorridos durante as duas últimas décadas tor- A lista de eucariotos cujos genomas foram sequen. e o tão fácil. nucleotídios do tRNA da alanina de levedura (ver Figu- O bicho-da-seda (Bombyx 1nori). bem como alguns pontos de referê11cia vertebrados: o camundongo (Mus 1nusculus) . Capítulo 15 1 Genômica 399 Depois de montar quase 60% do genoma neandertal. duas primeiras versões da sequência . . do genoma de nosso pare11te vivo mais próximo. derivado do genoma den isovano. intercruzamento de neandertais e seres humanos há cerca de andertais. 99% do DNA eucromático foi divulgada em outubro de Estão em andamento projetos de sequenciamento de ou.de um organismo em um único experimento. O sequenciamento tros 630 genomas eucarióticos. o chimpa11zé (Pan troglodytes). a sequência do genoma até hoje indicam que 4. a equi. que viveram na Asia no período de aproximadamente ' 80.o genoma completo mais próximo. no planeta? Que genes humanos evoluíram desde a divisão entre ' ' Africa do Sul e Africa Ocidental. a mos. tulo 14). lhos de sequenciamento de segunda geração possibilitam ca-das-frutas. mas explorou 110 máximo três genes nha doméstica ( Gallus gallus). ganhador do Prêmio Nobel de mosquito Anopheles ga1nbiae. foram publicados todo o mundo. mas 400.já haviam sido determinadas as sequências mano era determinar a sequência nucleotídica comple- nucleotídicas completas de 2.000 anos atrás. humanos? O que causou a extinção do homem de Neandertal pe de pesquisa comparou a sequência com as sequências de cin. Os geneticistas atuais podem estu. levou vários anos para identificar a sequência de 77 ro principal responsável pela tra11smissão dessa doe11ça.ros origi11ais do Projeto Genoma Hu- reiro de 2011.362 mitocôndrias.000 anos.da China. mais próximo na escala evolutiva. depois que os seres humanos deixaram a Africa. o galo-banquiva . e as sequências estão sendo uma sequência quase completa do genoma humano com montadas para formar sequências genômicas completas. o baiacu japo11ês (Fugit ru- em cada cruzame11to. a ratazana no estudo dos genomas. e já estão disponíveis as se.585 vírus. Eles descobriram que 1 a 4% dos necessário pesquisar mais para avaliar seu significado. Os paleoantropologistas acreditam ' antes de se dispersarem na Europa e na Asia. 1 ano antes do prazo original.uma feita por um plastos.1 . . está na lista. Robert Holley. Aonde vamos agora? O próximo ca da evolução humana? Que genes tornam "humanos" os seres genoma sequenciado será o de Lucy? Gregor Mendel estudou os efeitos de sete ge11es sobre os (Rattus norvegicus). Em feve. Ao que se re. Papua-Nova Guiné.8% do DNA da população da Nova Guiné é do homem de Neandertal pode solucionar outras dúvidas acer. assim como vários sequenciamento. como foi discutido 110 Capítulo 9.500 ge. Portanto. bripes).318 bactérias ''erdadeiras e co11sórcio público e a outra por uma companhia privada 41 eucariotos. 2004. Na verdade.ancestral da gali- traços das ervilhas. Além disso. Drosophila 1nelanogaster e a planta Arabidopsis sequenciar genomas humanos completos em 1 dia (Capí- thaliana. foi concluído em 2006. mas não de africanos. Neandertal (Ho1no neanderthalensis) . Agora. 94 arqueobactérias.000 a 50. Agora os cientistas extraí- período de intercruzamento não contêm sequências neandertais. e nossa própria espécie (Homo sapiens).foram publicadas em fevereiro de 2001. possibilidade de seque11ciar um genoma huma110 comple. porque uma comparação anterior das do homem de Neandertal identificou alguns genes que podem ser sequências de DNA mitocondrial das duas espécies não mostrou importantes para distinguir as duas espécies. quantidade de dados sequenciais. o objetivo do dois terços da sequência do genoma de nosso parente Projeto 1. e fez com que o ser humano se tornasse a espécie dominante co seres humanos vivos . no entanto. Os resultados obtidos andertal e seres humanos foi respondida. 1968. Esses resultados indicam que houve tentando reconstituir o genoma dos denisovanos. são herdados Esse é o fim da história? Não! Atualmente os cientistas estão do homem de Neandertal. mas dos seres humanos que permaneceram na Africa depois desse dos atuais habitantes da Nova Guiné. mas de outros 370 eucariotos. encontrados em uma caverna na Sibéria. Alguns dos principais avanços 11a tecnologia de ponto de vista econômico. um inseto importante do ra 12. 11osso parente vivo dar a expressão de todos os genes . respectivamente. associados ao desenvolvimento cognitivo e ósseo. são destacados na Figura 15. Os rápidos avanços da tecnologia de sequenciame11to to ao custo de apenas mil dólares 110 futuro próximo. Eles incluem genes nenhum vestígio de sequências de DNA humano no DNA mito. Inclui ainda o protozoário Plas1nodiu1n falcipa. alguns cientistas preveem a em 2010. Na verdade. naram possível que os pesquisadores reunissem grande ciados inclui importa11tes organismos-modelo em gené. panzé (Pan troglodytes) .000 Genomas é sequenciar 110 mínimo 2. os geno.12). é condrial neandertal e vice-versa. 000 1998 PerkinElmer. .000 Messing: desenvolveu vetores de clonagem Ml3 •Aplicação do sistema de clonagem. •I ntrodução do conceito de sequenciamento por PCR. todas as etapas do sequenciamento de DNA eram manuais. 1979 Goad: propôs o protótipo do GenBank 1980 15. • Eficiên eia 1996 Consórcio internacional de cientistas: sequenciamento do primeiro genoma pb/máquina/dia de 1evedura eucariótica •Celaborações entre equipes de cientistas. 1. as 150 amostras foram marcadas e a quantidade de material necessária foi menor. •Usou-se o conceito de síntese com iniciador e eletroforese 2D. A princípio. foi necessário usar grande quantidade de amostra. o que tornava o processo muito trabalhoso.000 1986 Hood: desenvolveu o sistema de sequenciamento parcialmente automatizado •As reações de sequenciamento foram otimizadas. Hoje os aparelhos de sequenciamento totalmente automáticos aumentaram muito sua eficiência. 15 1970 Wu: sequenciou o DNA da extremidade coesiva de Â. 100.000. !Ilumina. Mouse Genome Sequencing Consortium: primeira versão da sequência do genoma do camundongo • 2004 lnternational Human Genome Sequencing Consortium: sequência Eficiên eia quase completa (99% da eucromatina) do genoma humano pb/máquina/dia Domínio das máquinas de sequenciamento da "próxima geração" - 25 bilhoes -454. 1977 Sanger: desenvolveu o procedimento de sequenciamento por terminação didesóxi. •A eletroforese em gel de poliacrilamida foi usada para separar fragmentos de DNA. SOLiD 2010 Publ icação da sequência de mais de 60% do genoma do homem de Neandertal • FIGURA 15.50o Gilbert: desenvolveu o protocolo de sequenciamento por degradação química •Desenvolvimento dos conceitos de finalização da cadeia e degradação química.400 Fundamentos de Genética Avanços importantes no sequenciamento do DNA 1868 Miescher: descobriu o DNA 1944 Ave ry: demonstrou que o DNA era o "material genético" • Eficiên eia 1953 Watson e Crick: descobriram a estrutura de dupla hélice do DNA pb/pessoa/ano Holley: sequenciou o tRNAA'ª de levedura 1 1965 • Métodos específicos de digestão do RNA e cromatografia foram usados para sequenciar o RNA. 2002 Cientistas do lnternational Rice Genome Sequencing Project e de Syngenta: pr1• meiras versões das sequências genômicas de duas subespécies de arroz.000 •Aplicação de estratégias de sequenciamento variadas e início do tratamento de dados assistido por computador. lnc. 1.000 .: desenvolveu sequenciador de 96 capilares •O sistema de sequenciamento por eletroforese de 96 capilares totalmente automático torna-se disponível para laboratórios de pequisa. 1998 Seq uência completa do genoma de Caenorhabditis elegans 1 Seq uência completa da porção eucromática do genoma de Drosophila 2000 melanogaster Sequência completa do genoma de Arabidopsis thaliana 2001 Cientistas do lnternational Human Genome Sequencing Consortium e de Celera Genomics: publicação das primeiras versões da sequência do genoma humano. 150. 25.. alguns dos desenvolvimentos tecnológicos que aumentaram a produtividade dos sequenciadores e alguns marcos no sequenciamento do DNA.000 1990 Watson: início do projeto genoma humano 1995 Venter: sequenciamento dos primeiros genomas bacterianos •Aplicação de instrumentos automáticos de sequenciamento fluorescente e operações robóticas ao processo.1 Avanços na eficiência do sequenciamento de DNA. betaglobina humana)] mostra 948 resultados em PubMed Central O conteúdo do banco de dados cresceu muito desde a criação (artigos completos e gratuitos de periódicos).os National Institutes of Health (NIH). A maioria é resultado Microarranjos . NCBI: www. Outros procedime11tos usam Portanto. para identificar esses genes tornaram-se paradigmas me- A disponibilidade de todas as sequências genômicas todológicos para a identificação de muitos outros genes abriu as portas para análises bioinformáticas e para es. cromossomos e genes associados ao câncer. E preciso saber extrair informações deles . dos na Europa e no Japão.gov. nômica. teve a ideia de criar um banco nado PubMed. de SNP (polimorfismos de nucleotídio único). A discussão de todos os bancos de dados que podem ser pes- tídios (Figura 1). físico do Los Alamos National Labora. Comecemos na home page do apenas os bancos de dados de sequências de DNA e proteínas. continha mais de 117 bilhões de pares de nucleo. em 1984.fcgi (ver Em foco: GenBank).de genes (veja a seção Genética re\rersa. De 1982 a 1992. No fim de 1982. e a página de busca mostra o sponsáveis por sua manutenção no LAN L.isto é.nlm. esses dados são públicos e estão dispo11íveis para sequê11cias nucleotídicas conhecidas para dissecar \rias qualquer pessoa que queira usá-los. polimorfismos de nucleotídio único.e órgãos equivale11tes em outros países. Primeiro é preciso se conectar.relacionados com doenças em seres humanos. Façamos uma pesquisa no Entrez para ilustrar seu funciona- gramas de busca e recuperação que examinam os bancos de dados mento. em 1980. é possível pesquisar simultaneamente em cidas. e muito mais. "ga. formações cruzadas globais do NCBI. terapia genomas de interesse. cie11tistas da computação e ge11eticistas identificaram os ge11es defeituosos respon- biólogos moleculares que trabalham nessa especialidade sáveis por dois trágicos distúrbios huma11os. recidos gratuitame11te na internet em http:/ / vvww. Depois.gov/ entrez/ query. quência nucleotídica de um segmento de DNA de um organismo porcionou aos cientistas um importante instrumento de pesquisa.rulgação das se. mas também um enorme banco de dados bibliográficos. mas. Matemáticos..gov/entrez. O desenvolvimento de pro. estruturas macromolecula- o DNA DataBank of Japan (DDBJ). mostrou. Goad e seus colegas inseriram sequências todos esses bancos de dados usando a ferramenta de busca de in - no banco de dados .. Abrange não ção de sua sequência como dado. A necessidade desse tipo de softwa. Esse processo requer da evolução. neiro de 2011 .jeto Genoma Humano e veremos como as comparações rimpar" os ba11cos de dados .nlm.ncbi.Huntington e fibrose cística.ncbi. Suponha que você tenha acabado de determinar a se- à procura de sequências semelhantes às sequências inseridas pro. que contém a maioria dos periódicos de medicina de dados que contivesse todas as sequências de DNA conhe. sequências expressas. e biologia. 110 Capítulo 16). Capítulo 15 1 Genômica 401 Atualmente. EMBL e DDBJ uniram forças e formaram o lnternational Nucleo. que possibilita a pesquisa quências genômicas completas. doença de desenvolvem algoritmos de busca que extraem informa. a Natio. Veremos também como os bioi11formática.rema. ~ técnicas usados para estudar a estrutura e a função dos E claro que não basta dispo11ibilizar os bancos de da. os "resultados") em cada banco dos é mantido pelo National Center for Biotechnology lnforma. do NCBI. se- tide Sequence Database Collaboration.nih. Atualmente. se inestimável. em ja. Hoje. e. o GenBank continha sultados de nucleotídios (sequências no GenBank). e assim por diante. simultânea nos três bancos de dados.inclusi. quisados com Entrez está muito além do âmbito deste livro. ou se . Neste capítulo discutiremos alguns dos métodos e i1lm.e foram re.nih.possibilitam que os cientistas investiguem simulta11ea- me11tais .agora denominado GenBank . GenBank. Walter Goad. examinaremos ou- um software que explore as vastas sequências de DNA em tros avanços técnicos .análise do perfil de DNA.re os denominados chips gênicos de projetos de pesquisa financiados por órgãos go. 726 resultados 680. o sistema de recuperação Entrez. A quantidade de informações a busca BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) com a inser- disponíveis no site do Entrez aumenta a cada ano. que é parte da National Library of Medicine (NLM) dos por "HBB" [abreviatura de human beta -globin gene (gene da nos National lnstitutes of Health (N IH) em Bethesda. Maryland.e analisar as informações dos genomas podem contribuir para nossa compreensão extraídas com eficiência e precisão. semelhante às sequências encontradas em algum banco de dados. denomi- tory (LANL). GenBank m 1979. no Novo México. e bancos ratory (EMBL) Data Library foi criado na Alemanha.ncbi.mente a expressão de todos os genes de um organismo 11al Scie11ce Foundatio11 (NSF) e o Department ofEnergey (\reja a seção Ensaios de RNA e proteínas da função ge- (DOE) nos EUA. res tridimensionais. Esse sistema está disponível gratuitamente em Um dos mecanismos mais rápidos para obter essa informação é http://www. examinaremos o progresso espetacular do Pro- ~ dos. há um acúmulo diário de quantidades tudos funcionais dos ge11es contidos i1essas sequências. 1. Por exemplo.725 re- por Goad e seus colegas. comendamos que você visite o site e explore os bancos de dados.nih. vegetais e animais. Eles incluem os bancos PubMed e DNA já mencionados.gênica humana e a produção de microrganismos trans- re gerou uma i1ova especialidade científica denominada gê11icos. esse banco de da. Re- Bancos de dados semelhantes ao GenBank também foram cria. enormes de dados sobre sequências. No próximo capítulo. 57 livros.338 pares de nucleotídios de DNA sequenciado.ge11omas. de dados. neste capítulo).metabólicas por "inibição" ou desativação da expressão quências foi realizada pela criação de bancos de dados ofe. de interesse e queira saber se esse DNA já foi sequenciado ou se é Em particular. uma busca em todos os bancos de da- tion (NCBI). e de dados de sequências de proteínas. O European Molecular Biology Labo. número de itens encontrados (i. A di. Os procedimentos usados ções dos dados das sequências de DNA e proteínas. para o o 122. selecione" BLAST" na lista Popular Resources e. 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Genômica Considerações g. dê um nome à pesquisa no 110 125 campo "Job Title" (p.. no fim de 1982. Aparen- Os geneticistas usaram o termo geno1na dura11te mais de temente. C/) 60 -o com número de acesso M84706. Selecionemos a sequência de número 6. As ordenadas à esquerda e à direita mostram o tamanho da coleção em número de sequências de DNA (vermelho) e número de pares de nucleotídios (azul)._ e_ra_is_ _ _ _ _ _ _ _ _ __ A genômica é a subespecialidade da genética que se dedi. Se clicar em "Free Fu ll Text".. 30 35 25 30 • FIGURA 1 Expansão do GenBank desde seu início. Essas duas sequências são membros de uma família 70 85 ~ C/) Q) de genes que codifica um grupo de proteínas muito semelhantes ~ C/) 80 -'º . Já o termo genômica é relativamente i1ovo.. Observe que a sequência consultada é exatamente igual às seis primeiras sequências e é diferente das sequências 9 80 90 a 12 (o gene da [38 tu buli na de A. até 201 1. Para ler uma cópia dessa publicação.9 milhões.<O basta clicar no número do artigo PUBMED (1498609). 90 bidopsis thaliana._ Q) 50 60 a." Agora. z Suponha que você queira saber mais sobre as sequências iden. Primeiro. informações genéticas ou um conju11to completo de cro- ca ao estudo da estrutura e da função de genomas inteiros. Devem incluir uma lista de sequências produtoras de alinhamen. As seis primeiras sequências são sequências do mesmo gene 105 obtidas de maneira independente.s:::. 135 5' -ATGAGAGAAATICTICATATICAAGGAGGTCAGTGCGGAAACCAGATCGG 115 AGCTAAGTTCTGGGAAGTTATTTGCGGCGAGCACGGTATTGATCAAACCG-3' 130 Antes de clicar no botão "BLAST!". mossomos (mo11oploides ou haploides) de um orga11is- mo. as demais são sequências independentes de 100 genes intimamente relacionados na mesma espécie e em espécies 85 95 relacionadas. ex. Cole a seguinte sequência na caixa de busca.. clique no número de acesso. você 45 55 poderá baixar uma cópia de todo o artigo. Sem 45 esses instrumentos. Depois. 105 120 Os resultados devem aparecer em aproximadamente 10 segundos. 40 poníveis atualmente. clique no botão "BLAST!". ·- <O u 70 C/) Q) e: <Q) C/) <O Você será levado a uma página com a sequência apresentada ao ::J . em seguida. "nucle- 120 140 otide blast". Essa breve exploração do site Entrez ilustra a capacidade e a 50 40 conveniência do software e os bancos de dados disponíveis.o cr 55 Q) GenBank junto com informações sobre a sequência e a publicação Q) (/) 65 -o C/) original (Snustad et ai. respectivamente. O número de sequências diferentes aumentou de 606. 100 115 tos relevantes (sequences producing significant alignments) e o ali- 95 110 nhamento de cada sequência com a sequência usada na consulta. 1992). . a palavra genomics foi cunhada em 1986 por sete décadas para denominar uma cópia completa das Thomas Roderick para de11ominar a subespecialidade da . E 75 a ~ Q) tificadas em sua busca. seu nome) e escolha "Nucleotide collec- tion (nr/nt)" como "Database.402 Fundamentos de Genética registrar. o gene da [39 turbulina de Ara. :. thaliana) em 12 posições de nucleotídios.õ com funções iguais ou muito similares. se for a primeira vez que usa o software no site..s:::. aparecerá o Abstract do artigo. Q) 65 ~ <t: 'º . em 1982. os geneticistas estariam em apuros para en- 35 centrar um sentido no grande número de sequências de DNA dis. no início de 2011.. eles ancoram o mapa ses . estágios de crescimento e desenvolvimento ou em res- criptoma. thaliana. Na verdade. 1 Correlação de mapas genéticos. Capítulo 15 1 Genômica 403 genética responsável por mapear.egans e A.2. citológicos e físicos de cromossomos As localizações cromossômicas de genes e de outros combinação. Os mapas físicos E preciso lembrar que os mapas genéticos (Figura 15. A genômica funcional inclui análises do trans. ao sequenciamento e à análise funcional e comparativa dos genomas.Genomics . Os mapas genéticos com marcadores nas frequências de recombinação.entre sítios nas moléculas de nes humanos responsáveis pela doença de Huntington e DNA gigantes presentes em cromossomos. O objetivo dessa pesquisa é construir citológicos. cionados com mapas citológicos (padrões de bandas) dos Os marcadores mapeados genética e fisicamente são co- cromossomos (Figura 15. quilobases (kb. Esses instrumentos novos e genoma.o estudo da evolução do completos . do fragmento de restrição [RFLP]).mapas genéticos de alta características citológicas ou distâncias físicas. nes mapeados geneticamente ou RFLP no mapa físico. com os mapas genéticos e citológicos usando (1) PCR .2. densidade . genômica funcional .2. sítios marcados por sequência (STS) (Figura 15.000 pb) e megaba- mos o uso da clonagem posicional para identificar os ge. centro) são baseados nos padrões de ban- da pesquisa genômica. centro à direita) da disponibilidade de mapas detalhados das regiões dos e sequências nucleotídicas exclusivas conhecidas como cromossomos onde estão os genes de interesse. físico ao mapa genético. os pesquisadores monitorem a expressão de genomas noma. melanogaster. de cromossomos também podem ser correlacionados esquerda) são construídos a partir das frequências de re. eficientes prometem oferecer muitas informações sobre nas codificadas por um genoma.o estudo da estrutura do hibridização em arranjo e chip gênico possibilitam que genoma. Na verdade. co. direita). C. abordare. mapas detalhados do genoma humano e de genomas de Os mapas físicos de um cromossomo podem ser cor- importantes organismos-modelo. cujo objetivo é determinar as estruturas e fun- as funções de genomas inteiros e para nomear um novo ções de todas as proteínas de um organismo. a genômica genes e o mecanismo como interagem entre si e com o funcional gerou uma especialidade totalmente nova. Os mapas físi- pela fibrose cística. sequenciar e analisar proteômica. no Capítulo 16. Os genes clonados podem ser posiciona- mapas genéticos e fisicos correlacionados com marcado. em cima à direita) analisados no foi amplamente usada em muitas espécies.2. relacionados de várias maneiras aos mapas genéticos e e/. E possível fazer correlações entre os ma- o genoma. deamento dos cromossomos observados ao microscópio nhecido como clonagem posiciona~ pode ser usado para depois do tratamento com vários corantes (Capítulo 6). sendo 1 centiMorgan (cM) igual à distância marcadores moleculares podem ser mapeadas com base que produz uma frequência média de recombinação de 1 % (Capítulo 7). por hibridização in situ (veja o res distribuídos a intervalos relativamente curtos em todo Apêndice C). o conjunto completo de RNA transcritos de um posta a alterações ambientais.geralmente são construídos usando mar- cadores moleculares como fragmentos de restrição de A capacidade dos cientistas de identificar e isolar genes diferentes comprimentos (polimorfismos do comprimento com base em informações sobre sua localização no ge. embaixo cipais esforços concentraram-se no desenvolvimento de à direita). posições relativas às dispostos a intervalos curtos . o conjunto completo de proteí. dos no mapa citológico . inclusive em Capítulo 14.2.2). a ambiente. e vice-versa.mapas nas seções subsequentes deste capítulo. a genômica funcional está em talhados dos genomas. PONTOS ESSENCIAIS • A genômica é a subespecialidade da genética dedicada ao mapeamento. esse método.a.2. A clonagem posicional restrição (Figura 15. periódico . os prin.o estudo da função do ge. ses (mb. pares de bases (pb). cos geralmente contêm as localizações de clones genômi- Como a utilidade da clonagem posicional depende cos superpostos ou contigs (Figura 15. 1.em vários genoma. Em princípio. Trataremos da construção des. e genômica comparativa . Os mapas citológicos noma foi uma das primeiras contribuições importantes (Figura 15. pas genéticos e físicos pela localização de clones de ge- 1. nhecidos como marcadores âncoras. e do proteoma. a subespecialidade genômica foi uma fase de crescimento explosivo.todos os genes de um organismo . No caso dos genomas humanos e de Drosophi. Novas tecnologias de dividida em genômica estrutural . tas de muitos organismos. como D.dedicado à divulgação de novas Enquanto a genômica estrutural está bastante avança- informações dessa subespecialidade. 1 milhão de pb) . como os mapas de conhecido em qualquer espécie. ~ da e já identificou as sequências nucleotídicas comple- A medida que surgiram mapas e sequências mais de. são baseados nas distâncias moleculares - seres humanos. os mapas genético e físico também podem ser correla. identificar e clonar qualquer gene com efeito fenotípico Os mapas físicos (Figura 15. VNTR . 4 mesmo modo que outros marcadores genéticos.SstI Mapa de RESTRIÇÃO {RFLP) E REPETIÇÃO CURTA 5 restrição -.404 Fundamentos de Genética kb MAPAS DE POLIMORFISMO DO cM mb o -. ajudaram contigs muito a construção de mapas genéticos detalhados para 75 3 RFLP2 .. mossomos homólogos visíveis em géis ou detectados em autorradiografias de Southern bwts produzidos a partir dos . com os fragmentos de ambos os cro- mapas de restrição. Os em cruzamentos.. néticos) e mapas citológicos..EcoRI COMPRIMENTO DO FRAGMENTO DE o o -.. Esses polimorfismos \ \ 500 2 Mapa de do comprimento do fragmento de restrição. mapas de contigs e mapas de STS (sítio marcado por sequência} são descritos no texto.. ge1s.3A). Os RFLP são mapeados do . Outra técnica usa sequências procedimento para construir um mapa inicial de aproxi- curtas de cDNA (cópias de DNA do mRNA) ou etiqueta madamente 2. .geralmente 200 a 500 pb.costuma exibir RFLP. o DNA de diferentes indivíduos . também conhecidos como minissa- mossomos. em (ver Figura 14.EcoRI Quando mutações modificam as sequências nucleotí- Gene x ..125 ---. 125 para construir mapas genéticos detalhados. ou centiMorgans (cM). diferen- Gene y -100 100 \ tes ecotipos (linhagens adaptadas a diferentes condições \ kb ambientais) e diferentes linhagens endogâmicas de uma o espécie contêm muitos RFLP que podem ser usados STS 1 Gene z . los mutantes espontâneos em famílias para estimar as (2) Southern bwts. para relacionar essas sequências com distâncias no mapa. . As distâncias no mapa genético baseiam-se nas Os próprios RFLP são os fenótipos usados para classificar frequências de crossing over e são medidas em porcentagem de re. porém. Com frequência... corados Mapa Mapa Mapa STS 3 Tipos de com brometo de etídio e observados sob luz ultravioleta. distâncias de mapa. Essas o . Em seres humanos.38).. de sequência expressa (ES1).2 radioativas em Southern bwts genômicos (Figura 15. Em seres humanos. Alguns RFLP são observados di- 500 de STS STS 2 retamente quando os fragmentos no DNA digerido são RFLP3 -150 150 separados por eletroforese em gel de agarose. Essas sequências heredograma não estejam ou estejam ligados por várias âncoras exclusivas curtas são denominadas sítios mar. O mapeamento com base no here- os clones superpostos nos mapas físicos e (3) hibridiza. como sondas de hibridização A Figura 15. Na verdade. terminado sítio em um cromossomo é muito variável. também conhecidos média.000 mapas Outros RFLP só são detectados pelo uso de cDNA espe- físicos cífico ou clones genômicos como sondas de hibridização • Correlação de mapas genético. para determinar suas localizações cromossô.. ou RFLP. ' · -~ . um cromossomo. eles são 1000 segregados em cruzamentos como alelos codominantes..50 .até mesmo parentes Mapa . denominados repetições em série em razoável entre as duas em regiões eucromáticas dos cro...HíndIII EM SÉRIE {STR) 10 -. \ 50 YAC fragmentos de DNA produzidos por digestão por várias \ 1 enzimas de restrição (Figura 15... dograma desse tipo é feito por comparação das proba- ção in situ. Outras kb mutações podem criar novos sítios de restrição. combinação... citológico e físico de FIGURA 15. Em 1992. como microssatélites) são altamente polimórficos. esses sítios.4 mostra a correlação entre um mapa de RFLP para ancorar mapas físicos a mapas de RFLP (mapas ge.20 --+. enquanto as distâncias físicas são Os RFLP segregam-se como marcadores codominantes medidas em quilopares de bases (kb} ou megapares de bases (mb}. as enzimas não as reconhecem mais (Figura 15. . para amplificar sequências de DNA que os pesquisadores dependem da segregação de ale- genômicas exclusivas curtas . Os D NA de diferentes isolados geográficos. bilidades de que os marcadores genéticos segregados no micas (posições no mapa citológico).80 . os geneticistas usaram esse cados por sequência (STS). A as distâncias no mapa genético porque as frequências de quantidade de cópias de sequência presentes em de- recombinação nem sempre são proporcionais às distân.. cias moleculares.6).. e o mapa citológico do cromossomo humano 1. Os marcadores de RFLP foram úteis principalmente no mapeamento de cromossomos de seres humanos. genético citológico físico 1. uso em clonagem posicional. há correlação Portanto. Clone mutações ocasionam variações no comprimento dos RFLPl .3B). em télites) e repetições curtas em série ( STR. 25 dicas nos sítios de clivagem da enzima de restrição.. número variável (VNTR. a aproximadamente 1 mb de DNA. em parental ou recombinante a prole dos cruzamentos. os RFLP mais úteis abrangem se- Não há correlação direta entre as distâncias físicas e quências curtas presentes como repetições em série.000 RFLP nos 24 cromossomos humanos. 1 cM é equivalente. .. I I substituição de ~ T por ~' C iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 1111 GAAT . e STR variam em comprimento. .. particularmente úteis em seres humanos... apenas dois a cinco pares de nucleotídios de comprimen- mas por diferenças no número de cópias da sequên cia to.. Capítulo 15 1 Genômica 405 Origem mutacional de um RFLP DNA de Ecotipo I de uma espécie Gene A GAAT TC -··· . um As STR foram inestimáveis na construção de mapas grupo de pesquisadores franceses e canadenses publicou de alta densidade de cromossomos eucarióticos. .. 0 AP Clf Hibridização de fragmentos de DNA em Southern blot l com clone radioativo do gene A... ..3 A origem mutacional (A) e a detecção (B) de RFLP em diferentes ecotipos de uma espécie. .... . 1 ttv . ........ ..-··· ·······-····· .. t "\AP Y Digestão de DNA pela enzima de restrição EcoRI. çII tt9 .. Essa mutação poderia ter ocorrido em um ancestral de ecotipo li durante os estágios iniciais de sua divergência do ecotipo 1.. . GGAT ... GAAT . .. . Detecção de um RFLP DNAde DNAde Ecotipo I Ecotipo II Fragmentos de restricão com homologia com a sonda radioativa do gene A B • FIGURA 15... .. . 0 AP i '(fj' Lavagem do blot e exposição a filme de raios X para produzir autorradiografia. TC ·~ · ..... . STR são um mapa abrangente de 5.. As STR constituídas de repetições em série polimórfi- repetida entre os sítios de restrição.. .. ••••••• çII tt9 ... .. .. .......... ç 11 ttY . ....-····· ··· ·· .... . TG no filame n to complemen tar) são marcadores no Capítulo 16 (veja a seção Análise do perfil de DNA). t "\AP Yl Separação de fragmentos de restrição do DNA por eletroforese em gel de agarose 0 AP (f Transferência de fragmentos de restrição do DNA l para membrana de náilon.. . ..... ....• .. O uso de VNTR e cas da sequência dinucleotídica AC/ TG (AC em um fila- STR em seres humanos é an alisado com mais detalhes men to. çII tty. No exemplo.... uma substitu ição de par de bases A:T ~ G:C acarreta a perda da sequência de reconhecimento fcoRI central presente no gene A do DNA de ecotipo 1.. TC ....264 STR AC/ TG no gen oma .. ... 1 1 x x 1t ~ x v 11 . 1 V V EcoRI Eco RI A 0 AP O Isolamento de DNA de cada ecotipo... TC .. . não por difere n ças n as repetições em série polimórficas de sequências que têm posições de sítios de clivagem por e n zima de restrição... Em 1996...... .. .. .... 1 1 1 1 1 1 V V ' V EcoRI EcoRI \ EcoRI ' Perda de um sítio EcoRI causada por uma 1 DNA de Ecotipo II de uma espécie .. os padrões de bandeamento dos cromossomos politênicos gigantes nas glândulas salivares geram mapas de alta resolução dos cromossomos (Capítulo 6). A medida que são acrescentados mais cromossômicas dos genes indicados e os marcadores moleculares.406 Fundament os de Genética humano. Nesse estudo colaborativo. Caso sej a possível identificar RFLP que se superpõem a essas sequências. de restrição de grandes clones genômicos em vetores perior est á na posição O à esquerda e as distâncias entre marcadores PAC e BAC (Capítulo 14) são analisados por computador adj acentes são mostradas na segunda coluna a partir da esquerda. genes e clones podem ser posi- cionados nos mapas citológicos dos cromossomos por h ibridização in situ (Apêndice C). esse procedimento • FIGURA 15. Por exemplo. As dist âncias são apresentadas em centiMorgans (cM). Na prática. são descomunal. Se for possível posicio- nar as sequências nos mapas fisicos por experimentos de h ibridização por Southern bwt (Capítulo 14).3 43 é possível identificar clones parcialmente coincidentes e 16. Assim. elas também podem ser usadas para ligar os mapas fisicos aos mapas genéticos e citológicos dos cromossomos. um grande consórcio internacional havia usado RFLP para mapear mais de 16. MAPAS CITOGENÉTICOS Em algumas espécies.000 genes humanos (EST e genes clonados) e integrado seu mapa ao mapa físico do genoma humano. porém. um clone de conteúdo genético desconhecido pode ser posicionado no mapa citológico com considerável preci- são. No centro.5).000 STS foram mapeados em 16. pode-se usar a hibridização in situ com fluorescência (FISH. A Figura 1 no Apêndice C ilustra como se pode usar o FISH para iden- tificar a localização cromossômica de sequências de DNA específicas em cromossomos humanos.2 389.6 cM ou cerca de 1. é uma tarefa mapa citológico (direita) do cromossomo humano 1. sobretudo nos grandes genomas. Esses mapas genéticos. e organizados em conjuntos superpostos de clones de- ~ Os colchetes à esquerda do mapa citológico mostram as localizações nominados contigs. veja o Apêndice C: Hibridização in situ) para posicionar clones em cromossomos corados por qualquer um dos vários pro- tocolos de bandeamento de cromossomo. VNTR e STR. dados.335 sítios com distância média de 1. inclusive em seres humanos. Essas STR definiram 2. Em mamíferos. tornaram possí- vel identificar e caracterizar genes mutantes responsáveis por muitas doenças humanas (Capítulo 16). Esses mapas genéticos foram complementados com mapas fisicos de 21. Em teoria. constituídos basicamente de marcadores de RFLP.3 42. elas podem ser usadas como sítios STS que ancoram ma- pas genéticos de cromossomos a mapas citológicos. MAPAS FÍSICOS E BANCOS DE CLONES O mapeamento de RFLP foi usado para construir ma- pas genéticos detalhados de cromossomos que. em Dro- sophila. Os mapas mostrados marcadores moleculares e alguns genes.0 - 44 usá-los para construir mapas fisicos de cromossomos e até mesmo genomas inteiros.6 mb entre marcadores adjacentes.2 de restrição de grande quantidade de clones genômicos. por sua vez. tornaram viável a clonagem posicional. mais de 20. o conjunt o de marcadores su. Em 1997. quando o mapa . com a produção de mapas citogenéticos. 42.l cromossomos. contigs adjacentes são unidos.354 wci dis- tintos. Com o isolamento e o preparo de mapas 42.4 Correlação ent re um mapa de RFLP (esquerda) e o é simples (Figura 15. _.LLL _.. thaliana.. inclusive todos os cromossomos humanos. Todavia... cada cromossomo de determinado gene ou segmento de um cromossomo. corresponde a um único mapa de contigs. de ekmentos citológi.cos de cromossomos obseroados ao microscópio • Os mapas físicos dos cromossomos são baseados nas distâncias.. Na C. .. entre os marcadores • Mapas de alta densidade que integram os mapas genéticos. . Capítulo 15 1 Genômica 407 Um contig ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~__._.5 Mapa de contig produzido a partir de clones genômicos parcialmente coincidentes. Esses mapas fisi. entre eles os genomas humano e de estão acelerando radicalmente a pesquisa genética. melanogaster e A.. como o mostrado aqui. Então. em pares de bases. ou próximo..... fisico de um genoma está completo. . Preparam-se os mapas de restrição de clones individuais e buscam-se as coincidências por computador.~_. se um pesquisador necessita de um clone informe a localização na biblioteca. esse clone pode já ter sido catalogado no banco.. ekgans. ... Assim..200 a SOO kb-..A~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Sítios de clivagem por . E claro que a existência desses bancos de clones e de de dados.._..... a busca de um gene específico com e sem ajuda cos foram usados para preparar bancos contendo clones de um mapa fisico é como procurar um livro em uma catalogados que abrangem coletivamentes cromossomos biblioteca enorme com e sem um catálogo digital que inteiros.. ou bi- A construção de mapas fisicos de genomas completos blioteca.cos e físicos dos cromossomos /oram construídos para muitos cromossomos. PONTOS ESSENCIAIS • Os mapas genéticos de cromossomos são baseados nas frequências de recombinação entre marcadores • Os mapas citogenéticos são baseados na localização de marcadores situados dentro._._[ 11111 lllllll IDllnrn-iu Clone 1 .... Clones genômicos grandes . Quando o mapa físico de um genoma está completo. ção.d enzima de restrição . os clones coincidentes são organizados em mapas de contigs.ffi[[[UI [ Dllll. .-n-n. de clones e estar disponível mediante solicita- requer a pesquisa de coincidências na enorme quantida.. como aqueles presentes em vetores PAC e BAC (Capítulo 14).... w. _. D. cada cromossomo é representado por um único mapa de contigs. existem mapas fisicos detalhados os mapas físicos correlacionados de genomas completos de vários genomas.. quiwpares de bases ou megapares de bases. verdade._. Clone 2 . são usados para construir mapas de contigs.._ • FIGURA 15. citowgi..._ Clone 4 Clone 5 Clone 6 ([[I rrrnn Clone 7 Clone 8 a1rrnnr11_0lllll_l_llHllTIDD HJmJD IJ Clone 9 Clone 10 Clone 11 Clone 12 Clone 13 DfilllllllUID Clone 14 ._~loL.. . os genes humanos responsáveis por distúrbios A maioria dos genes.~ 0A.. . . {e \ \ \ \ \ do gene \ ' ' \ .- Os mapas genéticos.\ _. Em seres humanos. cerca de 90% das proteínas sinte. cística foram identificados por clonagem posicional. l' ~ ~ .'. A restauração nhecida como clonagem posicional. . pode ser usada para iden.. e os genes candidatos são rastreados por transformação de alelos selvagens em organismos mutantes e verificação da restauração ou não do fenótipo selvagem (etapa 4b). . . Por exemplo. Gln {i A} A Finalizador da tradução \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\ 4 '\ Cys{~ l' G Alelo "selvagem" Q Vetor de transformação '.p-y O Mapeamento O Mapeamento O Mapeamento CD Sequenciamento ou (J) l'ransformação de genético físico do transcrito do gene organismo mutante com gene de tipo selvagem • FIGURA 15.p-y 0P. Estudos do heredograma Cruzamentos genéticos familiar ou Organismo com Organismo com fenótipo mutante x RFLP distinto t Frequência de prole com fenótipos recombinantes Intervalo Clones com Genes AI elo Doenca • ou cromossômico grandes candidatos "selvagem" alelo mutante insertos em do gene do gene vetores YAC e BAC .. . Então.~ 0A. . segmento do cromossomo identificado por mapa fisico tizadas em reticulócitos de mamíferos são hemoglobina..6 . e os genes candidatos devem ser rastreados por sequenciamento dos alelos de tipo selvagem e mutantes (etapa 4a).. são isolados de indivíduos mutantes e de tipo selvagem e Assim.. no caso de seres humanos. Pro C C ~ Restaura o " G • ~ Organismo > fenótipo • • : mutante selvagem 0A. selvagem restaurarão o fenótipo selvagem. Ser {~ Gser \ \ \ \ \ \ \ \ 3 \\. . 1 .. o mapeamento genético deve ser feito por análise do heredograma.408 Fundamentos de Genética Clonagem de genes pela posi ç. por análise walking) e saltos no cromossomo (chromosomejumping).' 1 . . o gene é mapeado em uma região específica de determinado cromossomo por cruzamen- genes por caminhadas no cromossomo (chromosome tos genéticos ou.'. Em outra espécie. -.' Met{~G 1 ~}Met . de interesse i -.. do heredograma. . {~ ~}vai • . o que geralmente requer grandes fa- Os primeiros genes eucarióticos clonados foram genes mílias... . . o mRNA da a e 13-globinas poderia ser facilmente sequenciados para identificar mutações que resultariam isolado de reticulócitos e usado para preparar sondas de na perda de função do gene. ... como são clona. Essa técnica. co. do fenótipo selvagem de um organismo mutante consti- tificar qualquer gene quando se tem um mapa adequado tui forte indício de que o gene de tipo selvagem introdu- da região do cromossomo na qual está localizado. Como abordaremos no Ca- cDNA radioativo para pesquisa em biblioteca genômica._ã_o_n_o__ _ m :___:____:aF-pa __::_ =-=-----. dessa região do cromossomo. Vai . não é expressa nesses altos hereditários como a doença de Huntington e a fibrose níveis em células especializadas. Os genes candidatos no cializados. zido é o gene de interesse.. pítulo 16. cópias dos Um método importante foi mapear o gene com precisão alelos selvagens de genes candidatos são introduzidas em e buscar um clone do gene usando procedimentos que organismos mutantes para verificar se os genes de tipo dependem de sua localização no genoma. A princípio. 2 =:. porém. Em seguida. . o gene de interesse é mapeado por cruzamentos genéticos apropriados.. citogenéticos e físicos detalhados As etapas da clonagem posicional são ilustradas na de cromossomos possibilitam que os cientistas isolem Figura 15.'. Nas dos os genes expressos em níveis moderados ou baixos? espécies em que a transformação é possível. o gene é localizado no mapa fisico expressos em nível muito alto em tecidos ou células espe.6 Etapas da clonagem posicional de genes.~ 0P.' Leu{~ ~}Leu Gene _. a caminhada inicial tem de outro marcador molecular perto do gene seguida por prosseguir nas duas direções até se identificar outro RFLP "caminhadas" ou "saltos" ao longo do cromossomo até e determinar se o novo RFLP está mais próximo ou mais chegar ao gene. STR ou de partida no mapa de ligação. faz-se a verifica- sonda de hibridização para pesquisa de sequências coinci. ~ gene de interesse • FIGURA 15.J. identificação de um RFLP. ção pela inserção de um alelo selvagem do gene em um dentes em biblioteca genômica. Clone de Gene de 1• RFLP •I 1~ interesse • I ----- ----- Clone de partida 1 0 AP t 0 -Y Preparo de um mapa de restrição do clone. distante do gene de interesse que o RFLP de partida. B H H E 10"'/} t 'fl Subclonagem do fragmento H-E. o fenótipo selvagem._. . e o fragmento de restrição mais distante ralmente requer a determinação das sequências nucleo- da sonda original é usado para examinar uma segunda bi..J..0 -y Reexame da biblioteca genômica usando o novo subclone como sonda.f j' "\AP Exame da biblioteca genômica usando o subclone como sonda. Sem informações sobre a orientação do clone de interesse.7). a verificação ge- me da biblioteca.. Em seres humanos. tl.. E H B B H 10-AP t 0-Y Subclonagem do fragmento 8-H.. Constroem-se mapas de organismo mutante e demonstração de que ele restaura restrição para os clones coincidentes identificados no exa. t ~ ~ Repetição das etapas 1-3 ~ durante o número de ciclos necessário .. t 10 "'/} t fl' Preparo de um mapa de restrição do novo clone.. "\AP • l. Capítulo 15 1 Genômica 409 CAMINHADAS E SALTOS NO desse procedimento e o isolamento de uma série de clones genômicos coincidentes permitem que o pesquisador "ca- CROMOSSOMO minhe" ao longo do cromossomo até o gene de interesse A clonagem posicional é feita por mapeamento do gene (Figura 15. Em organismos expe- do) perto do gene de interesse e o uso desse clone como rimentais. As caminhadas no cromossomo são iniciadas pela seleção de A verificação do isolamento de um clone do gene de um marcador molecular (RFLP ou clone gênico conheci. interesse é feita de várias maneiras.7 Clonagem posicional de um gene por caminhada no cromossomo. As repetições produzir produtos gênicos funcionais... VNTR. U\YJ\U\. como Drosaphila e Arabidopsis. Clonagem do até chegar ao gene de interesse.. A caminhada no cromossomo começa com a identificação de um marcador molecu lar (como o RFLP mostrado em cima) próximo do gene de interesse e prossegue por repetição das etapas 1 a 3 pelo número de vezes necessário para chegar ao gene de int eresse (embaixo). U\YJ\U\. tídicas do gene de tipo selvagem e de vários alelos mutan- blioteca genômica construída com uso de outra enzima de tes e a demonstração de que as sequências codificadoras restrição ou para reexaminar uma biblioteca preparada a dos genes mutantes estão defeituosas e são incapazes de partir da digestão parcial de DNA genômico. Infelizmente. com Francis Crick. thaliana e o verme e. uma modificação com Lap-Chee Tsui. criou-se a Organização Ge.egans.354 wci diferentes. Projeto genoma humano Existem mapas genéticos. Todos es- ser um esforço mundial. se cística humana (Capítulo 16). Os objetivos originais do Projeto de cromossomos Y e 21 e mapas detalhados de RFLP do Genoma Humano eram (1) mapear todos os genes hu. foi o primeiro diretor A resolução da hibridização in situ com fluorescência desse ambicioso projeto. células somáticas. Uma segun- longa demais) e muito DNA repetitivo disperso (cada da endonuclease de restrição é usada para excisar o frag- sequência repetida é um possível bloqueio). e sequências nucle.ecular como polimorfismo do comprimento do fragmento de restrição (RFLP). mento de junção da molécula circular. Francis Collin. trutura de dupla hélice do DNA. co por endonuclease de restrição. cuja expectativa de duração era (FISH) também é de aproximadamente 1 mb. Em 1993. e ximo até o gene de interesse é grande. DNA em Southem bwts com a sonda molecular inicial. grandes fragmentos de ram papel fundamental na identificação do gene da fibro- DNA são preparados por digestão parcial do DNA genômi. peamento e sequenciamento dos genomas de vários ou- tros organismos. cromossomo X e de todos os 22 autossomos. resolução de mapeamento (até 50 kb) é obtida por ma- rior a 3 bilhões de dólares. com os saltos no cromossomo. res humanos é muito baixa . Assim como a caminhada. forços de geneticistas humanos em todo o mundo. ekgans. No entan. que. o salto no cromossomo. e em 1997 foi divulgado cientistas perceberam que essa enorme operação deveria um mapa abrangente de 16. a mosca-das-frutas D. Logo os do de STR do genoma humano. ses mapas foram muito úteis para pesquisadores que clo- noma Humano (HUGO) internacional para coordenar os es. pode-se usar uma um fragmento de restrição que corresponde à extremida- técnica conhecida como salto no cromossomo para acelerar de distal do longo fragmento genômico é clonado e usado uma caminhada que seria longa. A maior de quase duas décadas até a conclusão. dia. inclusive de Homo sapiens. clonagem gênica e sequenciamento de DNA na MAPEAMENTO DO GENOMA HUMANO década de 1970 e início da década de 1980. a um custo supe. entre eles a bactéria E. A caminha. Um Quando a distância do marcador molecular mais pró. Além tradicional requer a fusão de células humanas e de ro- do trabalho com o genoma humano. Assim. o gene geralmente pode ser isolado por caminhada ou salto no cromossomo. Em 1995 o manos. A hibridização de células somáticas son como diretor do Projeto Genoma Humano. mente desde o lançamento do Projeto Genoma Huma- mano. Os saltos no cromossomo tive- to. os cientistas começaram a discutir a possibilidade de sequenciamento O mapeamento do genoma humano avançou rapida- de todos os 3 X 109 pares de nucleotídios no genoma hu. muitas espécies. Em 1996 foi publicado um mapa detalha- otídicas dos 24 cromossomos humanos até 2005. como o genoma humano. a resolução do mapa genético em se- James Watson. O salto no cromossomo mostrou-se salto é iniciado pelo uso de uma sonda molecular. Em 1992 foram publicados mapas físicos completos Genoma Humano em 1990. a levedura S. Os grandes fragmentos pécies com genomas grandes (a caminhada costuma ser genômicos são circularizados por DNA ligase. que. thaliana e C. como útil principalmente no trabalho com grandes genomas RFLP. otídicas completas ou quase completas dos genomas de cerevisiae. citogenéticos e físicos detalha. el. o vegetal A. PONTOS ESSENCIAIS • Os mapas genéticos. descobriu a es. substituiu Wat. Cada salto transpõe uma para iniciar a caminhada no cromossomo ou um segundo distância de 100 kb ou mais. coli. o Projeto Genoma edores em cultura e a correlação de produtos gênicos . Com o aperfeiçoamento das tecnologias de DNA recom- binante. peamento de híbridos por radiação. navam genes com base em suas localizações no genoma. (2) construir um mapa físico detalhado de todo mapa genético continha marcadores separados. em mé- o genoma humano e (3) determinar as sequências nucle. citogenéticos efísicos detalhados de cromossomos possibilitam que os pesquisadores iso/. mapa de restrição do fragmento de junção é preparado.em genes com base em sua localização no genoma • Se um marcador mo/. junção contém as duas extremidades do fragmento longo. VNTR ou STR como ponto de partida. que têm genomas pequenos e DNA pode ser identificado por hibridização dos fragmentos de repetitivo pequeno.na faixa de 1 a 1O mb. Humano serviu de apoio a projetos semelhantes de ma- dos dos 24 cromossomos humanos.410 Fundamentos de Genética A caminhada no cromossomo é muito difícil em es. liderou as equipes de pesquisa que do procedimento de mapeamento por hibridização de identificaram o gene da fibrose cística. melanogaster. repetição em série em número variável (VNTR) ou repetição curta em série (STR) está perto de um gene no mapa. por 200 kb. Essas discussões levaram ao lançamento do Projeto no. Esse fragmento de da no cromossomo é mais fácil em organismos como A. Em maio de 1998.8 Mapa de alta resolução do cromossomo humano 1. mapa anotado das sequências de um segmento de 4 mb A quantidade de informações nessas primeiras ver- na extremidade do braço curto do cromossomo humano sões do genoma humano foi avassaladora. de 2001 da revista Nature e na edição de 16 de fevereiro blicadas em fevereiro de 2001. Craig DlS304-j '----"' r--~ = . haviam reformulado sua agenda e planejavam concluir O mapa citogenético do cromossomo 1 é mostrado à esquerda com a sequência do genoma humano em 2003 . conhecidos e previstos em uma pequena parte do geno- ma Humano público. como polietilenoglicol.2 anos antes as localizações de seis marcadores âncoras. Muitos fragmentos de cromossomos humanos são in- tegrados aos cromossomos de hamster chinês durante esse processo e são transmitidos às células-filhas do mes- mo modo que os genes normais nos cromossomos de hamster chinês. A sequência completa do cromosso- mo humano 21 foi publicada em maio de 2000. Mapas semelhantes do genoma humano meiros rascunhos da sequência do genoma humano ao completo podem ser vistos na edição de 15 de fevereiro mesmo tempo. diretor do Projeto Geno. a Figura 15. ma humano. Logo depois. Tudo isso. À direita do mapa citoge- da proposta original. DlS412 SEQUENCIAMENTO DO GENOMA HUMANO Enquanto o mapeamento gênico avançou com rapidez. os . marcadores de híbridos por radiação de alto nível de confiança (linhas mano . A reação em cadeia da polimerase (PCR. A Figura 15. híbridos por radiação para elaborar mapas de alta densi- dade do genoma humano. Esse mapa ilustra as posições e orientações de genes Genomics. da Celera 1. dezembro de 1999. Elizabeth Stewart e colaboradores publicaram um mapa de 10. As células huma- nas irradiadas são fundidas a células de hamster chinês DlS441 (ou outro roedor) em cultura.9 mostra um de 2001 da Science. Os mapas cromossômicos são ela- borados com base na suposição de que a probabilidade de uma quebra induzida por raios X entre dois marcado- res é diretamente proporcional à distância entre eles no DNA cromossômico. _ Marcadores de RFLP administradores dos laboratórios públicos de sequencia. Então. veja o Capítulo 14) é usada para pesquisa de marcadores DlS221 genéticos humanos em um grande conjunto de células híbridas selecionadas. Vários grupos usaram o método de mapeamento de ftPOA2. inclusive a se- . geralmente na presença de uma substância química. marcadores de híbridos por rad iação completos (linhas vermelhas).478 STS basea- do em dados de mapeamento de híbridos por radiação. concordaram em publicar os pri. Capítulo 15 1 Genômica 411 humanos com cromossomos humanos conservados nas Cromossomo 1 células híbridas. com a intervenção da Casa Branca. porém. As sequências Celera e pública foram pu. A partir desse momento.o pequeno cromossomo 22 . . a princípio houve um atraso no progresso do sequencia- . os marcadores de RFLP (linhas verdes) e EST (linhas roxas). para aumentar a eficiência da fusão celular.foi publicada em azuis). Em 1997. e Francis Collins. Venter.J. Celera Genomics. Os híbridos de cé- lulas somáticas humanas e de hamster chinês são identi- ficados por crescimento em meio de seleção apropriado. tudo se nético há quatro mapas genéticos que mostram as localizações dos acelerou. O mapeamento de híbridos por radiação é feito pela DlS214l- fragmentação de cromossomos das células humanas por irradiação intensa antes da fusão celular. . com o objetivo de sequenciar ) Mapa completo de RH o genoma humano em apenas 3 anos. - mento do genoma humano. os A sequência completa do primeiro cromossomo hu. Marcadores de h1bndo por rad1açao mento do Projeto Genoma Humano anunciaram que • FIGURA 15.8 mostra o mapa do cromossomo humano 1. _ ~ Marcadores de EST Venter anunciou que havia constituído uma empresa privada. mudou rapidamente a partir de 1998. (mais de 2.__......__.__.. sentido (600 kb/cm) inverso A Código de cores para função do produto gênico D Adesão celular D Proteína motora Regulador do ciclo celular 61 Ligação ao ácido nucleico D Chaperona D Transdução de sinal D Proteína de defesa/imunidade Proteína estrutural Enzima Transportador D Regulador de enzima • Supressor tumoral D União a ligante ou transportador D Desconhecida B Código de cores de conteúdo G:C e densidade de polimorfismo de nucleotídio único (SNP) Conteúdo G:C intervalos assimétricos (por 25 kb) 10 15 20 25 30 35 36 37 38 39 40 45 50 55 60 Densidade de SNP: escala logarítmica (por 100 kb) 10 15 20 25 50 75 100 150200 300 400 e • FIGURA 15... presentes na região 5' (upstream) dos genes. e C. A.. As demais se desenvol- dele.. embora haja alguma concentração de gen es al- nes sugeridos por estudos anteriores.Marcador molecular Escala de 1 mb 2 mb 3 mb 4 mb Transcritos nucleotídio ._.412 Fundamentos de Genética Extremidade do cromossomo 1 Chave de anotacão Componentes do mapa Símbolo do gene (AFM280we5)-· . inclusive procariotos e eucariotos u n icelulares..__.___..... apenas 94 das 1. enquanto as três imagens inferiores mostram transcritos especificados pelo outro filamento de DNA (o "filamento de sentido inverso")..278 famílias de bidopsis sequenciados antes..10 apre. O genoma humano é mais tas têm elementos semelh antes às proteínas de Drosaphila de 25 vezes maior que os genomas de Drosophila e Ara..... ekgans.___....___._.... presa: aparentemen te havia apenas cerca de 25.. A linha superior indica as distâncias em mb. enqu anto os ín- de outras espécies cujos gen omas já foram sequen ciados tron s constituem 24%..___....650 megapares de bases de DNA Mais de 40% das proteínas hum anas previs- ( Figura 15...... Código de cores das funções do produto gênico e (C) código de cores do conteúdo de G:C e densidade de SNP. distan tes.__. e m ais de oito vezes maior proteínas p revistas pela sequência do genoma hum ano que a soma de todos os genomas sequenciados antes são específicas de vertebrados......._~___. As três imagens subsequentes mostram transcritos previstos de um filamento de DNA (o "filamento de sentido direto").000. Os éxon s das proteínas previstas têm semelhança com proteínas constituem apenas 1. e a densidade de polimorfismos de nucleotídio único (SNP). mano... B. O gen e h uman o médio tem cerca de tos pela sequência da Celera Genomics. tamen te expressos em regiões eucromáticas de cromos- sen ta a distribuição de funções nos 26.... há um gene por 145 kb n o genoma hu- 30.__.._.000 pb)..000 genes em vez dos estim ados 50.___.__..__.9Mapa anotado das sequências de um segmento de DNA de 4 mb na extremidade do cromossomo humano 1 montado por pesquisadores da Celera Genomics... As três imagens no meio apresentam o conteúdo de G:C. e 75% do genoma é DNA inter- .__. 1 % do gen oma. Cerca de 60% 27._.. quên cia de mais de 2. veram a partir de domínios de p roteínas em ancestrais A sequência do genoma h uman o trouxe uma sur..11 ).000 a 120...__. somos específicos.__..__. respectivamente.650..___...___.__..383 genes p revis.......__.. Na verdade.000 p b de comprimen to e contém 9 éxons..__.000 ge..___..__ PRKCZ expandidos p 1 (120 kb/cm) SKI Filamento de ll sentido direto \ \ Transcritos Conteúdo G:C ~ t------~ A e éxon único Ilhas de CpG ~::r Densidade de SNP / - ~anscritos não Filamento expandidos de..000 a Em m édia... as posições das ilhas de CpG.__._.......__. A Figura 15.. 4%} Ligase (56.5%} Hidrolase (1.para apenas 22. 1. Existem. asiática e europeia.--.1 % do ge- dos públicos.na sequência mais completa. 1%} . Observe que há superposição de algumas classes: um proto-oncogene. 1. Depois.9%} Enzima de ácido nucleico (2.2%} lsomerase (163. evi- humano eram incompletas e tinham mais de 100.500 genomas humanos do mundo inteiro para verificar outros animais 32% 24% a extensão da variabilidade de sequências em genomas Ausência de homologia humanos de diversas origens (veja O futuro: O Projeto animal 1% 1. Watson e]. Kidd e colabo- Apenas vertebrados procariotos 22% radores mapearam e sequenciaram a variação estrutural 21% em oito genomas humanos de diferentes origens. 5.rRNA.0%) - Quinase (868. nomas grandes como o genoma humano com rapidez e custo muito menor. Os pesquisadores concen- traram-se em alterações do genoma na faixa de 1 kb a 1 mb e documentaram grande diversidade estrutural - sobretudo deleções. 7%} lmunoglobulina (264. 1.0%} Função molecular desconhecida (12. Em outubro Com o desenvolvimento de nova tecnologia de se- de 2004.3%} Matriz extracelular (437. • FIGURA 15. 2. O.3%} Proteína estrutural do citoesqueleto (876. gênico.000 dentemente. 1. 6. tRNA.0%} Motor (376. 1. 2. no Capítulo 9). 7%} • FIGURA 15. O. J effrey M.5%} Miscelânea (1. mais uma vez . 1. Ao contrário do esperado. 1%} Liase (117. 4. No mínimo 44% do DNA intergênico é derivado tico no genoma humano.10 Classificação funcional dos 26. Capítulo 15 1 Genômica 413 Adesão celular (5 77.850. outros genes que especificam produtos de lacunas.11 O gráfico em pizza mostra a homologia entre as A exploração das abundantes informações ofereci- proteínas humanas previstas e as proteínas de outras espécies em que das pelas sequências de genomas humanos está apenas homólogos foram detectados por pesquisa digital em bancos de da.0%} Sintase e sintetase (313. 1. 1%} ~. 0. 7%} Molécula sinalizadora (376.2%} Receptor (1 .9%} Canal iônico (406.383 genes previstos nas primeiras versões da Celera Genomics da sequência do genoma huma- no.0%} Oxidorredutase (656. o de elementos genéticos transponíveis (vej a detalhes no número estimado de genes no genoma havia diminuído Capítulo 17).227. 7. 3.4%} Proteína de transferência/transportadora (203.2%} Proteína estrutural do músculo (296.Transportador intracelular (350.308.James D. Os in- divíduos selecionados para o estudo tinham ascendência africana.8%) - Molécula reguladora selecionada (988. 1.i. Cada setor indica o número e a porcentagem de produtos gênicos em cada classe funcional entre parênteses. cher essas lacunas e completar a sequência. eles haviam reduzido o número de lacunas a quenciamento que possibilita o sequenciamento de ge- 341 e completado a sequência de 99% do DNA eucromá. noma codifica sequências de aminoácidos em polipep- . RNA . 2. snRNA e miRNA . 0. 41. Atualmente Animais e os cientistas estão se dedicando ao sequenciamento de Vertebrados outros eucariotos 2.Transportador (533.. 0.543. 0. 2.000 Genomas. 1. 0.287 genes codificadores As duas primeiras versões da sequência do genoma de proteínas .318.que aumentarão quencing Consortium continuou a trabalhar para preen. de modo significativo o número total de genes. começando. tornou-se viável sequenciar genomas Apenas humanos individuais (Capítulo 14).5%} Proteína ligadora de cálcio selecionada (34. Considerando-se que apenas 1. inversões e inserções. Portanto.809.2%} Transferase (610. procariotos Craig Venter foram as duas primeiras pessoas a ter seus <1% Eucariotos e genomas sequenciados. o Intemational Human Genome Se. pode codificar uma molécula sinalizadora. por exemplo. 0.9%} Chaperona (159.0%} Prot0-0ncogene (902. 2. 4.8%} Proteína virai (100.3%} Fator de transcrição (1. -- . geração para a subsequente por. As funções da vasta "matéria es. sítios de metilação e ace. quase 40% delas estão localizadas em conhecimento. Grandes segmentos de começando. trole da estrutura da cromatina e da expressão gênica Outro consórcio internacional . genoma humano. A disponibilidade da sequência do genoma humano dores procuram sequências que aumentam os riscos de suscita novas questões sobre o uso apropriado desse novo doenças humanas.o Human JToteome (Figura 15. a dissecção funcional do genoma está apenas um tema complexo e intrigante. a grande pergunta é quais são as funções dos de. E evidente que temos muito acentuadores. tes informações oferecidas pela sequência do genoma cura" não codificadora no genoma estão se mostrando humano.-----. 1 1 1 1 / / / ~--. sítios de ligação Transcrito ao fator de transcrição) • FIGURA 15. Além disso. que controlam a expressão epigenética de genes de uma nais não gênicos no genoma humano. . silenciadores. Alguns desses elementos modificarão a estrutura da cromatina produzindo sít ios hipersensíveis à DNase (característicos da cromatina com atividade de transcrição . Por exemplo. Parte desse RNA não codificador cio tardio como a doença de Huntington (Capítulo 16) Sítios hipersensíveis à DNase I I I I I I I Sequências I reguladoras da I I replicação do DNA I I I CH3CO CH3 1 -I I Acetilação de histona e metilação de DNA 1 1 • I / I I I 1 / I ( 1 1 1 Hibridização 1 Previsões Digestão por Ensaios de 1 1 por 1 computacionais DNase gene repórter 1 1 1 microarranjo 1 e RT-PCR -. importantes elementos funcionais.-- --. almente compreendermos a estrutura e a função dos 3 X gos e seres humanos. ------ -.: Gene Elementos reguladores de longo alcance Elementos reguladores eis (acentuadores. ---- \ \ \ \ I I I / 1 1 // / ~ ).vej a o Capítulo 19}. Ainda temos um longo caminho antes de re- DNA não codificador são conservados entre camundon. sítios de ligação a repressor. Esses elemen. acentuadores.PCR} . Apesar das abundan- uma história fascinante.reações em cadeia da polimerase com uso de RNA como moldes para identificar regiões transcritas do genoma. Francis Collins dores (Capítulo 19). é constituída de importantes pequenos miRNA regula- mais componentes do genoma humano. Os elementos incluirão sequências reguladoras como promotores./ . além de outros fatores que participam do con. modificação da estrutura tos incluem sequências reguladoras como promotores. repressores/silenciadores. Muitas dessas questões dizem respeito ao regiões intergênicas.. ~ . Eles também incluirão sequências que alteram a estrutura da cromatina por interação com proteínas de ligação ao DNA e as histonas que acondicionam o DNA em nucleossomos.12).12 O objetivo da ENCODE (fNCyclopedia Of ONA flements) é identificar todos os elementos funcionais não gênicos no genoma humano. isoladores) (promotores. a aprender sobre os componentes não codificadores do tilação. da cromatina (Capítulo 19). direito à privacidade das pessoas. sítios de ligação a fator de transcrição e sítios de modificações químicas como acetilação e metilação. Os métodos a serem usados nesses estudos incluirão ensaios de gene repórter e hibridizações por micro- arranjo (comentados em seções subsequentes deste capítulo} e PCR com t ranscrição reversa (RT.--. terminar as estruturas e as funções de todas as proteínas mentos não gênicos no genoma humano já se tornou codificadas pelo genoma humano. estudos recentes indi.\ ~-----. também inclui sequências quimicamente modificadas cujo objetivo é identificar todos os elementos funcio. Organization (HUPO) -foi criado com o objetivo de de- A identificação e a caracterização funcional dos ele. Essa "matéria escura" no genoma consórcio. ENCODE (ENCyclopedia Of DNAElements). Eles organizaram um novo doras e desconhecidas. o que sugere que devem conter 109 pares de nucleotídios do genoma humano.414 Fundamentos de Genética tídios. Outro componente inclui "grandes e outros líderes do consórcio de sequenciamento estão RNA não codificadores interpostos" com funções regula- se dedicando a essa questão. silenciadores. Quando os pesquisa. caso se cam que cerca de 80% do genoma é transcrito de RNA de descubra uma mutação causadora de um distúrbio de iní- função desconhecida. se PROJETO HAPMAP HUMANO disseminou na população. também conheci- res .inserções ou deleções de um ou mo que tendem a ser herdados juntos definem uma uni-.5 milhão de sítios no genoma humano . inversões e translocações . mundo todo iniciaram o International HapMap Project. e em casos favoráveis. Em geral. buscar as nico". SNP de grandes amostras de pessoas e. .13). e o segmento correspondente de na detecção de associações de doenças. em média. Quando presentes. As seguradoras oferecerão seguros de saúde e cado de algum modo antes da hibridização com o arranjo de vida a pessoas com um gene mutante que aumenta de sondas diagnósticas. nucleotídio no DNA genômico retirado de uma amostra poderia haver discriminação. podem ser SNP ligados) e doenças específicas. da como doença de Lou Gehrig) e artrite reumatoide. Empregadores poderiam de indivíduos. claro que a mutação modifica haplótipos.deleções. gera novos haplótipos durante a evolução. Assim. Em razão da utilidade de haplótipos de SNP no estudo to de DNA de um indivíduo tiver um par de bases A:T da ascendência e da evolução em populações humanas e em posição específica.na próximos tendem a ser transmitidos como uma unidade estrutura dos genomas. microarranjos para determinar os genótipos de 71 pessoas o seguro será acessível ou o preço só estará ao alcance em mais de 1. pesquisadores do DNA de outro indivíduo tiver um par G:C nessa posição. se um segmen. E As alterações mais comuns do genoma humano são subs. O estudo de haplótipos definidos por SNP está único (single-nucleotide polymorphisms [SNP]. noma humano. Sciences. silício (Figura 15. ma. a cada 1. Em estudo realizado em Perlegen o risco de câncer ou causa um distúrbio de início tar. Essas e pulações humanas diferentes. podem variar obtidas em estudos genéticos e testes de DNA. inserções e inver. Em resumo. No Capítulo 6 comentamos alterações evidentes momento da mutação geradora do SNP. quem deve ter acesso a essa informa. substituições de G:C por A:T ou de A:T por G:C (Capítu. descrita mais adiante neste capítulo (veja a seção associações entre os SNP (ou os haplótipos definidos por Microarranjos e chips gênicos). Na seção anterior.em oito genomas humanos. Cada SNP é associado a outros Os genomas humanos contêm acentuada variação ge. Capítulo 15 1 Genômica 415 em uma família.16) para pesquisar diferenças de um ção? Se essa informação fosse divulgada para o público. Quando se comparam ajudando pesquisadores a identificar genes implicados na as sequências nucleotídicas dos mesmos cromossomos de suscetibilidade a doenças como câncer de mama. e o crossing over tituições de pares de nucleotídios únicos.deleções. Em vista de sua frequência e distribuição em todo o ge- lo 13). SNP que estavam presentes no cromossomo ancestral no nética. então. EUA e deve proteger as pessoas contra discriminação por SNP individuais podem estar presentes em uma popula- empregadores e seguradoras por conta de informações ção e ausente em outra. giões genômicas de interesse. pronuncia-se fornecendo informações importantes sobre as relações en- "snips") em genomas humanos. Na verdade. depois.200 pa. projeto estão sendo oferecidos como recurso a todos os ranjadas sistematicamente sobre uma bolacha ( wafer) de pesquisadores genômicos.de nucleotídios. dar a prever o risco de um indivíduo desenvolver a doen- Uma molécula de DNA liga-se a uma sonda quando há ça. A E possível detectar SNP em genomas humanos pela estratégia nesses estudos foi determinar os genótipos de tecnologia de hibridização por microarranjo ou "chip gê. isso pode ajudar a identificar o correspondência exata entre elas. por exemplo. o DNA de cada indivíduo é am- não contratar membros da família.. não há ligação quan. esclerose lateral amiotrófica (ELA. Os SNP muito . e as faculdades de plificado por PCR usando iniciadores que flanqueiam re- medicina poderiam não admitir o ingresso de jovens ta. Uma vez constatada sintetizadas sondas de hibridização capazes de detectar uma associação. Inc. e o DNA amplificado é mar- lentosos. tratamos das para a prole porque é pequena a chance de que sejam alterações intermediárias . O estudo de SNP e haplótipos também está e não produz fenótipos mutantes. SNP em um cromossomo ou segmento de um cromosso- As alterações pequenas . alguns pares de nucleotídios . Os dados reunidos pelo milhares de outras sondas diagnósticas podem ser ar. é possível distinguir geneticamente esses dois indivíduos O objetivo dessa iniciativa em colaboração é identificar por hibridização de seu DNA com sondas que se ligarão e mapear SNP usando amostras de DNA de muitas po- a um ou outro desses dois segmentos de DNA. parece claro que rentes subpopulações pode tornar possível rastrear impor- no futuro serão necessárias leis que protejam a privacida. o Genetic Information nossa espécie e prever a suscetibilidade de uma pessoa a Nondiscrimination Act (GINA) foi aprovado em 2008 nos doenças como câncer e cardiopatias. em frequência de uma população para outra. dade genética conhecida como haplótipo (Figura 15. tantes acontecimentos genéticos na história evolutiva de de dessas informações. As substituições de pares de bases desse tipo pro. os pesquisadores usaram essa tecnologia de dio como a doença de Huntington? Em caso afirmativo. pode-se usar o SNP ou haplótipo para aju- diferenças de um nucleotídio em moléculas de DNA. embaralhados em novas combinações por crossing overs. duplicações. do a correspondência não é exata. verdadeiro gene causador da doença. há um SNP. A maioria dos SNP presentes em populações humanas foi produzida por uma única mutação em um indivíduo que. A maioria desses SNP tre diferentes grupos étnicos e sobre a evolução humana não está localizada nas regiões codificadoras dos genes (Capítulo 24). os SNP mostraram-se marcadores genéti- duziram um grande número de polimorfismos de nucleotídio cos úteis. Os sões na faixa de 1 kb a 1 mb .são ainda mais frequentes. glauco- dois indivíduos.uma dos ricos? Em vista do recente aumento da quantidade grande façanha! O estudo desses polimorfismos em dife- de informações genéticas disponíveis. chip gênico e gene repórter que pos- sibilitam aos pesquisadores estudar simultaneamente a expressão de todos os genes de um organismo..-. Em seres huma- algumas dessas doenças..... destina-se a mas completos levou ao desenvolvimento de tecnologias aproveitar a disponibilidade de sequências de genomas completos (veja a seção Microarranjos e chips gênicos). No entanto..x... Assim.... As sequências só adquirem ver.... PONTOS ESSENCIAIS • Os pesquisadores que colaboram no Projeto Genoma Humano construíram mapas detalhados de todos os 24 cromossomos humanos • Outros participantes do Projeto Genoma Humano determinaram as sequências nuckotídicas compktas.AATC TATGC ..... Assim. ""'"""". de microarranjo.CATGC. um cromossomo ou um genoma com. parcela do DNA codifica as proteínas.1!<... como hibridizações de "chip gênico". acelerará o avanço em direção à compreensão dos exemplo.x.. veja o Capítulo 14) ou EST..13 Haplótipos são conjuntos de SNP ligados e de outros marcadores genéticos que tendem a ser herdados como uma unidade.AATCCATGC . Na levedura S. Por dica... blicos continham mais de 600. Vários cDNA podem ser obtidos de sequência do genoma humano. Ensaios de RNA e P-roteína da fun -ao enom1ca A e A disponibilidade das sequências nucleotídicas de geno.- ____ ----- ' 1 1 _... ainda é preciso obter de clones genômicos.... quase 70% do genoma codifica proteínas e existe ças humanas e deve levar a terapias gênicas eficazes para um gene para cada 2 kb de sequência.. não informará o nos.... apenas cerca de 1 % do genoma codifica sequências que esses genes fazem ou como eles controlam processos de aminoácidos e existe um gene para cada 130 kb de biológicos.. cerca de 450.. Em 1996. por si só..AAGCT... muitos cientistas pleto não é informativa..o ...M..... analisaram clones de cDNA (DNA complementares a dadeiro significado quando complementadas por infor..A:GGATC ....T...416 Fundamentos de Genética DNA de: SNPl SNP2 SNP3 SNP4 Indivíduo 1 ..G~~ C........ Se quiserem compreender o controle genético número de sequências de cDNA humano quase duplicou do crescimento e desenvolvimento de um ser humano para cerca de 800. os bancos de dados pú- informações sobre as funções das sequências nucleotídi....... . sequência. o desenvolvimento de novas tecno..... em vez mações sobre suas funções..G~~ .. No entanto..-..000 das quais eram de cDNA humano.._..000 no fim de 1997....-.. dificador de proteínas dos genomas.· 100Y....--AAGCCCGG . a sequência nucleotí.... logias. sua sequência nucleotí.... ca é representado por mais de 1.: ~. apenas uma pequena O conhecimento da sequência completa do genoma hu.000 sequências de cDNA. SEQUÊNCIAS EXPRESSAS Em grandes genomas eucarióticos..... .. '~ ------------- Haplótipo 1 GGCT Haplótipo 2 AACT Haplótipo 3 G A if T Haplótipo 4 GA ee • FIGURA 15....Y.._.. ou quase compktas. dos genomas de vários organismos-modelo importantes • Uma sequência quase compkta do DNA eucromático no genoma humano foi divulgada em outubro de 2004 • Cientistas de todo o mundo iniciaram o International Human HapMap Project com o objetivo de caracterizar as semelhanças e diferenças em genomas humanos do mundo todo.................. O leculares.... de recomposição alternativa de um transcrito gênico... cas por estudos genéticos tradicionais e por análises mo.~--- Indivíduo 2 TACAAGATC . 1 1 --------------.I TCGAGCC . para se concentrar no conteúdo co- dica de um gene.. moléculas de RNA.......... Na verdade.. cere- mano ajudará a identificar genes responsáveis por doen. tas dessas sequências de cDNA são derivadas dos mesmos os geneticistas precisarão conhecer muito mais do que a transcritos gênicos..- Indivíduo 3 ...300 sequências EST em gênese.. visiae. mui- maduro a partir de um ovócito fertilizado (Capítulo 20). bancos de dados públicos. o gene humano que codifica a albumina séri- programas de expressão gênica que controlam amorfo..... Na verdade. Mas certamente o mapa diferentes segmentos de um único transcrito gênico ou definitivo do genoma humano.- Indivíduo 4 TAC.... os arranjos são por transformação. uma nova subespeciali- duas versões preliminares do genoma humano.diferentes sequências nucleotídicas na região en. os cDNA foram Os projetos de sequenciamento do genoma e as tecno- reunidos em 49. células normais e a localização de proteínas específicas em grande varie- e cancerosas . Ou é possível sintetizar as cadeias oligo. a GFP é usada para monitorar a síntese ou tecidos de interesse .15). um tecido ou um organismo. esse era .000 genes de Arabidopsis tas podem começar a estudar imediatamente a expres. Em vez. Antes da publicação das gimento da genômica funcional.000 genes de leveduras em brotamento. A medida que o conhecimento no campo avançou. mas não duzam microarranjos que contêm milhares de sondas de fornecem informações sobre a tradução dos transcritos hibridização em . E possível sintetizar disponíveis para a comunidade científica. o objetivo da ciência da genética desde a sua cria- 4. Capítulo 15 1 Genômica 417 Em geral. e cerca de 20. de 1 a 2 cm2 • Assim. giões 3' não traduzidas dos transcritos. Alguns geneticistas. ruído de fundo e amplificar sinais positivos (Figura 15.14). ou pode-se usar a PCR para lógicas e levará à compreensão do processo normal de produzir milhões de cópias de cada gene de um geno. os Um problema em estimar o número de genes a partir geneticistas foram capazes de estudar a expressão de um das sequências de EST é que as EST podem ser derivadas número cada vez maior de genes. No entanto.por exemplo. e anticorpos ligados a suportes sólidos como membranas de náilon. são dos quase 6. para detectar os produtos proteicos dos genes de interes- plementares aos transcritos de RNA de cada gene do se.000 genes de Dr~ Ante a sequência de um genoma completo. A possibilidade sondas de hibridização de oligonucleotídios complemen. arranjo de mais de 10. usados para verificar se os genes são transcritos. pode-se usar um único chip gênico pôs à disposição um instrumento eficiente que pode ser para estudar a expressão de milhares de genes. porém. desenvolvimento humano e das causas de pelo menos al- ma. Assim. argumentaram que número de genes diferentes. No caso dos chips gênicos.500 genes humanos estão agora . usado no estudo da expressão gênica no nível de proteí- Os RNA a serem analisados são isolados das células nas. os geneticis. Agora. Concluída a hibridização. Esses estudos implicam a constru- com corante fluorescente por RT-PCR (Capítulo 14). uma única membrana ou em outro su.000 sondas oligonucleotídicas em quência entre as regiões de cDNA correspondentes às re. uma única bolacha de silício. na de fusão em células transgênicas expostas à luz azul ou . acoplados em estrutura em microarranjos para comparar os níveis de expressão à sequência nucleotídica codificadora da proteína de de genes de interesse ou de todos os genes do genoma interesse. gênicos. e eles podem ser fixados a das por eletroforese (Capítulo 14). Dos grupos de sequência. Existem microarranjos mero de genes humanos com base em bancos de dados de sondas que possibilitam aos biólogos analisar a expres- de EST apresentaram números de genes altos demais. Esse conhecimento deve se tomar inestimável na compreensão de doenças humanas como o câncer e. os biólogos costumam usar anticorpos porte sólido. de análise da expressão de genomas completos ampliou tares aos segmentos dos transcritos de todas as matrizes enormemente a quantidade de novas informações bio- abertas de leitura (ORF). só propiciam a análise momentânea de uma proteína em nucleotídicas em microarranjos em superfícies de silício uma célula. ção de genes de fusão que contenham a sequência nu- Esses cDNA marcados são hibridizados com as sondas cleotídica codificadora de GFP. As hibridizações em arranjo e os chips gênicos podem ser Novas tecnologias possibilitam que os cientistas pro. todos os genes de um organismo. thaliana. e os resultados são ana- ser reconhecidos por diferentes regiões 3' não traduzi.625 grupos (com identidade de 97% das logias de hibridização por microarranjo levaram ao sur- sequências dentro dos grupos). E possível sintetizar oligonucleotídios com. até mesmo do processo de envelhecimento.563 correspondiam aos genes humanos conhecidos. a introdução do gene quimérico nas células ( Figura 15. pela primeira de regiões não superpostas de um transcrito gênico. COMO REPÓRTER DA SÍNTESE PROTEICA talvez. os dois métodos de hibridização. agora parece claro que as estimativas do nú. expressão do genoma total ao longo do tempo. sophila melanogaster e cerca de 26. Além disso. os transcritos de diferentes genes podem eia com resolução micrométrica. ou em arranjos de microesferas. os cientistas podem monitorar alterações da gumas doenças humanas. Assim. duran- te o desenvolvimento ou em resposta a modificações do PROTEÍNA FLUORESCENTE VERDE ambiente. tre o códon de término da tradução 3' e a terminação O chip gênico mostrado na Figura 15. Quando se fizeram comparações de se. lâminas de substâncias fluorescentes são usados para detectar a loca- vidro ou superfícies de silício e ser usados como sondas lização de proteínas in vivo. lisados e registrados por software destinado a eliminar o das .16 contém um micro- 3' do transcrito. o nú.e usados para sintetizar cDNA marcados dade de células vivas. eles podem estudar simultaneamente a expressão de todo caso. ção. agora estão disponíveis para os pesquisadores os chips de DNA que possibilitam que cientistas estudem MICROARRANJOS E CHIPS GÊNICOS a expressão dos aproximadamente 17. A descoberta de uma proteína fluorescente natural. a milhares de sondas são sintetizadas em bolachas de silício proteína verde fluorescente (GFP) da água-viva Aequorea victoria. dade que se dedica ao estudo da expressão de genomas mero de grupos era considerado uma boa estimativa do inteiros. e estudo da fluorescência da proteí- lavados e varridos com lasers e detectores de fluorescên. Atualmente. são de todos os genes no organismo. Western blots são usados para detectar proteínas separa- genoma de um organismo. . e usados para preparar cDNA marcados com diferentes corantes fluorescentes. com ponen tes celulares... Os RNA são isolados de tecidos de controle e experimentais. dos efeitos de íons e solventes graças ao encerramen to muitas vezes pode ser acoplada a proteínas sem que haja em uma prega. .-. por exemplo. semelhante a um barril.. a fluorescência de GFP não requer a adição de substra- Como o nome indica.~ ._. GFP apresenta fluorescência tos.. O Mistura de quantidades iguais de cDNA e hibridização em microarranjos....fl ~.. gênica e assim por diante. a expressão gên ica em células vivas e para estudar a lo- ção pós-tradução de um tripeptídio serina/tirosina/glici. Por indução de mutação do gen e da . basta a exposição à verde brilh ante qu ando exposta à luz azul ou ultravioleta.. Quantidades iguais das amostras de cDNA são misturadas e hibridizadas a microarranjos contendo sondas complementares aos cDNA dos genes de interes- se....v ~ ~~ 0"'/l Marcação com fluorescência 'f'i marcados Síntese de cDNA com Marcação com fluorescência Cy3-verde corantes fluorescentes Cy5-vermelha por RT-PCR. células normais e células cancerosas. Assim. Como a GFP é uma p roteína pequena.. da proteína ma- interferência n a sua atividade ou interação com outros dura.li000000000000001. Sonda 2 Sonda 3 gênica gênica Sonda 1 Sonda 4 gênica gênica Sonda 5 Sonda do gene 20. calização e o movimento de p roteínas nas células com na codificado. GFP pode ser usada para estudar O cromóforo de GFP é produzido pela ciclização e oxida. Preparo de microarranjos pela aplicação de oligonucleotídios gene-específicos em pontos sobre membranas de náilon ou lâminas de vidro ou pela síntese de oligonucleotídios in situ em bolachas de silício........ oooooooooooooooooooo 1-. Ao contrário de outras p roteínas biolumin escentes. cofatores ou outras substâncias.P. oooooooooooooooooooo vidro ou 00000000000000000000 oooooooooooooooooooo silício 00000000000000000000 00000000000000000000 00000000000000000000 0 "'/l 0 " Isolamento dos RNA de células ou tecidos de controle e experimentais.17).14 Preparo e uso de microarranjos para estudar a expressão gênica. Após hibridização.. Toda a aplicação em pontos 00000000000000000000 ou síntese é feita por 00000000000000000000 máquinas automatizadas.418 Fundamentos de Genética '\f>....) células experimentais Expressão igual em células ••••• • de controle e experimentais • Ausência de expressão nas duas populações de células • • • v • FIGURA 15. ___. luz azul ou UV. .1>.. Náilon. UV (Figura 15. Computador Detector de ••• ••••• fluorescência ••• Laser ( 8 Legenda: e Expressão aumentada em células experimentais • Expressão diminuída em •• .~ . - RNA de controle RNA experimentais ~ . os microarranjos são analisados por sofisticados scanners de laser e software que eliminam o ruído de fundo e medem os sinais das duas populações de cDNA fluorescente..... 4 li.. .. Esse cromóforo é amplamente protegido o passar do tempo..:. '.. os cientistas são capazes de detectar transcritos de milhares de genes em um experimento.16 Fotografia de chip gênico (em cima à esquerda} e fotografia de microarranjo hibridizado (em cima à direita). dificadores de proteínas implicados em determinada Imagem de microarranjo hibridizado Arranjo de sonda GeneChip® \ \ \ \ \ \ \ \ \ . . Graças às milhares de sondas de hibridização oligonucleotídicas presentes nos chips gênicos. intracelular de duas ou mais proteínas (Figura 15.15 Dados de hibridização por microarranjo comparando os níveis de expressão de 588 genes em (A) células cancerosas humanas não tratadas e (B) células cancerosas humanas tratadas com um agente quimioterápico. As fotografias foram produzidas usando um scanner para medir a intensidade dos sinais de hibridização nos microarranjos e convertendo-os em imagens com software apropriado.. os biólogos moleculares produziram variantes de das para o estudo simultâneo da síntese e da localização GFP que emitem luz azul ou amarela. variantes com in. Os chips gênicos e outros tipos de microarranjos possibilitam a análise simultânea da expressão de todos os genes de um organismo. GFP. Capítulo 15 1 Genômica 419 Células cancerosas não tratadas Células cancerosas tratadas com quimioterápico A B baixa ~----------~ alta Expressão • FIGURA 15.l 7D). Essas variantes podem ser usa.----r..- \ \ \ \ \ Sonda de oligonucleotídio ~\----'"" \ \ \ \ Célula de sonda hibridizada • FIGURA 15.As alterações nos níveis de expressão gênica induzidas pelo agente quimioterápico podem ser detectadas por comparação dos dois arranjos. - \ \ \ \ \ \ \ cDNA-alvo marcado ---. tensidade de fluorescência até 35 vezes maior que a GFP Alguns geneticistas estão usando fusões de GFP para de tipo selvagem e variantes cuja fluorescência depende estudar alterações na expressão de todos os genes co- do pH do microambiente.-. nos níveis de grandes conjuntos de proteínas de fusão te terapêutico. A sequência codificadora de GFP pode ser inserida em qualquer uma das extremidades do gene de interesse ou em pos ições internas. e (D) marcação dupla de duas proteínas de ligação de microtúbulos. respectivamente. Sequência Sequência codificadora codificadora Sinais de término da Promotora do gene de interesse de GFP transcrição e poliadenilação ATG TAA ou Sequência codificadora Sequência codificadora Sinais de término da Promotora de GFP do gene de interesse transcrição e poliadenilação ATG TAA A Actina marcada com GFP Tubulina marcada com GFP MAP2 marcada com GFP (vermelho) mais tau marcada com GFP (verde) B 10 µm e 10 µm D 10 µm • FIGURA 15. Na verdade. Estrutura de genes de fusão com GFP. Eles con stroem todo um conjunto de GFP por eletroforese capilar (eletroforese em pequenos genes quiméricos contendo a região codificadora de tub os capilares). A. usar chips de DNA para detectar tran scritos gênicos e cia de proteínas de fusão separadas por eletroforese ou "chips de proteína" para detectar os polipeptídios codifi- outras técnicas.ões codificadoras dos genes de organismos experimentais podem ser usados para estudar a localização de proteínas em células vivas. . PONTOS ESSENCIAIS • Uma vez determinada a sequência nucleotídica comp!. Estão sendo desenvolvidas tecnologias cados por esses transcritos. Localização de proteínas marcadas com GFP por imunofluorescência: (B) actina do músculo liso em fibroblasto. MAP2 marcada com GFP emissora de luz azul e tau marcada com GFP emissora de luz verde. Com os filtros de luz usados para microscopia. in troduzem-nas em células hospedeiras turo n ão muito distan te. proteína estrutural de microtúbulos. em um fu- outros gen es. MAP2 e tau são observadas nas cores vermelha e verde. a genômica funcional poderá e monitoram sua expressão por medida da fluorescên. monitoradas por microfotodetectores GFP fundida em estrutura às regiões codificadoras de sensíveis e software sofisticado. B-D. em neurônio de rato.420 Fundamentos de Genética Estrutura de genes de fusão de GFP. em células do ovário de hamster chinês.eta de um genoma. (C} tubulina. via metab ólica em resposta ao tratamento de células ou que possibilitarão que cientistas observem alterações tecidos com um fárm aco específico ou possível agen.17 Uso de proteína fluorescente verde (GFP} da água-viva para estudar a localização de proteínas em células vivas. os cientistas podem estudar os padrões temporais e espaciais de expressão de todos os genes do organismo • Microarranjos de sondas de hibridização gene-especijicas em chips gênicos possibilitam que pesquisadores estudem simultaneamente a transcrição de milhares de genes • Genes quiméricos que contêm a regi-ão codificadora da proteína verde fluorescente da água- viva fundida às regi. dicas é pesquisar matrizes abertas de leitura (ORF [open gumas das alterações ocorridas nos genomas de gramí. nih. dúvida. E possível construir "árvores" Agora. semelhança entre a sequência de consulta e cada um dos cumentaram muitas das alterações responsáveis pela dois genes. Os indícios de intercruza. e hoje existem programas capazes de fa- sonalizados segundo o genótipo de cada indivíduo. BIOIN FORMÁTICA nomas de organismos melhoraram a compreensão das O conhecimento das sequências nucleotídicas de geno- relações taxonômicas e das alterações responsáveis pela mas completos ofereceu muitas informações e lançou um evolução de espécies a partir de ancestrais comuns. manipula. Nós examinaremos rapidamente al. o tratamento clínico baseado no No início deste capítulo (veja Em foco: GenBank). Como começaria a analisar a função dessa molé- damente algumas técnicas usadas para "garimpar" in. genótipo de um indivíduo.aquelas disponíveis tar se alguém já determinou a sequência dessa molécula atualmente e a grande quantidade de novas sequências de DNA ou de moléculas semelhantes. é preciso usar um programa de computador que Tem sido prometido que a sequência do genoma possa buscar sequências semelhantes em grandes bancos humano levará ao surgimento de novas técnicas na de dados de DNA. de Arabidopsis e que estava intimamente relacionada com Graças a comparações das sequências nucleotídicas o gene da í38-tubulina nesse vegetal. cula de DNA? Em primeiro lugar. um método novo e eficiente da bioinformática para investigar sequências de DNA.. significa fazer tudo isso com informações biológicas - lhões de pares de nucleotídios de DNA no total . análise mais detalhada dos processos evolutivos. recupera (mais outros 370 que estão sendo montados atualmente e classifica as informações registradas. Como podemos extrair informações dessas sequências? Esse desafio gerou uma nova especialidade Agora que conhecemos as sequências nucleotídicas científica denominada bioinformática (biologia + informáti- completas dos genomas de mais de 2.sequências que podem ser traduzidas neas cereais e animais selecionados nas duas últimas em sequências de aminoácidos sem encontrar nenhum seções deste capítulo. usamos a dissecção mutacional usados para estudar as sequências nucleotídicas de DNA para identificar as funções de várias unidades de DNA.gov/entrez) para buscar sequências de DNA seme- quais são as contribuições imediatas da era genômica? lhantes a uma sequência consultada com uso do software A resposta a essa pergunta parece clara . zer quase tudo que se pode imaginar. armazena. mos que nossa sequência codificava parte da í39-tubulina tais expostos no início deste capítulo é um exemplo.filogenias que mostram a relação entre esteja representada no GenBank e questionemos como espécies ou outros grupos taxonômicos .400 arqueobactérias e eubactérias e 41 eucariotos ca é a ciência que reúne. Os primeiros softwares para exame de bancos de dados de sequências foram desenvolvidos na prática da medicina e que os tratamentos serão per- década de 1980.a partir das poderíamos começar a analisá-la. maioria das vezes.500 vírus. mentos apresentados aqui.nlm. Mas como podemos extrair uma informação da gran. Capítulo 15 1 Genômica 421 Genômica com arativa As comparações das sequências nucleotídicas dos ge.AST mostrou com exatidão a conhecida como genõmica comparativa-. que fizemos no exercício em Em foco: GenBank. O outro programa usado para pesquisa rápida conhecimento das relações evolutivas entre espécies e em enormes bancos de dados é o FASTA. suponhamos que nossa nova sequência não evolutivas . leia Problema resolvido: Uso A genômica comparativa é. hereditários clássicos. você poderia se pergun- formações das sequências de DNA. Então.uma subespecialidade mento de alinhamento Bl. apresentaremos resumi. te texto. novo desafio. descobri- mento entre os primeiros seres humanos e neander. A bioinformática e 630 que estão sendo sequenciados) . Alguns dos progra- Por exemplo. para estudo da evolução.ncbi. a sequência abrangente sobre bioinformática não é a finalidade des- de uma molécula de DNA não oferece nenhuma infor. o instru- dos genomas de organismos .AST. ainda é muito futurista. Em genética. Você sabe que biologia é o estudo da vida. exceto para os distúrbios analisamos o uso do site Entrez (http:/ /www. Para sanar essa que se acumulam a cada dia. reading . mas examinemos rapidamente alguns métodos mação.como sobretudo sequências de DNA e proteínas. os cientistas do. na estudo das sequências nucleotídicas. A etapa mais elementar sequências de DNA (veja a seção Filogenia Molecular na tentativa de identificar genes em sequências nucleotí- no Capítulo 24). favorito. O Capítulo 24 apresenta uma códon de término da tradução na matriz ( in-frame).um maior Bl. e as sequências de aminoácidos das proteínas. Suponha que você tenha acabado de sequenciar um de quantidade de informações sobre a sequência nos fragmento de restrição de DNA isolado de seu organismo bancos de dados? Nesta seção. é provável que os médicos mantenham mas mais populares foram desenvolvidos pelo Genetics maior vigilância sobre mulheres com mutação do gene Computer Group (GCG) da UniversityofWisconsin. "Map" é um programa GCG que pode ser usado para tra- . Usa- BRCAl (BReast CAncer 1) para câncer de mama que remos alguns desses programas para ilustrar o método de sobre outras mulheres (Capítulo 21). Para obter mais experiência usando os instru- divergência de espécies a partir de ancestrais comuns. Informáti- de 1. No entanto. Na verdade.mais de 122 bi.frames] ) . Na pesquisa outros grupos taxonômicos. A discussão podemos usar essas informações? Por si só. mais ca). Os sítios de término da tradução são indicados por asteriscos.tam.18. sequência homóloga no cromossomo 11 do chimpanzé (Pan troglo- 3.foi sequenciado. As sequências dos genomas de vários outros mamíferos.nih.exceto algumas regiões de DNA também é muito semelhante (93% idêntica) à sequência do gene altamente repetitivo na heterocromatina . O software desenvolvido gura 12. essa é a única matriz de leitura que poderia ser parte de uma ORF maior. uma análise mais detalhada 4. . O software BLAST (Basic Local Alignment 5earch Too l) pos. as terminações amino estão à esquerda nos produtos da tradução 1 a 3 e à direita nos produtos 4 a 6. Qual é a função desse DNA? Em que cromossomo está localizado? A se. mos busca11do ORF muito mais 1011gas que a sequência informáticas usa-se o código de apenas uma letra (ver Fi.+ --------. atggtgcatc tgactcctga ggagaagtct gccgttactg ccctgtgggg. Portanto. as sequências foram depositadas no GenBank.' ------. reinhardtii nas seis matrizes de leitura. ANÁLISE E SOLUÇÃO quência é única ou existem sequências semelhantes em outra parte A busca BLAST das sequências "Human genomic + transcript" no do seu genoma? Essa sequência está presente nos genomas de ou. <luzir DNA bifilamentar nas seis matrizes de leitura (três Quando o segmento curto do DNA de Chlamydomonas em cada filamento de DNA). O site do NCB I também pode ser usado para pesquisar em sequência acatttgctt ctgacacaac tgtgttcact agcaacctca aacagacacc publicações que apresentam resu ltados de estudos sobre sequências de DNA específicas e seus produtos. A sequência de 100 nucleotídios é idên- FATOS E CONCEITOS tica à sequência de um filamento do gene HBB humano. inclu- sive de nosso parente vivo mais próximo . E claro que um tanto inco11venie11tes quando se lida com gra11des se estivéssemos procura11do ge11es. banco de dados de nucleotídios do GenBank mostra que a se- tras espécies? quência de 100 nucleotídios é parte do gene da í)-globina humana (HBB) no cromossomo 11.ncbi. mostra que a sequência tem apenas um nucleotídio diferente da bém são encontradas no GenBank. Observe a presença de códons de término da tradução em todas as matrizes de lei- tura. Os primeiros 100 nucleotídios tinham a 5. em análises bio. portanto. de DNA curta na Figura 15. Na verdade.+' -------.n lm. É preciso lembrar que a tradução ocorre sempre no sentido 5' ~ 3'.o chimpanzé . Utilizemos o software Map é traduzido em três matrizes de leitura. qualquer ORF que transponha esse segmento de ~ turas padronizadas dos aminoácidos com três letras são DNA teria de estar na matriz de leitura 5.+ . O site do NCB I http://www. verde Chlamydo1nonas reinhardti (Figura 15. exceto a de número 5. somente a matriz para buscar ORF em um curto segmento de DNA da alga de leitura 5 não tem códons de término (Figura 15. 1).gov contém instru. Uma busca BLAST de todos os genomas no NCB (cromossomos) 2. Eles correspondem aos trinucleotídios de término mostrados. dytes) e apenas sete nucleotídios diferentes da sequência homóloga mentos de bioinformática que podem ser usados para buscar no cromossomo 14 do macaco rhesus (Macaca mulatta ).+ 60 3' ccgcacataatttaacccattgagaagtaacgcaccacaacatctatctactccctaccg5' Produtos da traducão • Matriz de leitura 1: G V y G I L F I A w e e R M R D G 2: A e I * K L G N s s L * R G V V D *R G M A 3: R V L N w V T L H e V V L I D * E G w Q * ---------+---------+---------+---------+---------+---------+ 4: L R T N F Q T V R Q T T N y I s s p H * 5: A H I L N p L E E N R p T T s L H p I A 6: p T y I * p y s K M A H H Q L y I L s p • FIGURA 15. das em todos os primatas. Assim. geralmente estaría- bancos de dados de proteínas. seu genoma sequenciado. Todo o genoma humano . É claro no GenBank sequências de DNA específicas e/ou proteínas que as sequências dos genes da í)-globina são altamente conserva- codificadas por essas sequências.A sequência 1. e da í)-globina humano localizado adjacente ao gene da í)-globina. As abrevia.+ ---------+--------. dependendo da matriz de leitura.18).422 Fundamentos de Genética Uso da bioinformática para investigar sequências de DNA PROBLEMA em todas as sequências do GenBank por sequências semel- Você decidiu seguir o exemplo de Craig Venter e James Watson e ter hantes. sublinhados de vermelho. para buscar sequências nucleotídicas para genes também Sequência de DNA 5' g g e g t g ta t ta a a t t g g g ta a e te t te a t t g e g t g g t g t t g ~ a ~ a ~ g g g a t g g e 3' Par de nucleotídios: 1 --------. mostraria que os genes da í)-globina de todos os vertebrados são sibilita a busca em sequências específicas do genoma ou altamente conservados. assim.18 Ilustração do uso do programa "Map" da Wisconsin GCG para identificar ORF por tradução de um segmento de 60 pares de bases de DNA de C. verde ou azul.18). celular a ter todo o genoma sequenciado. a sequência foi bros de uma família de genes ou proteínas. Em geral. dificam o mesmo polipeptídio. . As buscas A Figura 15. conservadas nas oito proteínas. portanto.genes homólogos em a presença de famílias de genes . térias foram divulgadas em bancos de dados públicos.19 Ilustração de um alinhamento multissequencial de proteínas usando o código de aminoácidos com uma letra (ver Figura 12. como os nove genes codificadores das oito 13-tu- códons e preferência por determinadas sequências em bulinas mostrados na Figura 15. Esses genes também são Uma característica comum de genomas eucarióticos é conhecidos como genes parálogos . as sequências mentos múltiplos são úteis sobretudo na identificação de completas dos genomas de 1. e outras sequências conservadas.e J33): esses dois genes diferem apenas nas posições correspondentes às terceiras bases degeneradas de códons. Os nove genes da 13-tubulina de Arabidopsis são ho- sequência à sequência de um clone genômico. sítios de ligação a ribossomos mentos reguladores. uso de lhantes. e Tubulina Aminoácido Aminoácido p6: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGsKFWEVVCdEHGIDpTGRYvG nsDLQLERVNVYYNEASCGRyV 60 1 11 11 1 11 11 11 11 11 1 1 11 11 11 1 1 11 1 11 11 1 11 11 11 11 1 11 11 11 11 1 1 p8: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGAKFWEVVCAEHGIDsTGRYqG enDLQLERVNVYYNEASCGRFV 60 1 11 11 1 11 11 11 11 11 1 11 11 11 11 11 1 11 1 11 11 1 11 11 11 1 1 11 11 11 11 11 1 p2 e p3: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGAKFWEVVCAEHGIDpTGRYtGD SDLQLERiNVYYNEASCGRFV 60 1 11 11 1 11 11 11 11 11 1 1 11 11 1 1 1 11 1 11 11 l i 1 1 11 11 1 1 11 11 11 11 1 1 p7: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGSKFWEVVnlEHGIDqTGRYvGD s e L Q L E RV NV y y NEAs e GRy V 60 1 11 11 1 11 11 11 11 11 1 11 11 11 1 1 11 1 11 11 l i 1 11 11 1 1 11 11 11 1 11 1 p5: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGSKFWEVICDEHGIDsTGRYsGDtADLQLERINVYYNEASGGRYV 61 1 11 11 1 1 11 11 11 11 1 11 11 11 11 11 1 1 1 11 11 l i 1 11 11 11 11 1 11 11 11 11 11 1 pl : 1 MR EI LHvQGGQCGNQIGSK FWE VICDEHG v Dp TGRY nGDSAD LQ LERINVYYN EASGGRYV 61 1 11 11 1 1 11 11 11 11 1 1 11 11 11 11 1 1 1 li 1 I l i 1 11 11 1 l i 11 11 11 l i p4: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGAKFWEVICDEHGIDbTGQYvGDS pLQLERidVYFNEASGGKYV 60 1 11 11 1 11 11 11 11 11 1 11 11 11 11 1 1 11 1 Il i l i 1 11 11 1 1 11 11 11 11 11 1 p9: 1 MREI LHIQGGQCGNQIGAKFWEVICgEHGIDqTGQscGD tDLQLERINVYFNEASGGKYV 60 V V ._____.Recognition and Analysis In. GeneMark (um dos primeiros usados para (correspondentes às bases degeneradas em códons) eco- buscar genes em E. conservados nas proteínas. Os genes TUB2 (TUbulin Beta number 2) e TUB3 codificam produtos idênticos (as tubulinas J32. uma espécie. Capítulo 15 1 Genômica 423 pode rastrear promotores. por uma duplicação gênica recente (na escala de tem- nominados GRAIL (Gene . Ob- de sítios de recomposição de íntrons além das ORF e de serve que dentro dos 60 ou 61 aminoácidos mostrados outras sequências reguladoras. os profissionais da GENOMAS PROCARIÓTICOS bioinformática desenvolveram programas que alinham várias sequências de nucleotídios ou aminoácidos. como sítios de ligação a proteínas. Existem mólogos. As sequências mais semelhantes são agrupadas.19 mostra o alinhamento das regiões amino- de genes eucarióticos demandam a varredura à procura terminais das oito 13-tubulinas de Arabidopsis thaliana. coli).1). Também são úteis na identificação de domínios funcio- A presença de íntrons em genes eucarióticos torna a nais importantes e.19. O único modo de ter certeza ab. composição de bases. Os genes denominados isoformas). Em fevereiro de 2011. dois desses genes foram produzidos atualmente dezenas de programas de previsão gênica de.conjuntos de genes co. essas proteínas têm da tubulina de Arabidopsis e Chlamydomonas são ortólogos. existem cinco regiões de quatro ou mais aminoácidos mas de busca de genes são adaptados para espécies indivi. pos.gerado com o programa "PileUp" GCG . Os genes homólogos presentes em diferen- dificadores de proteínas muito semelhantes (geralmente tes espécies são conhecidos como genes ortólogos.compara as regiões aminoterminais das oito J3-tubulinas de Arabidopsis. Esses genes são homólogos. que são codificadas por nove genes.V ~ Seqs. Os alinha. GeneScan e GeneFinder.por exemplo. sua semelhança ao desenvolvimento a partir de um gene soluta de que um gene previsto é real e que seus íntrons ancestral comum. O alinhamento . Na atualidade. busca de genes mais dificil que em procariotos. Os códigos de aminoácidos com uma letra são escritos em letra maiúscula quando as sequências adjacentes são idênticas e em letra minúscula quando as sequências adjacentes são diferentes. duais por inclusão como fator das características de seus Os genes com sequências nucleotídicas muito seme- genomas . muitas vezes devem elementos reguladores. os progra. observe que foram identificados corretamente é isolar e sequenciar os termos "semelhante" e "homólogo" não são sinôni- um clone de cDNA de extensão completa e comparar sua mos.412 arqueobactérias e bac- sequências de DNA conservadas que são importantes ele. po evolutiva). funções redundantes ou superpostas. eles diferem em apenas 30 pares de bases ternet Link). publicada em 1995. Para comparar to- dos os genes de uma família de genes. O Haemophilus influenzae foi o primeiro microrganismo sibilitando a comparação visual direta de todos os mem. Na verdade. conservadas 1 2 3 4 5 • FIGURA 15. 12 de Es. e de 9.de um organismo unicelular. o microrganismo celular mais bem conheci.639.ncbi. Quando compararam os 525 genes de M. O tamanho dos genomas sequenciados varia: é pneumophila (doença dos legionários). 1O.de grande interesse por causa da patogenicidade desses siderado o menor genoma de qualquer bactéria não organismos e da esperança de que o conhecimento com- simbiótica.463 Legionella pneumophila.tinha aproximadamente 300 genes.970 5.373 Escherichia coli. que ao menos 100 desses genes não são essenciais para a gov/ genomes/lproks. em Maryland. coli com seus 4.610 3.8% e 0. sobrevivência.quisadores estimaram que o número mínimo de genes coccus coelicolor documentaram variações no tamanho do necessário para a reprodução de um organismo celular genoma de até um milhão de pares de nucleotídios entre varia entre 265 e 350.105. os pesquisadores do cadores de proteínas foi um marco genético importante.tações produzidas por engenharia genética mostraram ta completa é encontrada em http:/ /www.528.837 4.sobre as funções desses genes em outras bactérias. quências nucleotídicas publicadas dos genomas de duas Tabela 15. O genoma de M. linhagem CDC 4.828 pb em Bradyrhizobium japonicum. ma contém necessariamente sequências reguladoras e Os pontos de partida para o trabalho foram as se- sequências com funções desconhecidas.136 Mycobacterium tuberculosis.467 Escherichia coli. Em razão nas e RNA estáveis constituem 87.600. A Tabela 15.992. do crescimento lento e do estilo de vida parasitário do respectivamente.mycoides.um genoma bacteriano totalmente sintético.245 3.076 pb em Mycoplasma genitalium.240 Dados do site do NCBI (http://www.695 Os genomas de M. linhagem K12 MG1655 4.755 4.1 Tamanho e conteúdo gênico de genomas procarióticos selecionados. BACTÉRIA VIVA COM GENOMA a sequência do genoma da linhagem K12 de E.403. ]. os pes- pécie. uma um organismo celular. A E.033 Eubactérias Bradyrhizobium japonicum 9.o número mínimo de genes que manteria a vida bacteriana foi adquirida a partir de pesquisas em E. A maior parte do conhecimento sobre genética nes" .nlm.1 mostra o tamanho e o conteúdo genitalium contém apenas 525 genes previstos. bioquímicos e biólogos moleculares durante e colegas interessaram-se pelo "conjunto mínimo de ge- décadas. tuberculosis (tuberculose).cgi. Legionella espécies. Dos genomas bacterianos sequenciados até hoje.467 supostos genes codifi. pleto de seu metabolismo sugira maneiras de evitar essas causador de mais mortes humanas que qualquer outra doenças frequentemente fatais. Craig Venter geneticistas. diferentes linhagens da mesma espécie.885 pb em Nanoarchaeum equitans. 7% do genoma.828 8.076 525 Yersinia pestis.837 pb em Mycobacterium tuberculosis. J. coli. Nos preparativos para o Assim. O genoma de M. coli é o SINTETIZADO QUIMICAMENTE organismo celular mais estudado e conhecido em nosso Depois de sequenciar o pequeno genoma de Micoplasma planeta. eles decidiram sintetizar o genoma de M.M. seu parente de crescimento mais rápido.503.que pode se aproximar do "conjunto gênico mínimo" de do. e as mu- gênico previsto de alguns genomas procarióticos.293 f\1ycobacterium qenitalium 580. Uma das características surpreendentes dos genomas genitalium aos de outras bactérias e usaram informações bacterianos é sua variabilidade de tamanho em uma es. linhagem Paris 3.639. 580. linhagem KIM 4. 4. das plantas. coli foi o organismo-modelo preferido de genitalium com seus 525 genes previstos. a lis. Espécie Tamanho do genoma em pares de nucleotídios Número previsto de genes Arqueobactérias Nanoarchaeum equitans 490.o menor conjunto de genes que bactéria do solo capaz de colonizar os nódulos das raízes possibilita a reprodução de uma célula.gov/Genomes) . linhagem 0157 EDL933 5.675 pb na linhagem K.ncbi. a publicação em 1997 da sequência completa do teste da hipótese de que o "conjunto mínimo de genes" genoma de E. coli. 4. Craig Venter Institute. Prochlorococcus marinus e Strepto.675 4.424 Fundamentos de Genética há projetos de sequenciamento em curso de outras 3. genitalium.nih. decidiram criar Conhecidos e supostos genes especificadores de proteí. Yersinia pestis (pes- de 490. e elementos repetitivos não codificado.885 582 Sulfolobus solfataricus 2.403. colige- rou grande entusiasmo entre os biólogos.nlm.nih. Estudos em E.7% do geno. um simbionte te bubônica) e outras bactérias infecciosas também são obrigatório. . con. res constituem O. A E. bactéria infecciosa.105. Assim.8% do genoma. genitalium é de interesse especial por- cherichia coli. .. coli./ Sequências Vo~ marcadoras . . Eles fizeram isso por transplante do geno- onze megaunidades de 100.20 Estratégia usada para criar um genoma bacteriano totalmente sintético. capricolum. por sua vez... A construção do genoma bacteriano sintético come- çou com a síntese de sequências oligonucleotídicas correspondentes às sequências estabelecidas no genoma de linhagens de tipo selvagem de fvf. ~ . .947 pb...080 pb com superposições de 80 pb.080 pb que.077.078 cassetes usando o genoma de uma linhagem selvagem. mycoides... mycoides de tipo selvagem e deletou uma região não as "células transitoriamente binucleadas" foram plaque- essencial de 4 kb.1).... . Uma vez de 1. eles montaram 1. que transpunham cada um dos onze segmentos genômi- setes em um genoma completo foi transformar células de cos de 100 kb para pesquisa do genoma sintético com- leveduras e selecionar os produtos de recombinação ho... o ~ ····~···--.. que recompuseram em cassetes de com X-gal (ver Figura 14.1. •:rrcAGGCATCA rc " Oligonucleotídios icj)!J \ CGCGATCf\J\CTTGA . ' ... que tornou possível selecionar células com o dos verificaram a acurácia de seus processos sintéticos genoma sintético após transplante em células sensíveis à por sequenciamento de todos os cassetes.947 A 1 SJ ...000 i Yeast • Conjuntos de 10... Essas sequências foram recompostas na série de unidades mostradas para produzir um genoma completo de 1.000 pb..4). ma sintético para células de uma espécie de M. e um gene de resistência à 1.080 pb (1.077.'\ ~~ ~~ '0 ~# ' .. : · · .20. . Venter e associa. Capítulo 15 1 Genômica 425 linhagens de M. uma mutação por inserção que impedia a degradação do A equipe de pesquisa inseriu quatro DNA marcadores DNA estranho (ver Figura 14.000 pb (11) / ~....-800.. lum intimamente relacionada. O transplante em células de uma espécie fvf.." ""' ~. de M.: ~ #. mycoi- Sequências necessárias para propagação em leveduras e transplante de genoma c!i Sequências marcadoras Deleção de região 1 \. ~não essencial de 4 kb -~. i 1 1 11 11 1 11 1 ... O 1.. mycoides.947 pb de fvf. ~ ~ t ~ ·········· .f\CJ\ACTTGccc... Primeiro. Os DNA marcadores incluíam o gene adas em meio X-gal contendo tetraciclina. Depois do transplante para usar na distinção do genoma sintético dos genomas do genoma sintético intacto em células de M. tetraciclina._~. ram designados com os sítios de restrição Notl em suas Eles usaram PCR realizada com pares de iniciadores terminações. O processo de células receptoras havia sido previamente inativado por síntese e montagem é ilustrado na Figura 15. ~assetes de 1.. ·. A tetraciclina lacZ de E.. & . capricolum intimamente relacionada mostrou que o genoma era totalmente funcional.. caprico- mentos genômicos de 100 kb foram unidos para produ. selecionou células com o genoma sintético de M.<1 I..~..Q .....080 pb (109) t • (Conjunto l lX) I \ D Conjuntos de 100. O sistema de restrição de zir o genoma completo de 1. (Conjunto lX) / ~~~~.# .l .~ Sintetizador de \ # oligonucleotídio \ 1 '\~ç. que permitiram a identificação de célu. . Em seguida. # ~ Sequências marcadoras C5 ~. foram unidos para produzir era funcional.. A estratégia essencial na montagem dos cas.. · ···. ··..99 8 .077. Os cassetes fo. mycoides. eles precisavam determinar se 10.947 pb 17 ~ ºl?a ..#~ "'v"'ot *••••••••-~ ooE-10 y Sequências marcadoras • FIGURA 15. \)\:J/' t :····. os seg.080 pb recompostos para produzir 109 unidades de montado todo o genoma... g ~~ ~. tetraciclina. Eles começaram sintetizando las com genoma sintético como colônias azuis em placas oligonucleotídios... _'_'_. 078) (Conjunto 109X) l ~ ·.. comparando os resultados com aqueles obtidos móloga in vivo. pleto..077. 794 12 Drosophila melanogaster Mosca-das-frutas 19. A fo- Agora que desenvolveram a tecnologia necessária para tossíntese dos vegetais não existiria sem cloroplastos. importadas do citosol.ncbi. Eles também podem tentar produzir bactérias com genomas sintéticos que sintetizam produtos úteis ou que Os sistemas genéticos mitocondriais são constituídos de DNA e do mecanismo molecular necessário para repli- degradam poluentes ambientais. te dependentes desses ex-invasores procarióticos.colônias azuis . Em- car e expressar os genes contidos nesse DNA. e sintetizar genomas bacterianos completos e transferi-los a respiração aeróbica dos vegetais e animais não existiria das células de levedura para bactérias.processo conhecido ~ verdade. até das codificadas por genes nucleares para complementar 2.500 kb em algumas angiospermas. portanto. O advento das técnicas de DNA recombinante tor- da luz solar para sintetizar material orgânico a partir nou possível analisar o mtDNA com muitos detalhes. m itocôndrias driais sequenciados até hoje. e assim por diante. a princípio por mi- nelas delimitados por membrana que têm papel impor. crografias eletrônicas que mostraram fibras semelhantes tante no metabolismo da energia.2 Tamanho e conteúdo gênico de genomas mitocondriais e cloroplásticos selecionados Tamanho do genoma em Espécie Nome comum pares de nucleotídios Número previsto de genes Genomas mitocondriais Arabidopsis thaliana ara beta 366. essas fibras foram vertem moléculas orgânicas em energia por metabolismo extraídas e caracterizadas por procedimentos fisicos e quí- aeróbico.779 43 Zea mays subsp. E quase certo que essas duas organelas cas completas das moléculas de mtDNA de muitas espécies tenham se desenvolvido a partir de células procarióticas diferentes. ao DNA nas mitocôndrias. Cada mitocôndria Tabela 15.nih. radores podem dar seguimento à questão do "conjunto mínimo de genes" por deleção de genes e teste da viabili. A Tabela 15.gov/genomes/ genlist.478 129 Chlamydomonas reinhardtii alga verde 203. Venter e colabo. Esses procariotos cgi?taxid = 2759&type=4&name=Eukaryota Organelles trouxeram consigo seus genomas.515 96 Saccharomyces cerevisiae fermento de pão 85. O tamanho das moléculas e cloroplastos têm seu próprio genoma. de DNA mitocondrial varia muito.nih.mutuamente O site http://www. As mitocôndrias con. parasito causador da malária.nlm.nim. mays milho 140.630 218 Genomas cloroplásticos Arabidopsis thaliana ara beta 154. ou oxidativo. as células eucarióticas tornaram-se altamen- . foi descoberto na década de 1960. Mais tarde.colônias brancas. sem mitocôndrias.5 17 37 Homo sapiens ser humano 16. Esse meca- bora o custo do procedimento ainda seja muito alto.2 mostra os mtDNArepresentativos. que estabeleceram relações simbióticas . já foram determinadas as sequências nucleotídi- como fotossíntese.024 134 Oryza sativa Japonica arroz 134. e o X-gal possibilitou a distinção entre as bactérias produtos gênicos especificados por genes das organelas. mays milho 569. MITOCÔNDRIAS O DNA mitocondrial. benéficas . os nismo inclui as macromoléculas necessárias para trans- aperfeiçoamentos técnicos devem levar à produção mais crição e tradução. As células eucarióticas contêm compartimentos ou orga. além da capacidade de apresenta uma lista completa dos genomas mitocon- metabolismo aeróbico e fotossíntese.525 159 Zea mays subsp. te 6 kb no Plasmodium.384 158 Dados do site do NCBI (http://www. Nos dois casos.gov/Genomes) . essas organelas usam algumas proteínas importa. Muitas dessas macromoléculas são codificadas por genes mitocondriais.e as demais células receptoras Atualmente. As mitocôndrias têm até mesmo seus eficiente e mais barata de genomas sintéticos no futuro. de aproximadamen- porém. geralmente abreviado como mtDNA.ncbi. Logo.426 Fundamentos de Genética des.828 109 fvfarchantia polymorpha hepática talosa 121. e os cloroplastos usam a energia micos. próprios ribossomos.924 57 Caenorhabditis elegans nematódeo 13. mas algumas são co- GENOMAS DE CLOROPLASTOS E dificadas por genes nucleares e. desejadas . Genomas mitocondriais dade. Na da água e do dióxido de carbono .com células hospedeiras.571 37 Oryza sativa Indica arroz 491. pode conter até Um dos primeiros mtDNA vegetais sequenciados foi o da 108 cópias do mtDNA.2). na Marchantia.. ami- Leu .6~~ ND4 (S"">'~ limitadas por membranas. eles não atuam sozinhos.-.000 kb. Para aumentar a sua com- preensão sobre as estruturas dos genomas mitocondriais. inclusive dois que cadas por genes nucleares.r-. o aeróbico também são sintetizados no citosol..2). to os genes no círculo externo são transcritos a partir do filamento H O número de moléculas de cpDNA em uma célula (pesado) do DNA. rentes. na verdade. ND6 f~rBltol.. Cys Tyr" loplastos (plastídios que contêm amido) e elaioplastos His / (J (plastídios que contêm óleos ou lipídios). As setas mostram a direção da transcrição.. As proteínas ribossômicas são codificam RNA ribossômico. de 85 a 292 kb • FIGURA 15. Os três tipos '#. têm hepática talosa. ção oxidativa . os ge- nes de tRNA no mtDNA são indicados por abreviaturas dos aminoá- gênero Acetabularia.21 ). o cpDNA é muito maior. com cerca cidos. Em geral. o processo usado por mitocôndrias Muitos polipeptídios necessários para o metabolismo para recrutar energia. Em plantas vasculares. mas sua organização ge. geral de organelas vegetais conhecidas como plastídios. o tamanho dos cpDNA geral- mente varia de 120 a 160 kb. parecem ser organizadas de muitas maneiras dife. Em camundongos. e. Um oócito de vertebrado. sintetizadas no citosol e importadas pelas mitocôndrias portador e 13 que codificam polipeptídios implicados na para montagem de ribossomos. NDl Genomas de cloroplastos / lle Gln . só tem função dentro da mitocôndria. Nos vertebrados. .. depende de dois fatores: o número de cloroplastos e o . por exemplo. ou tal- espaço entre os genes. o mtDNA é maior que e o ciliado Paramecium aurelia. Em seres plo. Os ribossomos mitocondriais. 37 genes são acondicionados em inclusive algumas duplicadas... um círculo de 16 a 17 kb. esse DNA é denominado Cito ó \)\º"" ?>se. talvez menos de 1. como algumas das subunidades dessa proteí- nética é um tanto diferente.." " .. bois e sapos.f Met Os cloroplastos são formas especializadas de uma classe ND5 . Capítulo 15 1 Genômica 427 parece conter várias cópias do DNA. entre eles Ala Asn ~ -Trp cromoplastos (plastídios que contêm pigmentos). As molé.. . é uma molécula circular de culas circulares de mtDNA. moléculas circulares de mtDNA com 78 kb. ND1-6 são (Tabela 15. a ATPase que é responsável O tamanho dos mtDNA de invertebrados é aproximada. e em algas. são construídos com RNA ribossômico transcrito de humanos. abreviado como cpDNA. o mtDNA tem 16.. por exemplo. Essa composição dupla sugere que os filamento H sistemas genéticos nucleares e mitocondriais são coorde- -. em determinada espécie vegetal.por exemplo. Os cpDNA de vegetais sequenciados são mo- interno são transcritos a partir do filamento L (leve) do DNA. por exemplo. conhecidas como proplastí- I Asp dios. responda às questões de Resolva! O que sabemos sobre o ' Pro Phe Vai __ _ genoma mitocondrial do extinto mamute-lanoso? k . Os genes no círculo de 2. Em algumas espécies de algas verdes do genes cod ificadores de subunidades da enzima NADH redutase. As células somáticas. 22 que codificam RNA trans. DNA do cloroplasto. Eles incluem mtDNA é semelhante ao de seres humanos . a proteína completa maior que em animais. litar sua função. como a alga Chlamydomonas reinhardtii grandes. por acoplar a energia do metabolismo aeróbico ao ATP.-----. tem é. Ser . por exemplo. enquan. superiores contêm muitas sequências não codificadoras. uma mistura de produtos gênicos nucleares e mitocondriais.. Em algumas angiospermas.571 pares de genes mitocondriais e com proteínas ribossômicas codifi- bases e contém 37 genes (Figura 15. o mtDNA é bem na são sintetizadas nas mitocôndrias. um vez todos eles.. e como cada célu.indicação subunidades de várias proteínas participantes da fosforila- de conservação básica da estrutura no subfilo vertebrado. mente igual ao de vertebrados. As moléculas de mtDNA dos vegetais das. nados de alguma maneira para a síntese de quantidades equivalentes de seus produtos. Os mtDNA humano -ND2 (-17 kb) botânicos distinguem vários tipos de plastídios. planta não vascular primitiva é uma molécula circular de A maioria das moléculas de mtDNA é circular. No entanto. o número de vegetal é muito maior que o mtDNA de outros organis- moléculas de mtDNA por célula pode ser muito grande. que foram mais bem estuda. O mtDNA dessa menos cópias. Marchantia polymorpha. léculas circulares. oxidromo e Subunidade oi'º ase Ili da AiPase Em vegetais superiores. . A estrutura também é mais variável. deixando pouco ou nenhum A maioria dos produtos gênicos mitocondriais. porém.000. todos parecem ND4L NÓ3 \ ' \ o~º~ conter DNA idêntico. Em fungos. A levedura. Muitos produtos gêni- molécula de DNA circular muito grande com centenas cos nucleares são importados para potencializar ou faci- ou milhares de quilobases. fosforilação oxidativa.21 Mapa do genoma mitocondrial humano. elas são lineares. O mtDNA la geralmente tem muitas mitocôndrias. por exem- O mtDNA animal é pequeno e compacto. No número desconhecido de genes é disperso sobre uma entanto. parecem desenvolver-se a partir de pequenas organelas / Arg Gly . mos (Tabela 15. 570 kb no milho.. mas em 186 kb com 94 matrizes abertas de leitura (ORF) bastante algumas espécies. mesmo conjunto de genes. ribulose bifosfato carboxi lase. desapareceu da Todas as moléculas de cpDNA têm basicame11te o maior parte de sua área de distribuição há cerca de 10. proteínas ribossômicas de subunidade pequena. atp. proteínas ferro-enxofre. proteínas ribossômicas de subunidade grande.nih .> f"ld!J< ~eu Genoma cloroplástico da hepática talosa. A Eitglena gracilis. A Tabela 15. vários componentes polipeptídicos dos fotossistemas o seu genoma mitocondrial? Qual é o tamanho do genoma implicados na captura de energia solar.< ~S. no esses genes estão organizados de maneiras diferentes. fator de iniciação A.22 Organização genética do genoma cloro plástico da hepática talosa. a subu11idade mitocondrial (mtDNA) do mamute-lanoso? Quantos genes com atividade catalítica da enzima ribulose 1. 165. complexo citocromo b/f. Símbolos: rpo. infA. 700 anos atrás. Marchantia polymorpha (Figura 15.com. rpl e secX. Já que a espécie conjunto de genes básicos inclui genes de RNA ribossô- foi extinta há quase 5.grupogen. RNA transportador.024 pares de nucleotídios) rpoB petD petB Legenda: psbH rpoCl psbB • Fotossíntese e transporte de elétrons • Tradução rpoC2 D RNA polimerase (1JS]8 D ORF desconhecidas rp/33 Direção da transcrição: Genes dentro do círculo .5-bifosfa- codificadores de proteína ele contém? Quantas moléculas de RNA não codificadoras ele especifica? A sequência do mtDNA to carboxilase e quatro subunidades de uma RNA poli- do mamute-lanoso é mais semelhante à do mtDNA do ser merase cloroplasto-específica. 235. a alga unicelular Chlamydo1nonas reinhardtii tem apenas um cloroplasto por célula e contém cerca de O que sabemos sobre o genoma 100 cópias do cpDNA. .55.br. fvfarchantia polymorpha. e de ~s. 4. população sobreviveu na Ilha de Wrangel. suposta NADH redutase.2 mamute-lanoso e do elefante e (2) do homem de Neandertal e lista algu11s exemplos. Por exemplo. ndh. rps.428 Fundamentos de Genética número de moléculas de cpDNA em cada cloroplasto. pet.000 anos. mico. psb.cgi?taxid=2759&opt=plastid. que sequências são mais semelhantes? em h ttp: / /www. como os cientistas consegui. fvfammuthus primigenius. rRNA do tama- nho indicado.r/genomes/ Genomes- Group. O mamute-lanoso. Marchantia po/ymorpha (121. 55. rbs. a lista completa está dispo11ível do ser humano. ~ Leia a resposta do problema no site http://gen-io.sentido anti-horário • FIGURA 15.000 anos. os genes de tRNA são indicados por abreviaturas dos aminoácidos. Dois dos primeiros cpDNA sequenciados eram de he- pática talosa. cloroplasta permease.go. RNA polimerase.ncbi. Mais de 200 moléculas de humano ou do elefante? Se você comparar os mtDNA (1) do cpDNA foram totalmente sequenciadas. mpb.. até cerca de 4. fotossistema li. frx. mas em espécies diferentes uma pequena . outro organis- mo unicelular.sentido horário Genes fora do círculo . mitocondrial do extinto mamute-lanoso? e cada uma delas contém cerca de 40 cópias do cpDNA.22). O Oceano Artice. algumas proteínas ribossômi- ram sequenciar grandes porções de seu genoma nuclear e todo cas. psa. fotossistema I.nlm. síntese de ATP. tem cerca de 15 cloroplastos por célula. 851.900 fvfus musculus camundongo 2.isto é. Algumas deleções cpDNA tem um par de grandes repetições invertidas que não foram letais porque o. uma sequência ma sequenciado.gov/Genomes.841 20.268 genes previstos no genoma de do gênico dos genomas de eucariotos selecionados. O contrário dos genomas de arqueobactérias e eubactérias. A Tabela 15.287 127.563. No entanto.ncbi.d k/services/G enomeAtlas) *Os números de genes são previsões de Ensembl (menos pseudogenes quando há dados disponíveis).792 9. tros sistemas modelos eucarióticos. do site de Ensembl (http://www. tória da biologia.932.egans foi publicada dependem das atividades coordenadas dos produtos gê. a densidade gênica varia muito entre diferentes espécies cadores de proteínas. 2004. .308 5. Portanto.3 mostra o tamanho e o conteú- (5. a levedura. o desenvolvimento de cloro. ttos números de pares de bases são arredondados para a centena mais próxima.dtu . 40 genes para moléculas de peque.900 Inseto Drosophila melanogaster mosca-das-frutas 131. ser importados do citosol.000 Dados do site do NCBI http://www.org) ou do banco de dados CBS Genome Atlas (http://www. A sequência completa de 12. laboração internacional de aproximadamente 600 cien.800 Homo sapiens ser humano 2.068 kb do quase completa do genoma humano foi divulgada em genoma de S.200 Vertebrados Danio rerio peixe-zebra 1. e sequências quase completas dos genomas da nicos nucleares e cloroplásticos.291. ckouts desses genes estão associados a alterações morfoló- tos dos genes nucleares que atuam no cloroplasto devem gicas ou a prejuízo do crescimento. lista completa de genomas sequenciados e projetos de Tabela 15.105 (18.465 23. Capítulo 15 1 Genômica 429 tabaco.526 25. mosca-das-frutas Drosophila melanogaster e da planta mo- delo Arabidopsis thaliana seguiram-se em 2000.057.844 pb) e contém cerca de 150 genes. Dos genes testados.900 pb em Saccharomyces de RNA ribossômico. cerca de 140 genes especificadores eucarióticas. cerevisiae até um gene por 127. Os produ.330. da América do Norte e do Japão.820. em 1998.nlm.ensembl. Os genes nucleares são destruir o organismo.186. muitas vezes os kn~ transcritos no núcleo e traduzidos no citosol. Uma vez importadas. O cpDNA do tabaco é maior ciais para o crescimento em meio rico em glicose .7%) eram essen.268 1. Como já mencionado. desde um gene por 1.000. foi da mídia internacional que qualquer outro evento na h is- o primeiro microrganismo eucariótico a ter todo o geno.cbs. 1.3 Tamanho e conteúdo gênico previsto de genomas eucarióticos selecionados. a levedura Saccharomyces cerevisiae. E preciso que haja deleção das Como já mencionado.916 ou 96. genoma da levedura contém 5. genoma de levedura contém contêm os genes dos RNA ribossômicos.913 22.828 21.899 13. O que aprendemos com todas essas sequências? Ao tistas da Europa.885 possíveis genes codifi. os cloroplastos funcionais do genoma do verme Caenorhabditis el.396 115.018.nih.524 66. cerevisiae foi montada em 1996 graças à co. essas Logo se seguiram as sequências dos genomas de ou- proteínas devem agir em conjunto com proteínas codi.152 4.909 6.928.496 28. duas cópias desses genes para produzir efeito letal.368. Nicotiana tabacum.5%) os 6. Os pesqui. A maioria dos as deleções desses genes foram letais. A divulga- ção de duas primeiras versões da sequência do genoma GENOMAS EUCARIÓTICOS humano em 2001 provavelmente teve maior cobertura O fermento de pão. Tamanho do genoma em Número previsto de Densidade gênica Espécie Nome comum pares de nucleotídios genes* (pb/gene)tt Protista Plasmodium falciparum protozoário da 22.000 pb se for no RNA nuclear e mais de 200 genes de tRNA.571.098 139. A sequência de 99% ficadas por cpDNA. muitos genes duplicados.516 4. Mui- plastos funcionais depende da expressão tanto dos genes tos outros genes de levedura podem ser deletados sem nucleares quanto cloroplásticos. incluída a heterocromatina não sequenciada) em seres sadores produziram deleções sistemáticas de quase todos humanos. (155.500 Vegetal Arabidopsis thaliana ara beta 119.500 Pan troalodvtes chimpanzé 2.900 pb (145.300 malária Fungo Saccharomyces cerevisiae fermento de pão 12.900 Nematódeo Caenorhabditis elegans nematódeo 100.361 4. são 1. o au- Sequência 1: atggtgctgt ctcctgccga caagaccaac mento da produti\ridade de cereais é um elemento im- gtcaaggccg cctggggtaa ggtcggcgcg cacgctggcg portante no esforço para alimentar a população humana agtatggtgc ggaggccctg gagaggatgt tcctgtcctt em permanente expansão em i1osso planeta. A diminuição da densi. e 24 das lacu11as na sequê11cia do ge110- . giões funcionais das proteí11as .codificados por ge11es apenas cerca de 10% do pequeno genoma de e. faça uma por causa da conser\ração da estrutura do genoma i1essas busca BLAST no site Entrez de PubMed (www.430 Fundamentos de Genética sequenciamento em a11damento podem ser enco11trados petiti\ras é derivada de eleme11tos ge11éticos transponíveis em http://www.ncbi. Aumentar ccccaccacc o conhecimento dos genomas dessas espécies com im- Sequência 2: aatatgctta ccaagctgt gattccaaat portância agrícola é essencial para alcançar esse objetivo.500 pb em D. / DNA não codificadores. ticos. inclusive em seres humanos. E mas ferramentas da internet para analisar sequências de difícil sequenciar esse DNA. descobriram que. aumentando a diversidade de proteínas.000 pb. respectivamente. menor desses genomas . No entanto. às \rezes espécies pró- 1nelanogaster e é mínima em mamíferos. espec1es.12). elegans. Já os genomas de eucariotos multice. Na verdade. com um gene ximas diferem muito na quantidade de DNA altamente para cada 115.000 pb direta entre a quantidade de DNA altame11te repetitivo e em Arabidopsis e C. Por exemplo. .012.000 a 5. O que se pode aprender sobre sequências - EVOLUÇAO DO GENOMA EM de DNA com a bioinformática? GRAMÍNEAS CEREAIS Traduza as duas sequências de DNA a seguir em todas as seis O cultivo de cereais fornece grande parte do alimento matrizes de leitura usando o software disponível em http:// consumido pelos seres humanos e seus animais domés- www.. attacgtaaa tacacttgca aaggaggatg tttttagtag Recentes análises comparati. um gene por 9. genomas eucarióticos maiores. Teste a sua habilidade com algu.cgi. que geram mais alimento humano. ro de cromossomos. .re- relacio11ada com o tamanho do genoma. melanogaster e humano constituídos de sequências de DNA moderadamente re.org/tools/dna. Já o número de domínios de proteínas distintos . está presente Eleme11ts (ENCODE) está investigando as fu11ções dos i1as regiões de cromossomos que ladeiam os centrôme. embora cerca de 30% de seus genes eucariótico e são mais prevale11tes e mais 1011gos nos sejam duplicados. no entanto.035 e 1.262. as relações gê11icas de blocos de se- .ra! O que se pode apren. 1. thaliana.ncbi.expasy.com.htm l. elegans é não parece variar muito com o tamanho do ge11oma. .. A maioria dessas sequências moderadamente re.nih. .000 a 129.nih.br. i1a maioria dos casos.gov/ / . ao pas- evoluti''ª suscita questões sobre as funções do DNA não so que 45% do DNA de D. ros (heterocromatina centromérica) e i1os telômeros. D.gov/genomas/ leuks. com um ge11e para cada 1. codificador. a maior parte DNA eucariótico na seção Resol.nlm. Na ''erdade. o tamanho do genoma. Como já mencio11ado (ver Figura 15. Os constituído de DNA moderadamente repetitivo. A levedura Saccharom)> ces cerevisiae tem muito pou.nlm. os seres huma11os e outros vertebrados usam mais as vias alternativas de recomposição do tra11scrito (Capítulo 19) para embaralhar esses domínios em mais combinações. lo 9). 1nelario- dade gênica observada com o aumento da complexidade gaster é constituído de DNA altamente repetitivo. Por exemplo. diretamente res. entrez) pela possível sequência codificadora. centromérica nos 24 cromossomos.grupogen.o genoma de 400 mb do arroz dora de um gene? Que sequência claramente não é parte de . não há correlação densidade gênica cai para um gene por 4. Os íntrons são um compo11ente importante do DNA co DNA repetitivo. apesar das ~ Leia a resposta do problema no site grandes diferenças no tamanho do genoma e no núme- http://gen-io. Os (Capítulo 17).será diretamente aplicável a outros cereais gramíneas uma sequência codificadora? Por quê? Em segu ida. 18% do genoma de D. e a qua11tidade também são mais longas nos genomas eucarióticos maio- desse material está.000 pb. genomas eucar1ot1cos maiores e que esses genomas co11. genomas dos eucariotos unicelulares são como os das O DNA altamente repetitivo também é mais abundan- le\reduras.472 mi- der sobre sequências de DNA com a bioinformática? lhões de pares de bases . enqua11.é constituída de sequências alta- Uma explicação para a me11or densidade gênica i1os mente repetitivas. virilis é altamente repetitivo.ras dos genomas de ''árias caatttgtac tgatggtatg gggccaagag atatatctta espécies de cereais indicam que gra11de parte das infor- gagggagggc mações obtidas por mapeamento e sequenciamento do Que sequência provavelmente é parte da sequência codifica. As regiões intergênicas lulares co11têm muito DNA repetiti\ro. ma huma110 correspondem a blocos de heterocromatina têm qua11tidade considerável de DNA repetitivo (Capítu. A te em genomas maiores. petidas. A sequência está Quando Graham Moore e colegas compararam os presente no GenBank? E' uma sequência codificadora? Em que organismo? Em que gene? mapas genéticos de alta densidade dos cromossomos de vários cereais gramíneas. um Grande parte do DNA altamente repetitivo na maioria consórcio internacional do projeto ENCyclopedia Of DNA das espécies. Portanto. repetitivo. do DNA não seque11ciado no genoma humano .000 a 2. números previstos de domínios de proteínas codificados to cerca de 45% dos grandes genomas de mamíferos são pelos genomas de A.. 23). o tica nas outras espécies de cereais. as informações obtidas mos de uma espécie aparentada. a quan- EM MAMÍFEROS tidade e a localização de sequências repetitivas de DNA . resistência a pragas. de genes nas espécies cujos mapas estão disponíveis. apenas Esses mapas cromossômicos detalhados podem ser usa- permite o alinhamento máximo de blocos homólogos de dos para demonstrar as relações de ligação conservadas genes. em condições de menor estringência da hibridização. gramíneas cereais. "pintados" de diferentes cores usando sondas de hibridi- As estruturas conservadas dos genomas de gramíneas zação de DNA marcadas com corantes fluorescentes que cereais devem ajudar os melhoristas vegetais a produzir emitem luz em diferentes comprimentos de onda. a espécie de gramínea que tem o menor genoma (centro). Por outro lado. rurais de importância agropecuária.. . As linhas tracejadas externas unem segmentos adjacentes de cromossomos do trigo. humano. A pintura cromossômica é uma variação da hi- de genes está presente principalmente nos pequenos cro. indicando que . Aveia • FIGURA 15.. Em pias duplicadas de cada bloco de genes no genoma do outras espécies. cachorro. Os genomas de mamíferos apresentam conservação da A notável conservação da estrutura do genoma nas estrutura do cromossomo semelhante à observada em gramíneas cereais é ilustrada com mais clareza pela re. Capítulo 15 1 Genômica 431 quências de DNA específicas e genes conhecidos eram EVOLUÇÃO DO GENOMA excepcionalmente conservadas. o milho evoluiu a partir de um an. atu- cular e o alinhamento dos blocos de genes conservados almente só existem mapas de alta densidade para o ser na outra espécie com o genoma do arroz (Figura 15. veja o Apên- mossomos do milho. Embora esteja em curso o mapeamen- presentação do genoma do arroz como um arranjo cir. E interessante notar que um conjunto genoma. como porcos e bois. nifica circularidade dos cromossomos ancestrais. eram muito var1ave1s. Em geral. e o segundo conjunto está presente dice C: Hibridização in situ) na qual os cromossomos são principalmente nos grandes cromossomos. O alinhamento também enfatiza a presença de có. variedades com maior rendimento. . portanto. Em estudos genômicos comparativos. O genoma do milho tem duas cópias semelhantes de cada bloco de genes e. como pintura cromossômica para análises comparativas do cestral tetraploide. Segmentos semelhantes de cromossomos no genoma da aveia não são unidos por linhas tracejadas para simplificar.. Os cromossomos e os segmentos de cromossomos (indicados por letras maiúsculas) das várias gramíneas cereais estão alinhados com os cromossomos do arroz. to genético de mais de 200 espécies de mamíferos. . ocupa dois anéis do círculo. as sequências de tolerância a secas e outros traços desejados. rato e alguns animais Essa organização circular dos genomas de cereais não sig. Esses experimentos de do sequenciamento do genoma relativamente pequeno pintura cromossômica com espécies cruzadas são conhe- do arroz devem ser aplicadas com mais facilidade aos cidos como experimentos Zoo-FISH. camundongo. Em vista da DNA de uma espécie são usadas para pintar os cromosso- estrutura conservada do genoma. usou-se um procedimento conhecido milho. bridização in situ com fluorescência (FISH.23 Mapa comparativo simplificado dos genomas de sete gramíneas cereais. são feitos projetos de melhoramento genético e engenharia gené.. . que possibilita a detecção de hibridização cruzada entre Legenda: Arroz Milho-da-itália Sorgo Milho Trigo --. A quantidade de genes mapeados no porco é menor que no boi ou no ser humano. O cromossomo humano 2 é um exemplo da conservação de grandes segmentos de cromossomos. A.24 Evolução cromossômica em mamíferos. O cromossomo humano 17 é um exemplo da conservação de cromossomos inteiros. Bh anu Chowdhary e co. um bloco de cromossomos inteiros. centes para identificar sequências de dois ou mais cro. pais partes dos braços curto e longo do cromossomo hu- bliotecas crom ossomo-específicas para todos os 24 cro.B PR39 P/Tl LTF PDEG TP53 MAPT REL /TlH XPC l l GFAP SOX9 lg CHRNBl IGKC ACYl COLlAl MAPT 12 TBPlO CRYBAl CDBA PITT RHO 22 HOXB HOXB6 MPO PCCB COLlAl ATP2B2 GH MYL4 /LlA. inclusive a maioria dos primatas e têm grandes segmentos de crom ossomo conservados nos alguns mamíferos com pare n tesco m ais distante. de segmentos de crom ossomos para produzir nova sin- legas concluíram que a evolu ção de crom ossomos de tenia .não mostra- foram usadas para "pintar" os cromossomos de várias dos). outros mamíferos estudados. Observe que mesmo com a sintenia conservada ocorrem inversões.As locali- zações cromossômicas de alguns genes são mostradas à direita dos cromossomos. gura 15. . Em bois. Figura 15. O cromossom o 13 do porco parece conter nia conservada.a união dos de pin tura cromossômica. e essas sequências classe de sintenia conservada.B p 11 TF PRKCA NFl GPXl GAA P4HB LCI TF CP 3 LTF DAG PRKARlA THRAl DPP4 ADCY5 TKl TP53 COL3Al RHO GAP43 CASR UMPH2 KRTlO q LRP2 LCI COL3Al q SIATl GALK TK HOX4 COLBAl COLBAl CRYGl CP TF ALDOC ASP IDHl IDHl CP SOX9 OGCP INHA V/Ll PCCB TNPl GAP43 TBPlO ESTBB CRYGl DPP4 INHA SST MXl SOX2 CRYBAl MCPl FNl LRP2 UMPS SI FNl ADCY5 MPO CLAPBl TNPl TNPl CHRND POUlFl V/Ll UGTl 3 CASR 13 F/M3 NRAMPl UGll GADl SST 2 CHRND HOX4 UMPS GADl INHA SODl NRAMPl 15 2 IFNAR COL6Al ETS2 COL6Al MXl IFNAR 21 SlOOB SODl APP 1 CBS A B e • FIGURA 15. O terceiro padrão de sintenia conservada . As princi- tar" os cromossomos da espécie aparentada. 20 nessas espécies. São ilustrados exemplos de três classes de sintenia conservada (blocos conservados de genes ligados). Os crom ossomos human os 4. lhantes de conservação dos cromossomos h u manos 13 e Na verdade. a conservação de grandes marcadas por fluorescência podem ser usadas para "pin.432 Fundamentos de Genética os filamentos parcialmente complementares de gen es Cada tipo de evolução do crom ossomo é ilustrado na homólogos. os gen es dos dois cromosso mos hum anos dispostos como mo crom ossomo. 5. Depois de analisarem a ligação comparativa e os da.24C). mano 2 são conservadas em dois cromossomos do porco mossomos hum anos. para produzir nova sintenia. e n quan to a maioria de diferentes cromossom os para p roduzir nova sinten ia. A sintenia de gen es n o cromossomo humano 17 é con- mossômica usaram as sequências em uma biblioteca ge. C. O crom ossomo humano 2 é u m exem plo da segunda mossomos diferentes de uma espécie. servada no cromossomo 12 de porco e no cromossomo nômica cromossomo-específica (Capítulo 14) de uma es. (Sin tenia é a p resença de genes no m es. Os cromossomos humanos 3 e 21 ilustram a formação de nova sintenia por fusão de cromossomos. Existem bi. modificando a ordem de alguns genes. segmentos cromossômicos.) As três classes são (1) conservação se estivessem simplesmen te fundidos. Algun s dos estudos mais interessan tes de pintura cro. 19 de b oi (Figura 15. 9 e 11 tamb ém espécies aparentadas. Abaixo dos cromossomos são mostrados os indicadores de cromossomos espécie-específicos. podem-se usar diferentes corantes flu ores. B. e as sequên cias dessas bibliotecas e do boi (também no cachorro e no gato . segmentos de crom ossomos (Figura 15. Homo sapiens Sus scrofa Bos taurus Ser humano Porco Boi Ser humano Porco Boi Ser humano Porco Boi ASP GHl PDEG ACPl IGKC GLBl OGCP PRKARlA GAA NMYC MDHl DAG CCK ACYl CHRNBl PRKCA APOB CDBA ATP2B2 APOB SOX2 HRHl TP53 TKl KRTA MDHI LHCGR POMC XPC RBP2 RAFl q ILlA HRHl POLR2 UMPH2 HOXB POMC PR39 GPXl ALOX12 ALOX12 GH FSHR RAFl /TlH RHO p FSHR p CCK KRTA POLR2 GFAP LHCGR ILlA. 6. Observaram-se padrões seme- pécie para pin tar os crom ossomos da espécie apare n tada.ocorreu n os cromossomos h uman os 3 e 21 (Fi- mamíferos estava relacionada com três classes de sinte. (2) conservação de grandes de genes presente no crom ossomo humano 3 está pre- segmentos de crom ossomos e (3) a união de segmentos sente em ou tro cromossomo (22).24A). dos demais genes do crom ossomo human o 3 está no cro- Sintenia conservada de Sintenia conservada de grandes Segmentos de cromossomos combinam-se cromossomo inteiro.24B).24. po- dem-se usar marcadores moleculares como RFLP Resposta: O mapa físico de uma molécula de DNA ou próximos do gene para iniciar caminhadas e saltos cromossomo mostra as posições de genes ou outros cromossômicos a partir do marcador ligado. sômicos ocorreram durante a e'rolução até mesmo de muito prox1mo. O que é um mapa citológico? marcadores ao longo dos arrartjos li11eares. sobretudo sequências de DNA e proteínas • As sequências nucleotídicas de g-enomas procarióticos mostraram indícios da diversidade e plasticidade das espécies e de diferentes linhag·ens da mesma espécie • Os genomas mitocondriais geralmente são circulares e com tamanho que varia de 6 kb a 2. mapas de contigs e mapas de sítio marcado cópia de tipo selvagem do ge11e e demo11stração do por sequência (STS) são exemplos de mapas físicos. Como se pode correlacio11ar os mapas genéticos. espécies com pare11tesco muito próximo. Resposta: O mapa citológico mostra as posições de genes 5. enquanto os genomas cloroplásticos também costumam ser circulares e ter de 120 a 292 kb com mais de 100 gy. Os três tipos de mapas são ar- comprime11to do fragmento de restrição (RFLP) ranjos colineares que mostram as localizações de se- em um cromossomo com base nas frequências de quências nucleotídicas no cromossomo. E preciso identificar o ge11e por res de bases (mb) que os separam. citológi- e outros marcadores como os polimorfismos do cos e físicos entre si. .nomas que codificam proteínas • A g-enômica comparativa mostrou conservação significativa da sintenia em espécies eucarió- ticas relacionadas. em seres huma- 4..ofereceu novas informações sobre as relações entre vários grupos taxonômicos • A bioinformática é a ciência de armazenamento. gene de interesse. citológico ou físico de um cromossomo. 14 e 15. Capítulo 15 1 Genômica 433 mossomo (1) com os genes do cromossomo huma110 21. quilo pares de bases (kb) ou megapa. Como se pode usar a posição no mapa de um gene e outros marcadores genéticos em relação aos pa. como mamíferos e gramíneas cereais. PONTOS ESSENCIAIS • A g·enômica comparativa . do gene em . Eles usam recombinação. te prevalentes nos genomas de espécies com parentesco .comparação das sequências nucleotídicas de genomas . os nos. por comparação das sequências nucleotídicas mapas citológicos e os mapas físicos dos cromosso. diminuiu a proporção de seus gy. Uma compa- Outros exemplos desse padrão de sintenia consenrada ração de cromossomos humanos com os cromossomos são os cromossomos humanos 12 e 22. Os mapas deres- transformação de um organismo mutante com uma trição.ários indivíduos afetados e não afeta- mos? dos (Figura 15. O que é um mapa genético? Resposta: Um gene clo11ado e localizado nos três mapas oferece um marcador de ancoragem que pode ser Resposta: O mapa genético mostra as posições de genes usado para relacionar os mapas genéticos. em um cromossomo para identificar e clonar o drões de banda dos cromossomos. Hylobates concolor. e 16 e 19. As i11versões e mais detalhadas da estrutura do cromossomo em ma. / . O que é um mapa físico de uma molécula de DNA Resposta: Quando um gene é posicionado i10 mapa ge- ou cromossomo? nético. mostrou que hou. do gibão-preto. retor110 ao fenótipo selvagem ou. Exercícios A~ligue a análise genética básica 1.re no Apesar da extensa conservação de blocos de genes mínimo 21 translocações durante a evolução dessas duas ilustrados pelos exemplos já apresentados.nes • A' medida que aumentou a complexidade dos organismos eucarióticos. diferentes unidades para identificar as posições de 2. comparação e extração de informações de sistemas biológicos. outros rearrartjos intracromossômicos são especialmen- míferos mostram que os numerosos rearrartjos cromos. /. 5 00 kb. gene? 3. comparações espécies a partir de seu ancestral comum.6). ª'ran- marcadores com base nas distâ11cias reais em pares çando ao longo do cromossomo até a posição do de bases (pb). expostas a filme de raios X. Obteve-se DNA do cromossomo 4 de Drosophila melanogaster. Dos polimorfismos no cromossomo 11.434 Fundamentos de Genética Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. ção da doença de Best.2 Qual é a diferença entre caminhada no cromos- mapa citogenético e um mapa físico? Como se po. e as autorradiografias foram usadas para determinar quais RFLP esta. um 15. Os resul. Nove RFLP. DNA de cada membro da família. K: + + tados são mostrados i10 heredograma.1 Qual é a diferença entre um mapa genético. transferido para membrana designados de A a K. submetido em todas as combinações de pares. so- são mapeados no cromossomo 11 em ordem i1umé. 2º 22 2º 21 21 21 2º 22 21 22 21 22 31 30 31 32 30 32 30 30 30 30 30 30 41 41 40 42 41 42 41 41 41 41 40 42 Resposta: Os mapas dos dois contigs definidos pelas 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 52 50 11 mutações são: 52 54 51 53 51 54 52 53 51 53 52 53 71 72 71 72 70 72 70 72 70 72 70 72 31 30 31 30 32 30 32 30 32 30 32 30 Contig 1 Contig 2 91 93 91 92 90 92 90 93 90 92 90 93 A B G 1 Que sítio de RFLP está mais próximo da mutação e E causadora da doença de Best? Que alelo desse D K J RFLP está presente no cromossomo que tem a mu. Os círculos J: + + + + + representam mulheres. Após hibridização. onde N + 1 é o número de membros com visão normal. desig11ados 1 a 9. mente o alelo 4° está presente nos três membros rica. o símbolos vermelhos indicam pessoas com doença de Best. E causada por mutação autossômica dominante do cromossomo 11 que tem o alelo 4° do polimor- no cromossomo 11. que foi digerido foram submetidos a teste de hibridização cruzada com a enzima de restrição apropriada. as membranas foram menos i11dica que não se observou hibridização. e os resultados da hibridiza- de i1áilon por Soitthern blotting. A doença de Best á uma forma de cegueira em seres Resposta: O sítio 4 de RFLP está mais próximo da muta- humanos que se desen. os quadrados representam 1: + + + homens. Os polimorfismos em cada sítio são i11dicados da família com doença de Best e ausente nos cinco por subescritos O a N. quantos contigs esses clones defi- 1 2 3 4 5 6 nem? Desenhe o(s) mapa(s) de contig definido por 1º 1º 1º 1º 11 1º 1º 1º 11 1º 11 1º esses dados. somo e salto no cromossomo? Por que às vezes é dem usar esses tipos de mapas para identificar um preciso usar saltos em vez de cami11hadas no cro- gene por clonagem posicional? mossomo para identificar um gene de interesse? . polimorfismos presentes em um sítio na família re- 2. que está prese11te na cópia tos. Um sinal de dizado com sondas radioativas que detectam todos mais indica que houve hibridização.rolve gradualmente em adul- / .ram A D I I H _I _J_ prese11tes em cada membro da família. um si11al de os RFLP. fismo. desnaturado e hibri- ção são mostrados na tabela associada. 011ze clones ge11ômicos. Os clones são a eletroforese em gel. F tação da doença de Best? H Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 15. cada um deles contendo presentada pelo heredograma associado. H: + + I G: + + + 1 2 F: + + 1º 11 1º 1º E: + 2º 21 22 21 31 30 30 32 D: + + 40 41 41 42 52 50 50 50 C: + 51 52 53 54 B: + 70 71 72 72 32 31 30 30 A: + 90 91 92 93 II De acordo com os resultados de hibridização mos- trados na tabela. quantos pares de bases de DNA estão presentes por cendentes e digerido com EcoRI. quais são as distâncias de ligação defini. Que procedimento possibilitará que localize Bandas _eresentes esse gene no mapa citológico do genoma humano N° do vegetal ai a2 a3 A4 bl b2 b3 sem análise de heredograma? Descreva como faria 1 + + + + + esse procedimento.11 Por que a resolução do mapeamento de híbridos implicado no câncer de cólon. O que é preciso fazer antes que se possa 4 + + + + + denominar essa EST do STS? 5 + + + + + + + 15. A tabela a seguir resume as ban- como microssatélites? das presentes em autorradiografias obtidas usando DNA da prole. gerido por EcoRI de duas linhagens endogâmicas diferentes de centeio. gene que tem a mutação causadora de albinismo das pelos dados? ou se superpõe a ele? Em caso afirmativo.4 A seguir é mostrado um Southern blot de DNA di- cado por e.6 O que são STR? Por que às vezes são conhecidas cDNAl e cDNA2. STS5 40 16 A B A B STSl. A e B. STS3 35 STS4. Es- quantos locz? Algum dos RFLP está ligado? Em caso sas observações significam que o RFLP ocorre no afirmativo. genético mostrando a ordem e as distâncias genéti- torradiografia de um Southern blot examinado com cas entre marcadores adjacentes de RFLP e o gene sonda semelhante e preparado com DNA digeri. O primeiro passo é por radiação de genes humanos é maior que a re- .5 Como parte do Projeto de Mapeamento do Geno- ma Humano. STS4 50 a2 (a) Considerando-se o percentual de recombinação a3 b3 entre diferentes wci de RFLP e o gene para o cân- a4 cer de cólon mostrado na tabela. você está tentando clonar um gene 15. STS5 10 radiografia II mostra o mesmo Southern blot depois C. e o gene do câncer de cólon é indi- 15. Capítulo 15 1 Genômica 435 15.) (c) Quantos pares de ba- de DNA resultantes foram separados por eletrofo. STS5 41 b2 STSl. A autor. STS2 50 STS3.3 X 109 pares por cruzamento de duas linhagens endogâmicas? de bases de DNA e que o mapa genético humano (b) O que você pode concluir sobre o(s) gene(s) contém cerca de 3. STSl 50 STSl. desenhe um mapa (a) Que bandas você esperaria encontrar na au.8 Você identificou uma EST humana antes desco- 3 + + + + + nhecida. STS4 C. os wci de RFLP são definidos pelo construção de mapas cromossômicos? número de STS (sítio marcado por sequência) (p.10 Não é possível demonstrar a separação por recom- + + + binação de um RFLP e um alelo mutante causador 10 + + + de albinismo com base na análise do heredogra- Interprete esses dados. STS3 15 STS2. STS4 14 cDNA2 marcado com 32P. 2 + + + + + 15.STS4 1 STS2. A autorradiografia I %de %de revelada mostra as bandas produzidas por sonda. (b) Considerando-se que o do por EcoRI de vegetais híbridos F 1 produzidos genoma humano contém cerca de 3. Eles indicam RFLP? Em ma ou mapeamento de híbridos por radiação.300 centiMorgans. STS2 15 STS2. STS5 25 al bl STSl. STS3 30 de retirado da sonda e novamente sondado com C. STSl). por esse mapa de RFLP? (Dica: Primeiro determine a4 e b3. Loci recombinação Loci recombinação gem do blot com cDNAl marcado com 32P. para câncer de cólon.9 VNTR e STR são classes específicas de polimorfis- 6 + + + + + mos. O DNA foi isolado a partir de vários des. Os fragmentos cM no genoma humano. STS5 50 1 II STS3. quantos pares representado(s) pela banda al no bwt I nas duas de bases de DNA aproximadamente estão localiza- linhagens endogâmicas? (c) Os vegetais F 1 foram dos ao longo do trecho de cromossomo definido cruzados com vegetais que têm apenas bandas al..7 Você clonou um gene humano antes desconheci- do. transferidos para uma membrana de do câncer de cólon e o STS mais próximo? náilon e hibridizados com sondas radioativas de 15. 15. C. ex. Na STS? Um EST? Como cada um deles é usado na tabela a seguir. por que não? 15. C. Qual é a diferença entre uma VNTR e uma 7 + + + + + STR? 8 + + + + + 9 + + 15.3 O que é um contig? Um RFLP? Um VNTR? Um localizar o gene usando marcadores de RFLP. por quê? Em caso negativo. ses de DNA estão presentes na região entre o gene rese em gel. .. analisamos a sequência fragmento de restrição se hibridiza com apenas de dois terços do genoma nuclear de Homo nean- um dos clones genômicos mostrados acima. há EST que parecem 15.386 pb.22 Das espécies de gramíneas cereais. para pesquisa de seis EST humanas designadas A a máticas tradicional? F.24 No início deste capítulo. e H.9 B H cn Q) Q) > e G u A + + + e E D F ~ B o Q) E + + (. seres humanos ocupam o mesmo local no mapa no mesmo cromossomo. D e E. Cite alguns dos E + + + + possíveis usos indevidos dos dados sobre o genoma F + + + + + humano. S.639 kb. mas não com os outros clones. em derthal. RFLP ou EST.ensis.16 O bacteriófago <l>Xl 74 contém 11 genes em um 15. o -gu e + + + + mano? Qual foi o impacto do alcance desses obje. tes em vetores PAC foram testados por hibridiza- - çao. 1 1 1 STS 'ºeQ) cn Q) . sapiens tem cerca de 20. Híbrido por radiação minar se o RFLP superpõe-se ou não ao gene que 1 2 3 4 5 6 7 8 contém a mutação da surdez? A + + + + . Os resultados segmento de cromossomo 3 de Arabidopsis. 15. e.. ou .12 Um RFLP e uma mutação causadora de surdez em cador e o sinal de menos indica ausência.ensis foi publicada em produzidos por radiação foram submetidos a teste 2008. C'O D + + + + tivos na prática da medicina até hoje? Cite alguns ~ dos impactos previstos no futuro. é resposta? preciso que um RFLP esteja presente no mesmo 15..18 Oito híbridos de ser humano e hamster chinês de mtDNA de H.. cerevisiae tem cerca de 6. 5 D + + micos C. . B + + + + 15.. Que genoma tem dos. em que segmento (b) Desenhe o mapa de contig definido por esses dados. Como é possível deter. neanderthal. estar estreitamente ligadas? Quais? O que seria ne- gem posicional de um alelo mutante causador de cessário para que você tivesse mais certeza de sua anormalidade hereditária em seres humanos. são apresentados na tabela a seguir. descreva a correia. a E. A 1 2 3 4 5 6 e.u <( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Eo.000 genes em estudar a evolução dos cromossomos em primatas? um genoma de 12.egans tem cerca de 22. De acordo com esses dados. Qual é o grau de semelhança entre as se- .. do cromossomo está localizado o gene? (c) Se um 15.14 Para ser útil como marcador genético para clona. O que essa duplicação de conjuntos de genes a maior densidade gênica? E a menor densidade do milho indica sobre a origem dessa espécie im- gênica? Parece haver alguma correlação entre a portante em agronomia? densidade gênica e a complexidade do desenvol.13 Quais eram os objetivos do Projeto Genoma Hu. As sequências completas de seis ge- que segmento(s) do cromossomo poderia estar lo- nomas mitocondriais de H.. 15.436 Fundamentos de Genética solução do mapeamento de híbrido de células so.500 genes contém duas cópias de cada bloco de genes liga- em seu genoma de 3.19 Qual é a principal vantagem dos chips gênicos homólogo que a mutação. Por quê? como método de hibridização de microarranjo? 15.17 A seguir é mostrado um mapa de contig de um quência designados de STSl a STS6.21 Você recebe bibliotecas de cDNA cromossomo-es- genoma de 5. ção para pesquisa de seis sítios marcados por se- 15. 15.23 Cinco clones de DNA genômico humano presen- vimento? Em caso afirmativo. neanderthal..l mb. o sinal de mais indica a presença do STS e o sinal de menos indica cn Segmento do cromossomo a ausência do STS. Os resultados são mostrados na tabela a seguir.) Q) -o Q) e + + + (a) Uma EST que se hibridiza com clones genô.000 mb..15 Que tipo de marcador molecular.. na qual o sinal de mais indica presença de um mar- 15.000 genes em um genoma de aproximadamen..ensis estão calizado o fragmento? disponíveis há algum tempo. 4. coli tem uma previsão de pecíficas para todos os 24 cromossomos humanos. el.467 genes em um genoma de aproximadamente Como essas bibliotecas poderiam ser usadas para 4.20 Qual é a principal vantagem da proteína fluores- provavelmente é indicador de um gene mutante cente verde da água-viva sobre outros métodos causador de doença em seres humanos? Por quê? para estudar a síntese e a localização de proteínas? 15. u E + + está localizada em que segmento do cromossomo 3? (b) Se um clone de gene ARA só se hibridiza (a) Qual é a ordem dos sítios STS no cromossomo? com os clones genômicos C e D.. apenas o milho te 100 mb. a primeira sequência 15.o . nlm. cial de um polipeptídio: manhos das populações de Neandertal e humana? Quantos genes tem o genoma mitocondrial do H.2.gov.org/tools/dna. Agora. tacaacgtaataca taa tta tgtaa ttc tagca te tccccaacac- Gene.html as mesmas sequências nos bancos de dados? Se para traduzir esse gene nas seis matrizes de leitura usar um quarto da sequência na busca. As duas primeiras 15. HomoloGene. O acaaaacttaatttagagcaaagtaattacacgaataaatttaa- que você aprendeu sobre sua sequência de DNA taaaaaaaactataataaaaacgcc. o que isso poderia informar sobre os ta. Qual é a identida- a seguinte: de da sequência digitada? aagtagtcgaaaccgaattccgtagaaacaactcgcacgctc- 15.gov/entrez).ncbi.25 Suponha que você acabou de sequenciar um pe- sequências devem ser idênticas à sequência digita- queno fragmento de DNA que havia clonado. caacgcatcgaaggac ttgaaagtgaaacgtatcactcctcg- Elas são sequências codificadoras? Que proteínas ccacttacagctcgccattcgcggagacgaggagctggacag- elas codificam? A primeira sequência apresentada cctgatcaaggcaaccatcgctggtggcggtgtcattccgca- é NM_079795. Você encontra. possíveis e verificar que matriz de leitura especifica do ainda contém as mesmas sequências? Qual é a a histona H2A Basta digitar ou colar a sequência sequência de DNA mais curta que você pode usar de DNA na caixa "ExPASy Translate" e clicar em na consulta e ainda assim identificar as mesmas TRANSLATE SEQUENCE. Capítulo 15 1 Genômica 437 quências dos mtDNA de H. uma busca BLAST com consulta de ácido nucleico.27 A sequência de um gene em Drosophila melanogaster cggtttcgtgttgcaacaaaataggcattcccatcgcggcagtta- que codifica um polipeptídio histona H2A é: gaatcaccgagtgcccagagtcacgttcgtaagcaggcgcagt- ttacaggcagcagaaaaatcgattgaacagaaatggctggcgg. neandertha"lensis e H.gov/entrez) também pode ser usado para possíveis matrizes abertas de leitura. Os resultados mostra- sequências nos bancos de dados? rão os produtos da tradução nas seis matrizes de 15.nlm. Depois. na. Em vez de fazer leitura especifica a histona H2A? . o resulta.nlm. Você ainda identifica ternet em http:/ /www. do H. A da. cggtttcgtgttgcaacaaaataggcattcccatcgcggcagt- tatcgcgttccgcgcgcgcggg tagaatcaccgagtgcccagagtcacgttcgtaagcaggcg- Na tentativa de aprender algo sobre a identidade cagtttacaggcagcagaaaaatcgattgaacagaaatggc- ou a possível função dessa sequência de DNA. nessas buscas? Repita a busca BLAST com ape.expasy. Probe e Uni. neandertha"lensis? Todas essas perguntas po. Os resultados devem aparecer em 10 a 15 segundos. sapiens? Os genomas têm tamanhos semelhantes? faz-se uma busca de proteína (protein blast) inserin- O grau de diversidade observado nos mtDNA do do um polipeptídio (sequência de aminoácidos). a terceira sequência deve ter um aminoácido sequência nucleotídica desse segmento de DNA é diferente da sequência digitada. Cole ou digite essa sequência na catggacgcgtcggagccactgcagccgtgtactccgctgc- caixa de busca de sequência.bases" catacacaagtcgctgatcggcaaaaaggaggaaacggtg- em Entrez (clique no boxe na parte inferior da caggatccgcagcggaagggcaacgtcattctgtcgcaggcc- página Entrez). homem de Neandertal e do ser humano é igual? Suponha que você tenha a seguinte sequência par- Se não. Que matriz de busca de sequências de proteínas. clique em protein blast e digite a sequência dem ser respondidas consultando o site http:/ / a pesquisar no campo de busca no alto da pági- www. catattggaatacctgaccgccgaggtcctggagttggcagg- ne as sequências mais semelhantes à consultada.26 O site Entrez de PubMed (http:/ /www. Usemos o software de tradução disponível na in- nas metade da sequência. Vá para "Search across data. Faça a busca e exami.2 no tactaagccagtcggcaatcggacgccttcgaaacatgcaa- campo de busca e clique em "Go". leitura com Met e Stop em negrito para destacar nih. digite ou cole NM_079795. Examine as informações nos cinco bancos tcaca tacatacaaacaaaaaatacaaacacacaaaacgta t- de dados e veja o que descobre sobre a função ttacccgcacgcatcc ttggcgaggttgagtatgaaacaaaa- de seu DNA ou da proteína que ele codifica.ncbi.ncbi. Gene. cactaatgtttaattcagatttcagcagagacaagctaaaacac- rá resultados ("hits") em cinco bancos de dados: cgacgagttgtaatcatttctgtgcgccagcatatatttcttata- Nucleotide. você tggcggtaaagcaggcaaggattcgggcaaggccaaggc- decide fazer uma busca BLAST ( nucleotide blast) gaaggcggtatcgcgttccgcgcgcgcgggtcttcagttccc- no site Entrez de PubMed (http:/ /www. clique em BLAST. aagtagtcgaaaccgaattccgtagaaacaactcgcacgctc- taaagcag-gcaaggattcgggcaaggccaaggcgaaggcgg.nih. cgtgggtcgcatccatcgtcatctcaagagccgcactacgtca- nih. GYDVEKNNSRIKLGLKSLVSKGILVQTKGT- neandertha"lensis? Quantos desses genes codificam GASGSFKLNKKAASGEAKPQAKKAGAAKA proteínas? Quantos deles especificam moléculas de RNA estrutural? Há pseudogenes no mtDNA Vá ao site Entrez e clique em BLAST à esquerda. ncbi. faça a busca no banco de dados Nucleotide e faça cidos das proteínas ou as sequências nucleotídicas dos uma busca BlAST semelhante usando a sequência nucleo- genes? Por que se poderia esperar isso? tídica encontrada como sequência de consulta. Ao comparar as sequências nucleotídicas dos genes página até Show Pairwise Alignments e faça uma compara- codificadores de a e 13-globinas. qual é o grau de semelhança de suas se.438 Fundamentos de Genética Genômica na Web em http://www. ção BlAST das 13-globinas de Pane Homo.nlm.. Os seres humanos e os chimpanzés evoluíram mas do ser humano e do chimpanzé. é nosso parente vivo mais 5. Ao comparar algumas proteínas importantes . Genome Projects Database. que tipos de de um ancestral comum que viveu há aproximadamente diferenças provavelmente explicam as diferenças de 6 milhões de anos. Quais são mais semelhantes. volte a Genome Biology e clique em Homolo- panzés. Dica: No site do NCBI. depois. sequências. comportamento entre seres humanos e chimpanzés? 1. panzé e humano? Genome Resources. Qual é o grau de semelhança dos genomas de chim. Para comparar melhança entre elas? as sequências nucleotídicas dos genes. em segui- 2. . HomoloGene:68066.nih. Gene. clique em Mammals e Pan troglodytes. qual é o grau de se.de seres humanos e chim.gov O chimpanzé. a e 13-globinas . volte à página de 4. Desça na 3. as sequências de aminoá. clique em Genome Biology.por da. Para comparar as exemplo. Dadas as semelhanças extraordinárias entre os geno- próximo. Faça uma busca usando HBB (o símbolo do gene da quências de aminoácidos? 13-globina) e clique em 1. Entre'l. Pan troglodytes. um tratado e o outro.vsarchive&sid= ar. as mutações na versão canina de RPE64 são comuns na raça Briard e causam um tipo muito semelhante de cegueira. Corey começou a usar óculos aos 1O meses de idade. principalmente cachorros.. os pesqui- *vVaters. "'"''"v.. porém. en- Animais e vegetais transgênicos tre 1 e 2 anos. Corey começou a aprender braille preparando-se para a cegueira. cientistas da Un iversity of Pennsylvania demonstraram que poderiam restaurar parcialmente a visão de cachorros cegos por injeção de cópias dos genes RPE64 funcionais nas células da retina. não. cegueira. De acordo com seu pai. adequada apresentaram melhora da visão no olho t rat ado. Na ausência do produto do gene RPE64. em 2008. Os resultados iniciais mostraram que qua- distúrbio hereditário raro que limita sua visão e causaria cegueira tro dos seis adultos jovens tratados com genes RPE64 com função sem a terapia gênica. os médicos descobri- ram que ele tinha um distúrbio hereditário raro conhecido como amaurose congênita de Leber tipo li. ele costumava esbarrar nos objetos.. Os médicos disseram aos A amaurose congênita de Leber é causada por mutações au - pais que ele provavelmente estaria cego aos 40 anos e... tam - bém acomete outros mamíferos. Em todos os casos. • . há degeneração dos fotorreceptores e consequente . ll. O primeiro desses ensaios de terapia gên ica em seres humanos foi realizado no Children's Hospital of Philadelphia e no Reino Un i- do.. a forma mais grave da doença. Genética reversa 1 Análise de processos lhantes. Em 2001. bloomberg.* O tipo 11. Na verdade. ele "ficava constantemen. Corey tem amaurose congêntia de Leber tipo li. Aos 6 anos de idade. expresso em células epiteliais pigmentares da re- tina {EPR) que produzem o pigmento rodopsina para os fotorre- ceptores da parte posterior do olho. crianças porque elas têm ma is células retinianas intactas que os . 1ca oes enética o ecu ar PANORAMA Uso de tecnologia do DNA recombinante para identificar genes humanos e diagnosticar doenças humanas Terapia gênica melhora a visão de Terapia gênica humana e e A e criança com cegueira congen1ta Análise do perfil de DNA A primeira característica diferente que Nancy e Ethan Haas Produção de proteínas eucarióticas notaram em seu filho Corey foi que ele raramente mantinha em bactérias contato ocular com os pais quando lactente. um olho era Corey Haas jogando videogame antes da terapia gênica que melho- rou sua visão.com/ apps/ ne>vs?pid= sadores previram que a resposta à terapia gênica seria melhor em ne. No en- tanto. por isso. Mais tarde. Esse trabalho abriu caminho para ensaios semelhant es de terapia gên ica em seres humanos que tinham o distúrbio hered itário. O objetivo desses estudos era testar a segurança do método de terapia gên ica usado.vB5NT9QXeg. a característica mais incomum era sua atração por luzes bri. Esse t ipo de cegueira não é restrito aos seres humanos. é causado por mutações no gene RPE64. biológicos por inibição da expressão gênica te olhando para as luzes". tossôm icas recessivas em um de pelo menos 20 genes diferentes. com base nos resultados obtidos em cachorros. O ctober 24. 2009. Gene Therapy Gives Sight to Blind Children \Vith Rare Disorder. E espera-se que haja mais histórias de sucesso da http://ne>vs. Os oligo. Até hoje. sabendo que sua nucleotídicas de alelos de tipo selvagem e mutantes dos chance de ter o mesmo desti110 é de 50:50. a ide11tificação do gene e da mutação responsável DNA.440 Fundamentos de Genética adultos.A esperança é de que a visão de Corey continue a melhorar e ele não enfrente a cegueira *Kaiser. uma planta visão celular em seres humanos e devem ser capazes de Arabidopsis ou. de huntingtin) foi foram traduzidas por computador para prever as se. não existe tratamento para a DH. genes.t Para conhecer mais detalhes sobre a terapia gênica de obstáculos e aumento da sensibilidade à luz. ter a doença. As sequências codificadoras dos alelos selvage11s O gene responsá.com/mnr / chop/ 40752. O mais importante é que eles com- turo eles conhecerão toda a via de morfogênese de uma preenderão os complexos mecanismos que regulam a di- célula de levedura. muitos "genes de doença" importantes sado por uma mutação dominante.riram que o gene HIT logo . uma da Ve11ezuela e outra dos EUA. até de um ser humano.rel pela DH (I-IIT.youtube. No en- doenças humanas podem ser detectados por sondas de tanto. J . alelo HTTmutante. http:/ / multivu. Além disso. dade do braço curto do cromossomo 4. alguns geneticistas pre. e os resultados foram impressionantes. Assim como hoje os geneticistas conhecem toda a via rão os eventos moleculares que determinam o processo de morfogênese do bacteriófago T4 (Capítulo 13). Em outubro de Hope for Gene Therapy: AYoung Boy's Fight against Blindness" em 2008. dem ser fatais. Os resul. geralmente a partir de 30 a 50 anos. surgem os si11tomas da doe11ça. com morte 10 a 15 anos mais posicional. Nancy aminoácidos previstas e usados para produzir anticorpos Wexler e colaboradores mostraram que o gene HIT era que. no fu. todos os filhos de um já foram identificados por clo11agem posicional (Capítu. terapia gênica no futuro.* Outros nove pacientes foram tratados. Além usar esse conhecimento para evitar ou curar ao menos disso. O ctober 24.sciencemag. mo 4. foram usados para localizar os produtos cossegregado com um RFLP mapeado perto da extremi- gênicos e para investigar suas funções in vivo. Na verdade. Essas crianças testemunham a dege11eração ças foram determinadas por comparação das sequências e a morte do pai ou da mãe com DH. um dos primeiros genes demonstrados intimamente li- quências de aminoácidos dos produtos gê11icos. a maioria dos pacientes com DH já tem filhos quando busca de genes anômalos causadores de doença huma. t The Children's Hospital of Philadelphia Press llelease.com/watch?v=FyR99anGBqE. As sos com letras grandes. de envelhecimento. A pesquisa subsequente mostrou que a ligação gê- nica era de aproximadamente 96%. em algum momento. cendê11cia europeia. uma mosca-das-frutas.t Corey e o impacto que teve em sua vida. paciente heterozigoto com DH têm 50% de chance de lo 15). as mutações responsá. andar de bicicleta na vizinhança e até jogar crianças tiveram melhora da capacidade de vencer um trajeto com beisebol. Corey disse a jornalistas em uma entrevista coletiva que www. James Gusella. Em vista da idade avançada de início da doen- As técnicas de recombinação do DNA revolucionaram a ça. html. 2010. One Shot of Gene Therapy and Children >vith Congenital Blind- ness Can No>v See. que ocorre em. t Kaiser. por sua ' 'ez. inclusive quatro agora consegue reconhecer o rosto das pessoas..reis pelas doen. 4 % da prole de hete- DOENÇA DE HUNTINGTON rozigotos para HITeram recombina11tes para o RFLP e o A doença de Huntington (DH) é um distúrbio ge11ético causa. pela DH despertou a esperança de um tratamento eficaz no futuro. Ante essa localização inicial do ge11e do por mutação autossômica dominante. Gene Therapy H elps Blind Children See.J. HIT em um segme11to relativamente curto do cromosso- aproximadamente. December 15.org/ scienceno>v/ 2009 / 1O/ 24-01. Eles basearam tados desses estudos tor11arão possível o tratamento de seus achados pri11cipalme11te em dados de estudos de algumas dessas doenças por terapia gênica no futuro.prne. As pessoas com DH sofrem degene- ton e da fibrose cística foram identificados por clonagem ração progressiva do sistema nervoso central. gados a um polimorfismo de comprimento de fragmen- peptídios foram si11tetizados com base nas sequê11cias de to de restrição (RFLP). duas grandes famílias. 2009. os biólogos compree11derão a alguns tipos de câ11cer humano e i11fecções virais que po- base molecular do aprendizado e da memória e conhece. assista ao vídeo "New Uma das crianças tratadas era Corey Haas. uma em cada 10. Como o distúrbio é cau- na.vs>vire. 2009.000 pessoas de as. Uso de tecnologia do DNA recombinante para identificar enes humanos e dia nosticar doenç_ as_ h_u_m_a_n_a_s_____ Os genes mutantes causadores da doença de Hunting.. Em 1983. October 24. Esses e outros genes mutantes causadores de tarde. na verdade. aos 40 anos. ler livros impres- crianças de 8 a 11 anos. l l81Bl0 l ll9F6 Mapa de --BJ56 contigs L134B9 l 228B6 --Y24 L40D10 l 69F7 BJ56W .. A região da repetição CAG expandida no gene hun- em seguida. a expandidas. Esse gene contém uma repe. (CAG)n. a proteína huntingtina está associada a microtú- até sua conclusão. transporte ou das fixações do citoesqueleto de alguns ti- cional.. A região codificadora do mRNA de huntingtin pre. -. transcrito de interesse número 15) e. Os marcadores de RFLP. a tarefa era há homologia de sequência com outras proteínas.:------l l19 Ll91Fl . A dominância da mutação HTTindica que a proteí- um gene.-. na mutante causa a doença. Nas mais difícil do que se previu e foram necessários dez anos células. gados de proteínas. O início juvenil raro da doença A DH foi a quarta doença humana a ser associada a ocorre em crianças com um número muito alto de cópias uma repetição trinucleotídica instável. primeiro denominado IT15 (/nteresting Trans. Hoje.1 Identificação do gene responsável pela doença de Huntington por clonagem posicional. túrbios humanos . restando pouca dúvida de que distúrbios em Em foco: Síndrome do X frágil e repetições haviam identificado o gene correto. há correlação negativa entre a incluem tentativas de fragmentar ou eliminar esses agre- idade de início da DH e o número de cópias da repeti. sugerindo que poderia participar do Com o auxílio de procedimentos de clonagem posi. o cromossomo que tem a mutação ta-se que esses agregados de proteínas causem os sinto- HTT contém 42 a 100 ou mais cópias da repetição CAG mas clínicos da DH.. Wexler e colaboradores identificaram pos. Notl e Nrul. Infelizmente.muitos associados a anormalidades tina forneceu poucas informações sobre sua função. Analisaremos a síndrome do X frágil e a regiões de repetições CAG expandidas em cromossomos repetição trinucleotídica expandida responsável por esse de 72 famílias com DH. A região poliglutamina alongada promove interações tição de trinucleotídio..são causados por repetições trinu- Mapa citológico do braço curto do cromossomo 4 15. . No entanto.2 11 12 13 14 15. trinucleotídicas expandidas. M. Além disso.1). que ocupa aproxima.3 r"l . a sín- da repetição. bulos e vesículas. produzindo um grande mRNA de 10 a bulbar (ambas doenças associadas à perda de controle 11 kb. e as condutas atuais de tratamento nesse gene. presente em 11a34 có. Wexler e colaboradores detectaram dica expandida. muscular) eram causadas por repetições trinucleotídicas vê uma proteína com 3.. respectivamente. N e R representam. demonstrou-se O gene huntingtin é expresso em muitos tipos celu. . Logo depois.-- .-.3 16. . O mapa citológico do braço curto do cromossomo 4 é mostrado na parte superior. sabe-se que mais de 40 diferentes dis- sequência prevista de aminoácidos da proteína hunting.l 1 15. na. que a distrofia miotônica e a atrofia muscular espino- lares diferentes.A12 l lC2 l142C5 Gene huntingtin • FIGURA 16.-. r"-. Principais marcadores de RFLP D4S95 D4Sl0 D4S180 D4Sl27 D4Sl82 D4S98 1 1 1 1 RR R R RR R R 1 M M M MM 1 1 NN N N NN Mapa de 11 1 restricão ~ • 500 kb GUS72~::::::::::::::::::. Não neurodegenerativas . designado huntingtin. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 441 seria clonado e caracterizado. o mapa de restrição e o mapa de contigs usado para localizar o gene huntingtin são mostrados abaixo do mapa citológico. ção de trinucleotídios.. os sítios de restrição fvflul.Ll 13B6 L83D3 -. Acredi- indivíduos com DH. Em 1991. tingtin mutante codifica uma região poliglutamina anor- damente 120 kb perto da extremidade do braço curto do malmente longa perto da terminação amino da proteí- cromossomo 4 (Figura 16. Gusella. com frequente expansão e retardo mental em seres humanos .- r ----. Em da proteína huntingtina nas células encefálicas. Gusella.l 1 16..2 16.foi o primeiro distúr- ocasional diminuição do número de repetições entre as bio humano a ser associado a uma repetição trinucleotí- gerações. cript number 15.-"-. proteína-proteína que levam ao acúmulo de agregados pias de cada cromossomo 4 de indivíduos saudáveis.144 aminoácidos.a segunda forma mais comum de de genes HTT são instáveis. As regiões de repetição de trinucleotídios drome do X frágil . r-"-i r"-i (1 r-"-i r-"-i r"lr"-i -. Cada pessoa que tem um pai ou mãe he- mutação de huntingtin (Figura 16.2). Assim. no Capítulo 6). o teste para a mutação H7T.. de transmitir a mutação. normais do gene huntingtin. cimento sobre o teste de DNA para alelos HIT mutan- xia espinocerebelar. Resultados Controles 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314 15 16171819 202122 23 242526 27 28 29 30 AIelos . pode-se vel sintetizar iniciadores oligonucleotídicos e usá-los para fazer o teste pré-natal do feto. garantiu um anômalo para seus filhos podem saber se são portadores teste de DNA simples e preciso para o diagnóstico da antes de ter filhos. seria fácil verificar a presença do quisa de mutações de Tay-Sachs em pré-embriões de oito gene huntingtin mutante em indivíduos de risco. no Capítulo 13).18 repetições CAG .48 repetições CAG huntíngtín - mutantes AIelos huntíngtín .442 Fundamentos de Genética cleotídicas expandidas.. . ou o casal pode recorrer à amplificar a região por PCR. ÇJÇ DNA genômico Iniciador oligonucleotídico .. A alta frequência de distúrbios humanos expandidas causadoras da segunda forma mais comum causados pela expansão de repetições trinucleotídicas de retardo mental em seres humanos (veja Problema re- indica que esse pode ser um evento de mutação comum solvido: Teste de alelos mutantes causadores de retardo em nossa espec1e. Dada a disponibilidade do teste de DNA para a muta- ção trinucleotídica expandida no gene huntingtin. a pessoa pode ter filhos sem medo lado da região da repetição trinucleotídica. e o número de repetições fertilização in vitro e aos testes de DNA em pré-embriões CAG poderia ser determinado por eletroforese em gel de de oito células antes da implantação (veja O futuro: Pes- poliacrilamida. o teste de DNA para a mutação H7T deve di- vilosidades coriônicas.. r .2 Teste das regiões de repetição trinucleotídica expandida (A) no gene huntingtin responsáveis pela doença de Huntington por PCR.Iniciador oligonucleotídico cÂG . e o sexo não é indicado para preservar o anonimato. 0"'~ fJ A t Determinação do número de repetições por separação dos produtos por eletroforese em gel de poliacrilamida.. . minuir o sofrimento humano por essa temida doença. Os resultados mostrados em (B) são de uma família venezuelana na qual os pais são heterozigotos para o mesmo alelo huntingtin mutante. . . o embrião pode ser implantado no úte- DH também pode ser feito no período pré-natal em cé... as sequências nucleotídicas do gene huntingtin de cada Se o teste for negativo. A maioria das pessoas foi submetida ao teste duas vezes para minimizar erros. mutantes que contêm repetições trinucleotídicas CGG me do X frágil. ~ mental na síndrome do X frágil).. n 1 0"'~ t O Amplificação da região de repetição trinucleotídica por PCR. Teste seu conhe. seria possí.. Uma vez conhecidas terozigoto tem 50% de chance de não ter o gene anômalo. Embora a identificação do defeito genético. A ordem de nascimento das crianças foi modificada. os indivíduos em risco de transmitir o gene tenha levado a um tratamento do distúrbio. não ção huntingtin. normais B • FIGURA 16. atrofia dentato-rubro-pálido-luisiana tes criando um teste de DNA semelhante para os alelos (síndrome de Haw River). Caso seja usado de maneira sidades coriônicas (Em foco: Amniocentese e biopsia de consciente. a repeti. Se o teste for positivo. Como o células. Protocolo ~. ro materno com o conhecimento de que tem duas cópias lulas fetais obtidas por amniocentese ou biopsia de vilo. ataxia de Friedreich e síndro. Eles incluem vários tipos de ata. Se os testes forem negativos para procedimento de PCR requer pouco DNA. . e a ausência de proteína 30% das mulheres heterozigotas são assintomáticos. B. Estudos de heredogramas indicam tradução. do inglês fragile X mental retar- síndrome do X frági l é a segunda forma mais comum de re. designado FMRP. acumula-se nos drome de Down. O produto proteico desse gene. dation gene 1 (gene do retardo mental do X frági l 1) (Figura 1B).500 cópias.uma contêm de 200 a 1. Já os genes FfvlR-1 anormais . no TRINUCLEOTÍDICAS EXPANDIDAS sítio frágil. não associada a uma anomalia citológica detectável em células culti.000 mulheres. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 443 SÍNDROME DO X FRÁGIL E REPETIÇÕES X frágil. Genes FfvlR-1 normais . do X frági l foi o primeiro distúrbio humano a ser associado a uma Qua l é a relação entre a perda da expressão de FMRP e a repetição trinucleotídica instável (ver seção Doença de Huntington repetição trinucleotídica instável na região 5' do gene FfvlR-1? no início deste capítulo). É encontrada em mento. Os promotores dos alelos mutantes são intensamente metilados. Ausência de transcrição B • FIGURA 1 A. tardo mental hereditário em seres humanos (depois da sín. (CGG)n.encontrados em pessoas com a síndrome do X frági l vadas na ausência de timidina e ácido fólico. As pessoas com síndrome dendritos neuronais. que são longas extensões do corpo celular do do X frágil apresentam comprometimento mental acentuado. Cerca de 20% dos homens hemizigotos e desativada em pacientes com X frági l.000 homens complexos com mRNA e outros componentes do mecanismo de e 1 em cada 7. De algum modo. Em seguida. o que bloqueia a transcrição. ver Capítulo 6).dá a impressão de que a extremidade está prestes a se soltar gene FfvlR-1. neurônio que fazem conexões com outras célu las. A síndrome FMRP parece ser a causa das deficiências mentais observadas. expressos . expressos .isto é. A transcrição do gene FfvlR-1 é penetração incompleta. Essa anomalia . Essa repetição está localizada na região 5' -não tradu- zida de um gene designado FfvlR-1. FMRP é uma proteína de ligação do RNA. e o X frágil e um cromossomo Y normal de um homem (direita). o aumento do constrição perto da extremidade 3 do braço longo do cromossomo número de repetições trinucleotídicas interfere na expressão do X . a análise molecular mostrou que esse cromos- somo contém uma repetição trinucleotídica instável. também podem apresentar anormalidades faciais e de comporta. O X frágil e um cromossomo X normal de uma mulher (esquerda).contêm de 6 a 59 có- Estudos iniciais mostraram que a síndrome do X frági l está pias dessa repetição. daí o nome cromossomo repetições causa modificação química do DNA no promotor do A Sítio frágil Alelos FMR-1 normais (CGG)5_59 ATG 38 Kb TAA 1 =I 1 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 f Transcrição Transcrito primário Alelos FMR-1 mutantes (CGG)>200 CH 3 ATG TAA c~~l ~~3 1111111 1 ti 1 Metilacão . o número aumentado de do restante do cromossomo (Figura 1A). Segundo uma hipótese. e pode participar do transporte de moléculas de mRNA que é causada por uma mutação dominante ligada ao X com ou da regulação de sua tradução. .isto é. A localização e o número de repetições trinucleotídicas CGG em alelos normais (em cima) e mutantes (embaixo) do gene FfvlR-1. Essa síndrome acomete cerca de 1 em cada 4. . . . ... . . . Durante a replicação da repetição em série..:.... Depois que os sistemas de reparo limpam as estruturas em grampo as mutações com repetições trinucleotídicas instáveis parecem ser formadas. que inicia o processo de reparo.. . . A DNA polimerase "desliza" de •·•. Desde então se demonstrou que outros distúrbios neu- DNA polimerase pode "escorregar". .. .. .. ...9. ... .. . . . .. ao passar por uma rodegenerativos são causados por repetições trinucleotídicas expan- região que contém muitas repetições curtas em série (Figura 2). . t\ . a vez (CAG)n..:. . Isso um tipo importante de defeito genético em nossa espécie.. . . ..:. 5' ' DNA polimerase 3' 0ÃP>' O DNA polimerase replicando uma 5' repetição trinucleotídica (CGC)0 . foi associada a uma repetição trinucleotídica instável.. . O mais bem conhecido é a doença de Huntington... 3' 3' CGGCGGCGGCGGCGG .... . ou "vaci lar"... .. a DNA polimerase sai do fi lamento-molde.. . 5' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1~ 3' ..9 ··... .... . . volta seis trinucleotídios e 5' começa a replicar a mesma região novamente . .... . . .... Uma DNA polimerase que participa da via de reparo catalisa a síntese de um filamento complementar ao grampo não dobrado.. ..9.9 ... .... •·• CCGCCGCCGCCGCC •·•.... . . ...j..P>' 8 O "grampo" é removido por um processo de reparo do DNA... instável no gene FfvtR-1..9V. .. ... ... .. . .. ..•.9' . . •·•. O grampo formado em virtude do deslizamento é reconhecido como um defeito por uma enzima de reparo do DNA. ~DNA polimerase . .. hipermetilação de DNA. .... ... .. .... . didas.... 0f>...... sobretudo nos promotores e ao seu redor.9 ... desliza para trás e reinicia a síntese em uma região já replicada.. dessa 1. . . durante a replicação do DNA. .. 3' 4GCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCCGCC 51 r r r r r r r r r r r e r r r r r r r r r r r r r r r e r r r e r r r r r e r r e r r r r r r r r r r r e r e r r e r r r r r r r e e r r r r Repetição trinucleotídica expandida • FIGURA 2 Um possível mecanismo de expansão das repetições trinucleotídicas.. .9 .. .... Vários estudos mostraram que a geração para geração.. ... ........ .. .. . . . . produzindo uma região de repetição de trinucleotídios expandida. Portanto...•.. . .. .......... Esse promotor é altamente meti lado em indivíduos explicaria por que as regiões repetidas tendem a ser instáveis de que têm a síndrome do X frági l. Dentro de 1 ano após a descoberta da repetição trinucleotídica si lencia a expressão gênica (Capítulo 19)... ..... ... ... ../-..·· ·!. ..444 Fundamentos de Genética gene FfvtR-1 ........ .CGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGG ..j. ..... .500? Uma hipótese é a de que... .... outro distúrbio neurodegenerativo.... ... a atrofia O que determina o aumento do número de cópias das muscular espinobulbar (também conhecida como doença de Ken- repetições trinucleotídicas nos cromossomos de 6 a 59 para 200 a nedy). . ..y .. ... ..9' ...... .... ...... a região da repetição pode ser muito expandida. ....... .. . RFLP. Portanto. a expectativa média de vida de um recém-nascido com FC era inferior a 2 a11os. e os pacientes geralmente morrem de pneu- pos de informações foram usadas para restringir a busca monia ou de outras infecções do sistema respiratório. Muitas vezes os genes humanos são precedidos de dos métodos de tratamento. sítio de início da tradução do gene Ffvf R-1.um fragmento menor. A FC é CF e caracterizaram algumas das mutações causadoras herdada como uma mutação autossômica recessiva. que contém ciada. mas a tão presentes logo ao lado do ge11e CF em direção 5' qualidade de vida é baixa. Toda a porção eucromática do genoma humano foi sequen. o pân. As i11fecções pulmonares são um mapa físico detalhado da região ( Figura 16. Os con- trinucleotídio CGG presentes na região entre o promotor e o troles servirão como marcadores de tamanho nessa análise. As pessoas normais geralmente têm de 6 a 59 cópias do tamanhos dos DNA amplificados (ver Figura 14. duos homozigotos para um alelo F/vtR-1 produzirão um frag- 4. O mapeamento adicional dos RFLP localizou o creas e o fígado são obstruídos por muco. to e reverso (ver Figura 14. um efei. 1940. é frequente o acúmulo de muco ram usados para iniciar caminhadas (ver Figura 15. maior se houver dois alelos mutantes. F/vfR-1 .1 O). dicas expandidas. com facilidade é o suor excessivamente salgado. Três desses aglomerados es- pessoa com FC é de aproximadamente 32 anos. O gene CF foi mapeado pela primeira vez no braço to predomina11temente be11igno do gene mutante. Veja que flanqueiam a região de repetição trinucleotídica do gene detalhes em Em foco: Síndrome do X frági l e repetições trinucleotí. aglomerados de citosi11as e guaninas denominados tou gradualmente. Depois.3). FATOS E CONCEITOS 3.000 re. DNA amplificados . A PCR pode ser usada para amplificar a região do gene F/vtR-1 mento de DNA amplificado . e um fragmento maior. 1. (Figura 16. contendo de 6 a 3. em 1989. Os em infecções crô11icas e na consequente disfu11ção desses dois marcadores de RFLP mais próximos do gene CF fo·- órgãos vitais.pequeno se houver dois alelos que contém as repetições trinucleotídicas CGG. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 445 Teste de alelos mutantes causadores de retardo mental na síndrome do X frágil PROBLEMA ANÁLISE E SOLUÇÃO O segundo tipo hereditário mais comum de retardo mental em se. Crie um teste de DNA para detectar a presença de 2. Sintetize oligonucleotídios iniciadores de PCR de sentido dire- res humanos é causado por repetições trinucleotídicas CGG expan. do ge11e CF levaram à rápida identificação de seu pro- ximadamente 1 em 25 nas populações de origem cauca.6) complementares às sequências didas no gene FfvtR-1 (gene do retardo mental do X frági l 1). Lap-Chee Tsui e seus colaboradores identificaram o gene cém-nascidos com ascendência norte-europeia.7) e no trato digestório. As análises conservadas em espécies relacio11adas. quando presente? CGG . Três ti- recorrentes. a expectativa de vida aumen. A clonagem e o sequenciamento estima-se que a frequência de heterozigotos seja de apro. duto. normais. o que resulta ge11e em uma região de 500 kb do cromossomo 7. Um sintoma de FC diagnosticado futuro. mais de 30. Com o aperfeiçoamento 1.000 pessoas têm essa da doença e deu espera11ça de terapia gênica eficaz i10 doença devastadora. Os DNA genômicos de indivíduos que um indivíduo é homozigoto ou heterozigoto para o alelo mu- com um número conhecido de repetições trinucleotídicas tante. A eletroforese em gel de poliacrilamida pode ser usada para determinar os tamanhos de pequenas moléculas de DNA. 5. As pessoas com síndrome do X frágil geralmente têm mais de F/vtR-1 normais e expandidos produzirão dois fragmentos de 200 cópias desse trinucleotídio. 59 cópias da repetição. Amostras de DNA de indivíduos heterozigotos para alelos 2. a sequência do gene F/vtR-1 e as sequências mais de 200 cópias da repetição. Como os resu ltados do teste indicarão duos a serem testados.devem ser incluídos como controles. longo do cromossomo 7 por sua cossegregação com tros sintomas não são nada benignos. Em do ge11e CF. A identificação do ge11e CF é um dos principais suces. a expectativa de vida de uma ilhas de CpG (Capítulo 19). o que causa desnutrição ainda que saltos no cromossomo e para começar a construção de as pessoas comam muito. Qua11do se usa- .3). Os pulmões. Use eletroforese em gel de poliacri lamida para determinar os 1. Hoje.normais e expandidas . o que sugeriu condutas para o tratamento clínico sia11a. FIBROSE CÍSTICA bioquímicas das células de pacie11tes com FC i1ão iden- tificaram nenhum defeito metabólico específico ou pro- A fibrose cística {FC) é uma das doenças hereditárias mais duto gê11ico mutante. Sequências codificadoras importantes geralmente são sos da clo11agem posicio11al (Capítulo 15). Some11te i1os EUA. 4. 2. Fra11cis Collins e comuns em seres humanos e afeta 1 em cada 2. Use esses iniciadores para amplificar a região de repetição trinucleotídica em amostras de DNA genômico dos indiví- alelos mutantes de F/vtR-1. Ou. Amostras de DNA de indiví- genômicas ao seu lado são conhecidas. e dessa trágica doença. Além disso. a sequência nucleotídica do gene CF leção do trinucleotídio 11F508. Ao contrário Embora 70% dos casos de FC sejam causados por de- do gene huntingtin. O gene é enorme. Como já foi mencionado. pâncreas.5 kb de comprimento e codifica uma são muito comuns.4). ções são detectadas por exames de DNA. Em alguns trabalhos sugere-se que CFTR pode mostraram que o suposto gene CFé expresso nos tecidos participar da regulação do metabolismo e do transporte apropriados. quências da perda de outras funções de CFTR que não ção de três bases. como o teste mente que o produto do gene CF é semelhante a várias para a deleção de 11F508 ilustrada em Em foco: Detecção . tes com FC. Como a função de cDNA foi preparada a partir do mRNA isolado de da proteína mutante CFTR não é adequada em pacien- cultura de células de glândulas sudoríparas.__ _ ___.-- - -. vários efeitos fenotípicos diferentes. No entanto. glândulas salivares.. ou proteína CFI'R. As posições das ilhas de CpG usadas como pontos de referência na localização da extremidade 5' do gene também são mostradas. e pesqui. ossos e tubo intestinal são comuns em testino e sistema genital. alguns dos sintomas de FC podem ser conse- porque 70% dos alelos mutantes contêm a mesma dele. figado. Staphywcoccus aureus e bactérias O uso da biblioteca de cDNA das glândulas sudorípa. . (Figura 16.4).480 aminoácidos. Os resultados do Northern bwt também e sódio. . há acúmulo de sal nas células epiteliais e de sou-se a presença de hibridização de colônia usando muco na superfície dessas células. os clones de cDNA do indivíduos com FC. sondas para éxons do gene CF (candidato a gene CF A presença de muco no revestimento das vias respi- na ocasião) . denominado regulador de condutância transmembrana bois (muitas vezes denominados zoo bwts).446 Fundamentos de Genética Braço longo do cromossomo 7 31. de 900 diferentes mutações de CF(a Figura 16. Uma busca em compu. também regula a atividade de vários ou- bibliotecas de cDNA preparadas a partir de outros te. e muitas foram iden- proteína de 1. que formam poros entre célu- Southern bwts contendo fragmentos de restrição de D NA las através das quais passam os íons. glândulas sudorí- ciada ao acúmulo anormal de muco nos pulmões. CFTR deve ser considerada multifuncional. outras são raras. forma canais iônicos que os éxons eram altamente conservados. trans. os canais de cloro. 11F508. relacionadas. de lipídios. tificadas em apenas um indivíduo. por. ratórias acarreta infecções progressivas e crônicas por Pseudomonas aeruginosa. vestem as vias respiratórias.5 apresenta põe 250 kb e contém 24 éxons (Figura 16. pâncreas. hamsters e CF. Embora CFTR forme canais de cloro gene CF não teriam sido identificados se fossem usadas (Figura 16. constatou-se da fibrose cística. ram sequências de éxons do gene CF como sonda em proteínas de canal iônico._ - '~ _. foram identificadas mais mostrou-se muito informativa. O produto do gene genômico de seres humanos. mutantes de várias famílias diferentes. elas causam esse gene só é expresso em células epiteliais dos pulmões. in. CFTR interage com várias outras proteínas A identificação de um gene candidato como um gene e sofre fosforilação/desfosforilação por quinases e fosfa- de doença depende de comparações de alelos normais e tases. -- - kb 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Ilhas de CpG _. que depois os experimentos Northern bwt mostraram que as mutações do gene CF são pleiotrópicas. Assim. Essas infecções. Gene da fibrose cística • FIGURA 16. As disfunções do pâncreas. no paras. Várias dessas muta- tador nos bancos de dados de proteínas mostrou rapida. por sua vez. sabe-se que a FC está asso. o que elimina o resíduo fenilala. intestino e outros órgãos e controla o fluxo de sais pâncreas e nas glândulas sudoríparas.3 Sequência de caminhadas e saltos no cromossomo usados para localizar e caracterizar o gene da fibrose cística. causam insuficiência respiratória e morte. Assim. tros sistemas de transporte como os canais de potássio cidos e órgãos. O mRNA de mutações representativas). Cerca de 20 dessas mutações CF tem cerca de 6.4) através das membranas de células que re- 3. camundongos. geralmente ras mostrou-se crucial na identificação do gene CF. glândulas sudoríparas. Uma biblioteca e água que entram e saem dessas células. nina na posição 508 no produto do gene CF. A FC é incomum Na verdade..2 36 (1 Salto Caminhada - __. A proteína CFTR forma canais iônicos através das membranas de células epiteliais dos pu lmões.. . glândulas sudoríparas e alguns outros órgãos... ....• .. ......•• • Mutação por mudança ... ' ..- Processamento de RNA mRNA .......... .(A}n Traducão ' Sítios de ligação de ATP Proteína CFTR Regiões transmembrana hidrofóbicas Dobramento e inserção na membrana Cadeias laterais do carboidrato Canal iônico CFTR Dupla camada através da membrana lipídica da membrana celular Cito sol Regiões transmembrana Sítios de ligação de ATP • FIGURA 16... • Mutação sem sentido . intestino. . de leitura (in-frame} Exons do gene CF • Mutação de sentido 1 2 3 4 5 6a 6b 7 8 9 10 11 12 13 14a 14b 1516 l 7a l 7bl8 19 20 2122 23 24 trocado ..... . Proteína CFTR ~ Domínios transmembrana hidrofóbicos ~ Domínio de ligação Domínio de ligação de ATP deATP Legenda: Domínio regulatório ~ Deleção na matriz ...•• ......... .......4 Estruturas do gene CF e seu produto. .. .5 Mutações no gene CF causador de fibrose cística..... a proteína CFTR... ••• . Á .•• •.. Á • •••••• • Á •• .... Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 447 éxon ~? Gene CF -1-- 11~-1111 '' 1o 11 li.... ...... pâncreas. ..... ........... . •••• ••• •• • ••• .. .... que deteta a fenilalanina presente na posição 508 da proteína CFTR normal... Um diagrama esquemático da proteína CFTR é mostrado acima do mapa de éxons para ilustrar os domínios da proteína alterados pelas mutações.... •• da matriz de leitura Mutações •• • Á •• •• •• •• •• •• •• • •• • .... ....... 1 íntron 2 3 4 5 6a 6b g 1 20 21 22 23 24 Transcricão ' Transcrito primário .... .. .•• . .. . Cerca de 70% dos casos de FC são causados pela mutação MSOB.....A distribu ição e a classificação das mutações causadoras de fibrose cística são mostradas abaixo dos éxons do gene CF.... .. .. .... T Mutação po~ recomposrçao • tiF508 • • FIGURA 16... ........ .. metade será clivada e a DIAGNÓSTICO MOLECULAR DE outra metade continuará intacta (Figura 16. a de testes de DNA para detectar as mutações mais comuns mutação causadora de anemia falciforme (Capítulo 13) é usual. ção de um gene mutante causador de fibrose cística. Em cromoléculas como as proteínas. contém o alelo HBBA todos os alelos CFmutantes.6) to de etídio. com a oferta de infor- ciforme) do alelo da 13-globina normal (HBBA) por meio mações inestimáveis para as famílias em que ocorrem as da síntese de iniciadores de PCR complementares às se. Assim. depois de caracterizadas as mu- ção da presença ou ausência do sítio de clivagem por uma tações responsáveis por uma doença. em células fetais obtidas por am.em Em foco: Detec- ção in vitro. As Apenas algumas das mais de 6. quências de DNA que flanqueiam a mutação falciforme tulo 14. Na verdade.448 Fundamentos de Genética de um gene mutante causador de fibrose cística. contém o alelo HBB8 mutante. tington e a síndrome do X frágil. Esses testes podem ser feitos em células fetais co.a causa única célula de um pré-embrião produzido por fertiliza. Uma vez clonados e sequenciados os genes responsáveis Nos distúrbios hereditários como a doença de Hun- por uma doença humana e conhecidas as mutações cau.6). no gene HBB5 e seu uso para amplificar esse segmento a letadas por amniocentese ou biopsia coriônica. A existência de testes diagnósticos para mutações exclui um sítio de clivagem para a enzima de restrição causadoras de doenças humanas contribuiu muito para a Mstll (Figura 16. Por exemplo. Esse procedimento niocentese ou biopsia coriônica. nal em seus locais de ação no corpo. no Capí. geralmente é possível desenvolver repetição trinucleotídica expandida em genes.introdução de cópias funcionais de muitas delas. não se pode recorrer à administração exó- um gene em indivíduo que tem duas cópias anômalas do gena do produto gênico ausente ou anômalo como se administra insulina a diabéticos. Assim. ou até mesmo em uma é ilustrado com a mutação tl. área do aconselhamento genético.000 doenças humanas membranas celulares são impermeáveis a grandes ma- hereditárias catalogadas são tratáveis atualmente. mais frequente de fibrose cística . Capítulo 14. A por eletroforese em gel de agarose e corados com brome- diversidade das mutações causadoras de FC (Figura 16.é um possível método de tratamento das doenças é instável e não pode ser administrada na forma funcio- humanas hereditárias. podem-se testes moleculares para os alelos mutantes. normal. Se o DNA amplificado for clivado por Mstll dificulta muito o desenvolvimento de testes de DNA para com produção de dois fragmentos. É possível distinguir o alelo HBB5 (fal. Esses testes usar PCR e Southern blot para detectar os alelos mutantes.2. Também partir do DNA genômico. Se o DNA genômico foi isolado de um indivíduo hete- rozigoto para esses alelos HBB. Outros tipos de mutações podem ser detecta- de interesse (veja a Figura 14. PONTOS ESSENCIAIS • Os genes mutantes causadores de doença de Huntington e de. é preciso que . podem ser feitos dos pelo uso de oligonucleotídios alelo-específicos para no período pré-natal. pelo menos não em uma forma que garanta atividade a longo prazo.fibrose císticaforam identificados por clonagem posicional • As sequências nucl. a DOENÇAS HUMANAS presença do alelo HBB5 pode ser diagnosticada por um simples teste molecular. assim. A maioria das enzimas gene . TeraP-ia gênica humana A terapia gênica . resultantes de regiões de sadoras do distúrbio. podem ser feitos em pequenas quantidades de DNA com O teste de DNA para o gene huntingtin é ilustrado na Fi- o auxílio da PCR para amplificar o segmento de DNA gura 16.eotídicas dos genes huntingtin e CF foram usadas para prever as se- quências de aminoácidos de seus produtos polipeptídicos e para obter informações sobre as funções dos produtos gênicos • A caracterização dos genes huntingtin e CF kvou ao desenvolvimento de testes de DNA que detectam algumas mutações causadoras de doença de Huntington e de fibrose cística • Genes mutantes responsáveis por distúrbios humanos hereditários frequentemente podem ser diagnosticados por testes de DNA • Os resultados dos testes de DNA para genes mutantes causadores de doenças hereditárias permitem que os conselheiros genéticos informem às famílias qual é o risco de nascimento de crianças afetadas.6). anomalias genéticas.6). no Alguns diagnósticos moleculares são a simples verifica. e os produtos da reação são separados las pré-implantação produzidos por fertilização in vitro. o desenvolvimento enzima de restrição específica no DNA.F508 no gene CF. sondagem de Southern blot genômico. tratado com Mstll. O DNA amplificado pode ser foram realizados com sucesso em embriões de oito célu. se não for clivado. Origem mutacional do gene HBB5 (13-globina falciforme). 0"'~ O t Digestão por endonuclease de restrição MstI.. Detecção da muta- ção 13-globina falciforme no alelo HBB 5 por amplificação de fragmentos do gene HBB a partir do DNA genômico e clivagem com a enzima de restrição fvfstl 1..6 A. r 5'3· 1 1 V Sítio de clivagem MstI em alelo HBBA 3' . 0"'/} 0 -Y t Coloração com brometo de etídio e observação das bandas de DNA com luz ultravioleta. Essa alteração pode ser usada para distinguir os dois alelos por técnicas moleculares simples..f' 1111111 11 11 11111 3' ( 11111 11 11 111111 V. - B. . B. 3' -. Resultados previstos: DNA genômico de: Poços de aplicação ( ) ( ) Fragmento grande de DNA - Fragmentos pequenos de DNA ..• 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' Ausência de sítio de clivagem MstI em alelo HBB5 Iniciador de PCR 1 0"'~ TO Amplificação por PCR. A mutação que produz o alelo da 13-globina falciforme (HBB 5) a partir do alelo da 13-globina normal (HBBA) elimina um sít io de clivagem fvfstl do gene. A11 11 11 111111111 11 111 11 11111111111i 11 111 11 11111111111 11 111111 y.. 0AP t 0 -Y Separação dos produtos por eletroforese em gel de agarose. • FIGURA 16.à MstII clivagem MstI MstII Mutação MstII MstII (não há sítio Mstl} A. Iniciador de PCR Gene HBB 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1~ 3' 1 Sítio de mutacão falciforme 5· . · · · .5' ···-----···- V Á 5' sítio de Á 1 Á MstII . Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 449 Alelo HBBA Alelo HBB5 Mutação 1111 elimina o 3·Á. Distinção dos alelos HBBA e HBB5 por técnicas moleculares simples. tanto. a terapia sido avaliados com rigor e ser comprovadamente mí- • gênica de células somáticas é menos complexa e menos nimos. o tratamento das doenças here. 1. Já a terapia gênica de células somáticas não é a aprovação de um procedimento de terapia gênica. com a esperança de que as células pulmonares ferente de todas as linhagens de células somáticas. Na maioria das vezes. A terapia gênica dos de adenovírus. quando ser distribuída pelo sistema circulatório para os tecidos . . usam-se vírus para inse- necessárias. como os deriva- mais promissor de tratamento eficaz. gene transferido) para distingui-lo dos que não há indução de mutações possivelmente preju- genes endógenos. que têm de indi- mutante do gene. No caso de vetores retro- ditárias é amplamente restrito aos casos em que o me. A terapia gênica da linhagem germinativa está sendo cazes. se usam retrovirus como vetores. precisa. plantes. mas desses vírus é autônoma e eles só persistem até que o malas do gene. a presença dos transgenes nas células é o acréscimo de uma cópia normal (selvagem) de um hospedeiras é transitória porque a replicação dos geno- gene ao genoma de um indivíduo que tem cópias anô. E preciso cumprir várias exigências para humanos. virais. por exposiçao previa ao mesmo virus ou a virus muito . . Importantes reflexões gênica é examinado minuciosamente por comissões de morais e éticas estão implicadas em qualquer decisão de revisão de âmbito. os tratamentos subse- da linhagem germinativa é importante quando tratamos quentes com o mesmo vetor virai provavelmente seriam de seres humanos. . tecidos e órgãos.. os vetores adenovírus usuais provavelmente serão inefi- cas. Nos trans. depois da tera. mas não cura a doença. Como a expressão do transgene é transitória. algumas células do próprio paciente são retiradas. todos os genes estranhos presentes no genoma de cada 2. Cada procedimento proposto de terapia pia gênica de células somáticas. Em animais superiores como os tar a fibrose cística por terapia gênica de células somáti- seres humanos. os pacientes inalavam um adenovírus como vetor do germinativa são produzidas por uma linhagem celular di. não à tera. Não pode haver outros métodos de tratamento da Para aplicar a terapia gênica de células somáticas. isto é. rir o gene selvagem nas células.. Um gene introduzido em uma célula sistema imune elimine os vírus com as células infectadas. local (instituição ou centro médico) e fazer modificações na linhagem germinativa de genes nacional (NIH). o transgene selvagem é integrado .. por causa da rápida resposta estará presente nas células da linhagem germinativa do imune a esses vírus nos indivíduos tratados. Ou seja. há duas desvantagens importantes: (1) a expres- gênica é eficaz. 4. Em princípio. gene CF. No troduzido é denominado transgênico. será posta em prática em camundongos e outros animais.com o DNA do tabólito ausente é uma pequena molécula. considerando-se que as respostas imunes secundá- A distinção entre terapia gênica de células somáticas e rias são muito rápidas e eficientes. doença. as células reprodutivas ou da linhagem cas. Quando a terapia entanto. nes de tipo selvagem devem ser introduzidos e expressos 5. fossem infectadas e sintetizassem quantidade do produ- a terapia gênica de células somáticas trata os sintomas da to do gene CFsuficiente para aliviar parte dos sintomas doença. car que a terapia gênica proposta provavelmente será ria ser inserido nas células mutantes por vários métodos eficaz. manifestadas sobre a humanidade querer "reformular a A terapia gênica humana é efetuada de acordo com natureza" ou "brincar de Deus" dizem respeito às trans- diretrizes rigorosas elaboradas pelo National Institutes of ferências de genes da linhagem germinativa. a terapia gênica é o método Quando se usam outros vetores virais. nas tentativas iniciais de tra- germinativas ou hereditária. paciente e pode ser transmitido para seus descendentes. apenas enquanto persistir ausente e restaura o fenótipo normal. diciais durante a etapa de integração (Capítulo 13). Em muitas célula afetada. Assim. de células somáticas ou não hereditária e terapia gênica de células semelhantes. As preocupações frequentemente ineficazes. ou um organismo é denominado transgene (do inglês. com deve . Nas terapias gênicas de células somáticas do gene ao(s) tecido(s) ou às células desejadas. o transgene sintetiza o produto gênico são do transgene é transitória. arriscada que um transplante de órgão. provavelmente causada mos examinar dois tipos de terapia gênica: terapia gênica ·. Deve haver dados de experimentos preliminares com em células homozigotas ou hemizigotas para um alelo modelos animais ou células humanas. o gene anômalo ainda cazes. da doença. Em doenças como a fibrose cística. Infelizmente. na qual a terapia Todas as terapias gênicas de doenças humanas que apre. atuais. O gene tem de ser clonado e bem caracterizado. 3.450 Fundamentos de Genética as enzimas sejam sintetizadas nas células em que são diferentes. o gene selvagem pode. o transgene e transmi- apropriados.ao DNA da célula hospedeira. Assim. sentaremos aqui são terapias gênicas de células somáti. ou aos casos em que é possível controlar tido para todas as células descendentes na linhagem da os sintomas por modificação da alimentação. . diferente da terapia com enzimas (produto gênico) nem dos transplantes de células. a infecção virai. implantam-se nos pacientes órgãos inteiros. forte reação imune a esses vírus. A vantagem desses vetores em relação aos retrovírus é transferred gene.. mas preciso repetir os tratamentos periodicamente. No en- não em seres humanos. Portanto. . ao menos em parte. Assim. gênica eficaz exige expressão prolongada do transgene. outras doenças hereditárias. ge. E preciso que haja um método eficaz de administração célula do órgão. Health (NIH). esses tratamentos foram inefi- pia gênica de células somáticas. estar disponível na forma pura. Os riscos da terapia gênica para o paciente devem ter reparadas e reimplantadas no paciente.. que pode retrovírus . . e o organismo no qual o gene é in. Por exemplo. e (2) a maioria dos seres humanos tem Antes de analisarmos exemplos específicos. Mais tarde. um indivíduo não tem sistema imune usado na terapia gênica experimental. eles estimulam o de- ções citadas anteriormente. linfoblástica aguda de células T (LLA de células T) em No ano 2000. No entanto. o ocorreu em 1990. níveis tóxicos da forma fosforilada de gene (designado IL2Ryc. quando uma menina de 4 anos com gene codificador da subunidade 'Y do receptor da inter- imunodeficiência combinada grave por deficiência de adenosina de. e o vetor túrbios imunes como a ADA. T-cell células somáticas eficaz de indivíduos com uma doença receptor 13 subunit. Infelizmente. e recém-nascidos com ADA. A SCID é uma doença autossômica rara do (precursoras das células do sistema circulatório) isoladas sistema imune.SCID) recebeu seu primeiro tratamento com troviral e introduzido em células-tronco hematopoéticas transgene. Nos 14 casos. SCID ligada ao X pareciam ser bons candidatos ao trata- O primeiro uso da terapia gênica em seres humanos mento por terapia gênica de células somáticas.SCID. os meninos com ção das propostas de terapia gênica. a terapia gênica com células-tronco foi usada IL2Ryc foi determinada nos dois primeiros meninos para tratar dois lactentes com ADA. Desse modo. respectivamente. portanto. Quando a localização do DNA viral que tem o gene Na verdade. a divisão celular. (Figura 16. com a lastimável senvolvimento de linfócitos B e T .SCID em 1993 e se que desenvolveram leucemia. assim como os elementos bém uma obstinada defensora da terapia gênica. revisão estão sendo especialmente cautelosas na avalia. de genes próximos de seus locais de integração. nogiicol (PEG. dos meninos desenvolveu leucemia de células T aguda. são transmitidos para as células-filhas durante dável e ativa. pos e células T citotóxicas. O DNA retroviral havia se ADA ainda era de curta duração quando o transgene es. e a expressão gênica têm sistema imune. os linfócitos T o tratamento. Durante os 2 anos subsequentes. terapia gênica tinha sido um grande sucesso. mas (LIM-only) no cromossomo 11 ( Figura 16. um nase por um tempo. mento permanente ou de longa duração para a doença. subunidade 13 do receptor de célu- hereditária fatal. desoxiadenosina. de modo que até mesmo infecções foi verificada enquanto as células ainda estavam crescen- leves costumam ser fatais. eles podem se inserir nos genes das células Para evitar as limitações resultantes da curta vida dos hospedeiras e causar mutação (ver Figura 13. durante 2 anos. Uma vantagem dos vetores retrovirais é que eles se lante) são usadas para tratar a ADA. e tam. a resposta imune é tados 14 meninos com SCID ligada ao X. LM02 codi- causada por mutações em gene no cromossomo X. Eles trataram meninos com um tipo las T) no cromossomo 7 com a região 5' do gene LM02 de SCID semelhante à ADA. 'Y common. as células-tronco da medula óssea que dão disso. a divisão celular. 4 anos pioneira da terapia gênica agora é uma jovem sau.SCID já comentada. o vetor foi encontrado no tornou o método de escolha. linfócito-específicos. Quando é superexpresso em células T. cadeia 'Y comum do receptor da interleuci- tos T (leucócitos essenciais para uma resposta imune) e na-2). Atualmente. Além disso. injeções de de células T foi detectada em mais três pacientes da tera- adenosina desaminase bovina estabilizada com polietile. A translocação fundiu o gene TCRf3 (do inglês. o principal componente do anticonge. do em meio de cultura. a impossível. Na ausência milase. No entanto. As células-tronco (derivado de componentes do vírus da leucemia murina modificadas devem produzir continuamente linfócitos de Moloney) usado para introduzir o gene IL2Ryc em T com o transgene ADA e poderiam oferecer um trata. transponíveis. mas não a longo prazo. alguns DNA de retrovírus aumentam a expressão origem a leucócitos poderiam ser usadas para tratar dis. a mesma leucemia no tratamento da ADA.8). do inglês interleukin-2 receptor seu substrato.. Como os indivíduos com ADA. depois foi demonstrada a eficácia da terapia com enzima um câncer dos leucócitos. algo saiu errado. acumulam-se nos linfóci. a síntese de mesmo gene nos dois casos. para a produção de plasmócitos produtores de anticor- vem de 18 anos com deficiência de ornitina transcarba.SCID raramente terapia gênica curou a imunodeficiência. • • • A • que na epoca pareceu ser a primeira terapia genica com fica. tudo indicava que a transgênicos da menina sintetizaram adenosina desami. dejesse Gelsinger.as células necessárias morte. Assim. inserido em um vetor re- saminase (ADA. A menina de inserem nos cromossomos de células hospedeiras e. níveis normais de células T dentro de alguns meses após Depois da terapia gênica em 1990. células T. foram tra- Assim. Os linfócitos T estimulam a transformação os pacientes com SCID dos quais haviam sido retiradas de linfócitos Bem plasmócitos produtores de anticorpos. com interesse especial por música. as células-tronco foram transfundidas de volta para os destroem.13). Assim. normalmente é reduzida durante o desenvolvimento das cina-2 é uma molécula sinalizadora necessária para o de. médicos britânicos e franceses fizeram o indivíduos com uma translocação cromossômica especí- . Evidentemente. umjo. pia gênica. LM02 é classificado como . as comissões de funcional e raramente sobrevive por mais de alguns anos. pacientes com SCID ligada ao X era desse tipo. A expressão de LM02 subunidade 'Y do receptor da interleucina-2. Então. resultando em vivem mais de alguns anos..SCID. por uma reação imune grave ao vetor adenovírus do polipeptídio -y. As pessoas com SCID praticamente não de pacientes com SCID ligada ao X. Coletivamente. A interleu. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 451 A proposta de uma terapia gênica não será aprovada o polipeptídio 'Y do receptor da interleucina-2 também é pelas comissões de revisão local e nacional até que elas um componente de vários outros fatores de crescimento estejam convencidas do cumprimento de todas as condi.SCID. na ausência de linfócitos T. estimula senvolvimento de células do sistema imune. Além leucócitos.7). leucina-2 humana foi clonado. Felizmente. Depois de verificar a expressão do saminase (ADA).SCID. em setembro de 1999. integrado a um gene sabidamente associado à leucemia tava presente nas células-tronco. Na ausência de adenosina de.. Essa fica uma proteína essencial para a formação de alguns SCID ligada ao X é causada por perda ou inativação da complexos do fator de transcrição. um câncer que acomete leucócitos). . o/ / Retrovírus contendo oºo-'u. A síntese da proteína . DNA do vetor de ºoº transferência Q ººº de gene .7 Tratamento de imunodeficiência combinada grave ligada ao X (IL2R7'Yc. introdução de uma cópia selvagem do gene IL2R'Yc+ nessas células com um vetor retroviral. LM02 é superexpresso Os cientistas sabiam que os vetores retrovirais usados nas células T de indivíduos com leucemia aguda causada em terapia gênica podem causar mutação por integra- pela translocação mostrada na Figura 16. veja o Capítulo 21) em uma via que acarreta a leucemia de células T. No entanto. o risco foi considerado pe- superexpresso nos meninos com SCID ligada ao X que queno. • FIGURA 16. Também é ção nos genes. Nesses pacientes. Ele foi identificado em estudos de indivíduos com leucemia /infoblástica aguda de células T (LLA de células.. A terapia gênica é feita por isolamento de células-tronco da medula óssea do paciente..Gene TCR/3 quebra.452 Fundamentos de Genética DNA vetor Gene IL2Ryc+ humano / Células-tronco da medula óssea. houve uma translocação entre os cromossomos 7 e 11. verificação da expressão do transgene em células cultivadas e reinfusão no paciente das células-tronco transformadas. o transgene IL2Ryc+ .SCID) por terapia gênica de células somáticas.8. um gene que pode se tornar um onco.\l>-fl l IL2Ryc restaura a função ~o 0""/}-y imune em leucócitos O Cultivo de células em após a infusão de Infusão de cultura e verificação da células-tronco que têm células-tronco que expressão do transgene expressam o transgene IL2Ryc+ humano..---.. "G.ne LM02 1-:>--. Na verdade. cemia ou sintomas semelhantes aos da leucemia.f . . rada (Capítulo 21).. l lpl 3 ==../ 1 Ponto de - quebra TCR/3 gene Cromossomo 7 Cromossomo 11 Cromossomo translocado t(7.. Essa for- ma de SCID ligada ao X é causada por perda ou ausência de atividade do polipeptídio 'Y do receptor da interleucina-2 (o polipeptídio 'Y também é um componente de outras interleucinas).. p13) • FIGURA 16.. proto-oncogene.. IL2Ryc+ no paciente. 0 ""/l •••••• Isolamento de células-tronco G7 o 0"""7 da medula óssea do menino. Ponto de . ll)(q35. de células-tronco da medula óssea. A chance aproximada de que um vetor integrado Identificação do oncogene LM02 por sua associação com uma translocação entre os cromossomos 7 e 11 em indivíduos com leucemia linfoblástica aguda de células T (LLA de células T).Gene fL2Ryc+ Menino com imunodeficiência DNA retroviral integrado aos cromossomos combinada grave ligada ao X. Essa translocação deslocou o gene TCR'3 (subunidade '3 do receptor de células T} no cromossomo 7 perto do gene Lfv102 no cromossomo 11 e resultou na superexpressão de Lfv102. '------. foram submetidos a terapia gênica e desenvolveram leu- gene causador de câncer por mutação ou expressão alte.t'°"'Gene LMO2 I I I I I I I -~~-~q 35 . Quando superex- presso....-. Lfv102 comporta-se como um oncogene (gene causador de câncer. O Infecção de células-tronco da medula óssea com o vetor retroviral IL2Ryc+..8 O gene Lfv102 (gene Llfvf-only 2) codifica uma pequena proteína que atua como ponte de união de diferentes fatores de trans- crição. Quanto tempo será necessário para minadas transferências gênicas dirigidas. as substituições gênicas geralmente são deno- genes nesses vetores. Desde Duas aplicações recentes de terapia gênica obtiveram então.amaurose de seleção. Em vez disso. Seu uso em casos judiciais perfis de DNA (originalmente conhecidos como impressões baseia-se na premissa de que não existem dois indivíduos digitais de DNA) . Mario Capecchi e outros desenvolveram resultados encorajadores. futuro. Considerando-se que o genoma humano tem Todos os protocolos atuais e passados de terapia gêni- cerca de 20. vezes a impressão digital foi o dado estratégico que pôs Os padrões registrados de polimorfismos de DNA - um suspeito na cena do crime. os resultados obtidos até hoje são desapontadores. E claro que ainda temos muito a aprender antes de As substituições gênicas seriam mediadas por recombinação usar a terapia gênica como tratamento eficaz de distúr.agora são usados rotineiramente para com impressões digitais iguais. lidade aproximada de 1 em 20.500. com Eles não substituem o gene anômalo por um gene fun- a ocorrência de 2 de cada 15 inserções no gene LM02. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 453 aleatoriamente ao genoma humano (3 X 109 pares de zido nos neurônios. é provável que as substituições gênicas dirigidas mico recessivo. No entanto. o genoma humano contém polimorfismos de DNA de muitos tipos diferentes. LM02 ou perto dele. Precisamos de vetores mais localização normal no genoma do hospedeiro. sabe-se que os ve. Até tores retrovirais inserem-se preferencialmente em genes agora. No ça de Canavan. Oliver Smithies e o desenvolvimento de protocolos de terapia gênica efica. a inserção aleatória de vetores nos de genes. essas duas terapias gênicas parecem ter sido eficazes. podem fornecer informações inestimáveis em casos de tificação humana durante décadas. células somáticas das doenças humanas. PONTOS ESSENCIAIS • A terapia gênica é o acréscimo de uma cópia normal (selvagem) de um gene ao genoma de um indivíduo que tem cópias anômalas do gene • Embora a terapia gênica de células somáticas tenha sido eficaz na restauração da função imunológica em meninos com imunodeficiência combinada grave ligada ao X. sequência de DNA em casos de identificação pessoal é cujos genomas tenham sequências nucleotídicas idênti. Em seres seguros e precisamos aprender a regular a expressão dos humanos. bases no DNA. com uma probabi. O uso de dados de existem dois indivíduos. apenas acrescentam cópias funcionais do gene genes acometeria determinado gene. cada sítio é ocupado por um dos quatro pares de identidade de um indivíduo. que A impressão digital teve papel decisivo em casos de iden. mais tarde quatro de/. esse vetor em sítios aleatórios ou quase aleatórios nos cromossomos específico apresenta uma forte tendência a se inserir no das células hospedeiras. conhecido como análise do perfil de DNA (análise da impressão . os genes introduzidos são inseridos as inserções não são aleatórias.oferecem fortes indícios da identidade ou não tídios. No entanto. mas podemos pre. dirigida era muito baixa (aproximadamente 10-5 ). foi sintetizada e as funções neurológicas melhoraram.500 genes. um distúrbio neurodegenerativo autossô. Além disso.padrões registrados de polimorfismos cas. Smithies. Do mesmo modo. O genoma humano contém 3 X 109 pares de nucleo- do DNA . muitas dúvida sobre a identidade. mesmo que todas as inserções ca de células somáticas são procedimentos de acréscimo ocorressem nos genes. Análise do P-erfil de DNA Os perfis de DNA. à exceção de gêmeos idênticos. Quando o gene codificador da enzima nucleotídios) se inserisse em um gene específico seria foi introduzido nas células encefálicas. não identificar e/ou distinguir indivíduos. Assim. que foi comentada na seção de dirigidas mais eficientes e identificar com mais facili- introdução deste capítulo. Uma é o tratamento de crianças melhores vetores de direcionamento gênico e estratégias com uma forma rara de cegueira congênita . A outra é o tratamento da doen. é possível fazer substituições gênicas congênita de Leber tipo II.es tiveram kucemia ou distúrbios semelhantes à kucemia • A terapia gênica de células somáticas é promissora para o tratamento de muitas doenças humanas hereditárias. Indivíduos com doença de Canavan não tornem-se o método de escolha para terapia gênica de têm uma enzima que decompõe o N-acetilaspartato produ. expressos. cional. no entanto. homóloga e posicionariam o gene introduzido em sua bios humanos hereditários. homóloga para dirigir sequências de DNA para o wcus ver que haverá um tempo em que a terapia gênica será 13-globina de células de cultura de tecido humano em usada habitualmente e com segurança no tratamento de 1985. colaboradores usaram pela primeira vez a recombinação zes e seguros? Não sabemos a resposta. a frequência da transferência gênica doenças humanas hereditárias. Na verdade. nica substituiria o gene anômalo por um gene funcional. E evidente que. Na verdade. a enzima ausente de uma em um milhão. dade as células com a substituição gênica desejada. O protocolo ideal de terapia gê- gene. anômalo do paciente aos genomas das células receptoras. digital de DNA)....... . o Federal Bureau of Investigation (FBI) bre a identidade.__... Em 1997.. banco de dados padronizado em investigações criminais.8 por enzima perfis de DNA é constituída de eletroferogramas pro.... Atualmente. Southern blot lhos automáticos de sequenciamento de DNA apresen. Par de Locus 1 c==:::i. John Doe . • FIGURA 16. esses 13 Zoei STR compõem o sistema foi amplamente usada para identificar corpos e partes de corpos recuperados nos destroços depois da queda das Sequência de repetição VNTR Torres Gêmeas do World Trade Center em Nova York.... ... eletroforese capilar em 4 repetida gel para separar os produtos da PCR e lasers e fotocé.... Locus 3 <=:::i.~.. ... de restrição -7 duzidos com uso de iniciadores de PCR marcados com .--.... também denomina.10)... As etapas de separação e detecção são feitas por apare.___ _...•..=====> quências repetidas com 1O a 80 pares de nucleotídios.-.. ..000 pessoas mortas só puderam ser identificados por comparação de suas sequências de DNA com as de parentes próximos...454 Fundamentos de Genética • FIGURA 16..9 Marco zero depois da queda das Torres Gêmeas do World Trade Cent er em 11 de setembro de 2001.... Locus 2 . em 11 de setembro de 2001 (Figura 16.. ... "' de VNTR e:::=---==~ <===-"'--"'-==~ } cromossomos as repetições curtas em série (STR...... -~> ( "' "' 1 1 1 1 1 1 1 ) apresentam número de cópias muito variável.... ççrçç~ççççrçç úteis principalmente na análise do perfil de DNA.. 2 nhos dos produtos fluorescentes da PCR (Figura 16. o que as "' "' "' "' torna ideais para uso na análise do perfil de DNA. ... ..... .. Essas sequências de VNTR ... em número variável (VNTR) e Southern blot para preparar perfis de DNA.. .. Dois tipos de polimorfismos de DNA mostraram-se GGÂGGTGGGGÂGG ... .. a maioria dos clivagem._..._---=====> deVNTRa.=> Durante muitos anos... ... As • ...... e ....... .9). "' "' "' "' homólogos das microssatélites) são constituídas de sequências repe.. ( 1 1 1 1 1 1 ) tidas com 2 a 1O pares de nucleotídios. 3 lulas (detectores fluorescentes) para registrar os tama.. colisões ou outras tragédias. Os corpos de algumas das quase 3.11 )...5 cópias da sequência interesse do DNA genômico. A análise do perfil de DNA Coletivamente... . tam.. DNAde repetições em série em número variável (VNTR..6 Número de corantes fluorescentes para amplificar os segmentos de . estupro. ......... a maioria dos perfis de DNA continha padrões de bandas específicos em Southern Corte com enzima de restrição e blots de DNA genômico clivado por uma enzima de Legenda: aplicação de restrição específica e hibridizado com sondas de DNA À= Sítios de DNA em gel apropriadas (Figura 16.. DNA de Jim Doe bém denominadas minissatélites) são constituídas de se. como paternidade....--.. é um método útil em casos de incerteza so.10 Diagrama simplificado do uso de repetições em série tados no Capítulo 14.. um processo denominado análise do perfil de DNA.. assassinato adotou um conjunto de 13 Zoei de STR a ser usado como e identificação de corpos mutilados depois de explosões.. e separados por eletroforese em gel (Figura 16. . 1 --. . Detector de Laser --. PCR realizada com iniciadores marcados com corante flu- orescente. Esses Zoei estão localizados em 12 cromossomos di. 1 l 1 Computador 1 --. DNAde DNAde Jane Doe Joan Doe Locus 1 de STR Iniciadores de PCR Locus2 ·~~~•~•~•~ • ~ ••~•~•~~___J) ( l l l l l l l l l ll l l l ) de STR ( l l l l l ll l l l ) Iniciadores de PCR Locus 3 de STR Iniciadores de PCR 0"""Y t O Amplificação de STR usando iniciadores /ocus-específicos marcados com corantes fluorescentes.1·1 5 j-1 1b 1 8 1 131 16 11 14 1 7 10 13 16 5 8 11 14 6 9 12 15 Locus 1 de STR Locus 2 de STR Locus 3 de STR Alelos.. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 455 combinado de índices de DNA (CODIS. ... t """" ~ Verificação do tamanho (número de repetições} de STR no DNA de Jane e Joan Doe 7 por comparação dos produtos da PCR com DNA de referência contendo os alelos padronizados de cada STR pelo uso de laser e detector de fluorescência acoplado a um computador.1). A seleção de iniciadores de PCR amplificação de até nove Zoei STR usando três pares de que geram produtos de tamanhos diferentes possibilita iniciadores de PCR marcados com corantes fluorescentes Sequência de repetição STR ~ tÃG .12A) e a ferentes (Tabela 16. .11 Diagrama ilustrativo do uso de repetições curtas em série (STR). 1 5 6 él 9 11 1 ~141 1 12 15 ' 11 4 ~~ I 1 12 7 10 13 "~ 1 I . eletroforese capilar em gel e detectores de fluorescência para preparar os perfis de DNA.. isto é. Os tamanhos dos produtos da PCR são mostrados em pares de nucleotídios acima dos perfis de DNA. '.. .. . ~TÇT . T0""" 1 '0 7 Separação de produtos da PCR contendo STR por eletroforese capilar em gel... número de repetições presentes • FIGURA 16. fluorescência --- - l Tubo capilar 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Pares de 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 nucleotídios: Intensidade da fluorescência DNA de Jane Doe: 1 1 1 1 1 1 6 13 3 7 4 8 Intensidade da fluorescência DNA de Joan Doe: 1 1 1 1 1 1 5 10 9 13 5 13 Intensidade da fluorescência Padrões de alelo: . Combined DNA a amplificação de três ou mais Zoei STR com pares de ini- /ndex System) amplamente usado na análise do perfil de ciadores marcados com o mesmo corante fluorescente DNA. FGA 4 CTTT 80 4. • FIGURA 16. A maioria dessas controvér- Pares de nucleotídios: 124 144 164 184 204 224 244 264 284 304 324 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 .D3S1358 3 (TCTG](TCTA] 25 3. . Todavia. Nessa análise de STR múltiplos.000 800 Unidades de fluorescência 600 relativa: 400 200 B.1 Os 13 loci de STR no painel CODIS básico. familiarizada com a genética molecular e as técnicas usa- volveram iniciadores de PCR multiplex marcados com das na produção dos perfis. Os picos vermelhos representam padrões de tamanho do DNA. ""' A. Eletroferograma de escadas alélicas de STR marcadas com um só corante fluorescente e separadas por eletroforese capilar em gel. Pares de nucleotídios: 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 1.VWA 12 (TCTG](TCTA] 29 10. Várias companhias desen. ao longo dos anos corante fluorescente que possibilitam a caracterização surgiram muitas polêmicas acerca do uso de perfis de dos alelos dos 13 wci STR padronizados em apenas duas DNA em questões forenses. lo cus Cromossomo Motivo de repetição Número de alelos observados 1. A separação de famílias de gel. nove loci STR são caracterizados simultaneamente. Eletroferograma de alelos STR no DNA genômico usando três pares de iniciadores de PCR marcados com corantes fluorescentes diferentes (mostrados como picos azuis.D8S1 179 8 [TCTAl fTCTG] 15 8. VWA THOl TPOX CSFlPO 600 - Unidades de - fluorescência 400 - relativa: - 200 - -• o • A • A. Os picos vermelhos representam marcadores de tamanho do DNA acrescentados.D5S818 5 AGAT 15 5.12 Eletroferogramas de (A) de escadas de STR multiplex marcados com um só corante fluorescente e separados por eletroforese capilar em gel e (B) análise múltipla de nove toei de STR feita com três pares de iniciadores de PCR marcados com três diferentes corantes fluorescentes. TPOX 2 GMT 15 2. D16S539 16 GATA 19 12.128). TH01 11 TCAT 20 9. D21S1 1 21 fTCTAl fTCTGl 89 diferentes e separados em u m único tubo de eletroforese amplificações por PCR e separações por eletroforese em capilar em gel (Figura 16. D7S820 7 GATA 30 7. alelos STR em uma a três amplificações de PCR e uma A capacidade e a utilidade dos perfis de DNA em casos ou du as separações por eletroforese em gel é conhecida de identificação pessoal são óbvias para qualquer pessoa como análise STR multiplex.456 Fundamentos de Genética Tabela 16. CSF1PO 5 TAGA 20 6.A-- /1. verdes e pretos).D13S317 13 TATC 17 11. D18S51 18 AGAA 51 13. 13 Perfis de DNA de uma mãe. A Figura 16. Os dados obtidos de uma popu- - APLICAÇOES FORENSES lação nunca devem ser extrapolados para outra porque Os perfis de DNA foram usados pela primeira vez como populações diferentes podem ter frequências diferentes evidência em um caso criminal em 1988. ser usados para estabelecer a identidade? víduos tenham perfis correspondentes exigem informa- ções confiáveis sobre a frequência de polimorfismos na população de interesse. O DNA é extraído dessas células e amplificado por PCR. os perfis de DNA não só excluem pais erroneamente identificados. Possível pai N° 1 A análise do perfil de DNA é um instrumento forense eficiente quando usada apropriadamente. rácia dos perfis de DNA na identificação dos parentescos Para estimar a probabilidade de perfis idênticos. Assim. e esses da- dos são usados como referência em processos judiciais que usam os perfis de D NA. sêmen. todas as bandas no perfil de DNA da criança devem es- tar presentes nos perfis de DNA combinados dos pais. da mãe e dos possíveis pais. se do perfil de DNA em casos de paternidade solucionan- ta a probabilidade de perfis de DNA idênticos.10 ou 16. Teste sua compreensão do uso da análi- divíduos aparentados) for comum na população. Os perfis po. os casos de dúvida sobre a paternidade mui- tas vezes eram resolvidos por comparação dos tipos de sangue da criança. as do a questão de Resolva! Como os perfis de DNA podem estimativas precisas da probabilidade de que dois indi. e as STR são caracterizadas por PCR usando iniciadores fluorescentes. Amostras de DNA são obtidas de células da criança. da mãe e dos possíveis pais.11.11). Em 1987. tificam o homem Nº 2 como pai biológico. Por essa razão. os resultados geralmente são tão. aproximada- mente metade das bandas de DNA ou picos nos perfis de DNA da criança provém das sequências de DNA herda. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 457 sias estava relacionada com a competência dos laborató. . TESTES DE PATERNIDADE No passado. Assim. muito acurados. essas compa- rações de tipo sanguíneo contribuem pouco para a iden- tificação positiva do pai. aumen. Se forem analisados a frequência dos polimorfismos na população em ques. eles foram particularmente úteis em processos de paternidade e judiciais. os entre a criança e o genitor aumenta com o número de pesquisadores precisam ter informações confiáveis sobre Zoei polimórficos usados na análise. A criança recebe de cada genitor um cromossomo de cada par de cromossomos homólogos. Quando os perfis são comparados.As setas indicam bandas que iden- DNA herdadas do pai. se a endogamia (cruzamento entre in. eletroforese capilar em gel e detectores/ registradores de fluorescência (Figura 16. Por outro lado. Criança Possível pai Nº 2 M ae ~~ dem ser preparados a partir de diminutas quantidades ___L" de sangue. • FIGURA 16. os perfis de DNA indicam que o se- cálculo da probabilidade de que dois indivíduos tenham gundo candidato provavelmente é o pai biológico. Dados sobre o tipo sanguíneo podem ser usados para provar que homens com determinados tipos sanguíneos não poderiam ser pais da criança. com a probabilidade de da mãe e de dois homens suspeitos de serem o pai da erro humano na criação dos perfis e com os métodos de criança. Infelizmente. os 13 Zoei STR do CODIS. e os perfis de DNA são preparados conforme a descrição apresentada nas Fi- guras 16. mas também se aproximam da identificação positiva do ver- dadeiro pai. Embora os perfis de DNA sejam aplicáveis em todos os casos de dú- vida sobre a identidade.13 mostra os perfis de DNA de uma criança. Nesse caso. bulbos dos pelos ou outras células. Por exemplo. A acu- perfis de DNA idênticos. e a outra metade provém das sequências de que afirmavam ser pais da criança. um de polimorfismos. seu filho e dois homens das da mãe. rios de pesquisa participantes. . os cientistas forenses juiz da Flórida indeferiu o pedido do promotor de justi- reuniram muitos dados sobre as frequências dos alelos ça de apresentar interpretações estatísticas de evidências STR CODIS em populações do mundo todo. seriam comparados os perfis de DNA dos 13 toei STR do CODIS. um viajava com os pais e o frequências dos polimorfismos implicados. mas i1ão ao perfil do suspeito 1. dos 13 Zoei.J \. Na prática. i1a ce11a do crime. são mostrados os http://gen-io. Três meses suspeito 2.com. Quando realizados meticulosamente tavam a bordo. ' Locus STR: VWA THOl TPOX CSFlPO • FIGURA 16. tornan. tor aprese11tasse uma a11álise estatística dos dados com se combinados a outros perfis de DNA e a outros sinais. 14 o . para comprovar que o suspeito 2 cometeu o crime. Havia senrador.000 Unidades de 8 10 fluorescência 14 15 relativa : 500 7 9 13 o _j-. mas. . os perfis de outro voltava para casa depois de visitar os avós. Como os perfis de DNA podem ser usados Dessa vez o suspeito foi condenado. ".14 Perfis de DNA de quatro toei STR preparados a partir de DNA isolado de sangue seco.br. e de sangue coletado de dois suspeitos. E claro que depois.. O avião incendiou-se depois do impacto. 10 11 9 Unidades de 16 11 fluorescência 17 6 9. . Não restam dúvidas sobre o valor dos perfis de DNA em processos desse tipo para estabelecer a identidade? quando são obtidas boas amostras de tecidos ou células Um trágico acidente de avião matou 17 pessoas . o suspeito foi libertado. Na prática forense. por cientistas treinados e interpretados de modo con- do impossível o reconhecimento dos corpos queimados." Locus STR: VWA THOl TPOX CSFlPO Suspeito 1 Pares de nucleotídios: 126 146 166 186 206 226 246 266 286 306 326 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1. Talvez o mais importante seja que esses Sangue na cena do crime Pares de nucleotídios: 126 146 166 186 206 226 246 266 286 306 326 1.todos que es. \. seriam comparados os perfis . perfis de DNA de apenas 4 dos 13 Zoei STR do CODIS padronizados. ele estava novamente diante do juiz. ""\ "- Locus STR: VWA THOl TPOX CSFlPO Suspeito 2 Pares de nucleotídios: 126 146 166 186 206 226 246 266 286 306 326 1 ' 1 ' 1 1 ' 1 1 1 1 ' 1 ' 1 1 1 1 ' 1 1 1 1 ' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ' ' 1 1 1 1 ' 1 1 1. acusado de esses perfis de DNA correspo11dentes i1ão são suficientes outro estupro. Como é possível DNA podem ser um i11strumento muito necessário e efi- distinguir os corpos dos dois meninos com base nos perfis de ciente i1a luta incessante co11tra o crime. usando dados populacionais \rálidos sobre as dois meninos de 10 anos no voo. Para simplificar.3 relativa : 500 - o ' ' J '. base em estudos populacionais apropriados. Depois de um seco na ce11a do crime corresponde ao perfil de DNA do / julgamento anulado. Dessa vez.000 - Unidades de 8 9 10 fluorescência 15 7 13 relativa: 500 .458 Fundamentos de Genética entre os perfis de DNA preparados a partir de resíduos de sêmen encontrados na \rítima e o perfil de DNA do suspeito fosse obra do acaso era de uma em 10 bilhões. encontrado no local de um crime. o juiz permitiu que o promo... DNA para que os pais sobreviventes possam enterrar seu filho? A Figura 16. . . A análise constituem forte indício de que o suspeito 1 esteve na mostrou que a probabilidade de que a correspondência ce11a do crime.grupogen. O perfil de DNA preparado a partir do sangue de DNA contra um acusado de estupro.14 ilustra o tipo de perfis de STR usados ~ Leia a resposta do problema no site em processos judiciais.000 . veja o fármacos antifúngicos. o hGH sintetizado em com um tipo de hemofilia). Além quência parcial de cDNA codificadora dos aminoácidos disso. A Figura 16. Desde então. coZi. aminoácidos e vitaminas. a principal fonte de hormônio do crescimento Durante décadas. idênticos nos 13 Zoei do CODIS é de aproximadamente metido. indícios que são extremamente úteis em processos de paternidade e forenses. O hGH. Algumas das primeiras proteínas a excisão da metionina terminal depende da sequência. metionina aminoterminais após a tradução. coZi por transformação. os hormônios de crescimento suíno e bovino são inativos em seres humanos. hormônio do crescimento sintética codificadora dos aminoácidos 1 a 23 a uma se- humano e toda a família de interferonas humanas. coZi. essa unidade foi inserida em um plas- estão sendo usados para sintetizar enzimas úteis e outras mídio que tinha os sinais reguladores lace introduzida moléculas orgânicas e para propiciar mecanismos meta. O hGH produzido em E. humanas produzidas em microrganismos foram o fator e as células de E. Para isso. Produ ão de roteínas eucarióticas em bactérias A insulina humana. dáveres humanos. Hoje. tetizadas em bactérias. Capítulo 18). elementos reguladores de E. Somen- dos de modo econômico em bactérias modificadas por te os hormônios de crescimento humano ou de prima- engenharia genética. tenham perfis de DNA soas que estavam presas por crimes que não haviam co. Portanto. coZi. a sequência portância econômica. o hormônio de crescimento humano é uma cadeia polipeptídica simples de 191 aminoácidos. e em vários casos inocentaram pes. Assim. micróbios modificados por engenharia genética 24 a 191. Assim. 24 do hGH foi usado para fundir uma sequência de DNA ticas como a insulina humana. Depois. Para obter expressão em E. para o crescimento na presença do açúcar lactose. Todavia. Na verdade. por exemplo. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 459 perfis mostram claramente que as células na mancha de praticamente exclui a possibilidade de correspondência sangue não eram do suspeito 1. várias outras por enzimas.stram polimorfismos nos genomas dos indivíduos • Os perfis de DNA oferecem fortes indícios de identidade individual. PONTOS ESSENCIAIS • Os perfis deDNA detectam e regi. Mais recentemente. mas que depois é removida DNA na área farmacêutica. e outras proteínas eucarióticas úteis podem ser produzi. em E. No entanto. identificação pessoal. as bactérias estão sendo trinca de pares de nucleotídios que especifica o códon usadas na produção de importantes proteínas eucarió. antes de 1985. A E. um sítio de clivagem HaeIII na graças à engenharia genética. de convicções erradas. coZi nesses primeiros expe- rimentos continha metionina na terminação amino (a HORMÔNIO DO CRESCIMENTO HUMANO metionina especificada pelo códon iniciador ATG). a se- Todos nós estamos cientes do impacto dos antibióticos quência codificadora do hGH tem de ser controlada por sobre a saúde humana. a síntese de hormônio do crescimento humano (hGH) proteínas através das membranas) foi acrescentada a em E. em E. coZi. os perfis de DNA casual dos perfis de DNA de duas pessoas.15 mostra a es- bólicos para a desintoxicação de poluentes e a conversão trutura do primeiro plasmídio usado para produzir hGH de biomassa em substâncias biocombustíveis. por quência de aminoácidos necessária para transporte de exemplo. do perfil de DNA é um instrumento eficiente em casos de talvez complementada por dados do DNA mitocondrial. a insulina humana tornou-se o primeiro suces. o ativador do plasminogê. tas próximos são ativos em seres humanos. coZi (um anuais. a mostraram-se inestimáveis para reduzir a frequência de chance de que duas pessoas brancas sem parentesco. coZi também remove muitos resíduos proteínas humanas com utilidade medicinal foram sin. Ao contrário da insulina. uma em 5. Não resta dúvida de que a análise A comparação dos perfis STR dos 13 Zoei do CODIS. uma sequência e o hormônio do crescimento humano (uma proteína de DNA codificadora de um peptídio sinalizador (a se- deficiente em alguns tipos de nanismo). coZi não excisam o resíduo metionina VIII da coagulação sanguínea (ausente em indivíduos aminoterminal do hGH. 75 trilhões. mas nem todos conhecem sua im. necessário para o crescimento normal. O valor de mercado atacadista de codificadora de hGH foi ligada às sequências promotoras antibióticos nos EUA é superior a dois bilhões de dólares e de ligação de ribossomos do óperon Zac de E. os microrganismos foram usados para adequada para tratamento de seres humanos eram os ca- produzir substâncias importantes para os seres humanos. coZi é totalmente ativo em seres humanos apesar do nio (uma proteína que dissolve os coágulos sanguíneos) aminoácido extra. Analisemos. O Em 1982. uma construção do gene HGH semelhante ao mostrado . E. hGH nativo tem uma fenilalanina aminoterminal: inicial- so comercial das novas tecnologias de recombinação do mente há uma metionina. Os micróbios também têm papéis importantes conjunto de genes codificadores de proteínas necessárias na produção de muitas outras substâncias. uma população não endogâmica. .... Depois do acréscimo da sequência sina. ... ---. . . quantidade. / 1 / Leu . bactérias modificadas por engenharia genética são usadas para a produção comercial de renina. Drug Administration norte-americana.460 Fundamentos de Genética 24 Ala 191 ~ Phe Promotor G CC fragmento de cDNA de hGH nc 1 Vetor / / / -----. ATG nc CTGG . como amaciantes de carne e como auxilia- lizadora.23 Vetor .. . res da digestão em rações para animais. ... e to é idêntico ao hGH nativo. . / . Por exemplo. amilases e a glicose isomerase são produzidas por pro- ca aprovado para uso em seres humanos pela Food and cessos microbiológicos.. ligação de ribossomos em fac de E.. coli. coli havia sido aprovada para uso por Antes do advento da engenharia genética. . na produzida em E. . Met Phe ~ . com o uso turo.. .. Esses PROTEÍNAS COM APLICAÇÃO INDUSTRIAL exemplos são todos de proteínas que tiveram importan- Algumas enzimas com importantes aplicações indus.. .. or1 • FIGURA 16. . produzidas e usadas em aplicações industriais por causa teases são produzidas por Bacillus licheniformis e outras da facilidade de produzir essas proteínas por microrga- bactérias..... o hGH tornou-se essa frutose é usada como adoçante de alimentos.15. a renina era diabéticos em 1982.. . o resíduo metionina é removido com o restante usadas em larga escala para quebrar carboidratos com- do peptídio sinalizador durante o transporte do produto plexos. .. No fu- triais vem sendo produzidas por muitos anos.. na Figura 16. .. o hGH é secretado e corretamente processado.. respectivamente.... Os aminoácidos são numerados até 191 a partir da terminação amino.. ... . .. -----. DNA sintético HaeIII . Sequências ~ . como o amido. . a glicose é primário da tradução através da membrana. convertida em frutose pela enzima glicose isomerase. ori é a origem de replicação do plasmídio. . . extraída da quarta câmara do estômago de boi. Atual- mente.. . PONTOS ESSENCIAIS • Proteínas úteis que só eram isoladas de eucariotos em pequena quantidade e a um custo elevado agora podem ser produzidas em grande quantidade em bactérias modificadas por engenharia genética • Proteínas como a insulina humana e o hormônio do crescimento humano são fármacos úteis no tratamento do diabetes e do nanismo hipofisário. . .. promotoras e de . Essas proteases são amplamente empregadas nismos recombinantes (ou por vegetais e animais trans- como aditivos de limpeza em detergentes e. EcoRI ----. A insulina huma. em glicose. pro.. Sequência codificadora de hGH . .. . coli pHGH107 ampr . ver próxima seção). O gene amp' provoca resistência à ampicilina. -----.. .. em menor gênicos.. / . As amilases são ou seja. A proteína renina é usada na fabricação de queijos. . podemos esperar que muitas outras enzimas sejam de microrganismos para sintetizá-las. . Em 1985. Depois. . ... tes aplicações industriais durante algum tempo. . As o segundo produto farmacêutico de engenharia genéti. Esse produ...15 Estrutura do primeiro vetor usado para produzir hormônio do crescimento humano (hGH) em E. já tendo sido dos a partir dos ovócitos injetados-denominados geração criadas milhares de linhagens transgênicas. O O DNA injetado é pesquisado em cada filhote para identificar camundongos ANIMAIS TRANSGÊNICOS 1 transgênicos. Portanto. 0"""7 nação do DNA no melhoramento de animais e vegetais. fertilizado através de uma agulha de vidro de ponta mui. Como seria esperado. introduzidas em outros embriões de camundon- to fina (Figura 16. não. carneiros. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 461 A e Animais e ve etais trans en1cos Genes sintéticos. germinativa da quimera. os animais desenvolvi. cala para produzir camundongos transgênicos depende zados. a reprodução endogâmica de um ca- ocorre no início do desenvolvimento embrionário. mundongo muito jovens ( Figura 16. Logo. e com frequência ocorrem múltiplas inte. Esses camundongos são denomi- sítio cromossômico. A integração das moléculas de DNA nados quimeras. de uma mistura de dois tipos de células. esse procedimento foi usado quase da injeção ou transfecção de DNA em grandes popula- exclusivamente para produzir porcos. 0""". os transgenes foram transmitidos para a transfecção de células-tronco embrionárias em cultura. um grupo de células encontrado no estágio de blástula do no pronúcleo masculino (o núcleo haploide oriundo de embriões de camundongo. Essas células-tronco croinjeção de DNA. porém. tecidos adultos. estudar as funções dos genes. Eles proveem G0 . a in. O O DNA é injetado no nismos transgênicos resultantes podem ser usados para núcleo de um zigoto.16 Produção de camundongos transgénicos por injeção Muitos animais diferentes foram modificados pela in- de DNA em ovócitos. mente da mãe e fertilizados in vitro. antes da fusão nuclear) do ovócito cultivadas in vitro. algumas células da linhagem germinativa podem ter o Os camundongos trangênicos são produzidos rotinei- transgene. Algumas das CTE introduzidas nas a vários milhares de cópias do gene de interesse em podem acidentalmente contribuir para a formação de cada ovócito. MICROINJEÇÃO DE DNA EM OVOS FERTILIZADOS E TRANSFECÇAO DE - CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS • FIGURA 16. e 0"""7 o zigoto injetado é implantado em uma fêmea de camundongo grávida. O DNA é microinjeta. examinemos alguns procedimentos comuns e algumas aplicações iniciais das tecnologias de recombi. Os primeiros camundongos transgênicos foram pro. O outro procedimento atualmente usado em larga es- duzidos por microinjeção de DNA em ovócitos fertili. por mutagê- nese insercional. Na maioria dos casos em que a heran- DNA em ovócitos fertilizados ou embriões e o outro. modificados ou outros genes exógenos podem ser introduzidos em animais e vegetais. Se as CTE contribuírem para a linhagem injetadas parece ocorrer em sítios aleatórios no genoma. o camundongo é constituído grações. Essas células podem ser do espermatozoide. estranho introduzido seja transmitido para a próxima tegração das moléculas de DNA injetadas geralmente geração. cé. transfectadas ou injetadas com DNA e. go em desenvolvimento. foi seu desenvolvimento. quando múltiplas có. instrumentos úteis para o estudo da expressão gênica em lulas somáticas têm o transgene e outras. que são implantados em fêmeas para completar trodução de DNA exógeno. ao nascer. bois e ções de células cultivadas derivadas de embriões de ca- outros animais domésticos transgênicos. a ça foi estudada. ramente em laboratórios do mundo todo. Em geral. há uma chance de que o DNA Como o DNA é injetado no ovócito fertilizado. para criar novos produtos ou para servir de modelos animais para estudos de doenças humanas hereditárias. algumas. mais estudado que qualquer outro vertebrado. Ao contrário do esperado. Antes da mi. suas próprias cé- pias se integram ao genoma. mundongo quimérico pode criar uma cepa transgênica.17). geralmente isso ocorre em lulas e as células derivadas das CTE cultivadas (e possivel- arranjos com encadeamento cabeça-cauda em um único mente transfectadas). Um requer a injeção de nham o transgene. prole de maneira estável. por exemplo. e os orga. E preciso mamíferos e um excelente sistema-modelo para testar . cruzar os animais transgênicos iniciais (G0 ) e produzir a Existem dois métodos gerais de inserir transgenes em prole G 1 para obter animais nos quais todas as células te- cromossomos de camundongo. depois. Embora escape à finalidade deste livro a análise comple- ta dos métodos usados para produzir animais e vegetais transgênicos. embrionárias (ou CTE) provêm da massa celular interna. e nós li- mitaremos a análise das técnicas usadas para produzir animais transgênicos àquelas usadas em camundongos.são quase sempre mosaicos genéticos. Na verdade. O camundongo. os ovócitos são removidos cirurgica. injetam-se várias cente.16). P 'fi' Exame do DNA de prole de pelagem escura para determinar leite. celular 'tj' Cultura de CTE da massa Blastocisto celular interna. Em caso positivo. conhecido como bombardeamento com microprojéteis. tais transgênicos podem ser produzidos por vários proce- cionais do gene do hormônio do crescimento homólogo dimentos diferentes. usa troduziram transgenes do hormônio do crescimento em um pulso breve de eletricidade para introduzir o DNA porcos. gênicos é a produção e a secreção de proteínas úteis do A A. O PLASMÍDIO TI DE ção dessa tecnologia na seção Mutações knockout em ca- mundongo. os transgenes apresentam padrões normais de herança. ) catalisam o acréscimo dessas porções às proteínas nas- marcador. I \ 0 "'. cação medicinal. Um procedimento usado em larga (da mesma espécie) ou (2) cópias de genes heterólogos escala. Nesses casos. interna X Õ -Y Injeção das CTE · transfectadas em um blastocisto de pais de pelagem clara. ao menos em dicotiledô- Outro uso possivelmente importante de animais trans. peixes e galinhas com o objetivo de estimular o nas células. Na verdade.18 Ocamundongo transgênico à esquerda.P X O Acasalamento de camundongos de uma linhagem de pelagem escura para obter embriões no V Massa 0 "'. Outro procedimento. métodos de produção de proteínas humanas úteis.462 Fundamentos de Genética 0 "'. ouro revestidas de DNA para dentro das células vegetais. tumefaciens é uma bactéria do solo que desenvolveu . é a t ransformação mediada por Agrobacterium tumefaciens. elas sintetizarão (não transgênico) (possivelmente transgênico) o polipeptídio apenas em sua forma não modificada. os vege- de animais a questionar se a introdução de (1) cópias adi. os Camundongo de Camundongo de camundongos são transgênicos. Na maioria dos casos. conhecido como eletroporação. Assim. adiante neste capítulo. • FIGURA 16.18). centes. Nós apresentamos uma importante aplica. bois ou seres humanos centar genes de outras espécies aos genomas vegetais por em camundongos ( Figura 16. Muitas proteínas humanas nativas contêm grupos laterais de carboidratos ou lipídios que são acrescentados após a tradução. Fêmea 0 "'. Isso levou os melhoristas técnicas de recombinação do DNA. não é possível usar bactérias recom- pelagem clara pelagem escura binantes para sintetizar o produto final. as célu- las de camundongo e hamster em cultura são comumente usadas para a produção de proteínas humanas com apli- os vários vetores de transferência de genes e as metodo.P-Y Implantação do pseudográvida . Hoje.. No entanto. tem aproximadament e 0 "'. um camundongo de pelagem ) clara para obter a prole. Na verdade. As bactérias não contêm as enzimas que _. o método mais usado para a cria- crescimento. porém. logias para possível uso em seres humanos.17A produção de camundongos transgênicos por tec. podem modifi- poderia ser aumentada pela expressão de genes de hor. alguns pesquisadores têm explorado outros nologia de células-tronco embrionárias (CTE). ção de vegetais transgênicos. ticos.P estágio de blastocisto.rl )O blastocisto injetado em uma fêmea de pelagem clara para obter prole de pelagem clara/escura (quimera). Por • FIGURA 16. neas. os cientistas especializados em animais in. sobre- tudo glicoproteínas e lipoproteínas. que tem um Camundongo de Quimera pelagem clara gene quimérico do hormônio do crescimento. esse motivo.l X se contém sequências de DNA .P l X 0-Y Acasalamento da quimera com o dobro do t amanho do camundongo-controle à direita. indicando que foram integrados ao genoma do VEGETAIS TRANSGÊNICOS 1 hospedeiro. AGROBACTERIUM TUMEFACIENS Um dos primeiros experimentos com camundongos Os melhoristas de vegetais modificaram as plantas gene- transgênicos mostrou que a velocidade de crescimento ticamente durante décadas. car diretamente o DNA das plantas e rapidamente acres- mônio do crescimento de ratos. do hormônio do crescimento de espécies aparentadas é feito por disparo de partículas de tungstênio ou de poderiam estimular o crescimento dos animais domés. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 463 um sistema de engenharia genética natural; contém um A Figura 16.19 mostra a estrutura de um plasmídio Ti segmento de DNA que é transferido da bactéria para as nopalina típico. Alguns genes no segmento de T-DNA do células vegetais. plasmídio Ti codificam enzimas catalisadoras da síntese Uma característica importante das células vegetais é de fito-hormônios (a auxina ácido indoleacético e a cito- sua totipotência - isto é, a capacidade que tem uma úni- cinina isopentenil-adenosina). Esses fito-hormônios são ca célula de produzir todas as células diferenciadas do responsáveis por tumores celulares na galha-da-coroa. A vegetal maduro. Muitas células vegetais diferenciadas região do T-DNA é limitada por repetições imperfeitas são capazes de sofrer desdiferenciação até o estado em- de 25 pares de nucleotídios, um dos quais tem de estar brionário e subsequente rediferenciação em novos tipos presente em eis para excisão e transferência do T-DNA. celulares. Assim, não há separação entre células da linha- A deleção da sequência da margem direita bloqueia to- gem germinativa e células somáticas como em animais talmente a transferência de T-DNA para células vegetais. superiores. Essa totipotência das células vegetais é uma A região vir (de virulência) do plasmídio Ti contém importante vantagem para a engenharia genética porque os genes necessários para o processo de transferência de permite a regeneração de plantas inteiras a partir de cé- T-DNA. Esses genes codificam as enzimas de processa- lulas somáticas modificadas individuais. mento do DNA necessárias para excisão, transferência e A A. tumefaciens é o agente causador da doença ga- integração do segmento de T-DNA durante o processo lha-da-coroa de plantas dicotiledôneas. O nome refere-se de transformação. Os genes vir podem suprir as funções às galhas ou tumores que surgem com frequência na co- necessárias para transferência de T-DNA quando locali- roa (junção entre a raiz e o caule) de vegetais infectados. zados em posição eis ou transem relação ao T-DNA. Eles Como a coroa da planta geralmente está localizada na são expressos em níveis muito baixos em células de A. superficie do solo, esse é o local de maior probabilidade tumefaciens cultivadas no solo. No entanto, a exposição de lesão da planta (p. ex., por abrasão do solo quando a das bactérias às células vegetais lesadas ou a exsudatos de planta é balançada por um vento forte) e infecção por células vegetais aumenta os níveis de expressão dos genes uma bactéria do solo como a A. tumefaciens. Após a infec- vir. Esse processo de indução é muito lento nas bactérias, ção de uma lesão por A. tumefaciens, ocorrem dois eventos levando 10 a 15 h até alcançar níveis máximos de expres- principais: (1) as células vegetais começam a proliferar e são. Substâncias fenólicas como acetossiringona são indu- formar tumores e (2) começam a sintetizar um deriva- toras dos genes vir, e com frequência é possível aumentar do da arginina denominado opina. A opina sintetizada geralmente é a nopalina ou a octopina, dependendo da Repetição terminal direita linhagem de A. tumefaciens. Essas opinas são catabolisadas e usadas como fontes de energia pelas bactérias infeccio- * TGACAGGATATATTGGCGGGTAAAC ** * sas. As linhagens de A. tumefaciens que induzem a síntese ACTGTCCTATATAACCGCCCATTTG de nopalina podem crescer em meio ,. com nopalina, mas ' , ,' , não com octopina, e vice-versa. E claro que se desen- ' , , Repetição terminal esquer,da , , volveu uma inter-relação interessante entre cepas de A. , , , tumefaciens e os vegetais hospedeiros. A A. tumefaciens é * TGGCAGGATATATTGTGGTGTAAAC ** * , , , capaz de desviar os recursos metabólicos do vegetal hos- ACCGTCCTATATAACACCACATTTG , , , , pedeiro para a síntese de opinas, que não proporcionam ' ' ' ' , , , ' ', , , beneficio aparente para o vegetal, mas propiciam a sub- ' ' ,, ' , , ' ' , ' , sistência da bactéria. ' ' , ' '' Tum Nos , ' A capacidade de A. tumefaciens de induzir a galha- '' ,, ~~, , -da-coroa em vegetais é controlada por informações ge- ' ' ' néticas presentes em um grande plasmídio (cerca de 200.000 pares de nucleotídios) denominado plasmídio Ti em razão de sua capacidade de induzir tumores (do in- . or1 glês, tumor-inducing). Dois componentes do plasmídio Região Vir Ti, o T-DNA e a região vir, são essenciais para a transfor- mação de células vegetais. Durante o processo de trans- formação, o T-DNA (do inglês, Transferred DNA, DNA transferido) é excisado do plasmídio Ti, transferido para uma célula vegetal e integrado (inserido de modo cova- • FIGURA 16.19 Estrutura do plasmídio Ti nopalina pTi C58, mostran- do componentes selecionados. O plasmídio Ti tem 210 kb. Os símbo- lente) no DNA da célula vegetal. Os dados disponíveis los usados são: ori, origem de replicação; Tum, genes responsáveis pela indicam que a integração do T-DNA ocorre em sítios formação de tumor; Nos, genes implicados na biossíntese de nopalina; cromossômicos aleatórios; além disso, em alguns casos, Noc, genes implicados no catabolismo da nopalina; vir, genes de viru- ocorrem vários eventos de integração do T-DNA na mes- lência necessários para transferência de T-DNA. As sequências de pa- ma célula. Em plasmídios Ti do tipo nopalina que anali- res de nucleotídio da esquerda e as repetições terminais da direita são saremos, o T-DNA é um segmento com 23.000 pares de mostradas na parte superior; os asteriscos marcam os quatro pares de nucleotídios e 13 genes conhecidos. bases diferentes nas duas sequências da margem. 464 Fundamentos de Genética T-DNA Núcleo Plasmídio Ti Inoculação Crescimento ~~ )o Local da lesão Galha-da-coroa -- - --- Célula vegetal transformada Cromossomos vegetais Cromossomo bacteriano Agrobacterium tumefaciens • FIGURA 16.20 Transformação de células vegetais por Agrobacterium tumefaciens que abriga um plasmídio Ti selvagem. As células vegetais no tumor contêm o segmento T-DNA do plasmídio Ti integrado ao DNA cromossômico. as taxas de transformação por acréscimo desses indutores flanqueadas por sequências reguladoras eucarióticas são às células vegetais inoculadas com Agrobacterium. A Figu- denominadas genes marcadores selecionáveis quiméricos. ra 16.20 mostra o mecanismo de transformação de células Sequências reguladoras de vários genes vegetais di- vegetais pelo plasmídio Ti de A. tumefaciens. ferentes foram usadas para construir genes marcadores Uma vez estabelecido que a região T-DNAdo plasmídio quiméricos. Um gene marcador selecionável quimérico Ti de A. tumefaciens era transferida para células vegetais amplamente usado contém o promotor do vírus do mo- e integrada aos cromossomos vegetais, o possível uso de saico da couve-flor (CaMV) 35S (tamanho do transcrito), Agrobacterium em engenharia genética vegetal tornou-se a sequência codificadora NPTII e a sequência de término óbvio. Genes exógenos poderiam ser inseridos no T-DNA da nopalina sintase de Ti (nos); esse gene quimérico ge- e transferidos para o vegetal com o restante do T-DNA. ralmente é indicado pelo símbolo 35S/NPTII/ nos. Os ve- Esse procedimento é muito eficaz nas modificações do tores Ti usados para transferir genes para vegetais têm os plasmídio Ti como a deleção dos genes responsáveis pelo genes indutores de tumor do plasmídio substituídos por surgimento do tumor, a adição de um marcador selecio- um gene marcador selecionável quimérico como 35S/ nável e a adição de elementos reguladores apropriados. NPTII/nos. Um grande número de sofisticados vetores O gene kanr do transpóson Tn5 de E. coli foi ampla- de transferência de gene de plasmídio Ti agora é usado mente usado como marcador selecionável em vegetais; rotineiramente para transferir genes para os vegetais. ele codifica a enzima neomicina fosfotransferase tipo II Os novos e eficazes instrumentos que possibilitam a (NPTII). NPTII é uma das várias enzimas procarióticas produção de vegetais e animais transgênicos com relativa que desintoxicam a família canamicina de antibióticos facilidade pelos melhoristas têm uma vasta diversidade aminoglicosídios por fosforilação. Como as sequências de aplicações. No Capítulo 1, analisamos a produção de promotoras e os sinais de término da transcrição são dife- milho resistente ao ataque da broca-do-milho. Os trans- rentes em bactérias e vegetais, o gene kanrTn5 nativo não genes mais usados são aqueles que produzem resistência pode ser usado em vegetais. Em vez disso, a sequência a herbicidas em culturas. O desenvolvimento desses e de codificadora de NPTII tem de ser fornecida com um pro- outros vegetais e animais geneticamente modificados fez motor vegetal (posição 5' em relação à sequência codi- surgir dúvidas sobre sua segurança. Na verdade, a segu- ficadora) e sinais de término e poliadenilação vegetais rança das culturas e de outros alimentos geneticamente (posição 3' em relação à sequência codificadora). Essas modificados (GM) é uma grande preocupação em alguns , construções com sequências codificadoras procarióticas pa1ses. PONTOS ESSENCIAIS • Atualmente é possível introduzir sequências deDNA de interesse na maioria das espécies de vegetais e animais • Os organismos transgênicos resultantes constituem recursos úteis para estudar a função gênica e os processos biológi,cos • O plasmídio Ti de Agrobacterium tumefaciens é um método importante de transferência de genes para os vegetais. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 465 Genética reversa 1Análise de processos biológicos por A e inibi ão da exP-ressão en1ca Os métodos de genética reversa empregam sequências Na verdade, esse método foi usado para gerar mutações nucleotídicas conhecidas para planejar procedimentos knockout em centenas de genes de camundongo. A primeira etapa na produção de camundongos com para inibir a expressão de genes específicos. mutação knockout de um gene de interesse é construir um vetor direcionado para o gene, um vetor que pode sofrer A explosão de novas informações na área da biologia du- recombinação homóloga com uma das cópias cromossô- rante o século 20 ocorreu, em parte, por causa da aplica- micas do gene e, assim, inserir DNA exógeno no gene e ção de métodos genéticos à dissecção de processos bioló- perturbar sua função. Um gene (neor) que confere resis- gicos (Capítulo 13). O método genético clássico era iden- tência ao antibiótico neomicina é inserido em uma cópia tificar organismos com fenótipo anormal e caracterizar clonada do gene de interesse e causa sua divisão em duas os genes mutantes responsáveis por esses fenótipos. Em partes e inativação (Figura 16.21 , etapa 1). A presença do seguida, foram feitos estudos moleculares comparativos gene neá no vetor torna possível o uso de neomicina para em organismos mutantes e selvagens para determinar os eliminar células que não tenham uma cópia integrada do efeitos das mutações. Esses estudos identificaram genes vetor específico para o gene ou o gene neá. Os segmentos codificadores de produtos implicados nos processos bio- do gene preservados de cada lado do gene neá inserido lógicos em investigação. Em alguns casos, os resultados constituem sítios de homologia para recombinação com desses estudos possibilitaram que os biólogos determi- cópias cromossômicas do gene. O gene timidinoquina- nassem a sequência precisa de eventos ou a via pela qual se ( tk11slj do vírus herpes simp!,ex é inserido no vetor de ocorre um processo. A via completa de morfogênese no clonagem (Figura 16.21, etapa 2) para uso subsequente bacteriófago T4 (ver Figura 13.20) possibilitou a docu- na eliminação de células de camundongo transgênico mentação precoce da eficiência da técnica de análise mu- resultantes da integração aleatória do vetor. A timidino- tacional. quinase do vírus herpes simp!,ex (HSV) fosforila o fármaco Durante as últimas décadas, identificaram-se as se- ganciclovir, e, quando incorporado ao DNA, esse análo- quências nucleotídicas de genomas completos. Hoje, go de nucleotídio fosforilado destrói a célula hospedeira. muitas vezes conhecemos a sequência nucleotídica de Na ausência da timidinoquinase do HSV, o ganciclovir é um gene antes de conhecermos sua função. Esse co- inofensivo para a célula hospedeira. nhecimento levou a novos métodos de análise genética A próxima etapa é a transfecção de células-tronco de processos biológicos, coletivamente denominados embrionárias (CTE) (de camundongos de pelagem es- genética reversa. As técnicas de genética reversa usam as cura) de cultura com cópias lineares do vetor direciona- sequências nucleotídicas dos genes para criar procedi- do para o gene (Figura 16.21, etapa 3), seguida de pla- mentos de isolamento de mutações nulas nos genes ou queamento em meio contendo neomicina e ganciclovir bloquear sua expressão. Com frequência, é possível de- (Figura 16.21, etapa 4). Três processos diferentes ocor- duzir a função de um gene específico pelo estudo de rem nas CTE transfectadas. (1) Pode haver recombina- organismos que não têm nenhum produto funcional do ção homóloga entre as sequências divididas do gene no gene. Nas demais seções deste capítulo, examinaremos vetor e uma cópia cromossômica do gene, inserindo o três importantes técnicas de genética reversa: inserções gene neor no gene cromossômico e perturbando sua fun- de DNA exógeno com produção de mutações knockout ção. Quando isso acontece, o gene tk11sv não é inserido em camundongos; inserções de T-DNA e transpóson em no cromossomo. Assim, essas células serão resistentes à vegetais; e interferência por RNA. neomicina, mas não sensíveis ao ganciclovir. (2) O vetor direcionado para o gene pode integrar-se aleatoriamente MUTAÇÕES KNOCKOUT no cromossomo do hospedeiro. Quando isso acontece, o cromossomo terá tanto o gene neor quanto o gene tk11sv. EM CAMUNDONGO Essas células serão resistentes à neomicina, mas destruí- Em uma seção anterior deste capítulo analisamos os pro- das pelo ganciclovir. (3) Pode não haver recombinação cedimentos usados para gerar camundongos transgêni- entre o vetor direcionado para o gene e o cromossomo cos (ver Figuras 16.16 e 16.17). Normalmente, os trans- e, portanto, nenhum tipo de integração. Nesse caso, as genes são inseridos em sítios aleatórios do genoma. No células serão destruídas por neomicina. Assim, apenas entanto, se o DNA injetado ou transfectado contiver uma as CTE com a mutação knockout produzida pela inserção sequência homóloga a uma sequência no genoma do do gene neor no gene de interesse no cromossomo será camundongo, eventualmente será inserido naquela se- capaz de crescer em meio que contenha neomicina e quência por recombinação homóloga. A inserção desse ganciclovir. DNA exógeno em um gene causa a desorganização ou As CTE selecionadas contendo a mutação knockout são knockout da função do gene, assim como a inserção de injetadas em blastocistos de pais de pelagem clara, e os um elemento genético transponível (ver Figura 13.13). blastocistos são implantados em fêmeas de pelagem ela- 466 Fundamentos de Genética 0"'/l '1 Inserção do geneo neor no gene clonado de interesse. Segmentos divididos de gene neor / neor ~ 1 t / / / / Gene de interesse / / / / / / '\f>..fl )t 4.tfj Acréscimo do gene da timidinoquinase do vírus herpes simplex (tkHS'I) ao vetor direcionado para o gene. Segmentos de gene Vetor direcionado para o gene circular 1\ -<.,/>..fl 1 \ 1 1 4.tfj Transfecção de células-tronco embrionárias 1 1 (CTE} cultivadas com uma forma linearizada do vetor direcionado para o gene. Três resultados possíveis 1. Integração por recombinação homóloga 2. Integração aleatória 3. Ausência de integração t ned t neor / Gene rompido Células ,j.P...fl destruídas (f Plaqueamento de CTE transfectadas em meio Colônia de CTE por contendo neomicina e ganciclovir contendo mutação ganciclovir seguida por incubação. knockout do gene de interesse Células destruídas por neomicina ----.. .. .. --.. 0"'/l .. - -. 'fi Injeção das CTE transgênicas 1 _- - - - em um blastocisto e geração 1 de camundongos transgênicos 11 pelo procedimento ilustrado 11 na Figura 16.17. f Camundongo transgênico com a mutação knockout • FIGURA 16.21 Geração de mutações knockout no camundongo por recombinação homóloga entre vetores direcionados para o gene e genes cromossômicos em células-tronco embrionárias (CTE) transfectadas.A Figura 16.17 ilustra o procedimento usado para produzir camundongos transgênicos a partir de CTE transgênicas em cultura. O gene neo' confere às células do camundongo resistência contra o antibiótico neomicina, e o gene tkHsv as torna sensíveis ao análogo de nucleotídio ganciclovir. Veja mais detalhes no texto. Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 467 ra (Figura 16.17). Alguns filhotes serão quiméricos com do uso de inserções de T-DNA para analisar a função gê- manchas claras e escuras na pelagem. A prole quimérica nica do vegetal Arabidopsis thaliana. é cruzada com camundongos de pelagem clara, e qual- Quando transferido de A. tumefaciens para células ve- quer filhote de pelagem escura nascido desse cruzamen- getais, o T-DNA integra-se a praticamente todos os com- to é examinado para pesquisa da mutação knockout. Na ponentes do genoma; isto é, os T-DNA são encontrados última etapa, os filhotes de ambos os sexos que têm a mu- dispersos ao longo de cada um dos cinco cromossomos tação knockout são cruzados para produzir prole homozi- de Arabidopsis. Portanto, se for examinada uma popu- gota para a mutação. Dependendo da função do gene, a lação suficientemente grande de vegetais Arabidopsis prole homozigota pode ter fenótipo normal ou anormal. transformados, deve ser possível identificar inserções de Na verdade, se o produto do gene for essencial no início T-DNA em todos os genes dessa espécie, aproximada- do desenvolvimento, a homozigosidade para a mutação mente 26.000 genes. knockout será letal durante o desenvolvimento embrioná- Na verdade, centenas de milhares de inserções de rio. Em outros casos, por exemplo, quando existem genes T-DNA foram mapeadas em todo o genoma de Arabidofr relacionados cujas funções são idênticas ou superpostas, sis, e estoques de sementes contendo essas inserções são os camundongos homozigotos para a mutação knockout fornecidos, a pedido, pelo Arabidopsis Biological Resour- podem ter fenótipo selvagem, e será preciso usar PCR ou ce Center (ABRC) da Ohio State University. Além disso, Southern blot para pesquisar a mutação knockout. sementes das linhas de inserção de T-DNA e transpóson Os camundongos knockout foram usados para estudar caracterizadas no Versailles Genomic .Resource Center uma grande variedade de processos em mamíferos, entre (VGRC), na França, no Nottingham Arabidopsis Stock eles o desenvolvimento, a fisiologia, a neurobiologia e a Centre (NASC), na Alemanha, e no Riken BioResource imunologia. Os camundongos knockout serviram como Center, no Japão, também estão disponíveis para a comu- sistema-modelo para o estudo de muitos distúrbios here- nidade de pesquisadores de Arabidopsis. Pesquisadores ditários humanos, desde a anemia falciforme e cardiopa- do Salk Institute em Lajolla, Califórnia, integraram seu tias até muitos tipos diferentes de câncer. mapa de inserções de T-DNA aos mapas de inserções de Em vista da utilidade dos camundongos knockout para T-DNA e transpósons caracterizados por outros grupos estudos de processos relacionados com a saúde humana, de pesquisa. O mapa baseado em sequência dessas inser- o National Institutes of Health iniciou o Knockout Mouse ções está disponível em http://signal.salk.edu/ cgi-bin/ Project em 2006 com o objetivo de produzir mutações tdnaexpress; a Figura 16.22 mostra uma versão abreviada knockout no maior número possível de genes de camun- de seu mapa da extremidade do cromossomo 1. dongo. Depois, esse projeto foi expandido para o North Portanto, se alguém estiver interessado na função de American Conditional Mouse Mutagenesis Project e atua determinado gene de Arabidopsis, pode pesquisar inser- em conjunto com o European Conditional Mouse Muta- ções de T-DNA e transpósons nesse gene no site do Salk; genesis Project para produzir no mínimo uma mutação uma vez identificadas as inserções, as sementes que têm knockout em cada um dos mais de 20.000 genes no ge- as mutações por inserção desejadas podem ser solicitadas noma do camundongo. Todas as linhagens knockout pro- on-line. Essas grandes coleções de mutações por inserção duzidas por esse esforço conjunto estão sendo postas à mostraram ser recursos inestimáveis para estudos da fun- disposição de pesquisadores do mundo todo. ção gênica nesse modelo vegetal. INSERÇÕES DE T-DNA E TRANSPÓSONS INTERFERÊNCIA POR RNA Em uma seção anterior deste capítulo, vimos como o Embora seus efeitos tenham sido observados inicialmen- segmento de T-DNA do plasmídio Ti de Agrobacterium te em petúnias, a descoberta da terceira técnica de ge- tumefaciens é transferido para células vegetais e inserido nética reversa - interferência por RNA (RNAi) - geralmente é nos cromossomos do vegetal (Figura 16.20). Quando in- creditada ao trabalho de Andrew Fire, Craig Mello eco- serido em um gene, o T-DNA interrompe a função desse legas, publicado em 1998. Na verdade, Fire e Mello com- gene. Os transpósons são elementos genéticos capazes partilharam o Prêmio Nobel de 2006 em Fisiologia ou de passar de um local a outro no genoma (Capítulo 17). Medicina em reconhecimento por esse trabalho. ORNA Assim como o T-DNA do plasmídio Ti, um transpóson bifilamentar (dsRNA) que eles injetaram em C. el,egans interrompe a função de um gene no qual se insere (ver "interferiu" (ou bloqueou) na expressão de genes con- Figura 13.13). Assim, T-DNA e transpósons são instru- tendo a mesma sequência nucleotídica. Durante a última mentos eficientes para análise genética reversa. Nos dois década, a RNAi passou para a vanguarda da biologia mo- casos, o elemento genético é usado para realizar mutagê- lecular. Agora sabemos que o RNA bifilamentar (dsRNA) nese insercional - a indução de mutações nulas (com fre- tem papéis importantes na prevenção de infecções virais, quência denominadas mutações knockout) pela inserção no combate à expansão de populações de elementos ge- de DNA exógeno nos genes. A mutagênese insercional néticos transponíveis e na regulação da expressão gênica é praticamente igual, seja feita com o plasmídio Ti, seja (Capítulo 19). Na verdade, a RNAi está não só na van- feita com um transpóson. Assim, ilustraremos o uso da guarda da biologia molecular, mas tem grande potencial mutagênese insercional na genética reversa por análise de uso no combate a doenças humanas. Neste capítulo, 468 Fundament os de Genética nalY,sis l!aborator,Y, T-DNA Express: Instrumento de mapeamento de genes de Arabidopsis ( 12 Jan,2011) Cromossomo 1 de Arabidopsis thaliana, pares de nucleotídios 1a10.001. ..,.. _____ Atlg01020 _ Genes: Atlg01010 - ____ _..,. Atlg01020 +-- ------- Inserções de T-DNA e transpósons: f f---- ~ - - - SALK_001127 SALK...082138 SALK....047276 !.'@lii11l11'}1® SAIL_864_808 PYAt lg01010 RATMl 1·2283-l_H RAFL14_93-B21 GABl_863H03 CSHL_GT ~ SALK_l14475 ~-887801 ®:Ji1!1Jfo'!1l:I -- Ul4978 SAIL_26l_F 08 ~ - RAFL14_93-B21 - - SAIL_85_Dl0 SK3707 Wisc354010 ~ ~AIL_876_H05 f- ~-883812 f- GABl~289H03 - Gl4978 ~- SAIL_l267(..F 05 SALK_092262 SALK...116614 SK15323 ~ ) SALK...065399 GABl_887812 SAIL_872_H07 GABl_414G 04 RATM11·2283-l_G SALK_092285 SAIL_28_C 09 ~ f- f-- f- f- SAIL_872_D06 SALK....074723 RATM13-2283·l _G ~K_090151 ~ f- f-- ~ GABl_534H04 SALK_128569 SALK_092277 SALK_090152 f f- - SALK_ll7416 GABJ:.883002 Rl4978 SALK_092271 ) SAIL_l 277_H 04 f GABl_886C07 -- RAFLQ8.19-M04 RATM13·3326-l_H SALK...132061 f f-- SALK_l 17013 SALK_l28571 SALK...092270 ) RATMl 14514-l_H SALK_092286 f---'- - - -- Legenda: SAIL_2f8_Bl 1 AY758070 - SALK T·DNA RAFL09~-821 SALK 092263 - SALK T·DNA HM 7 - SAILFST RAFL08·l 9-M04 SAL\ 123517 ---7 - GABl_Kat FST GT_5_106245 SALK....127981 - WiscFST ~ - FLAGFST RATMl 14514-l_G SALK....127977 - CSHLFST - RIKENFST - IMADs - JICSMLine - SKFST • • •• • FIGURA 16.22 Mapa de inserções de T-DNA e t ranspósons na região de 10 kb na extremidade do cromossomo 1 em Arabidopsis.As posições das etiquetas de sequência flanqueadora (FST) são mostradas como setas abaixo do cromossomo (quadro azul-escuro). Os dados mostra- dos são do site SIGnAL (Salk /nstitute Genomic Analysis Laboratory), http://signal.salk.edu/cgi-bin/tdnaexpress. Os dois genes (At1g01010 e At1g01020) nessa região do cromossomo 1 têm funções desconhecidas.As linhas de inserção de T-DNA e transpóson são do Salk lnstitute (Salk T-DNA), Syngenta Arabidopsis /nsertion Library (SAIL), coleção alemã (GABl-Kat), coleção da University of Wisconsin (Wisc), coleção francesa (FLAG), coleção do Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), Riken BioResource Center no Japão (RIKEN), /nstitute of Molecular Agrobiology (IMA) em Cingapura, John lnnes Centre (JIC) e coleção Saskatoon (SK). porém, concentramo-nos no uso de RNAi como método haste e alça ou "grampo". Nos dois casos, os dsRNA es- de genética reversa, um método para estudo da função timulam o silenciamento gênico induzido por RNA. Os gênica e análise dos processos biológicos. dsRNA estão, em última análise, ligados pelo complexo A RNAi é amplamente usada para silenciar genes-di- de silenciamento induzido por RNA (RISC), e os mRNA minuir ou desativar sua expressão - em C. el,egans, D. me- correspondentes sintetizados a partir de genes endóge- lanogaster e muitos vegetais. Tem possíveis usos em todas nos são degradados ou reprimidos na tradução (veja de- as espécies, inclusive em seres humanos. A RNAi pode talhes no Capítulo 19). ser efetuada de várias formas diferentes. A característica A RNAi em C. el,egans é muito fácil; esses pequenos ver- comum em todos os experimentos de RNAi é a presença mes podem receber microinjeções de dsRNA, ser imer- de dsRNA que tem ao menos uma parte da sequência sos em meio contendo o dsRNA ou ser alimentados com nucleotídica do gene que se deseja silenciar no organis- bactérias sintetizadoras do dsRNA de interesse. Todos os mo ou nas células em estudo. Duas técnicas diferentes três procedimentos causam silenciamento gênico eficaz são usadas com frequência para alcançar esse objetivo. em e. el,egans. Em uma delas, o dsRNA é sintetizado in vitro e microin- A sequência de 99% do genoma de C. el,egans foi pu- jetado no organismo (Figura 16.23A). Na segunda técnica, blicada em dezembro de 1998. Dentro de 2 anos, grupos constrói-se um cassete de expressão gênica que tem duas de pesquisa colaborativa na Grã Bretanha, Alemanha, cópias de pelo menos uma parte do gene de interesse em Suíça e Canadá haviam usado a RNAi para silenciamen- orientações inversas e é introduzido no organismo por to sistemático de mais de 90% dos 2. 769 genes previstos transformação ou transfecção (Figura 16.238). Quando é no cromossomo I e mais de 96% dos 2.300 genes previs- transcrito, o transgene inserido produz uma molécula de tos no cromossomo III de C. el,egans. Esses estudos ofe- RNA que é autocomplementar e forma uma estrutura de receram novas informações sobre as funções de mais de Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 469 Início de RNAi por síntese e injeção Início da RNAi por introdução de um transgene de dsRNA. codificador de RNA autocomplementar. ,;;.f>...p "\ÀP (f' RNA bifilamentar contendo a '<.t í Um cassete de expressão gênica com duas cópias sequência desejada é da sequência desejada em orientações inversas sintetizado in vitro. é introduzido no genoma. cópia 1 cópia 2 5' 3' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5' dsRNA 3' f Transcrição 5' t t i t t i t t i t t i t t i t t t t t t i t 3' RNA ,;;.f>...p ,;;.f>...p fj O dsRNAé microinjetado O AsmRNA sequências complementares do emparelham-se e formam . no organismo. uma estrutura em "grampo" parcialmente bifilamentar. dsRNA , dsRNA 5' 3' llllllllll 3' 5' ~· 1 11 1 1 11 1 ) mRNA mRNA 5' i i l i i l i i i i 3' 5' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3' ,;;.f>...p'Y O Degradação de mRNA ou repressão "\ÀP '<.f l Degradação de mRNA ou repressão da tradução pelo complexo de da tradução pelo complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC}. silenciamento induzido por RNA (RISC}. , mRNA , , , mRNA 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 5 fjffiiiiii 3 1 1 1 1 1 1 1 1 r::-\ t'~i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 p Clivagem ou '--,./,liii~ 1 Repressão p --- p Clivagem oua Repressão 1~ ·~ de RNA da tradução de RNA da tradução A B • FIGURA 16.23 Dois procedimentos de início da RNAi com RNA bifilamentar (dsRNA}. A. Uma molécula de dsRNA que contém uma parte da sequência nucleotídica do gene a ser silenciado é sintetizada in vitro e injetada no organismo. B. Um cassete de expressão gênica com duas cópias de um segmento do gene em orientações inversas é construído e introduzido no organismo em investigação. O transcrito de RNA au- tocomplementar forma um grampo de RNA parcialmente bifilamentar. Nos dois casos, o dsRNA inicia o silenciamento do gene específico pela via do complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC}, o que resulta na degradação do mRNA específico ou na repressão de sua tradução (veja detalhes no Capítulo 19). ,. 400 genes. E claro que a RNAi é uma técnica eficiente de sadores de cân cer)? Não conhecemos a resposta para análise dos processos biológicos. A RNAi usa vias naturais essa pergun ta. No entanto, sabemos que o mundo em- que participam da regulação da expressão gênica. Nos presarial está entusiasmado com as possíveis aplicações gen omas de vegetais e animais existem centenas de genes terapêuticas da RNAi. Não só as grandes indústrias far- codificadores de microRNA, que formam os dsRNA in vivo. macêuticas estão investindo pesadamente em tecn olo- Atualmente, conhecemos as funções reguladoras de ape- gia de RNAi, mas muitas novas empresas fo ram criadas nas algun s desses microRNA (Capítulo 19); no entan to, especificamente para explorar a RNAi com fins comer- as funções dos demais microRNA são objeto de muitas ciais. Resta saber se as tecnologias de RNAi estarão ou pesquisas ,. em andamento. não à altura das expectativas. Teste seu conhecimento E possível usar a RNAi para inibir a reprodução de sobre RNAi na seção Resolva! Como a in terferência por vírus como o vírus da imunodeficiência humana (HIV) RNA poderia ser usada no tratamento do linfoma de ou para dimin uir a expressão de o n cogenes (genes cau- Burkitt? 470 Fundamentos de Genética Como a interferência por RNA poderia ser usada no tratamento do linfoma de Burkitt? O linfoma de Burkitt é um câncer de leucócitos que ocorre quando uma translocação desloca o oncogene c-myc (gene causador do câncer) no cromossomo 8 para perto de um dos três complexos gênicos (cadeia de anticorpos) da imunoglobulina nos cromossomos 2, 14 e 22 (Capítulo 21 ). A consequente justaposição de c-myc próximo do complexo dos genes de anticorpos altamente expressos causa sua superexpressão, o que, por sua vez, provoca divisão celular descontrolada, isto é, câncer. Como a interferência por RNA poderia ser usada para inibir esse câncer? Elabore um método experimental de uso de interferência por RNA para tratamento do linfoma de Burkitt. Explique os fundamentos de sua proposta e como avaliar sua possível eficácia. ~ leia a resposta do problema no site http://gen-io.grupogen.com.br. PONTOS ESSENCIAIS • As técnicas de gYJnética reversa usam sequências nucleotídicas conhecidas para criar procedimentos de isolamento de mutações nulas dos genes ou inibir a expressão ginica • As mutações knockout de gYJnes do camundong·o podem ser causadas por inserção de DNA exógenos em genes cromossômicos por recombinação homóloga • Inserções de T-DNA ou transpósons são uma forma de produzir mutações nulas de genes • A interferência por RlVA - bloqueio da expressão gênica com RNA bifilamentar - pode ser usada para analisar processos biológicos por inibição das funções de genes específicos. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. Como os polimorfismos do comprimento do frag- 4. Como as equipes de pesquisa de DH determinaram mento de restrição (RFLP) são usados i1a pesquisa qual dos genes candidatos era o gene HTI? do gene mutante causador da doença de Hu11ti11g- Resposta: Elas sequenciaram os ge11es candidatos de i11- ton (DH)? divíduos com DH e de membros não afetados de Resposta: As equipes de pesquisa da DH examinaram suas famílias e pesquisaram anormalidades estrutu- membros de duas grandes famílias à procura de rais nos genes de indivíduos afetados. Os resultados ligação entre o RFLP e o gene HIT (huntingtin). mostraram que um gene, agora denominado ge11e Encontraram um RFLP no cromossomo 4 estreita- huritingtiri (H77), contém uma repetição trinucleo- mente ligado ao gene HIT (recombinação de 4 %). tídica, (CAG) n, que estava presente em 11 a 34 có- pias em indivíduos não afetados e em 42 a mais de 2. Uma vez estabelecida a ligação estreita entre o gene 100 cópias em indivíduos afetados. Eles identifica- HIT e o RFLP no cromossomo 4, qual foi o próxi- ram essa repetição trinucleotídica expandida nos mo passo das equipes de pesquisa na busca do gene alelos huntingtin de membros afetados de 72 famí- HITmuta11te? lias diferentes, deixa11do pouca dúvida de que hun- Resposta: Elas prepararam um mapa de restrição detalha- tingtin é o ge11e respo11sável pela DH. do dessa região (transpondo 500 kb) do cromosso- 5. Que utilidade tem para os co11selheiros genéticos mo 4 (Figura 16.1). conhecer a sequência nucleotídica do gene hitn- 3. Como as equipes de pesquisa identificaram genes tingtin? candidatos na região mapeada do cromossomo 4? Resposta: O co11hecime11to da sequê11cia nucleotídica do Resposta: Elas usaram clones de cDNA para ide11tificar ge11e hitntingtin ofereceu aos conselheiros um teste os segmentos codificadores ou éxons de genes i1a diag11óstico simples e preciso para detectar alelos região e para rastreamento de bibliotecas genômi- mutantes do gene. Iniciadores oligonucleotídicos cas à procura de clones superpostos aos éxons. Em de sequências flanqueadoras da região de repetição seguida, as sequências dos cDNA e dos DNA genô- de trinucleotídio do gene podem ser usados para micos foram comparadas para deduzir as estruturas amplificar esse segmento do gene, e o número de éxon-íntron de genes i1a região mapeada. repetições de tri11ucleotídios pode ser determi11ado Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 471 por eletroforese em gel de poliacrilamida (Figu- célula de um embrião de oito células pré-implan- ra 16.2). Assim, indivíduos sob risco de transmissão tação. Assim, os conselheiros genéticos são capazes do gene mutante podem ser submetidos ao teste de oferecer às famílias em risco informações preci- para detectar sua presença antes de ter filhos. Se sas acerca da presença do gene em indivíduos que um dos pais tiver o gene mutante, pode-se fazer o planejam ter filhos, em células fetais e até mesmo teste em células fetais ou até mesmo em uma única em embriões de oito células. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. A ataxia espinocerebelar (tipo 1) é uma doe11ça ao passo que a prese11ça de um gene com 40 cópias neurológica progressiva com início típico entre ou mais do trinucleotídio seria diag11óstico de ale- idade 30 e 50 anos. A neurodegeneração é conse- los mutantes causadores de ataxia espinocerebelar. quência da perda seletiva de neurônios específicos. 2. Suponha que você acabou de fazer o teste de DNA Embora não se conheça a causa da morte neuronal para ataxia espinocerebelar em uma mulher de seletiva, sabe-se que a doença é causada pela expan- 25 anos cuja mãe morreu por essa doe11ça. Os resul- são de uma repetição trinucleotídica CAG, com ale- tados foram positivos para a mutação da ataxia. A los normais contendo cerca de 28 cópias e alelos mulher e seu marido desejam ter filhos biológicos, mutantes, 43 a 81 cópias do trinucleotídio. Dadas mas não querem correr o risco de transmitir o gene as sequências nucleotídicas de cada lado da região anômalo para eles. Quais são as opções? de repetição, como você detectaria a região da re- petição trinucleotídica expandida responsá\rel pelo Resposta: As opções dependem de suas convicções re- tipo 1 de ataxia espi11ocerebelar? ligiosas e morais. Uma possibilidade é o uso da am11ioce11tese ou biopsia de vilosidades coriônicas Resposta: O teste de DNA para ataxia espinocerebelar para obter células fetais no início da gravidez, fa- (tipo 1) seria semelhante ao teste para o alelo hun- zer o teste de DNA à procura da região trinucle- tingtin descrito na Figura 16.2. Primeiro, seriam otídica expandida responsável pela ataxia espino- sintetizados iniciadores de PCR correspondentes cerebelar nas células fetais e só manter a gravidez às sequências de DNA de cada lado da região de se o gene anômalo não estiver presente. Outra repetição CAG. Esses i11iciadores seriam usados possibilidade é o uso de fertilização in vitro. O tes- para amplificar a região de repetição CAG desejada te de DNA para ataxia é feito em uma célula do do DNA genômico do indivíduo testado por PCR. pré-embrião de oito células, que só é implantado Então, os tamanhos das regiões de repetição de se o teste for negativo para o gene anômalo da trinucleotídios seriam determinados por medida ataxia. A terceira opção pode estar disponível no do tamanho dos produtos da PCR por eletroforese futuro, um método eficaz de tratar a doença antes em gel. Qualquer gene com menos de 30 cópias da do início da neurodegeneração, talvez por terapia repetição CAG seria considerado um alelo i1ormal, de substituição gênica. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a caP-acidade analítica 16. 1 O que são ilhas de CpG? Qual é sua utilidade na táculos têm de ser superados antes que seja possí- clonagem posicional dos genes humanos? vel o tratamento eficaz da fibrose cística por tera- pia gênica? 16.2 Por que o gene mutante causador da doença de Huntington é denomi11ado huntirigtin? Por que 16.5 A distrofia miotônica (DM), que ocorre em cerca esse ge11e pode ser renomeado no futuro? de 1 em 8.000 i11divíduos, é a forma mais comum distrofia muscular em adultos. A doença, caracteri- 16.3 Como se utilizou a sequência nucleotídica do gene zada por degeneração muscular progressiva, é cau- CF para obter informações sobre a estrutura e a sada por um gene mutante dominante que con- função de seu produto gênico? tém uma região de repetição CAG expandida. Os 16.4 Como a caracterização do gene CF e de seu pro- alelos selvage11s do ge11e JVl.D co11 têm 5 a 30 cópias duto poderia le\rar ao tratamento da fibrose cística do tri11ucleotídio. Os alelos MD muta11tes contêm por terapia gê11ica de células somáticas? Que obs- 50 a mais de 2.000 cópias da repetição CAG. A se- 472 Fundamentos de Genética quência nucleotídica completa do gene MD está A mulher poderia ser a mãe das duas crianças? Por disponível. Elabore um teste diagnóstico para o que sim? Ou por que não? Algum desses homens gene mutante responsável pela distrofia miotôni- poderia ser o pai da criança 1? Em caso afirmativo, ca que possa ser feito usando DNA genômico de qual deles? recém-nascidos, células fetais obtidas por amnio- centese e células únicas de pré-embriões de oito 16.11 Os perfis de DNA tiveram papéis essenciais em células produzidos por fertilização in vitro. muitos julgamentos por estupro e assassinato. O que é um perfil de DNA? Quais são os papéis dos 16.6 Em seres humanos, a ausência de uma enzima de- perfis de DNA nesses processos judiciais? Em al- nominada purina nucleosídio fosforilase (PNP) guns casos, os geneticistas temiam que os dados do causa uma imunodeficiência de células T grave perfil de DNA estivessem sendo usados impropria- semelhante à imunodeficiência combinada grave mente. Cite algumas das suas preocupações; como (SCID). A deficiência de PNP tem um padrão de essa questão foi corretamente enfrentada? herança autossômico recessivo, e o gene codifica- dor da PNP humana foi clonado e sequenciado. 16.12 Os perfis de DNA mostrados nesse problema fo- A deficiência de PNP seria uma boa candidata ao ram preparados a partir do DNA genômico de cé- tratamento por terapia gênica? Crie um procedi- lulas do sangue obtidas de uma mulher, sua filha e mento para tratamento da deficiência de PNP por três homens que afirmavam ser pais da criança. terapia gênica de células somáticas. M e Fl F2 F3 16.7 Agora é possível produzir proteínas humanas em bactérias como E. coli. Não se pode, porém, sim- plesmente introduzir um gene humano em E. coli e esperar que seja expresso. Que medidas devem ser tomadas para construir uma cepa de E. coli que produza uma proteína de mamífero como o hor- mônio do crescimento humano? 16.8 Depois de construir um gene sintético codificador de uma enzima que degrada o herbicida glifosato, você quer introduzir seu gene sintético em vegetais Arabidopsis e testar a resistência dos vegetais trans- gênicos ao glifosato. Como produziria uma planta Arabidopsis transgênica com seu gene sintético por transformação mediada por A. tumefaciens? 16.9 Um wcus STR humano contém uma repetição em série (TAGA)n, em que n pode variar entre 5 e 15. Quantos alelos desse locus você esperaria encon- trar na população humana? 16.10 Alguns corpos são encontrados sepultados em uma De acordo com os perfis de DNA, o que se pode floresta. Os policiais suspeitam de que entre eles determinar sobre a paternidade nesse caso? possa estar a famíliajones que desapareceu (pais e 16.13 A maioria dos especialistas forenses concorda que dois filhos). Extraem o DNA de ossos e examinam os perfis de DNA de amostras de sangue obtidas os perfis de DNA de wci STR A e B, que contêm repe- na cena do crime e em objetos pessoais podem tições em série de comprimento variável. Também oferecer dados convincentes para condenações analisam os perfis de DNA de dois outros homens. por assassinato. No entanto, às vezes os advogados Os resultados são mostrados na tabela a seguir onde de defesa alegam com sucesso que o descuido no os números indicam o número de cópias da repeti- manuseio das amostras de sangue acarreta conta- ção em série de determinado alelo; por exemplo, minação das amostras. Que problemas a contami- o homem 1 tem um alelo com 8 e outro alelo com nação das amostras de sangue causam na interpre- 9 cópias de uma repetição em série no wcus A. tação de perfis de DNA? Você esperaria que esses LocusA LocusB erros levassem à condenação de um inocente ou à homem 1 8/9 5/7 absolvição de um culpado? homem2 6/8 5/5 16.14 O plasmídio Ti contém uma região denominada homem3 7/10 7/7 T-DNA. Por que essa região é denominada T-DNA? mulher 8/8 3/5 Qual é seu significado? criança 1 7/8 5/7 16.15 A geração de vegetais transgênicos que usa trans- criança 2 8/8 3/7 formação mediada por A. tumefaciens frequen- Capítulo 16 1 Aplicações da Genética Molecular 473 temente resulta em múltiplos sítios de inserção. dez genes da actina são muito diferentes. Você foi Esses sítios frequentemente variam no nível de contratado por Meagher para testar essa hipótese. expressão do transgene. Que métodos você usaria Elabore experimentos que possibilitem identificar para determinar se os vegetais transgênicos têm ou o padrão de expressão temporal e espacial de cada não mais de um transgene e, em caso afirmativo, um dos dez genes da actina em Arabidopsis. onde os transgenes são inseridos nos cromosso- 16.21 Os primeiros camundongos transgênicos foram mos? , criados por microinjeção em ovócitos fertilizados 16.16 E possível usar vetores retrovirais "desarmados" de vetor de DNA semelhante ao apresentado na para introduzir genes em animais superiores, in- Figura 16.15, exceto pelo fato de que continha clusive em seres humanos. Quais são as vantagens um promotor para o gene da metalotioneína de dos vetores retrovirais em relação a outros tipos de mamíferos ligado ao gene HGH. Os camundon- vetores de transferência gênica? Quais são as des- gos transgênicos apresentaram níveis elevados de vantagens? HGH em tecidos de outros órgãos que não a hi- pófise, por exemplo, coração, pulmão e figado, 16.17 Os camundongos transgênicos agora são rotinei- e houve atrofia da hipófise. Como seria possível ramente produzidos e estudados em laboratórios controlar melhor a produção de HGH em animais de pesquisa em todo o mundo. Como são produ- transgênicos, com expressão restrita à hipófise? zidos os camundongos transgênicos? Que tipos de informações podem ser obtidos por estudos feitos 16.22 Qual é a diferença entre as técnicas genéticas re- em camundongos transgênicos? Essas informações versas usadas para analisar processos biológicos e têm alguma importância para a prática da medici- os métodos genéticos clássicos? na? Em caso afirmativo, qual? 16.23 Como é possível usar o silenciamento gênico por 16.18 Dois homens reivindicam a paternidade do bebê RNAi para identificar a função dos genes? Joyce Doe. A análise do perfil de DNA STR CODIS 16.24 Qual é a diferença entre as técnicas de mutagênese da mãe de Joyce mostrou que ela é homozigota insercional e outras técnicas de genética reversa? para o alelo 8 no locus TPOX (o alelo 8 contém oito repetições da sequência GAAT nesse locus po- 16.25 A mutagênese insercional é um instrumento efi- limórfico). Joyce é heterozigota para os alelos 8 e ciente tanto em vegetais quanto em animais. No 11 nesse wcus. Na tentativa de resolver a disputa entanto, quando se usa a mutagênese insercional de paternidade, os dois homens são submetidos ao de larga escala, qual é a principal vantagem dos teste de perfil de DNA STR no wcus TPOX no cro- vegetais em relação aos animais? mossomo 2. O suposto pai n º 1 era heterozigoto 16.26 Nós comentamos os lastimáveis efeitos da mutagê- para os alelos 8 e 11 no wcus TPOX, e o suposto nese insercional nos quatro meninos que tiveram pai n º 2 era homozigoto para o alelo 11 nesse lo- leucemia após tratamento de imunodeficiência cus. Esses resultados podem solucionar esse caso combinada grave ligada ao X por terapia gênica. de paternidade? Em caso afirmativo, quem é o pai Como essa consequência da terapia gênica deve- biológico? Em caso negativo, por que não? ria ser evitada no futuro? Você acredita que o uso 16.19 Muitas proteínas humanas úteis contêm carboi- da terapia gênica de células somáticas para tratar dratos ou lipídios que são acrescentados após a doenças humanas algum dia poderá ser totalmen- tradução. As bactérias não contêm as enzimas te seguro? Por quê? Por que não? , . necessar1as para acrescentar esses componentes 16.27 Um filamento de um gene em Arabidopsis thaliana aos produtos primários da tradução. Como essas tem a seguinte sequência nucleotídica: proteínas poderiam ser produzidas usando ani- mais transgênicos? atgagtgacgggaggaggaagaagagcgtgaacgga ggtgcaccggcgcaaacaatcttggatgatcggagatc 16.20 Richard Meagher e colaboradores clonaram uma tagtcttccggaagttgaagcttctccaccggctgggaaac família de 10 genes que codificam actinas (um im- gagc tgtta tcaagagtgcc gata tgaaaga tga ta tgca portante componente do citoesqueleto) em Arabi- aaaggaagctatcgaaatcgccatctccgcgtttgagaag dopsis thaliana. Os dez produtos gênicos da actina tacagtgtggagaaggatatagctgagaatataaagaag são semelhantes, muitas vezes se diferenciando em gagtttgacaagaaacatggtgctacttggcattgcattgtt apenas alguns aminoácidos. Assim, as sequências ggtcgcaactttggttcttatgtaacgcatgagacaaaccatttcgtt codificadoras dos dez genes também são muito tacttctacctcgaccagaaagctgtgctgctcttcaagtcgggttaa semelhantes, de modo que há hibridização cru- zada da região codificadora de um gene com as A função desse gene ainda é incerta. (a) Como a regiões codificadoras dos outros nove genes. Já as mutagênese insercional poderia ser usada para in- regiões não codificadoras dos dez genes são muito vestigar essa função? (b) Elabore um experimen- divergentes. Meagher formulou a hipótese de que to de uso de interferência por RNA para sondar a os padrões de expressão temporal e espacial dos função (ou as funções) do gene. 474 Fundamentos de Genética 16.28 Consultemos o site do Salk Institute's Genome inserções de T-DNA mapeadas em relação à locali- Analysis Laboratory (http:// signal.salk.edu/ cgi-bin/ zação do gene (retângulo verde na parte superior). tdnaexpress) e verifiquemos se alguma de suas li- Usando as setas azuis na parte superior direita você nhas de T-DNA tem inserções no gene mostrado pode manter o foco apenas na região curta que con- na questão anterior. No site SIGnAL, role a tela tém o gene ou em regiões relativamente longas de para baixo até "Blast" e digite a sequência na cai- cromossomo 4 de Arabi,dopsis. Há alguma inserção xa. O mapa resultante mostrará a localização de de T-DNA no gene em questão? Ou perto do gene? Genômica na Web em http://www.ncbi.nlm.nih.gov A distrofia muscular é um grupo de distúrbios humanos sentam para o tratamento da distrofia muscular de que causa fraqueza muscular progressiva e perda de cé- Duchenne e Becker por terapia gênica? lulas musculares. 5. Existem testes gênicos para d istrofia muscular de Du- chenne? Como eles são feitos? 1. Quantos tipos diferentes de distrofia muscular heredi- tária foram caracterizados em seres humanos até hoje? Dica: No site do NCBI, clique em OMIM (Online Mende- 2. Quais são as localizações cromossômicas dos genes lian Inheritance in Man) e digite "muscular dystrophy" anômalos responsáveis pelas diferentes formas de dis- no campo de busca. Na lista de distrofias musculares trofia muscular? apresentada, observe as localizações cromossômicas dos 3. As distrofias musculares de Duchenne e Becker são genes responsáveis pelas várias formas do distúrbio para causadas por mutações em um gene do cromossomo estimar o número de diferentes genes implicados. Para X que codifica uma proteína denominada distrofina. obter informações sobre a distrofia muscular de Duchen- Qual é a diferença entre esses dois tipos de distrofia ne e Becker, clique em 310200, "Muscular Dystrophy, muscular? Duchenne Type," e em 300376, "Muscular Dystrophy, 4. O gene da distrofina (DMD) foi clonado e sequencia- Becker Type". Para obter informações sobre os testes gê- do. Quais são as características exclusivas desse gene e nicos, clique em "Gene Tests" e siga os links para os dife- da proteína que codifica? Que obstáculos elas repre- rentes tipos de testes disponíveis. . , rans on1ve1s PANORAMA ..._ Elementos transponíveis 1 Considerações gerais Elementos transponíveis em bactérias .._ Transpósons de "cortar e colar" em eucariotos Retrovírus e retrotranspósons ..._ Elementos transponíveis em seres humanos Significado genético e evolutivo dos elementos transponíveis Milho 1 Uma cultura básica com herança cultural O milho é um dos produt os agrícolas ma is importantes do mundo, e seu cultivo começou há, no mínimo, 5.000 anos na América Cen- tral. Quando Cristóvão Colombo chegou ao Novo Mundo, o cul- t ivo de milho já havia se disseminado até o Canadá, ao norte, e a Argent ina, ao sul.As populações nativas da América do Norte e do Sul desenvolveram muitas variedades de milho adaptadas a condi- ções específicas. Elas desenvolveram variedades que tinham grãos coloridos - vermelhos, amarelos, brancos e roxos - e atribuíram a cada cor um valor estético e religioso especial. Para os povos do sudoeste norte-americano, por exemplo, o milho azul é sagrado, e cada uma das quatro direções principais apontadas pela bússola é Variação de cor em grãos de milho. Estudos sobre a base genética representada por determinada cor de milho. Alguns grupos acre- dessa variação levaram à descoberta dos elementos transponíveis. ditam que os grãos com listras e pontos são sinal de força e vigor. As padronagens coloridas que vemos nas espigas também têm pazes de se deslocar de uma posição para outra. Esses elementos importante significado científico. As pesquisas modernas mos- transponíveis - ou transpósons - constituem uma fração consi- traram que as listras e os pontos em grãos de milho são conse- derável do genoma. No milho, por exemplo, representam 85% de quência de um fenômeno genético conhecido como transposição . todo o DNA. Ao se deslocarem de um local para outro, os elemen- No genoma do milho - na verdade, no genoma da ma ioria dos tos transpon íveis podem causar a quebra de cromossomos ou a organismos - , os geneticistas encontraram sequências de DNA ca- mutação de genes e, por isso, têm grande significado genético. 476 Fundamentos de Genética Elementos trans , . on1ve1s Considera -oes era1s • Os elementos transponíveis - transpósons - estão pre- teração entre o elemento e um possível local de inserção. sentes nos genomas de muitos tipos de organismos; eles Durante essa interação ocorre replicação do elemento; uma cópia é inserida no novo local e a outra continua são diferentes dos pontos de vista estrutural e funcional. no local original. Os geneticistas denominam esse meca- nismo transposição replicativa, porque há ganho de uma Muitos tipos diferentes de elementos transponíveis fo- cópia do elemento. Designaremos os elementos dessa ca- ram identificados em uma variedade de organismos, en- tegoria transpósons replicativos. tre eles bactérias, fungos, protistas, vegetais e animais. Na terceira categoria, o processo de transposição ocor- Esses elementos são componentes proeminentes dos ge- re por inserção de cópias de um elemento sintetizadas a nomas - por exemplo, mais de 40% do genoma humano - e têm funções evidentes na estrutura dos cromossomos partir do RNA do elemento. A enzima transcriptase re- e na modulação da expressão dos genes. Neste capítulo, versa usa o RNA do elemento como molde para sintetizar exploraremos a diversidade estrutural e comportamental moléculas de DNA, que são inseridas em novos locais no de diferentes tipos de elementos transponíveis e investi- cromossomo. Por inverter o sentido habitual de fluxo das garemos seu significado genético e evolutivo. informações genéticas nas células - isto é, as informações Embora cada tipo de elemento transponível tenha fluem do RNA para o DNA em vez de fluírem do DNA suas próprias características especiais, a maioria é classi- para o RNA -, esse mecanismo é denominado retrotrans- ficada em três categorias de acordo com o mecanismo posiçiio pelos geneticistas. Designaremos os elementos de transposição (Tabela 17.1 ). Na primeira categoria, a dessa categoria retrotranspósons. Alguns dos elementos transposição ocorre por excisão de um elemento de sua com esse tipo de transposição estão relacionados com posição no cromossomo, com inserção em outra posição. um grupo especial de vírus que usam transcriptase rever- Os processos de excisão e inserção são catalisados pela sa - os retrovírus; por isso, são conhecidos como el,ementos enzima transposase, geralmente codificada pelo próprio semelhantes a retrovírus. Outros elementos com atividade elemento. Os geneticistas denominam esse mecanismo de retrotransposição são denominados apenas retropósons. transposição de "cortar e colar" porque o elemento é fisica- Encontraremos muitos elementos transponíveis dife- mente cortado de um local no cromossomo e colado em rentes neste capítulo, cada um com sua própria história outro, que pode estar até mesmo em outro cromossomo. peculiar. A Tabela 17.1 classifica esses elementos de acor- Designaremos os elementos dessa categoria transpósons de do com seus mecanismos de transposição. Os transpó- "cortar e colar''. sons d e " cortarecolar" estao - presentes tanto em proca- Na segunda categoria, o processo de transposição riotos quanto em eucariotos. Os transpósons replicativos ocorre por replicação do DNA do elemento transponível. são encontrados apenas em procariotos, e os retrotrans- , . Uma transposase codificada pelo elemento medeia a in- posons, apenas em eucanotos. Tabela 17.1 Classificação de elementos transponíveis de acordo com o mecanismo de transposição. Categoria Exemplos Organismo hospedeiro 1. Transpósons de "cortar e colar". Elementos IS (p. ex., ISSO) Bactérias Transpósons compostos (p. ex., Tn5) Bactérias Elementos Ac!Ds Milho Elementos P Drosophila Elementos hobo Drosophila piggyBac Mariposa Sleeping Beauty Salmão li. Transpósons replicativos Elementos Tn3 Bactérias Ili. Retrotranspósons A. Elementos semelhantes a retrovírus (também denominados Tv7 Levedura repetição terminal longa, ou LTR, retrotranspósons) copia • Drosophila gypsy Drosophila B. Retropósons Elementos F, G e I Drosophila Retropósons teloméricos Drosophila LINE (p. ex., L1) Seres humanos SINE (p. ex., Alu) Seres humanos Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 477 PONTOS ESSENCIAIS • O transpóson de "cortar e colar" é excisado de uma posição no genoma e inserido em outra por uma enzima, a transposase, geralmente codificada pelo próprio transpóson • O transpóson replicativo é copiado durante o processo de transposição • O retrotranspóson produz moléculas de RNA que dão origem a moléculas de DNA por transcrição reversa; em seguida, essas moléculas de DNA são inseridas em novas posições no genoma. Elementos trans oníveis em bactérias Os transpósons bacterianos deslocam-se dentro dos cro- em relação uma à outra, são denominadas repetições in- mossomos e plasmídios e entre eles. vertidas terminais. Seu comprimento varia de 9 a 40 pares de nucleotídios. As repetições invertidas terminais são ca- Embora os elementos transponíveis tenham sido ori- racterísticas da maioria dos tipos de transpósons. A mu- tação dos nucleotídios nessas repetições geralmente faz ginalmente descobertos em eucariotos, os transpósons com que o transpóson perca a capacidade de se deslocar. bacterianos foram os primeiros a ser estudados em nível Portanto, essas mutações demonstram que as repetições molecular. Existem três tipos principais: as sequências de invertidas terminais têm papel importante no processo inserção, ou elementos IS, os transpósons compostos e os de transposição. elementos semelhantes a Tn3. Esses três tipos de transpó- Os elementos IS geralmente codificam uma proteína, sons diferem em tamanho e estrutura. Os elementos IS a transposase, necessária para transposição. A transposase são os mais simples e contêm apenas genes codificadores liga-se às extremidades do elemento ou a um local pró- de proteínas participantes da transposição. Os transpó- ximo e secciona os dois filamentos de DNA. Essa cliva- sons compostos e os elementos semelhantes a Tn3 são gem excisa o elemento do cromossomo ou plasmídio, de mais complexos e contêm alguns genes que codificam modo que possa ser inserido em uma nova posição na produtos não relacionados com o processo de transpo- mesma molécula de DNA ou em outra molécula. Portan- .- s1çao. to, os elementos IS são transpósons de "cortar e colar". Quando se inserem nos cromossomos ou plasmídios, os ELEMENTOS IS elementos IS causam a duplicação de parte da sequência de DNA no local da inserção. Há uma cópia da duplica- Os transpósons bacterianos mais simples são as sequências ção de cada lado do elemento. Essas sequências curtas (2 de inserção, ou elementos IS, assim denominados porque po- a 13 pares de nucleotídios), diretamente repetidas, co- dem se inserir em muitos locais diferentes nos cromosso- nhecidas como duplicações de sítio-alvo, são produzidas por mos e plasmídios bacterianos. Os elementos IS foram de- clivagem em extremidade protuberante da molécula de tectados pela primeira vez em algumas mutações lac- de DNA bifilamentar (Figura 17.2 ). E. coli. Essas mutações tinham a propriedade incomum Um cromossomo bacteriano pode conter várias cópias de alta taxa de reversão ao tipo selvagem. Análises mo- de um tipo específico de elemento IS. Por exemplo, são leculares revelaram que essas mutações instáveis tinham encontradas 6 a 1O cópias de IS 1 no cromossomo de E. DNA extra nos genes lac ou perto deles. Quando o DNA coli Os plasmídios também podem conter elementos IS. dos revertentes de tipo selvagem dessas mutações foi O plasmídio F, por exemplo, geralmente tem pelo menos comparado ao das próprias mutações, constatou-se que dois elementos IS diferentes, IS2 e IS3. Quando determi- o DNA extra havia se perdido. Assim, essas mutações ge- neticamente instáveis foram causadas por sequências de DNA inseridas nos genes de E. coli, e a reversão ao tipo Repetições invertidas terminais selvagem foi causada por excisão dessas sequências. Se- 5 '- CTGACTCTT AAGAGACAG - 3' quências de inserção semelhantes foram encontradas em muitas outras espécies de bactérias. 3'- GACTGAGAA ' '' ' ,, ,, .. ISSO TTCTCTGTC- ' '' ' .. , ,, 5' Os elementos IS têm organização compacta. Em geral, !lllJlll ! I llllllllllll ll Ílll l!!t ' ' são constituídos de menos de 2.500 pares de nucleotí- , I , ' .. ' \ I , ' • \ ACATTAACC ' ACATTAACC ' dios e contêm apenas genes cujos produtos participam TGTAATTGG TGTAATTGG da promoção ou regulação da transposição. Muitos tipos diferentes de elementos IS foram identificados. O me- Duplicação do sítio-alvo nor, ISl, tem 768 pares de nucleotídios. Cada tipo de ele- • FIGURA 17.1 Estrutura de um elemento 1550 inserido, mostrando mento IS é delimitado por sequências curtas idênticas, suas repetições invertidas terminais e a duplicação do sít io-alvo. As ou quase idênticas, em suas extremidades (Figura 17.1). repetições invertidas terminais são imperfeitas porque o quarto par Como essas sequências terminais estão sempre invertidas de nucleotídios (destacado) de cada extremidade é diferente. .2 Produção de duplicações de sítio-alvo pela inserção de os genes respo11sáveis pela resistência a antibióticos. Os um elemento IS....... ção entre elementos IS. cria a oportunidade de recombinação ho.. 3' tê11cia ao a11tibiótico entre indivíduos de uma população ACCGTCGGCAT CA de bactérias.L.. • 3' conjugação (plasmídio conjugativo).... um elemento IS no plas.. o plasmídio.. 3' fator de transferência de resistência. / IS ... Neisseria. menor. O surgime11to de resistê11cia a múltiplos fármacos ocorreu integrado ao cromossomo maior...-Y '\ÂP A síntese de DNA (azul-escuro) preenche as lacunas de cada lado do inútil i10 tratame11to de infecções causadas por elas.por exemplo. Outra célula de E. que contém o gene ou • FIGURA 17. é por meio de processos de recombi11ação mediados por IS.478 Fundamentos de Genética '\ÂP biótico estreptomicina (str ) recombina-se com um plas- ~-Y Os dois filamentos do DNA-alvo são mídio que pode ser tra11sferido e11tre células durante a clivados em locais diferentes (setas).. coli ..ros podem ser transferidos rapida- me11te entre células em uma população de bactérias.... Os plasmídios que transferem genes para resistência elemento IS. .br........ mo tipo de elemento IS no cromossomo de E._. depois de se desenvol. .... Quando um elemento IS medeia are. Explore o dese11\rolvimen- ções cromossômicas em diferentes cepas de E.. ..._. coli tem um plasmíd io não con- jugativo portador de um gene para resistência à tetraciclina (ter). Componente RTF além de uma cópia de IS7. ou RTF. mes- nado elemento IS está localizado em duas moléculas de mo entre tipos celulares muito diferentes .rerem móloga entre elas... Explique como seria possível o surgi- mento de um plasmídio R conjugativo com os genes strr e tetr.. todas ou quase todas as bactérias TÇ GCAÇCÇGTAGT 3' ' 5' adquirem o ge11e de resistência. um coco e um bacilo..._ . Por exemplo... coli quanto o plasmídio F são moléculas genes de resistência a antibióticos.. em uma parte do reino microbiano..grupogen.. possibilitam a transmissão horizontal do gene de resis- 5' .._. coli. O tratamento de muitas infecções bacterianas mos durante a co1tjugação. . Esses plasmídios têm dois componentes: o 5' . em Resolva! Acúmulo de genes de resistência a fármacos.. com a criação de uma em várias espécies patogênicas para seres huma11os.. i1a qual um plasmídio portador de um gene de resistência ao a11ti. Plasmídio R conjugativo ~ Leia a resposta do problema no site • Formação de plasmídio R conjugativo por recombina- FIGURA 17.. e o determinante R. con- TRANSPÓSONS COMPOSTOS sidere a situação apresentada na Figura 17..3 http://gen-io. Os t ranspósons compost os são criados quando há inserção de dois elementos IS próximos. formados pela sucessi''ª integração de ge11es de resistência combinação entre essas moléculas. ---. Assim. ..... e o a11tibiótico torna-se . eles podem se disse- mídio F pode emparelhar-se e recombinar-se com o mes. pode haver transpo- str' Plasmídio R Determinante R não conjugativo str' IS1 Acúmulo de genes de resistência Plasmídio a fármacos conjugativo Uma célula de E.. Essas cepas variam em relação atuais causadoras de doenças como disenteria. - ACCGTC GG CATCA mediada por eleme11tos ISJ prese11tes nos dois plasmí- TGG CAGCCGTAGT 3' ' • 5' dios e cria um grande plasmídio que tem tanto o gene ~ 0"''°-7 str._. Esses plasmídios são circulares de DNA. entre molécula circular única. . minar para outras partes com relativa facilidade. Esses plasmídios têm significado clínico porque criada pela clivagem em extremidade protuberante do DNA-alvo. Por fim. A recombi11ação é 5' . produzindo uma a antibióticos entre células são denominados plasmídios duplicação direta do sítio-alvo... Então.. plasmídios R conjugati..com... tuberculo- ao sítio de integração do plasmídio F porque os elementos se e gonorreia é difícil porque o patógeno adquiriu resis- IS mediadores da recombinação ocupam diferentes posi- tência a diferentes a11tibióticos. DNA diferentes.uma to desses plasmídios de resistência a múltiplos fármacos consequência de sua capacidade de transposição.. / IS R conjugativos.. que con- CGTCGGCA 3' tém os genes necessários para a transferência conjugati''ª entre células. Shigella e produzem cepas Hfr capazes de transferir seus cromosso- Sal1nonella... quanto a capacidade de ser transferido durante a con- O O elemento IS é inserido na lacuna jugação..... ... Por exemplo. coli tem um plasmídio R conjugativo portador do gene para resistência à est reptomicina (str') flanqueado por RTF elementos IS1.. Tanto o Alguns plasmídios R conjugativos têm ''ários diferentes cromossomo de E... Esses processos de integração elas cepas de Staphylococcits...3.. EnterococcitS... Os eleme11tos IS também podem mediar a recombina- ção entre dois plasmídios diferentes. Em Tn9.. em todos os três • FIGURA 17. Esses transpó- sons terminam em repetições invertidas simples de 38 a + 40 pares de nucleotídios..------'/\'--. cada dois elementos IS 1 que flanqueiam um gene de resistência ao cloran. Tn3 é um transpóson replicativo cujo processo de deslocamento ocorre em dois estágios (Figura 17..329 pn ~__.300 pn Resolv por mediação da recombinação entre os dois elementos Tn3. ... e as outras duas proteí- alteração de um único par de nucleotídios que impede .uma característica cujo significado médico é óbvio.. B. é capaz de produzir pectivamente.533 pn no cointegrado.1. assim como os elementos IS que são parte deles. Na verdade.500 pn doador e receptor.4 Organização genética de transpósons compostos. os elementos IS flanqueadores estão sítio res t Transposase Resolvase/ betalactamase todos no mesmo sentido. 22 pn Repetições . O elemento conhecido duplicações de sítio-alvo quando se inserem no DNA. em Existem três genes._ -.. eles criam duplicações de sítio-al- '\f>. No ELEMENTO Tn3 As bactérias contêm outros grandes transpósons que não Plasmídio doador Plasmídio receptor têm elementos IS nas duas extremidades.1. póson composto não são idênticos.~ 9pn . Por exemplo. tnpR e bla. sequências de DNA são apresentados em pares de nucleotídios (pn). nas tem papeis importantes na transposiçao.533 pn 1<arf str 1.4 apresenta três .. cada um desses transpósons contém genes sem qualquer invertidas de 38 pn relação com a transposição. Tn3 é replicado de gene camr o/e' modo que haja uma cópia do . - IS50 L de codificar a transposase ativa.. A betalactamase confere resis- mento à esquerda. . Tn 10 é constituído de dois elementos IS10 que flanqueiam um gene de resistência à tetraciclina. Essa diferença se deve à tência ao antibiótico ampicilina. os Repressor sentidos são invertidos.0. bleomicina e estreptomicina..- terminais invertidas e • FIGURA 17..~ Cointegrado Repetições ~ Repetições ~ terminais invertidas terminais invertidas A B '\ÂP TnlO 1.. • FIGURA 17. exemplos de transpósons compostos.- -. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 479 sição da região entre os dois elementos IS quando os ele.329 pn IS10L IS100 . gene gene elemento em cada junção 1 1 1.. ~ como Tn3 é o principal exemplo desse tipo de transpóson.... 768 pn 768 pn IS1 IS1 1ssa. porém. gene ter 1... -v A resolvase produzida pelo gene tnpR divide o cointegrado ""9 ../\ 1... As vezes. A Figura 17.f l' A transposase codificada por Tn5 Tn3 catalisa a formação de um Tn9 Transposase ""5. C... mas o ele. A Figura 17. genes de resistência a canamicina. . 4. tnpA. A. não.957 pn mentos atuam em conjunto.. IS50R.. o elemento à direita.5 mostra a organização genética de Tn3. enquanto em Tn5 e TnlO.5 Organização genética de Tn3.. Os comprimentos das transpósons. Os transpósons compos- tos. que codificam..700 pn cointegrado entre os plasmídios ""2... .. indicados pelo sím- bolo Tn. assim como os transpó- sons de "cortar e colar". res- Tn5.. . res conferem resistência a antibióticos . A 0"'/} orientação e o comprimento (em pares de nucleotídios.P 1... Tn5 é constituído de dois elementos ISSO que flanqueiam cópia de Tn3. Na verdade. um deles com uma fenicol. os elementos IS flanqueadores em um trans. os genes entre os elementos IS flanqueado. Tn9 é constituído de e receptor. Durante esse gene processo. pn) das se- 0 -v Separação dos plasmídios doador quências constituintes são indicadas na figura. os dois elementos IS "capturam" uma sequência de DNA imóvel e dotam-na bla da capacidade de se deslocar. ISSOO y 23pn y . A região entre os elementos IS de L . e a enzima betalactamase. uma transposase. IS50 L. criam vo quando se inserem no DNA..6).. um resolvase/repressor uma transposase para estimular a transposição. __ _ _ _ _ _ Repetições terminais _______. . .6 Transposição de Tn3 pela formação de um cointegrado. A repressão ocorre porque o sítio res está lo- dos dois plasmídios. produzindo grãos cujo en- dosperma era C1CC. a resolvase codificada por tnpR medeia uma genes. Susan Wessler e seus colegas isolaram os elementos lise de instabilidades genéticas no milho. A perda de um marcador era detectada dantes no genoma. a transposase medeia a fusão de duas nominada res. McClintock mostrou que as ati. Nina durante o desenvolvimento do endosperma. PONTOS ESSENCIAIS • As sequências de inserção (elementos IS) são transpósons de "cortar e colar" wcalizados em cromossomos e plasmídios bacterianos • Os elementos IS podem mediar a recombinação entre diferentes mo/. C1. endosperma triploide dos grãos de milho. outros são raros. no cointegrado. Todos esses elementos têm repetições invertidas em acompanhado por McClintock era um alelo do locus C no suas terminações e criam duplicações de sítio-alvo quan. (O endosperma triploide recebe dois alelos da planta feminina e um da planta masculina. é um do se inserem nas moléculas de DNA. Muitos anos depois. a proteína tnpR interfere na transcrição de ambos os transposição. cada um deles com uma cópia de Tn3. Alguns codificam inibidor dominante da coloração da aleurona.7). cada uma das mo/. Durante a formação do cointegrado. Em um grupo de experimentos. conforme esperado. levando ao Federoff. estrutura e comportamento. o elemento Tn3 tende a permanecer Tn3. e uma cópia é inserida em cada ponto de fusão resolvase. Heinz Sae. recombinação sítio-específica entre as duas cópias de Por conseguinte. TransP-ósons de ''cortar e colar'' em eucariotos Os elementos transponíveis foram descobertos por aná. cientista americana Barbara McClintock. o sítio de resolução. surgimento de um clone de tecido capaz de produzir pig- . cação de quebra. Quando determinado marcador era perdido. a camada externa do quentes. dois plasmídios. Ela usou marcadores genéticos Drosophila. Esses elementos variam em que estava localizado também havia se perdido. alguns apresentavam áreas de pigmento roxo-acastanha- lio da análise genética. Com o auxí. Esse processo ocorre em uma sequência de Tn3 de.480 Fundamentos de Genética primeiro estágio.éculas de DNA • Os plasmídios conjugativos podem mover genes de resistência a antibióticos de uma bactéria para outra • Os transpósons compostos são constituídos de dois elementos IS que flanqueiam uma região que contém um ou mais genes de resistência a antibióticos • Tn3 é um transpóson replicativo que faz transposição por fusão temporária de mo/. (plasmídio receptor).por exemplo.) Embora McClintock tenha constatado que Os elementos Ac e Ds no milho foram descobertos pela a maioria desses grãos era incolor. todo grão uma transposase que catalisa a passagem do elemento de que o contém é incolor. Nas seções subse. ticos que se movem por um mecanismo de "cortar e co.éculas de DNA constituintes emerge com uma cópia de Tn3 • Os transpósons bacterianos são delimitados por repetições invertidas terminais. Como esse alelo. imóvel. A estrutura resultante é denomina. do (Figura 17. causando a deficiência crônica de seus produtos.éculas de DNA a um cointegrado. ver ELEMENTOS Ac E Ds NO MILHO Capítulo 2. quando o cointegrado é dividido. por alteração na cor da aleurona. McClintock fertilizou espigas CC uma posição para outra. e identificaram sua estrutura molecular. O produto do gene tnpR de Tn3 ainda tem outra da cointegrado. que controlavam a cor dos grãos de milho para detectar a quebra.reprimir a síntese das proteínas transposase e replicado. Tn3 é função . as análises ge. com pólen de pendões C1C1. Alguns são abun. dler. McClintock descobriu os elementos Ac e Ds por estudo néticas também mostraram elementos transponíveis em da quebra cromossômica. um cointegrado é dividido em seus dois plasmídios consti- que tem Tn3 (plasmídio doador) e o outro que não tem tuintes. Peter Starlinger. essas duas cópias calizado entre os genes tnpA e tnpR Por ligação a esse sí- de Tn3 estão no mesmo sentido. criam uma duplicação de sequências no sítio de inserção (uma duplicação do sítio-alvo). Os geneticistas encontraram muitos tipos diferentes de McClintock concluía que o segmento cromossômico em transpósons em eucariotos. braço curto do cromossomo 9. No segundo estágio de tio. analisaremos alguns dos transpósons eucarió. quando se inserem em uma molécula de DNA. Joachim Messing. o marcador genético lar". McClintock supôs que nesses mosaicos vidades desses elementos são responsáveis pelas listras o alelo C1 inibidor havia se perdido em algum momento e pontos nos grãos de milho. e quando concluído o moléculas circulares . uma indi- tamanho. O O mecanismo proposto por McClintock para explicar cruzamento de diferentes estoques possibilitava a combi- a perda do alelo C1 é apresentado na Figura 17. zinho era incapaz de induzir a quebra cromossômica. ela concluiu que também ha- dos via participação dos fatores Ds. Esse fragmento tende a ser perdido lidade genética que McClintock observara no cromosso- durante a divisão celular. mas ausente em outros.-) . não partes inte- células pigmentadas. Como as repetições diretas são criadas acêntrico perdido inibidor de pigmentação e no momento em que o elemento é inserido no cromos- Mitose formação de um clone de somo..Afl-v quentes. Se alguma delas produzir uma . McClintock nomeou os transpósons Ac e Ds de elementos controladores.. As áreas ro- quebras de Ds. demonstrando que transponível Ds no milho.563 pares de nucleotídios limita- e dos por repetições invertidas com 11 pares de nucleotí- dios (Figura 17. McClintock constatou que a quebra responsável por esses grãos em mosaico ocorreu em um sítio específico • FIGURA 17. ferentes nos cromossomos. parte da aleurona. Esses elementos apresentam relação es- maternos e paternos para trutural entre si e podem inserir-se em muitos sítios di- produzir o endosperma triploide.. elas são duplicações de sítio-alvo. Como o fragmento perdido tem o alelo C1. McClintock propôs que Ds poderia existir em muitos sítios diferentes do genoma e que poderia se e deslocar de um sítio a outro. Com e o auxílio da análise genética. . Ela nomeou o fator causador dessas do alelo C' para inibição da pigmentação na aleurona. McClintock constatou outros casos de quebra em diferentes sítios do cromossomo 9 e também 9 Gametófito e! Gametófito em outros cromossomos. Como a quebra nesses sítios de- e pendia da ativação por Ac. O alelo C no braço curto do cromossomo pertencem à mesma família de transpósons. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 481 não há inibição da produção do pigmento em nenhuma das células nesse clone.j. No entanto. O fator Ac estava presente indica o alelo C1 faltante. de Dissociação. Os elementos Ac e Ds pertencem a uma família O União de cromossomos de transpósons. Activator). Assim..8 Quebra no cromossomo causada pelo elemento vertidas iguais às dos elementos Ac... em alguns estoques de milho. onde o traço Ativador (do inglês. Uma que- nação de Ac com Ds para criar a condição que resultava bra no local indicado pela seta desprende um segmento em quebra cromossômica.Afl-v . . Quando um d Os e1 e-) -----) desses elementos se insere em um gene ou perto dele. todos os descenden- mo 9.j. O Perda do fragmento também é flanqueado por repetições diretas com 8 pares Fragmento cromossômico que tem o de nucleotídios.7 Grão de milho (vista superior) mostrando perda do cromossomo 9.. Para enfatizar a elemento Os. 7.Afl cromossomo o-V Quebra no sítio do induzir mutação por inserção nos genes. noma do milho. quências internas variam.. McClintock constatou que era preciso que Ds fosse estimulado por outro fator. com o surgimento de um grão em mosaico semelhante ao mostrado na Figura 17. O genótipo desse clone seria -CC.ç . portanto.às vezes totalmente suprimida.8 . Cada elemento Ac (]] n'-).. Outros experimentos demonstraram que essa era tes dessa célula não terão parte do cromossomo de ori- apenas uma das muitas instabilidades presentes no ge- gem paterna. enquanto as áreas amarelas são CCC. esse fator so- xo-amarronzadas são -CC. Ac e Ds podem Quebra no . Fertilizacão • Essa explicação foi corroborada por análises subse- . de mento. denominado Ac. o genoma do milho tem várias cópias dos elementos Ac e Ds. grantes do elemento. Na verdade. Alguns elementos Ds parecem mentação. o alelo C inibe essa pig. haverá uma área de tecido roxo. mas as se- 9 produz pigmentação normal na aleurona. os elementos Ds têm estrutura (genótipo -CC} heterogênea.. McClintock demonstrou que tanto Ac quanto Ds podem se deslocar. expressão gênica. do cromossomo de seu centrômero. Clone de células pigmentadas Ao contrário de Ac.9A). e O sequenciamento do DNA mostrou que os elementos Ac são constituídos de 4. essas repetições invertidas terminais d Os são essenciais para a transposição. Com frequência.. . Para explicar todas essas e1 e-)-----) observações. LV .j. McClintock constatou que a função do gene é alterada ~ . com a criação de um Esse sistema Ac/Ds de dois fatores explicou a instabi- fragmento acêntrico. Todos apresentam repetições terminais in- • FIGURA 17. .excisão e trans. Drosophila produzem híbridos com traços aberrantes va- . O termo disgenesia (do grego._ _______ ~ ELEMENTOS P E DISGENESIA HÍBRIDA B EM DROSOPHILA Elementos Ds anômalos . Cruzamentos entre duas quências internas (Figura 17. masculino As atividades dos elementos Ac/Ds . um elemento Ds é inserido em outro.-------. .______ Repetições terminais invertidas de 11 pn _ ___. Para Kidwell e seus colegas. Esses transpósons foram identificados pela cooperação de geneticistas de vários laboratórios e diferentes.98). Uma terceira classe de elemen- tos Ds é caracterizada por arranj o de superposição pecu- liar (Figura 17. uma vez ativados._________________.______ DNA não homólogo phila melanogaster. e John Sved. e todos os seus correlatos genéticos. Esses elementos Ds duplos parecem ter sido responsáveis pela quebra do cromosso. Os transpósons relacionados com os elementos Ac/Ds foram encontrados em outras espécies..._ . e ativá-lo. Inspirado difundir-se através do núcleo.9 Organização estrutural dos membros da família Ac!Ds classificar cepas de Drosophila em dois tipos principais de de elementos transponíveis no milho. não podem se ativar.. na Austrália. --.... Podemos resumir os fenótipos do DNA durante a replicação ou transposição. ligar-se a um elemento Ds por esse trabalho. . p disgênico normal posição.. podem ser ativados se houver um elemen. mais.. ou entre duas cepas M diferentes. Kidwell e seus colegas constataram que poderiam • FIGURA 17. que são ativados quando entram nos ovócitos produzi- to Ac produtor de transposase em algum ponto do ge.563 pn de ação trans.. A transposase produzida por esse elemento pode induzem mutações e quebra do cromossomo.. Apenas cruzamentos entre as cepas Me P produzem híbridos disgênicos.. cos dos elementos Ac/Ds em Problema resolvido: Análise . catalisando seu como mãe ou como pai para a formação de híbridos dis- movimento. '- ------'-i__________ . que recebeu esse nome extravagante por sua capacidade A de transposição.daí suas designações M e P. inclusive de ani- .9C). ____ __ ______ .um Ds inserido em outro Ds. que Os inserido significa "deterioração da qualidade") híbrida foi usado D para designar essa síndrome de anormalidades. Esses Genitor feminino membros incomuns da família Ac/Ds são denominados M p elementos Ds anômalos. des- cobriram que cruzamentos entre determinadas cepas de Elemento Ds duplo . pro- mentos podem ter sido causadas por síntese incompleta duzem híbridos normais. Margaret e James Kidwell.. . pn) são indicados na figura.. . Talvez o elemento mais bem estudado seja o hobo.. A transpo- sase Ac interage com sequências nas extremidades dos Portanto. que os cromossomos de cepas P têm fatores genéticos No entanto.ausência de sequências Algumas das pesquisas mais extensas sobre elementos internas não relacionadas com Ac.. Explore outros efeitos genéti- Elementos Ds .90). Assim.----------------.-- 1 1 ..' da atividade de transpósons no milho . As deleções desses ele. O elemento hobo é encontrado em algu- mas espécies de Drosophila. que têm essas lesões.. divíduo masculino for da cepa P.. esses fatores noma. inclusive mutação e quebra cromossômica . Genitor mo que McClintock observou em seus experimentos. entre eles mutação frequente.sequência completa.. . cepas P diferentes. transponíveis concentraram-se nos elementos P de Drosrr -. dos por fêmeas M e que.. esses achados sugeriram elementos Ds. Os dois tipos de cepas são de- signados Me P.. Outros da prole híbrida a partir desses diferentes cruzamentos elementos Ds contêm DNA não pertencente a Ac entre em uma tabela simples: suas repetições terminais invertidas (Figura 17.. quebra de cromos- somos e esterilidade. normal normal M porém com sentido invertido. a transposase de Ac é uma proteína 4.. traba- lhando em Rhode Island. .ausência de sequências internas.. estudante de gradua- . os genitores das diferentes cepas contribuem elementos Ac e Ds ou próximas delas. riados...são causadas por uma transposase codificada pelos elementos Ac. da transposase abolem essa função catalisadora. Deleções ou mutações do gene codificador gênicos . Portanto. em cruzamentos de teste. As repetições invertidas termi- nais (setas curtas embaixo) e os comprimentos da sequência de DNA acordo com a produção ou não de híbridos disgênicos (em pares de nucleotídios.482 Fundamentos de Genética Elemento Ac . e isso só acontece se o in- ter sido originados nos elementos Ac pela perda de se.. William Engels. Em 1977. No milho. se 4. Engels totalme11te ausentes dos ge11omas das cepas M. Por exemplo.um tipo de marca do transpóson. no e11tanto. Se esse elemento Ds fosse excisado. o melhorista de milho cruzou lo-clara. (a) Explique o fenótipo tecido da aleurona. foi um forte indício da participação mentos Pvariam de tamanho. estão ções induzidas em híbridos disgê11icos. Ds. 2. adicionais não tendem a interromper a expressão gênica se 3. ção da University ofWisconsin. como genitor masculi. o membro autônomo. Bingham e seu colaborador. em midades de um elemento Pcompleto. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 483 Análise da atividade de transpósons no milho PROBLEMA não traduzida do gene C. trabalhando. que sons cepa-específicos de elementos P. elemento ha. Conse- gham e Rubin co11seguiram isolar o DNA dos alelos white que11teme11te. que sua excisão restaure a expressão do gene C. Assim. se no. geneticista da Caroli. A excisão de um transpóson geralmente deixa no mínimo uma estiverem localizados na região codificadora dos genes. no entanto. Em geral. Outros experimentos mostraram que esses mentos P nas células da linhagem germinativa. As excisões de Ds raramente são precisas. causando sua excisão do gene C. subterminais são reco11hecidas pela transposase. Essa res- elementos estão presentes em múltiplas cópias e em dife. pode deslocar esse Minnesota e Wisconsin. e a única cópia de Ac eram tas para essa mutação produzem grãos amarelo-claros. espera-se feminino com uma cepa endogâmica có. Usando esse DNA como sonda. As entre o sítio de início da transcrição e o primeiro códon na sequência duas cópias do alelo c0 s eram derivadas da parte feminina. Em 1980.ria sido inserido na região codificadora do Em híbridos disgênicos. eles constataram que um pequeno em algum ponto do genoma. Como melhorista de milho cruza uma cepa endogâmica c0 sc0 scomo genitor o elemento foi inserido no DNA não codificador. Portanto. só há transposição de ele- gene white. esses elementos podem ser mobilizados se mutantes e compará-lo ao DNA white de tipo selvagem. tendem parte da duplicação do sítio-alvo criada quando o transpóson foi a causar graves problemas. a excisão de um elemento Ds da sequência codificadora ANÁLISE E SOLUÇÃO do gene C provavelmente não restaurará a função desses genes. as duas cepas endogâmicas. Quando cruzou escura da aleurona nos grãos. ele vê muitos que têm áreas de tecido ro. as células nas quais ocorrem essas excisões derem origem ao xo-amarronzado na aleurona amarelo-clara. em algum ponto da sequência codificadora do gene C? b. hou\rer um elemento completo produtor de transposase Em cada mutação. sibilitou o teste da hipótese do transpóson. a duplicação do sítio-alvo gerada quando é inserido em um 2. A inserção de um transpóson em um gene pode interferir com estiverem localizados na região 5' não traduzida dos genes. o alelo selvagem do gene C é necessário para a coloração a expressão dos genes poderia ser restaurada. Em 1979. a aleurona é amare. Esses nucleotídios aminoácidos no polipeptídio especificado pelo gene.có. transposase porque algumas de suas sequências internas um ge11eticista de Maryland. o membro não autônomo da família de transpósons Ac/Ds. A região 5' não traduzida de um gene não contém códons para gene . começou a estudar muta. excisado.907 pares de nucleotídios. Cepas endogâmicas de milho homozigo. mento ou a composição do polipeptídio codificado pelo gene. A aleurona elemento Ds na região 5' não traduzida do gene C. com frequência o elemento Ds deixa só se desloca na presença de Ac. Nesse genótipo híbrido. Essa instabilidade. Os maiores elementos têm de um elemento transponível. Para explicar o fenótipo F1. Porta11to. Bi11.10) não são capazes de produzir a na do Norte. que a expressão dos genes. não esperaríamos ver áreas de tecido alelo c0 s é perturbada por uma inserção de Ds na região 5' roxo-amarronzado nos grãos da F1. entre eles repetições inverti- A descoberta por Michael Simmons e Johng Lim das das termi11ais de 31 pares de nucleotídios. Esses elemen- mutações induzidas por disgenesia no ge11e white pos. respecti\ramente. é reminiscente do comportamento de mutações induzi. rentes locais nos genomas de cepas P. A a11álise da sequência de DNA mostrou que os ele- das por IS em E. P incompletos ( Figura 17. e a codificadora do polipeptídio. Entre os grãos da F1. trição se deve à incapacidade das células somáticas de . observamos que a expressão do Com essa inserção Ds. elemento para um novo local no genoma. No entanto. constatou uma mutação específica com alta frequência os geneticistas começaram a de11omi11ar esses tra11spó- de reversão para o tipo selvagem. Gerald Rubin. na região triplo ide nos grãos da F1 era necessariamente c0 sc0 scó. isto é. Um ativar o elemento Ds. a. não contém nenhuma informação codificadora. assim como derivadas da parte masculina. Os elementos cém-descobertas a Paul Bingham. enviaram as mutações white re. suas sequências terminais e DNA do ge11e white.). Sem esse alelo. Eles poderiam alterar o compri - inserido. esse tecido será roxo-amarronzado em um da F1• (b) Você esperaria esse fenótipo se o elemento Ds fosse inserido grão amarelo-claro. c0 s é uma mutação recessiva causada pela inserção de um involuntariamente uma cepa com inserção Ds no gene C com uma cepa que tinha um elemento Ac críptico. (Ac) . haviam acabado de isolar o são deletadas. única cópia do alelo com deteção có. coli. vários nucleotídios na sequência de genes ao redor do sítio de inser- FATOS E CONCEITOS ção Ds são duplicados ou detetados quando o elemento Ds é 1. Quando a transposase de P cliva o DNA perto das extre- Simmons e Lim. tos P co1npletos têm um gene que codifica uma tra11sposase. Ac pode as cepas endogâmicas homozigotas para deleção do gene C (có. os ameaça à expressão do gene da transposase do elemento P.ridade do elemento P destaca algumas das desco- posto produz um polipeptídio que não tem a capacidade bertas recentes sobre esse mecanismo de regulação de da tra11sposase de catalisar o mo. Assim. Quando opera em outros organismos? . Muitos toei diferentes produzem pi RNA. bem a disgenesia. ~ transposons. Portanto. de pi RNA P-específicos em células somáticas? Os pi RNA com dife- cial? O elemento é inserido em um sítio no genoma que produz rentes especificidades controlam o movimento de outros tipos de piRNA._____ Repetições terminais invertidas de 31 pn _ ___. As células da linhagem germi11ativa de Drosophila também têm meca11ismos para minimizar os da11os que . os piRNA de herança materna gerados a partir lações naturais têm esse tipo de elemento P e reprimem muito do elemento P telomérico evitam a disgenesia híbrida. Esses ATIVIDADE DO ELEMENTO P RNA têm 23 a 29 nucleotídios e podem ter sequência sense ou antisense. A disge- nesia híbrida é. nenhum dos elementos P no genoma telômero esquerdo do cromossomo X. a ati. O mecanismo mais eficaz conta com a participação de moléculas de RNA derivadas dos próprios elementos P.o não será produzida. a tradução do mRNA será bloqueada. onde quer que estejam localizados. e sem ela. os piRNA • FIGURA 17.907 pn danos decorrentes da ati\ridade do elemento P. os deram que a transposase do elemento P não é produzida em cé. piRNA com sequências antisense representam claramente uma lulas somáticas. Qual é o significado dessa capacidade materna? Na prole. destruir o mRNA. esse gene é transcrito em pré-mRNA. reativado se o locus for transmitido para uma fêmea? Há geração Por que o elemento P telomérico herdado da mãe é tão espe. uma fêmea que tem brida suscita duas questões básicas. que interferem na atividade do elemento P. Muitas moscas em popu. As fêmeas das cepas P pro- duzem esses piRNA e transmitem-nos para a prole i10 citoplasma dos ovócitos. um fenômeno que só ocorre na Gene da transposase linhagem germinativa. que recebem o estranho nome de proteí11as Piwi. cistas responderam à primeira questão em 1986.todas as sequências presentes Por consegui11te. • FUTURO PEQUENOS RNA REPRIMEM A um elemento P é inserido nesse locus.Assim. Como o X parece ter um poder quase mágico de controlar todos os outros locus telomérico produz piRNA com sequências sense e antisense? elementos P no genoma. A segunda linhagem germinativa.rimento do elemento P. piRNA constituídos de sequências de elemento P. gera piRNA P-específicos . pode se mover.isto é. quando apren. as células somáticas são poupadas dos 2. Portanto. No Como os piRNA são transmitidos pelo citoplasma do ovócito? entanto. pn) das minativa e impedem a disgenesia híbrida. Na elementos P continuam inativos nas células somáticas. esses piRNA são transmitidos da mãe no ci- descoberta de que os elementos P causam disgenesia hí- toplasma de ovócitos de Drosophila.484 Fundamentos de Genética Elemento P completo . quando os geneticistas recomposto para formar um mRNA codificador da transposase P. pode ser a capacidade de evitar a disgenesia híbrida. portanto. Esses RNA Elementos P incompletos . Sem transposase para catalisar o movimento. Além disso. texto no quadro O futuro: Pequenos RNA reprimem Quando traduzido.ausência de sequências internas formam complexos com um grupo especial de proteí- nas. são designados como RNA de interação com a proteína Piwi ou piRNA. portanto. O remover um dos í11trons do pré-mRNA do eleme11to P. esse RNA incompletamente recom. um elemento Ptelomérico ligado ao X só tem efeito se for Há participação das proteínas Piwi? Qual é o estado do locus de herdado da mãe.10 Estrutura de elementos P em Drosophila mostrando reprimem a atividade do elemento P na linhagem ger- as orientações e os comprimentos (em pares de nucleotídios. Por que a disgenesia não ocorre nos tecidos somáticos? E por que não ocorre um elemento P telomérico pode produzir piRNA P-específicos e em moscas cujas mães são originadas de uma cepa P? Os geneti. a transposase do elemento P sença de um elemento P em um sítio no genoma de Drosophila . aprenderam que as moscas de cepas P produzem pequenos RNA Mas se os piRNA antisense formarem pares de bases com o mRNA. as molécu- As análises genéticas mostraram que a repressão da disgenesia las duplas de piRNA-mRNA podem induzir o mecanismo celular a híbrida na linhagem germinativa está correlacionada com a pre. mas o telômero elementos transponíveis em Drosophila? O mecanismo do piRNA esquerdo do cromossomo X é uma fonte importantíssima. transmissão mater11a dos piRNA repressores explica por que as proles de cruzame11tos entre fêmeas P e machos M e e11tre fêmeas P e machos P i1ão são disgênicas. um elemento P telomérico ligado ao Essas descobertas provocaram muitas dúvidas novas. transmiti-los para a prole. Em qualquer caso. a sequências de DNA. Um elemento P telomérico herdado do pai perde piRNA em machos? Está ativo ou inativo? Se inativo. podem ser causados pelos eleme11 tos P. O que ainda é pior. Uma vez na prole. que é questão foi respondida há menos tempo. que codifica uma transposase • Os el. os retrovírus. Essa inversão do fluxo de informa. o geração do tumor. Os genomas desses vírus são constituídos de RNA e a saúde aparentemente é restaurada. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 485 PONTOS ESSENCIAIS • O el. esses elementos retrotranspósons. quan. na Africa Subsaariana. uma transcriptase reversa. morte na população em geral. a atividade do el. as cópias de DNA são inseridas em . HIV/AIDS foi objeto de numerosíssimas pesquisas. dongos. como Ac e patógenos. A AIDS é uma importante causa de morte em subpopulações de muitos países .emento P é controlada por pequenos RNA (piRNA) derivados dos próprios el. direcionado para células especializadas que têm papéis esses vírus são denominados retrovírus. glicoproteína (uma proteína ligada a açúcares) denomi- bilitou vislumbrar o que poderia ser denominado "retro. ' grave do sistema imune. as informações genéticas passam do RNA para o DNA. Essa descoberta deu origem na superfície celular. Sem tratamento. Em cada caso. de drogas intravenosas e profissionais do sexo Os retrovírus foram descobertos pelo estudo das causas . cujo prefixo originado Os sintomas iniciais da doença assemelham-se aos da do latim significa "para trás". Pode haver muitos tipos de doenças. benignos. Agora sabemos que a transcri. como a pneumonia.ementos P transponíveis são responsáveis pela disgenesia híbrida. esses sintomas diminuem vírus.11 ). Dentro da célula. entre elas. Os retrovírus e os elementos transponíveis relacionados imunodeficiência humana (HIV). um vírus de RNA foi implicado na Por causa dessa letalidade e do estado pandêmico. a depleção des- investigação dos retrotranspósons com uma análise dos sas células pela ação destruidora do vírus é tão intensa retrovírus. Quando um desses vírus infecta uma cé. inserida na membrana lipídica que circun- mundo" . o epítome é o vírus da a replicação do genoma. CD4. porém. proteínas receptoras específicas localizadas vírus copiem RNA em DNA. analisaremos as duas principais que o sistema imune falha e os patógenos oportunistas classes de retrotranspósons. é uma importante causa de de alguns tipos de tumores em galinhas. a descoberta da transcrip. febre e bém tem um papel crucial nos ciclos vitais de alguns fadiga. tomático pode durar vários anos. é ativado por outro ekmento transponível. Um são dos ciclos vitais desses vírus ocorreu em 1970. nada gp120. a membrana com muitos tipos de sequências de DNA. No entanto. conti- lula. viral são removidas. se impõem.emento transponível Ds do milho. E uma doença diferentes posições no DNA genômico. gatos e camun. A AIDS foi detectada pela pri- em DNA.por exemplo. Após algumas semanas. Um avanço importante na compreen. o que inclui duas moléculas da . Iniciaremos nossa importantes no sistema imune.e um pequeno número de proteínas que facilitam dos e identificados. da a partícula viral. os genomas eucarióticos contêm elementos transpo. A transcrição reversa tam. viral . há fusão das membranas viral e celular e a partícu- ção reversa é responsável pelo povoamento dos genomas la viral entra na célula. Por fim. como sangue ou sêmen. Mais tarde. que possibilita que esses tores CD4. em uma célula hospedeira por interação com os recep- isto é.a vasta coleção de sequências de DNA deriva. transmitida de um indivíduo para outro por líquidos cor- ções genéticas levou os geneticistas a denominarem porais. causador da síndrome de usam a enzima transcriptase reversa para copiar o RNA imunodeficiência adquirida (AIDS). descoberto por causa de sua capacidade de quebrar cromossomos. entre eles organismos que normalmente são P. O vírus. Esse estado assin- unifilamentar.e. é lipídica e a cápsula proteica que circundam a partícula claro. A medida que avança. seu RNA é copiado em DNA bifilamentar. moléculas de RNA unifilamentares idênticas. Os indivíduos infectados apresentam dor. Como nua a se multiplicar e a se disseminar por todo o corpo. Depois que gp120 liga-se ao receptor das da transcrição reversa. gripe. resultado desse esforço foi a compreensão detalhada do do David Baltimore. uma síndrome de anormalidades da linhagem germinativa que ocorre na prole de cruzamentos entre cepas P e M de Drosophila • Na linhagem germinativa. Essa interação é mediada por uma à pesquisa sobre o processo de transcrição reversa e possi.ementos P.o genoma Muitos tipos diferentes de retrovírus foram isola. a pessoa perde a capacidade de combater infecções por diversos Além dos transpósons de "cortar e colar". A AIDS é de RNA em DNA. e as substâncias do cerne viral são tase reversa abriu uma visão para um componente dos liberadas no citoplasma celular. em RETROVÍRUS usuários . O vírus esférico entra descobriram uma DNA polimerase RNA-dependente . Ac. contaminados pelo HIV. Howard Temin e Satoshi Mizutani ciclo vital do HIV ( Figura 17. Em seguida. Esse cerne contém duas genomas nunca explorado. os indivíduos infectados su- níveis cujo movimento depende da transcrição reversa cumbem a essas infecções e acabam por morrer. meira vez no último quarto do século 20. doença que acomete deze- nas de milhões de pessoas. Portanto. e outras transcrip.~-r~ - RNA ~ V virai Transcriptase reversa lntegrase DNA celular l. . 0Â~ G) Parte do RNA virai serve como mRNA para a síntese de proteínas virais._. e tamb ém oferece RNA gen ômico para a montagem de Cerne virai Transcriptase __ _ 1 4 reversa Membrana virai / Receptor CD4 / Membrana celular ~- ~ ~~ ~- ' '' ' \ . 0ÂP ~ As partículas virais da prole estão livres para infectar outras células... 0Â~ O A transcriptase reversa catalisa a síntese de DNA virai bifilamentar a partir do RNA virai unifilamentar no citoplasma. uma ligada a cada filamento lula infectada. que serve para orientar a síntese de proteínas virais inseridas em posições aleatórias nos cromossomos da cé.. As moléculas de DNA bifilamentares são viral. ~-y . 0-ÀP t%1' Parte do RNA virai forma os genomas dos vírus da prole. 0ÂP CJ" A integrase catalisa a inserção do DNA virai no DNA celular no núcleo. 'ÂP 4-t( J As partículas virais da prole são expelidas da célula por brotamento.. o que possibilita a entrada do cerne virai na célula. 'ÂP 4-t( J As partículas virais da prole são montadas perto da membrana celular. O detalhe mostra partículas virais brotando de uma célula.630X Núcleo Citoplasma 0ÂP t. 0ÂP-y O Há fusão das membranas virai e celular._ ~RNA virai MET 27. Essas cópias A transcriptase reversa do HIV . efetivamente povoando o genoma dessa de RNA viral.ÂP '"' /""'. 0ÂP (f A RNA polimerase celular transcreve o DNA virai em RNA virai. 0Â~ O O RNA e as proteínas associadas são liberados do cerne virai...11 O ciclo vital do HIV..converte o RNA unifilamentar em DNA comuns para produzir u m a grande quantidade de RNA bifilamentar. podem ser transcritas pelas RNA polimerases celulares tases reversas . célula com muitas cópias do genoma viral...7 O HIV liga-se à célula-alvo por interação entre a proteína virai gp120 e a proteína receptora celular CD4. • FIGURA 17.486 Fundamentos de Genética transcriptase reversa viral.. Apesar das diferenças de tamanho e mento de DNA hibridiza-se com o PBS complementar na de sequência nucleotídica. Em seguida. por- RNA genômico no dúplex de RNA-DNA (etapa 2). E iniciado por um tRNA complementar a lhas durante a divisão. presentes nos genomas dos vertebrados. Por sua vez. que catalisa a inserção da é duplicada no processo. Como são replicados junto com o restante do único de DNA . O resultado final fosse transmitido na forma integrada pela linhagem ger- é que a região R do filamento de DNA nascente "salta" minativa. pol e env. O HIV não é um retrovírus endógeno. No estágio final da in- O genoma do HIV. Esse pro- superficies. a integrase produz o recuo das extremida. talisados por integrase das ligações fosfodiéster em uma tras células por interação com os receptores CD4 em suas sequência-alvo no DNA da célula hospedeira. os elementos semelhantes a retroví- terminais longas (LTR). replicando-se como qualquer outro segmento do inseridas no envoltório lipídico do vírus. Esse tRNA é em. Obser. que tem um pouco mais de 1Oqui. constituído principalmente das puri- nas adenina e guanina. As são usadas para iniciar a síntese de DNA a fim de concluir sequências repetidas geralmente têm algumas centenas a síntese do DNA bifilamentar do HIV (etapa 9). . Observe que a sequência-alvo no local de integração enzima denominada integrase. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 487 novas partículas virais. Essa tanto. no DNA do hospedeiro (etapa 2). A maioria dessas sequências perdeu a 3' do DNA viral. gag e pol encontrados em retrovírus. a estrutura básica é igual em extremidade 5' do primeiro filamento de DNA (etapa 8). durante o qual o PBS na extremidade 5' do segundo fila. Vamos analisar mais de perto a replicação do genoma Retrovírus integrados de muitos tipos diferentes estão do HIV (Figura 17. vegetais e animais. retropósons. esses retrovírus são transmitidos para as células-fi- genoma viral. chamam de retrovírus endógenos as sequências de D NA he- pacotado já ligado a PBS no cerne do HIV. Três desses genes.12). sítio da linhagem germinativa. Esse trato de polipurina é usado ELEMENTOS SEMELHANTES para iniciar a síntese do segundo filamento de DNA de A RETROVÍRUS parte do genoma do HIV (etapa 6). inclusive em leveduras. as enzimas de reparo do DNA da célula hospe- lobases.12). a transcriptase transpósons: os elementos semelhantes a retrovírus. que reversa estende a cópia do DNA usando como molde a se assemelham a formas integradas de retrovírus. geral- pela enzima integrase. da extremidade 5' do RNA do HIV para a extremidade Agora voltemos a atenção para duas classes de retro- 3' do RNA do HIV (etapa 3). o gene pol codifica a transcriptase reversa e outra 3). de RNA-DNA.13) do DNA viral é catalisada retrovírus contém um pequeno número de genes. inclusive no nos- criptase reversa. denominadas repetições LTR características. a ribonuclease H (RNase H) degrada o capacidade de produzir partículas virais infecciosas. e se forem integrados às células uma sequência denominada PBS (primer bindingsite. o trato de polipurina (PPT). Esses genes são homólogos aos genes ase. o material genético do HIV é cesso resulta na formação de novas ligações fosfodiéster replicado e disseminado em uma população de células entre as extremidades 3' do DNA do HIV e os fosfatos 5' . tradas em outros tipos de transpósons. Em vista de suas lécula de DNA Essas sequências. todos: uma região codificadora central flanqueada por As terminações 3'-hidroxila dos dois filamentos de DNA repetições terminais longas (LTR) no mesmo sentido. Depois que reditárias derivadas da transcrição reversa e integração a transcriptase reversa catalisa a síntese da extremidade de genomas virais. há um segundo "salto" do DNA muitos eucariotos diferentes. Essas partículas são expelidas da das extremidades das duas LTR (etapa 1). DNA do hospedeiro. O gene gag codifica proteínas da partícula lente no DNA cromossômico da célula hospedeira (etapa viral. Esse processo. e o gene env codifica as glicoproteínas deira. a RNaseH degrada todo o RNA no dúplex lado. tegração. Desse modo. contém vários genes. As partículas expelidas podem infectar ou.complementar ao RNA unifilamentar do DNA. O genoma do HIV integrado forma DNA do genoma do HIV nos cromossomos de uma torna-se parte permanente do genoma da célula hospe- célula hospedeira. essas extremidades recuadas são usadas para ataques ca- brana celular. são encontrados em todos os outros um genoma do DNA do HIV inserido de maneira cova- retrovírus. deira preenchem as lacunas unifilamentares e produzem nados gag. mente apenas dois. de pares de nucleotídios. elas são remanescentes inócuos de antigas infec- degradação deixa a sequência repetida (R) do filamento ções virais. Primeiro. A região codificadora de um elemento semelhante a A integração (Figura 17. que tem atividade de endonucle. denomi. gag codifica uma des 3' no DNA do HIV por cortes unifilamentares perto proteína estrutural da cápsula viral. são necessárias para integração do rus às vezes são denominados retrotranspósons LTR genoma viral ao DNA da célula hospedeira.. também serão transmitidos à de ligação do iniciador) situada à esquerda do centro no geração seguinte por meio dos gametas.. começa com a síntese de um filamento so próprio. cada LTR é limita- ve que a conversão do RNA viral em DNA viral produz da por repetições invertidas curtas como aquelas encon- sequências de assinatura nas duas extremidades da mo. mas de DNA nascente livre para se hibridizar com a sequência poderia se tornar um caso perdesse seu potencial letal e R na extremidade 3' do RNA do HN. célula por um processo de brotamento através da mem. e os região 5' do RNA do HIV (etapa 4). e pol codifica uma . catalisado pela trans.imunes suscetíveis. Depois que o tRNA e o RNA genômico presentes nos dúplex de RNA-DNA Os elementos semelhantes a retrovírus são encontrados em são removidos (etapa 7). Em seguida. que são cópias de DNA do RNA poliadeni- Na etapa 5. exceto uma pequena região. . Os geneticistas RNA do HIV (etapa 1 na Figura 17. env U3 R cr . 1 po/. ( 1 R 1 U5 15: .. .. 5' ""'1> RNA genômico PPT '<. trato de poli purina rico em adenina e guanina. PPT. .. env U3 R U5 i 5' 1 1 5' 1 U3 i R I U5 PBS 13' DNA ~----.. PBS gag po/. LTR.t( J'lnício da síntese do segundo filamento de DNA usando RNA do trato de polipurina como iniciador. R U5 PBS RNA genômico 5' PBS gag po/. • Iniciador tRNA ~~~~~ P~BS~~~ ~~----~~ PBS 30 g~ t.. pol e env. R 01 3 3' 0"'~-y O Início da síntese de DNA usando tRNA como iniciador. U3. sequência única perto da terminação 3'. sequência única perto da terminação 5'.. po/. .3.488 Fundamentos de Genética .1>-1>-y O Retirada do iniciador de RNA e do tRNA. cauda poli(A) sequências gag. DNA 3' R U5 PBS t. env 1 U3 R U5 3 LTR LTR • FIGURA 17. env U3 R 0"'~-y O RNase H degrada o RNA no dúplex de RNA-DNA. As setas tracejadas indicam a direção da síntese de DNA em cada etapa do processo. ____t@ Intermediário? ~ -----. 5' PBS gag po/. R..1=P--.. env 1 U3 R 1 U5 15' .1>-1> O filamento de DNA é estendido. po/. po/. PBS.:.12 Conversão de RNA genômico do HIV em DNA bifilamentar. . U5 ~-----. env An 3' U3 R '\/>. 1 PBS I gag . cod ificadoras de proteínas do HIV. exceto o trato de polipurina. A". env U3 1 R 1 . env U3 R n 0"'~-y O RNase H degrada o RNA genômico em dúplex de RNA-DNA. :1 1• U3 R U5 1 PBS 1 gag po/..-e-nv=~=u-=•i=R=i An RNA genômico 5·. 5' U3 1 R U5 PBS i 3'DNA '\Âf> PBS gag l )-YHibridização da sequência PBS na extremidade 3' com PBS na extremidade 5'. 4-( fA síntese de DNA nas extremidades 3' de ambos os filamentos completa o genoma do DNA do HIV com LTR nas duas extremidades U3 U5 PBS gag . DNA 3' 1 PBS gag . US.~ po/. DNA 3.'. sequência repetida.t====~===•i==i A 3' 5' R U5 PBS gag po/. sítio de ligação do iniciador. env U3 R U5 PBS DNA 3' RNA genômico 5' PBS gag po/...!> PBS R '<JCYHibridização da cópia de DNA da sequência repetida (R) R Intermediário? com a sequência R remanescente do RNA genômico. repetição terminal longa.. DNA 3' 1 PBS ' gag j .:. env 1 U3 1 R U5 PBS ~ 5' 3' ------. env DNA 3' 1 PBS 1 gag 1' U3 R U5 PBS 5' 3'DNA PPT U3 R U5 PBS . A maioria das cepas de componente do envoltório viral.. outro retrotranspóson de Drosüphila. Também foram encontrados elementos semelhantes a 3 '\f>-P Sítio de clivagem retrovírus em Drosüphila. Portanto. de RNA. A trans- lopares de bases. é maior que o elemento capia porque contém um gene semelhante ao gene env 3' 5' de retrovírus. suas LTR têm cerca de 340 pares de ba. GTAA no entanto. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 489 proteína transcriptase reversa/integrase. y ~ O Transcrição reversa do RNA em DNA por uma enzima codificada pelo gene TyB.C. as proteínas gag e pol têm papéis seu genoma. posição de elementos Tyl implica transcrição reversa de RNA (Figura 17.14). • FIGURA 17. Depois. / / Tyl RNA / '\f>-P '<. O elemento gypsy.. e TyB. somente as partículas que contêm RNA gypsy 5' podem deslocar-se através das membranas celulares. ~~C~A~ rrw AATG criando um novo elemento Tyl. o elemento gypsy parece ser um re- 1234 trovírus genuíno. uma transcriptase reversa codificada DNA bifilamentar do HIV pelo gene TyB usa-o como molde para produzir DNA bi- filamentar.. --- --- 1234 DNA bifilamentar da célula hospedeira semelhantes a retrovírus foram encontradas em Drosüphi- 1 Nucleotídiosd7 sequência-alvo de DNA Sítio de clivagem la. Depois que o RNA é sintetizado a par- tir do DNA de Tyl. Um dos primeiros identificados é denominado copia porque produz quantidades copiosas '<lfl' A integrase cliva o DNA do HIV perto da extremidade 3' de cada filamento. Muitas outras famílias de transpósons --- --.9 qui.. a vírus no citoplasma das células de levedura. DNA do HIV DNA celular Tyl DNA CA 1234 / '\f>-P ~~=====--­ 'Gr 1234 --- 4. Nos elementos seme. o DNA recém-sintetizado é transportado r---. O elemento copia é estruturalmente semelhante ao elemento Tyl de levedura... Enzima Proteína transcriptase .13 Integração do DNA bifilamentar do HIV ao DNA cro- 1 1 mossômico da célula hospedeira.JJ. • FIGURA 17. ----. provavelmente nas partículas semelhantes a Sítio de clivagem vírus. com a criação de uma nova cópia do Duplicação do sítio-alvo elemento Tyl . Os elementos copia e gypsy formam partícu- CA las semelhantes a vírus dentro das células de Drosüphila.14 Transposição do elemento Ty1 de levedura. env. extremidades 3' do DNA do HIV.'_. Esse elemento tem aproximadamente 5... pos- Sítio de clivagem sivelmente porque também contêm o produto do gene env de gypsy. ' ' ' '' '' Gene TyA Gene TyB ''.~\l-----3' . mas suas atividades são pouco compreendidas. Os retrovírus ses e isso cria uma duplicação do sítio-alvo de 5 pb após têm um terceiro gene.j-1>-P estrutural reversa 'fl'A integrase cliva o DNA-alvo e une suas extremidades 5' às -.__~1 LTR \ . Y lnsercão do DNA no cromossomo..---~---1 para o núcleo e inserido em algum ponto do genoma.. TyA importantes no processo de transposição.[l TT).. que são homólogos aos genes gag e pol dos retro- Um dos elementos semelhantes a retrovírus mais bem vírus.tA~ CJ.GIT TA NAiJ . Estudos bioquímicos mostraram que os produtos estudados é o transpóson Tyl da levedura Saccharomyces desses dois genes podem formar partículas semelhantes cerevisiae. LTR 1 A--~~A. leveduras tem por volta de 35 cópias do elemento Tyl em lhantes a retrovírus.j-1>-P I G7 Transcrição do I I elemento Tyl para I I / produzir RNA. .. que codifica uma proteína a inserção em um cromossomo. Os elementos Tyl só têm dois genes. retrotranspóson associado ao telômero). Elementos transP-oníveis em seres humanos O genoma humano é povoado por uma diversidade de longos (LINE). ou retrotranspósons não LTR. O principal elemento transponível é um retropóson ccr A transposição de Ll requer a transcrição de um ele- nhecido como Ll.. O genoma huma- em nossa própria espécie. a Drosaphila desenvolveu têm repetições invertidas nem diretas como partes integran. juntos. as sequências transpostas são perdidas por re- dades (telômeros) dos cromossomos.490 Fundamentos de Genética RETROPÓSONS tamento ocorre porque a DNA polimerase só se move em um sentido. PONTOS ESSENCIAIS • Os genomas dos retrovírus são constituídos de RNA unifilamentar que formam três genes: gag (codificação de proteínas estruturais da partícula viral). Robert Levis. mas não a env • Os elementos semelhantes a retrovírus e as formas de DNA de retrovírus inseridas em cromossomos celulares são demarcados por sequências de repetição terminal longa (LTR) • Os retrüpósons não têm LTR. extremidades cromossômicas perdidas. o filamento deficiente produz um dúplex de uma molécula de RNA que é transcrita de maneira re. agora é cleicos.000 e 5. Esses elementos movem-se através de replicação. alongandcros em várias quilobases. son e seus colegas mostraram que esses dois elementos os retropósons integrados apresentam um vestígio de sua transpõem-se preferencialmente para as extremidades origem como transcritos reversos de RNA poliadenilados. ado por uma curta duplicação do síticralvo.15). A' medida que esse processo versa em DNA. Essa sequência é derivada da transcrição re. Cada elemento Ll no elementos cuja transposição ocorre pelo mecanismo de genoma. mas depois há uma nova a função crucial de repor o DNA perdido por replicação transposição para restaurá-los. Os elementos Ll completos têm cerca de 6 kb. que codifica uma proteína de ligação a ácidos nu- Com o sequenciamento do genoma humano. ciclo após ciclo. do síticralvo quando se inserem em um cromossomo.000 elementos Ll completos. um cromossomo torna-se mais curto. que codifica uma proteína com atividades possível avaliar o significado dos elementos transponíveis de endonuclease e transcriptase reversa. no entanto.James Ma- 3' do RNA do retropóson durante sua maturação. elementos transponíveis que. Em Drosaphila. Os dois processos ocorrem . poson. esses elementos Ll incompletos sequenciado).a e vários tipos de ele. são uma classe 3' de um iniciador (Capítulo 10). Portanto. há retropósons especiais nas extremi. Em geral.es têm uma sequência de pares de bases A:T derivada da transcrição reversa de uma cauda poli(A) fixada ao RNA do retropóson • Os retropósons HeT-A eTART são componentes das extrerrddades <:Ws cromossomos de Drosophila. e ORF2. Em vez disso. o cromossomo perde material pelos próprios elementos. no contém entre 3. entre RNA e quando é retirado resta uma região unifilamentar eles os elementos F. G e Ide Drosaphi/. Por fim. mais curto que o original. retropósons (33%) e várias famílias de não têm atividade de transposição. não Para compensar essa perda. que desempenham plicação incompleta do DNA. em uma extremidade e/. geralmente é flanque- "cortar e colar" (3%). Embora criem uma duplicação de sua extremidade. Harald Biessmann. os retropósons incompleta do cromossomo. A cada ciclo de replicação HeT-A e TART têm a importante função de regenerar as do DNA. um mecanismo curioso com a participação de no mínimo tes de suas terminações. contém mais de 500. TART (do inglês. No mínimo 44% do DNA hu. O encur. No próximo ciclo mentos em mamíferos. acrescentando nucleotídios à extremidade Os retropósons. RNA polimerase II e têm duas matrizes abertas de leitura: ORFI. na extremidade do dúplex de DNA. pol (codificação de uma proteí- na transcriptase reversa/integrase) e env (codificação de uma proteína inserida no envoltório lipídico do vírus) • O retrovírus HIV humano infecta células do sistema imune e causa AIDS. são distinguidos por dois retropósons diferentes. Esse elemento pertence a uma classe de mento LI completo em RNA e a transcrição reversa desse sequências conhecidas como elementos nucleares intercalados RNA em DNA (Figura 17. geralmente por uma proteína codificada continua. um denominado HeT-A e o uma sequência homogênea de pares de bases A:T em uma outro. inclusive Além disso. Portanto. dos cromossomos. o iniciador é grande e de distribuição ampla de retrotranspósons. completo ou incompleto.000 elementos Ll trunca- de elementos semelhantes a retrovírus (8% do genoma dos nas extremidades 5'. Mary versa da cauda poli(A) acrescentada perto da extremidade Lou Pardue. mano é derivado de elementos transponíveis. uma doença que pode ser fatal • Os elementos semelhantes a retrovírus têm genes homólogos a gag e pol. representam 44% eles têm um promotor interno que é reconhecido pela de todo o DNA humano. telomere-associated retro trans- extremidade. DNA cromossômico Polipeptídio ORFl 3' 5' . O elemento L1 de aproximadamente 6 kb contém duas matrizes abertas de leitura.P 1.p Citoplasma 5' [ 1[ 1 AAAA3' fl 5' 3' Ribossomo \ ~et 3' 5' 5' 5' 3' 5·_ _ .f j' Poliadenilação do RNA de Ll no núcleo. o RNA de Ll é eliminado..P . 0f>. como molde. O tamanho da nova inserção de L1 dependerá da distância percorrida pela transcriptase reversa ao longo do molde de RNA de L1... O polipeptídio codificado por ORF1 continua associado ao RNA de L1 e pode ser responsável pelo retorno do RNA ao núcleo. Esses polipeptídios continuam associados ao RNA de Ll. AAAA3' cr 0f>. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 491 Núcleo elemento Ll 3' 5' .. TTTTI 5' 0f>. Todos os cortes são reparados para ligar o elemento Ll recém-inserido ao DNA cromossômico. complementar à sequência de Ll. A extremidade 3' do DNA cromossômico cortado serve como iniciador dessa síntese de DNA.f j' O polipeptídio ORF2 exerce sua atividade de transcriptase reversa e sintetiza um filamento simples de DNA usando o RNA de Ll . Primeiro. portanto.1... Em segundo lugar. é uma transcriptase reversa. Se não chegar à extremidade S'. é capaz de sintetizar DNA a partir de um molde de RNA.p O"'Passagem do RNA de Ll poliadenilado para o citoplasma.C . é capaz de clivar os filamentos de DNA.. é uma endonuclease.. transcritas a partir de um promotor comum (P). Inserções incompletas geralmente não têm promotores funcionais e. 10-R-F1"'"" l lio. I ~~~~ o-RF_2.p Um elemento Ll completo inserido em um cromossomo é transcrito em em RNA de Ll... na direção indicada pela seta fina. '\f>.. 0 p>" O O filamento simples de DNA recém-sintetizado encaixa-se entre os dois lados do DNA cromossômico cortado.. .1. lr O polipeptídio ORF2 corta um filamento de uma molécula de DNA cromossômico. '\f>... 0"'p CfO RNA de Ll e seus polipeptídios associados entram no núcleo. 5' 3' DNA cromossômico Nova inserção de Ll 5' [ ] [ ] 3' 5' - ···············AAAA 1 3' 3' 1 . e a extremidade 3' da cauda poli(A} no RNA " de Ll é justaposta ao lado 5' do DNA cortado. Simultaneamente. e o outro filamento de DNA cromossômico é cortado para possibilitar a síntese de um segundo filamento de DNA (linha tracejada}. O polipeptídio codificado por ORF2 tem no mínimo duas funções catalíticas.1. '\f"P 1. • FIGURA 17..15 Mecanismo hipotético de transposição de elementos L1 no genoma humano. portanto.Polipeptídio ORF2 . a inserção será incompleta.. portanto. ORF1 e ORF2.. não produzem RNA de L1 para futuras transposições. 0"'p O"'Tradução do RNA de Ll em dois polipeptídios correspondentes a cada ORF.P 1. PONTOS ESSENCIAIS • O genoma humano tem quatro tipos básicos de el. O sequenciamento de de transposição. participam da evolu- A' medida que percorrem o genoma. ocorrem white. o primeiríssimo alelo mutante de células da linhagem germinativa da prole híbrida. Assim como os LINE e SINE inativos. . parece que a transcnptase reversa necessana futuro sítio de inserção em um cromossomo. esses elementos Ll Embora mais de 100 diferentes famílias de elementos incompletos não terão atividade de transposição. por exemplo. L3 (37. o como todos os retropósons. derivadas de elementos semelhantes a retrovírus. e o produto bifilamentar é integrado de modo enzima que reconhece uma sequência nucleotídica espe- covalente ao cromossomo para criar um novo elemento cífica neles . Os geneticistas exploraram o potencial mutagênico dos transpósons para romper genes. Dois genéticos remanescentes de um tempo em que apresen- outros tipos de sequências LINE. são encontrados no genoma huma. . transposição dos SINE requer a transcrição reversa de um dos a ele quando volta ao núcleo. Na natureza. e é incapaz de gerar maioria dessas sequências é constituída de LTR solitárias. apenas algumas parecem ter apresentado Ll completos foram descobertas pela análise de indiví. A maioria desses elementos tem me. SINE.. L2 (315. os elementos P herdados do pai tomam-se extremamente os do gene white são produzidos por inserções de trans. As vezes a região 5' do RNA de Ll não é copiada em O genoma humano tem mais de 400. RNA transcrito a partir de um promotor interno. aspecto.. atividade de transposição na história recente da evolu- duos com doenças genéticas como hemofilia e distrofia ção.. A' medida que há transposição desses elementos nas pósons. que os transposons sao mutágenos intr1nsecos naturais. Então. el..ementos transponíveis: UNE. antes da transcrição reversa. Embo- cado por ORF2 tem função de endonuclease que catalisa ra não se compreendam bem os detalhes do processo de a clivagem de um filamento do dúplex de DNA em um . as mutações espontâneas são conse. . ' Ll..492 Fundamentos de Genética no núcleo. descoberto por T. a ex. ativos. Na verdade. eles têm uma sequência de RNA de Ll atravessa o citoplasma.. outros transpósons humanos parecem ser inativos. . Desse modo. Si nificado enético e evolutivo dos elementos transponíveis Os elementos transponíveis são usados como instrumen. . Todos os dados disponíveis in- genoma humano. Ll recém-sintetizado é duplicado por síntese adicional somente os elementos Alu.. eles podem ser considerados retropósons que são tídio ORF2. Assim.. MIR e Ther2/MIR3.ementos semelhantes a retrovírus e transpósons de "cortar e colar" • O LINE LI e o SINE Alu têm atividade de transposição. . muitos alelos mutantes espontâne. No entanto. w1.000 cópias) e tavam atividade de transposição.. Morgan. H.que recebem o nome de uma de DNA. Quando isso acontece. bem como alguns da classe mais abundante de elementos transponíveis no outros tipos de elementos. Entretanto.. fêmeas de cepas M produzem híbridos disgênicos nos quais sophila. tos P de Drosophila. o que inclui o promotor. ma como Ll. A raridade desses casos sugere que a frequência sequências semelhantes a retrovírus humanas são fósseis da transposição de Ll em seres humanos é baixa. Em Dro. causam mutação de ção do genoma.. transpos1çao. Essas observações sugerem . os elementos Alu. te com os elementos Ac/Ds do milho.têm atividade de transposição.000 sequências DNA.. O genoma humano contém três famílias de dio ORF2 introduziu um corte unifilamentar. A quências 5'. genes e quebram cromossomos. para a síntese de DNA a partir do RNA do SINE é forneci- tremidade 3' desse filamento de DNA clivado atua como da por um elemento tipo UNE. RNA por transcrição comum. é sintetizada uma sequência de parasitos dos retropósons autênticos e de função autôno- DNA de Ll no ponto do cromossomo em que o polipeptí.000 cópias). no entanto. onde é traduzido em pares de bases A:T em uma extremidade. os SINE dependem iniciador da síntese de DNA usando o RNA de Ll romo dos LINE para se multiplicar e inserir no genoma. O polipeptídio codifi. nenhum desses elementos tem atividade componente do genoma humano. Nesse molde e a atividade de transcriptase reversa do polipep. tos pelos geneticistas. Assim de transposição há milhões de anos. a inserção de Ll não tem se. Os transpósons de "cortar e colar" são um pequeno no. dicam que esses tipos de transpósons não têm atividade nos de 400 pares de bases e não codifica proteínas. Cruzamentos entre machos de cepas P e quência da atividade do elemento transponível.. A mutagênese por transpó- TRANSPÓSONS COMO MUTÁGENOS son iniciou-se nas décadas de 1970 e 1980 com os elemen- Com frequência. . quase todas as muscular. . foi produzido por mutações que podem ser recuperadas pelo cruzamento . O processo de polipeptídios que aparentemente permanecem associa. DNA identificou dois elementos que têm relação distan- Os elementos nucleares intercalados curtos (SINE) são a segun. O DNA de SINE. Assim. . uma inserção de transpóson. semelhantes a retrovírus tenham sido identificadas no As cópias transpostas de determinados elemento DNA humano. ' ' ' '' \ . Muller (Capítulo 13) ção sugere que os transpósons poderiam ser usados para para recuperar mutações letais recessivas induzidas por P deslocar diferentes tipos de genes no genoma .' '' incompleto \ I '' ' DNA exógeno . codifica a enzima xantina desidrogenase. organismos . incompleto de seu plasmídio...a. Essas ideias inspiraram Gerald Rubin e Allan Spra- dongos e vários vegetais. plasmídio..-- Cromossomo ~·--. Vamos designar esse elemento recom- binante de P(ry+). Como caso de teste.têm olhos castanhos. Em seguida..A.:. escolheram um dos muitos genes que determinam a cor ção pela inserção de um elemento transponível é "marca.. (símbolo ry). . mutações nos genomas de nematódeos. Portanto. Também se- ticistas obtiveram inserções do elemento P em uma grande ria possível usar transpósons para transferir genes entre parcela dos genes no genoma de Drosophil. por não estão relacionados com a transposição... eles de induzir mutações porque um gene que sofreu muta. os genes tornam-se carga do transpóson. ].. . Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 493 apropriado dos híbridos.isto é. Seguindo essa estratégia geral. Em outro plasmídio.. a mutagênese por marcação por transpóson é lhos.. homozigotas para o alelo selvagem ry+ têm olhos verme- son.A.por exemplo. Essa observa- exemplo.' ' ·~ene da transposase: ' ' ry+ . eles clonaram um COM TRANSPÓSONS elemento P completo capaz de codificar a transposase Alguns transpósons bacterianos . camun. O DNA exógeno inserido entre terminações do elemen- to Pé integrado ao genoma por meio da ação de uma transposase codificada pelo elemento P completo.16). As moscas com esse DNA em seus genomas podem ser propagadas em culturas de laboratório... Transpo Transpo ~ ) .16 Transformação genética de Drosophila usando vetores do elemento P.... denominado rosy do" com uma sequência de DNA conhecida.A. Esse gene. de. '\Àfl ((. Rubin e Spradling usaram técnicas de recombina- uma técnica genética de referência. mutantes ry de uma grande mistura heterogênea de DNA usando homozigotos . Rubin e Spradling então injetaram uma pósons compostos e Tn3 .Elemento P completo -...têm a excisão do elemento P olhos castanhos (rosy).. -----.... .>--~ \ ' ' \ '' ' \ ' I \ . • FIGURA 17...C:Í Mistura dos dois plasmídios em solução. Cromossomo no embrião !---:?--.. As elemento P completo catalisa germinativa do embrião.. os trans. moscas com mutação ry. esse gene produz olhos vermelhos.na verda- no cromossomo X. a transposase do em um cromossomo na linhagem Drosophila mutante ry-._ / erminações d + lemento P Plasmídio Plasmídio cr .7 Inserção do elemento P excisado plasmídios em um embrião de embrião.fl .. dos olhos em Drosophila.Vetor de elemento P -. Em moscas. ção do DNA para inserir o gene ry+ em um elemento P incompleto que fora clonado em um plasmídio bacteria- TRANSFORMAÇÃO GENÉTICA no (Figura 17. Mistura de dois plasmídios '. O inserto também contém um gene para cor dos olhos (ry+) como marcador. A mutagênese com transpósons dling a investigar se um transpóson poderia levar um tem uma vantagem em relação aos métodos tradicionais gene clonado a um organismo.. ao passo que moscas uma sonda derivada de uma versão clonada do transpó. . o marcador transpóson pode ser usado para isolar o gene As moscas que não têm essa enzima ..fl Inserção do DNA exógeno em um elemento P incompleto em . usar a técnica ClB de H. peixes.isto é. Um pesquisador poderia. os gene. para transformar um organismo com Outros tipos de transpósons foram usados para induzir DNA obtido de outro organismo..levam genes cujos produtos mistura dos dois plasmídios em embriões de Drosophila .fl 0 />.fl 0-Y Microinjeção da mistura de 'ff Na linhagem germinativa do (.. do elemento P.fl 'fj' Inserção de um elemento P completo em outro plasmídio.A.. Por exemplo.br.ou seja. de fre nte um para o outro foram implicados na formação de rearranjos cromossô. e o outro está entre os genes E e F. Em Drosophila. Na prole. e um elemei1to P completo serve • Formação de uma deleção por recombinação intra- FIGURA 17. um transpóson está localizado entre os Alguns dados. Praticamente o segmento entre eles será deletado (Figura 17. eles haviam . Algumas regiões genômicas são especialmente ricas em sequências de transpósons. por trai1sposoi1s.494 Fundamentos de Genética homozigotos para um alelo ry mutante.rol. porém. Na Região deletada do cromossomo 0"'~-y ''erdade. ~ . principalmente de estudos citológicos genes 8 e C. localizados em diferentes cromossomos.ram A B C D E F G que a transposase produzida pelo elemento P completo catalisasse o salto do elemento incompleto de seu plas. Cada cromátide tem dois transpó- transpósoi1 Sleeping Beauty do salmão tem boa atividade soi1s vizinhos no mesmo sentido.17 como foi1te de trai1sposase necessária para inserir o vetor cromossômica entre dois transpósons no mesmo sentido.com. pode expan- dir ou contrair uma região do genoma. to.isto é. nos quais da em uma cromátide emparelhou-se com o transpóson à está sendo desen. / termo vetor provém do latim e significa "o que leva". No entai1. "'"'p ~-Y O cromossomo forma uma mídio para os cromossomos da linhagem germinativa e alça para que possa haver levasse o gei1e ry+como carga. Se houver pare- com Drosophila feitos por Johng Lim. ii1clusive em seres humanos. Vários transpósons de Drosophila depende da posição dos transpósons.retores de transformação em outras espécies.. Muitos desses trai1spó- sons. segu ido de um crossing over. emparelhados produz duas cromátides com alterações pia genica. O transpósoi1 à esquer- em vertebrados. estruturais. uma não tem o segmento entre os dois trans- pósons e a outra tem uma cópia extra desse segmento. pareamento dos transpósons . e algui1s parecem rearranjar os cromossomos com ~ Leia a resposta do problema no site alta frequência. geneticamente. será a ordem dos genes no cromossomo resu ltante? A resposta trutura do cromossomo..ra! Rearranjos cromossômicos mediados / . A A análise molecular subsequente demonstrou que essas moscas de olhos vermelhos tinham o elemento P(ry+ ).18 pósoi1 piggyBac de uma mariposa pode servir como ''e. é o equivalente por transpósons a estarem "mortos". Eles espera. Portanto.riam corrigido a cor dos D I I O A recombinação entre os olhos do mutante pela inserção de uma cópia do gene I / transpósons pareados rosy selvagem no gei1oma da mosca . ou apontando em sent idos contrários? micos. e o cipam do crossing over. transformado geneticamente moscas mutantes com DNA de moscas de tipo selvagem. nos cromossomos do embrião que recebe a injeção._ _. analisamos um caso em que duas cromátides-irmãs parti- tor de transformação em muitas espécies diferentes. pode explorar as consequências do crossing over entre por fim. inserida no ai1imal. ei1tre transpósoi1s homólogos localizados em diferei1tes . por exemplo. o trans.rido como possível agei1te para tera. A ordem dos genes no cromosso- degei1erados.. to dos animais que receberam a irtjeção.grupogen. leva um fragmei1to de DNA ao genoma. A B F G A técnica desenvolvida por Rubin e Spradling agora é usada rotineiramente para transformar Drosophila com Cromossomo com deleção da região C D E DNA cloi1ado. qual elementos transponíveis participam da evolução da es. Na Figura 17. sofreram mutação até o ponto em que não Rearranjos cromossômicos mediados podem ser mobilizados. Rubin e Spra- dlii1g cruzaram-i1os com moscas mutantes ry. os geneticistas identificaram vários transpósons que Também pode haver crossing over entre transpósons podem ser usados em seu lugar. Depois do amadurecimei1. Se houver pareamento e usado nesse contexto porque o elemento P incompleto crossing over de dois transpósoi1s de sei1tidos idênticos. os transpósoi1s são concentrados na heterocromatina cêntrica e na heterocromatina contígua à eucromatii1a de cada braço do cromossomo. Um crossing over ei1tre esses transpósons . / deleta a região interposta. Rubin e Spradling ha. E posições em um cromossomo. Um elemento P ii1completo serve como vetor de transformação. O TRANSPÓSONS E ORGANIZAÇÃO crossing over entre transpósons vizinhos pode duplicar ou DO GENOMA deletar segmentos cromossômicos . mo é A 8 C D E F G. Você qualquer sequência de DNA pode ser posta i1o vetor e.. Um mecai1ismo possível é o crossing over http://gen-io.17). dois transpósoi1s em sentidos opostos em um cromos- Infelizmente. os elementos P não são eficazes como somo em Resol. sugerem que os amento dos dois transpósons. a heterocromatina parece Suponha que um cromossomo tenha duas cópias de um trans- ser um tipo de cemitério com elementos transponíveis póson em sentidos opostos. G eles encontraram muitas moscas de olhos vermelhos.. O .. direita na outra. herança pater11a nos tecidos de linhagem germina- sase codificada por um elemento A c atua sobre ele. 4. e a recombinação mediada por transpóson produz um Cromossomo com cromossomo com uma região deletada deleção e outro com uma duplicação. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. brancos X machos de olhos brancos. (b) machos de olhos bran- ge11e da transposase. elementos semelhantes a retrovírus e re- 3. Indique as posições de (a) machos de tipo selvagem. (d) fêmeas de tipo selvagem X machos de tipo selvagem? Resposta: Repetições Resposta: (a) fêmeas de olhos brancos X macl1os de tipo invertidas selvagem. PONTOS ESSENCIAIS • Os transpósons são usados em pesquisa genética para induzir mutações • Os transpósons são usados como vetores para mover o DNA dentro dos genomas e entre g-enomas • O crossing over entre transpósons pareados pode criar rearranjos cromossômicos. (c) fêmeas de olhos minais e ( c) duplicação do sítio-alvo. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 495 Cromossomo com dois tran spósons vizinhos no mesmo sentido 0""' G7° Replicação do cromossmo para formar duas cromátides-irmãs. (b) repetições i11vertidas ter. com co11sequente disge11esia híbrida. tiva da prole. tropósons? um estoque antigo do laboratório com olhos bran- cos. No entanto. enzima (tra11scriptase reversa) que catalisa a trans- . Um geneticista tem duas cepas de Drosophila. Quais são as semelhanças e as diferenças e11 tre re- trovírus. a outra. Além disso. As fêmeas de olhos brancos não têm ele- terminais Gene da transposase mentos Pem seus genomas e também são incapazes /_ de produzir e transmitir os piRNA que poderiam ~ reprimir os elementos P na li11hagem germinativa ~/ da prole. Resposta: Os três tipos de retroelementos usam transcri- rivada de moscas de tipo selvagem coletadas em um ção reversa para i11serir cópias de DNA de seu RNA mercado de frutas. Assim. Portanto. rece11temente de. cos X fêmeas de tipo selvagem. Uma. a prole her- bilizar um elemento Ds inserido em um braço do da elementos Pdo pai e i1ão herda a capacidade de cromossomo? reprimir esses elementos da mãe. Que fator tem de estar presente i10 milho para mo. Desenhe um elemento IS bacteriano inserido em le híbrida disgê11ica: (a) fêmeas de olhos bra11cos X um plasmídio circular. e também são capazes de de sítio-alvo Plasmídio produzir piRNA repressores. qua11do os machos de tipo selvagem são 2. a Qual dos cruzamentos a seguir deveria produzir pro. os piRNA não são tra11smitidos à prole pelos espermatozoi- des. Essa combinação de fatores possibilita a ativação de elementos P de Resposta: O elemento Ds é mobilizado quando a transpo. cruzados com fêmeas de olhos brancos. • FIGURA 17. é preciso que haja um eleme11to A c em algum ponto do genoma do milho. i1ão tem elementos P.18 Origem de duplicações e deteções por crossing over desigual mediado por transpóson entre cromátides-irmãs. Cromossomo com região duplicada ((9 -v das Há pareamento desigual cromátides-irmãs. tem elementos Pem seu genoma. em i1ovos sítios no genoma da célula. Os machos de tipo selvagem têm elemen- Duplicação tos P em seus genomas. diferente. na verdade. Representa aproximada- citoplasma. a enzima que catalisa ponto que constituem 11 % do DNA huma110 .comprimento insuficiente para codificar não receberam injeção. no. ocorre 110 genoma humano? núcleo. enqua11to nos retropósons. os eleme11tos Alit acumularam-se a tal produziria a transposase P. que podem sair da mossomo? célula. Se esse eleme11to P incompleto tra11scriptase reversa codificada por Alu? fosse mobilizado pela transposase para saltar de seu Resposta: Os eleme11 tos Alit podem ter "tomado empres- plasmídio para os cromossomos do embrião que re. porta11to. para si11tetizar o DNA de Alu. que.rolvidos a partir des. tado" os serviços de uma transcriptase reversa co- cebeu a injeção. nas li11hage11s ger. Ver Figura 17. como tem eleme11to P incompleto contido em um plasmídio. Como Resposta: Os dois transpóso11s precisariam ter o mesmo nem os elementos semelhantes a retrovírus nem os sentido. paz de se ligar ao RNA de Alu. que parece se ligar ao RNA do retropóson 6. seu RNA não do por recombinação excisaria o material cromos- pode ser empacotado para saída da célula. mas. Nos retrovírus e eleme11tos semelhantes - tro. Essa capacidade de saída requer uma proteí- na codificada pelo gene eriv no ge11oma virai. nao. Como dois transpósons da mesma família pode- e transportá-la até o núcleo. de olhos brancos que não recebeu inj eção. Resposta: O LINE conhecido como LI é o tra11spóson tagem de vírus ou partículas semelhantes a vírus 110 humano mais abu11dante. Portanto. Cada retropóson Alu tem cerca de 300 pares de quando cruzados com moscas de olhos brancos que bases . Se a o acúmulo de tantas cópias do eleme11to Aluno ge- mosca tra11sformada fosse cruzada com uma mosca noma huma110. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. os eleme11tos semelha11tes are- elementos. (O movime11.17. ou a transcriptase reversa codificada por algum para os cromossomos das células somáticas.) Essa mosca geneti.rel é mais abundante no citoplasma. white. Uma cópia do gene de olhos brancos de tipo selva. a mosca desenvolvida a partirdes. um gene white de tipo selvagem. transcriptase reversa e pelo menos mais um poli- to do elemento Pé limitado à linhagem germinati. Explique a origem dessa prole de olhos conversão de RNA do Aluem DNA do Alu duran- vermelhos. Todos os adultos desen.talvez outro LINE . de 1 milhão de cópias.forca- aquelas que formam o olho.mais a transposição do eleme11to P. Os retropósons codificam uma proteína mente 17% de todo o DNA humano. 011de P(w+) designa o elemento Pincompleto grado depois ao DNA cromossômico. levaria ao desenvol- O plasmídio foi misturado a outro plasmídio que vime11to de oll1os vermelhos. Que elemento transpo11í. O RNA do retrovírus é riam causar deleção do DNA entre eles em um cro- empacotado em partículas virais. sômico entre eles. . te o processo de retrotransposição. então é admissível camente transformada teria. O elemento P ca dos elementos Alit poderia ter ocorrido durante incompleto 110 outro plasmídio seria um al''º para a história evolutiva da linhagem humana sem uma essa transposase. Os retrovírus e eleme11tos semelhantes a re- trovírus codificam outra proteína que atua na mon. o genóti. cujo tamanho é suficiente para codificar uma cópia do ge11e whitede tipo selvagem. O pareamento e11tre os tra11spósons segui- retropósons transportam um gene env. a prole de continha um elemento P completo. Os retro. / / a retrovírus.rirus e os retroposons. P( w+) ou w /Y. A repetição que co11tém o gene w+. que poderia ser i11te- P( w+).496 Fundamentos de Genética crição re. peptídio. e a mistura foi olhos vermelhos é consequência da transformação cuidadosamente injetada em embriões de Drosophila genética de uma mosca de olhos brancos mutante homozigotos para uma mutação nula ( w-) do gene pelo ge11e w+ no elemento P incompleto. como outro retrotranspóson . parte da prole tinha olhos uma transcriptase reversa que poderia catalisar a vermelhos. que a tra11scriptase reversa possa usar o RNA de Alu po da li11hagem germi11ativa w-/w. a transcrição reversa do RNA ocorre 110 5. O elemento Alu é um dos SINE do ge11oma huma- ses embriões injetados tinham olhos brancos. Se a transcriptase reversa codificada por va. dificada por outro retropóson como o elemento se embrião teria em sua linhagem germinativa uma LI. Como essa expa11são drásti- minativas dos embriões injetados. Apesar dessa Resposta: O elemento P completo em um dos plasmídios deficiência. parte de gem ( w+) de Drosophila foi i11serida 110 meio de um sua prole herdaria a inserção P( w+).rersa é codificada por todos esses tipos de ''Írus são i11fecciosos. o elemento P incompleto 11ão saltaria LI. 2. Esse elemento poderia ser desse processo durante a evolução poderia explicar inserido em qualquer um dos cromossomos. 17. três genes de resistência a antibióticos. to no plasmídio F.) Uma técnica mais simples é amplificar partes da sequência codifica- Resposta: Um geneticista molecular teria ''ários mecanis. As duas cepas foram cultivadas por para uma no''ª localização no cromossomo de juntas e plaqueadas em meio seletivo conte11do E. Durante a conjugação. coli é resistente ao antibiótico es.re amplificar um segmento do gene em gel e submetido a blotting com uma membrana factor VIII Os tamanhos dos produtos da PCR po- de ligação ao DNA. Essa comparação deve mostrar a presença que uma mutação em um homem hemofílico é de uma inserção no gene mutante.1 Qual dos pares de sequências de D NA a seguir po. fracionado por tama11ho por eletroforese iniciadores de. na qual o* indica a união metabolizar alguns açúcares. Pela análise dos tama11hos dos fragmentos 300 pares de bases. deve ser deria ser identificada definitivamente por sequen- possível co11struir um mapa de restrição do ge11e ciamento do DNA do produto da PCR maior que muta11te e compará-lo a um mapa de um ge11e 11ão o normal.4 O que distingue eleme11tos IS e TnJ em bactérias? to de um eleme11to IS2 no cromossomo de E. O DNA ge11ômico do hemofílico pode. Explique. cada uma delas seme- ria ser digerido com diferentes endonucleases de ada com DNA molde do hemofílico. de restrição específica. Cada par de restrição. Seria possível excisar IS50R do giram. A suposta i11serção de Alu po- de DNA que se hibridizam com as sondas. Sugira um mecanis- do cromossomo? IS50L seria capaz de fazer isso? mo que explique a aquisição de resistência dupla. um elemento ISlfoi inserido per- 17 . Explique a origem dessas duas cepas Hfr. Uma técnica é o Southern blot codificadora poderiam ser usados em uma série do genoma. uma e11tre os genes Ce D. que poderia ser uma . coli. (Os quência codificadora do gene ligado ao X para o elementos Alit são clivados por uma endonuclease fator VIII. enquanto a outra os transfere na ordem D C 17 . outra entre os genes deria ser qualificado como repetições terminais de D e E. Duas cepas Hfr foram obtidas (a) 5'-GAATCCGCA-3' e 5'-ACGCCTAAG-3' por seleção de integração do plasmídio F ao cro- (b) 5'-GAATCCGCA-3' e 5'-CTTAGGCGT-3' mossomo. de reações de amplificação. completa IS50L kan. apenas IS50R produz a transposase com atividade catalítica. Por que elas transferem os genes em ordens deria ser qualificado como duplicações de sítio-ai- diferentes? A ordem de transferência dá alguma ''º no ponto de uma inserção IS50? Explique. coli? (e) 5'-AATTCGCGT-3' e 5'-TTAAGCGCA-3' 17. bút str IS50R pode se trans- tico ampicilina. sitg+.6 O tra11spóso11 composto Tn5 é co11stituído de dois (d) 5'-AATTCGCGT-3' e 5'-ACGCGAATT-3' elementos IS50. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 497 3. Os fragmentos de DNA ligados deriam ser verificados por eletroforese em gel. gulação sanguínea eficiente em seres huma11os? das enzimas usadas na análise. Que técnicas poderiam ser usadas para demonstrar mutante. Avaliação adicional 17 . coli. indicando que as células haviam adquirido tra11spóson composto Tn5 e inseri-lo em outra parte resistência aos dois antibióticos. uma das proteínas necessárias para a coa. . Também pode- causada pela inserção de um elemento Aluna se. A unidade treptomicina. e outra cepa é resiste11te ao antibió. dos dois elementos IS50 nesse estreptomici11a e ampicili11a. um de cada lado de um grupo de 17. A unidade ISJ sug+ das extremidades do cromossomo. dora do gene jactor VIII usando a reação em cadeia mos para mostrar que o gene mutante para hemofi.2 Qual dos pares de sequências de D NA a seguir po. uma cepa trans- (e) 5'-GAATCCGCA-3' e 5'-GAATCCGCA-3' fere os genes cromossômicos na ordem D E F G H (d) 5'-GAATCCGCA-3' e 5'-TGCGGATTC-3' A B C. mo. Os pares de iniciadores posi- lia é causado por uma inserção de Aluna sequência cionados apropriadamente ao 1011go da sequê11cia codificadora do gene. 17 . Duas cópias de IS2 comporta-se como um transpóso11 composto? um elemento IS estão localizadas nesse cromosso. ria revelar a identidade da sequência inserida.5 A ordem circular de ge11es 110 cromossomo de E. Várias colô11ias sur. Alu I. informação sobre a orientação dos elementos IS (a) 5'-AATTCGCGT-3' e 5'-AATTCGCGT-3' (b) 5'-AATTCGCGT-3' e 5'-TGCGCTTAA-3' 110 cromossomo de E. No entanto. . da polimerase (PCR). A poderiam ser 11ibridizados com sondas de DNA inserção de Aluem determinado segme11to do gene marcadas produzidas a partir de um gene factor VIII aumentaria o tamanho desse segmento em cerca de clonado.. determi11a a capacidade de coli é* ABC D E F G 1-I*. B A H G F E. Também há uma cópia única desse elemen- um elemento IS bacteriano? Explique.3 Uma cepa de E. tra11spóson.7 Acidentalmente. O gene entre eles. No entanto. como mosquitos. são transpostos para os cromossomos da linhagem cessivo. Uma mutação recessiva recém-iden.19 Quando injetados em embriões de uma cepa M.13 Na condição homozigota. Qual uniformes. o alelo recessivo bz (bronze) produz uma 17 . Drosophila medeiam recombinação intracromos- te. controla a textura do endosperma.16 O locus singed ligado ao X é um dos vários em ça de matriz de leitura no início do gene tnpA seria Drosophila que controla a formação de cerdas na capaz de formar um cointegrado? Um elemento cutícula da mosca adulta. Esse elemento pode ser ativado lhantes a retrovírus. grãos brancos com listras roxas. 02. 17. renaturados e exa- tificada do wcus e. o gene 02.21 As vezes cópias solitárias do LTR de elementos sobre fundo incolor. Em uma cepa C1 homozigota. espera-se que ele seja excisado? do alelo C1 por quebra do cromossomo.18 Se o DNA de uma mutação por inserção de ele- ção do locus e. somente as plantas com en- dosperma rígido apresentam áreas de tecido co. Bz. o alelo selvagem dominante. um elemento trovírus em levedura e Drosophila. um recessivo. e/e? mossomo no genoma de Drosophila. e algumas 17. 17. com frequência de tamanho muito re- mar um cointegrado? duzido. que produz endosperma macio.20 (a) O que são elementos semelhantes a retrovírus? colorido. Várias mutações por inserção de elemento P do wcus singed foram caracterizadas.11 Qual é a importância médica dos transpósons bac- 17. e um dominante. genoma. 17 . há pareamento e recombinação bz foram fertilizadas por pólen de uma planta de dois elementos hobo no mesmo cromossomo.12 Descreva a estrutura do transpóson Ac no milho. 17. retorcidas. essa perda produz áreas de tecido colorido 17. mas o cru. e um germinativa.1 O Que enzimas são necessárias para transposição re- são revertidas ao alelo selvagem por excisão do plicativa de Tn3? Quais são suas respectivas fun- elemento inserido. (d) Após a inserção de um por introdução de um elemento Ac por cruza- elemento semelhante a retrovírus em um cromos- mentos apropriados.9 Um elemento Tn3 com uma mutação por mudan. elemento P. tem fenótipo idêntico ao da minados ao microscópio eletrônico. cepa com o genótipo o2/o2.22 Você esperaria que os genes em um retrotranspó- também tem um elemento Ac em algum local do son tivessem íntrons? Explique. Como você tiraria vantagem dessa si- Quais as diferenças estruturais e funcionais entre tuação para obter mutações por inserção de ele- os transpósons Ds e o transpóson Ac? mento P no cromossomo X? 17.14 No milho. que possibilita o endosperma 17. a natureza da transposição do elemento Pr los.15 No milho. A ativação de Ds causa perda somo. O que essa incapacidade de se inserir dominante.23 Sugira um método para determinar se o retropó- lorido. (c) Descreva o Ds é inserido no cromossomo 9 entre o gene C mecanismo de transposição dos elementos seme- e o centrômero.ou seja.498 Fundamentos de Genética 17. produz um gene white de tipo selvagem fossem purifica- grãos roxos. O sabugo tinha grãos escuros Tn5 cuja estrutura é IS50L str blr! kanr IS50L. misturados. 17. que inibe a colora- (b) Dê exemplos de elementos semelhantes a re- ção. não gene no cromossomo 7 tem dois alelos. e a prole ção mais provável para a mutação cm? originada desses embriões pode ser usada para 17.8 Um pesquisador encontrou um novo elemento homozigota Bz/Bz. e. C1 Ds/C1 Ds com uma Como poderiam se originar esses LTR solitários? cepa com o genótipo 02/o2. P completos são injetados em embriões de insetos localizado no cromossomo 9. aparência das moléculas de DNA híbrido? zamento de plantas cmcm e cncn produz plantas de 17. quando elementos 7. e/e. e o gene e. é a origem mais provável desse elemento? Sugira uma explicação. produz grãos incolores (brancos) mento P do gene white de Drosophila e o DNA de no milho. desnaturados. O que isso informa sobre a localização do son TART está situado nos telômeros de cada cro- elemento Ac na cepa 02/o2. e. nos cromossomos de outros insetos indicaria sobre O gene no cromossomo 9 também tem dois ale. qual é a explica- cromossomos da linhagem germinativa. O . Em grãos ~ C1/ e/e. qual seria a mutação por deleção (grãos brancos). cm. Que condições são necessárias ções? para que ocorram essas reversões? 17. O que não têm esses elementos. à exceção de alguns com pontos claros. uma mutação por dele. dos. Os machos hemizigotos Tn3 com uma mutação por mudança de matriz de para um alelo singed mutante têm cerdas curvas e leitura no início do gene tnpR seria capaz de for.24 Propôs-se que os elementos transponíveis hobo em cor mais clara da aleurona que o alelo dominan. que produz endosperma rígido. Essa última cepa 17 . um re.Já que se sabe que os elementos P completos são transpostos para os as plantas cncn têm elementos Ac. controla sua cor. Na prole. localizado no cromossomo criar novas cepas P. As espigas em uma planta homozigota bz/ sômica .17 Os híbridos disgênicos em Drosophila têm alta taxa terianos? de mutação em consequência da transposição do 17. cn. C1. Um geneticista cruza uma Ty1 são encontradas em cromossomos de levedura. o2. 28 O genoma humano contém cerca de 5. talítica de sua transposase.e. Copie a primeira linha de nucleotídios da sequência sources: Flybase ~ Fi'les ~ Transposons (Dmel) ~ P-el.000 "pseu- as evidências acumuladas sugerem que a grande dogenes processados". 3. Ivics. Observe o comprimento da a inserção e que gene está próximo? Que fenótipo está duplicação e sua sequência. Em que cromossomo ocorre Pé inserido no genoma. Genômica na Web em http://www. Clique em "repeat region (P e'lement)" para encontrar a que a inserção do elemento P produzisse um fenótipo sequência de 2.nlm. Como faria para obter camundongos ou neas em Drosophila é causada por inserções de ele.gov Eis um caminho até a sequência de um elemento P com. Capítulo 17 1 Elementos Genéticos Transponíveis 499 que essa recombinação produziria se os elementos como agente da transformação genética de verte- hobo tivessem o mesmo sentido no cromossomo? E brados como camundongos e peixe-zebra (e pos- se tivessem sentidos opostos? sivelmente de seres humanos). repetições invertidas terminais. Esses pesquisadores alteraram 12 códons humano? Poderíamos esperar que o número de na sequência codificadora do gene de transposase cópias de cada tipo de pseudogene processado au- do elemento salmão para restaurar a atividade ca.25 Que evidência sugere que alguns elementos trans- para a proteína fluorescente verde (gfp) inserido poníveis não são simples parasitos genéticos? entre as extremidades de um elemento S'leeping 17 . peixes-zebras que expressem o gene gfp? mento transponível. Clique em "repeat region (direct repeat)" para encontrar a (apague os espaços entre segmentos de 10 nucleotí- duplicação do sítio-alvo criada quando esse elemento dios ao fazer sua busca). 17. porém. derivados da inserção de maioria das mutações espontâneas não é causada cópias de DNA de moléculas de mRNA derivadas por inserções de transpósons. Observe a sequência. Genomic biology ~ Insects ~ Drosophila melanogaster~ R. Proponha uma hi- de muitos genes diferentes. os primeiros e os últimos 31 pares de bases são as pleto inserido no DNA genômico de Drosophila melanogaster.ement ~ completa (DNA genômico mais elemento P inserido) Sequence Accession ~ X06779. Suponha que você tem um plasmídio bacteriano que contém o gene 17. Hackett "ressuscitaram" um que cada tipo de pseudogene processado fundasse elemento transponível imóvel isolado do DNA de uma nova família de retrotranspósons no genoma salmão.nih.ncbi. está sendo testado lia Alu? Explique suas respostas. associado a mutações nesse gene? Poderíamos esperar 2. Z. como aconteceu com o número de cópias da famí- denominado S'leeping Beauty. Qual é a estrutura pótese para explicar essa diferença.27 Z. B. Beauty. melanogaster 1. mutante? . O elemento alterado. prevista desses pseudogenes? Poderíamos esperar 17 . e use a função BlAST na aba Tools do site Flybase para localizar essa sequência no genoma de D. to P. mentasse significativamente ao longo da evolução.907 pares de bases do próprio elemen. Izsvák e P. Em seres humanos.26 Aproximadamente metade das mutações espontâ. No entanto. Twort. era capaz de atraves- sar um filtro de porcelana que retinha todas as bactérias conhecidas. gên ica.. Ele escreveu o se- Controle positivo e negativo da guinte relato de um de seus experimentos: ". Na mesma época. que ontem estava em estado grave. Em 1915. F.. examinaremos alguns desses mecanismos. Neste capítulo. d'Hérelle continuou a estudar os agentes submicroscópicos que destruíram a Shigella. durante a noite. Além disso. em um lampejo. coli 1 Repressão e curado. expressao genica . d'Hérelle publicou os resultados e denom inou os agen- tes bactericidas submicroscópicos de bacteriófagos {do grego.. The Bacteriophage. pela terapia com bacteriófagos. observou manchas transparentes no tapete de bactérias. excretavam suspen. Os gafanhotos infectados trouxe novas luzes para os mecanismos de regulação da expressão apresentavam diarreia grave e. Micrografia eletrônica colorizada de bacteriófago lambda. antes de morrer. Frederick W. Todavia. um vírus filtrável. onde estudou uma epidemia de disenteria bacteriana que se alastrava nas un ida- des militares baseadas na França. investigando uma doença bacteriana que dizima. Infelizmente. na verdade. 1949. . No seu intestino.. talvez até mesmo erradicadas. atenuação sua condição havia melhorado muito e ele começava a con- Regulação da expressão gênica por valescer" (d'Hérelle. d'Hérelle voltou ao Instituto Pasteur de Paris. um bacteriologista médico inglês. mas Óperons 1 Unidades de expressão gênica um vírus que parasita bactérias . logo foi demonstrado que essa O sonho de d'Hérelle de tratar a forma simples de terapia com bacteriófagos não é eficaz no trata- mento de infecções bacterianas porque. prova- de regulação coordenada velmente o mesmo aconteceu durante a noite com o homem Óperon lactose em E. Na verdade.a genética microbiana . Ao estudar as bactérias das fezes dos gafanhotos. 'Se isso for verdade. A • eu havia compreendido: a causa das manchas transparentes era.. na 1 Guerra Mundial. . d'Hérelle observou manchas circulares transparentes nas culturas bacterianas em ágar. os bacilos da disenteria dissolveram-se sob a ação desse parasito.. Na verdade.. coli ! Indução e doente._ ao ressao A e en1ca em rocariotos PANORAMA Expressão de genes constitutivos. muitas vezes. induzíveis e repressíveis Enquanto isso. ele demonstrou que qualquer que fosse o causador da morte da Shigella . balho de d'Hérelle abriu caminho para pesquisas que acabariam tava no México.. não viu nada ao exa- minar ao microscópio o material das manchas transparentes. as bactérias disenteria humana com fagos sofrem mutação e se tornam resistentes aos fagos. o tra- Em 1910. sões quase puras de bacilos. descobriu um agente submicroscópico semelhante que destruía micrococos..e va populações inteiras de gafanhotos. "que devora bactérias"). Em 1917. por criar um campo totalmente novo . Science News controle da tradução 14:44-59).. Mais uma vez. repressão catabólica assim como em meu tubo de ensaio.. o microbiologista franco-canadense Felix d'Hérelle es.bactéria causadora de disenteria em seres humanos . um micróbio invis ível. logo a pesqui- sa de Twort fo i interrompida pela convocação para servir no Corpo Médico do Exército Real. Ele agora deve estar Óperon de triptofano em E._ . Infelizmente. d'Hérelle tornou-se obcecado por sua convic- Mecanismos reguladores pós-tradução ção de que as doenças humanas causadas por bactérias pode- riam ser tratadas.' Eu corri até o hospital. Então. processamento de mentadas em procariotos e nos vírus que as atacam. não é possí- ta a muda11ças i10 ambiente? vel ati. Os microrganismos têm notável capacidade de adapta.rar os genes fora da sequê11cia. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Cênica em Procariotos 501 Níveis de regulação da expressão gênica em procariotos 1 2 3 4 5 Transcrição Processamento Estabilidade de RNA Traducão • Pós-traducão • de RNA Funcão • desempenhada por proteína DNA Transcrito de RNA mRNA Proteína • FIGURA 18. O(s) produto(s) de um ou mais desses genes req uer gasto considerável de energia. Nesses casos.1 ). um organismo pode poupar energia e usá-la para genes. os meca11ismos reguladores uma bactéria. os mecanismos usados por mi. os RNA ribos. Mecanismos qite exigem a rápida ativação e desativação da algum evento associado ao empacotamento do DNA expressão gênica em resposta a alterações ambientais. o desenvolvimento de mecanismos reguladores . Diz-se que a expressão . para o crescimento. - cr1çao. Quais são. a capacidade de ajustar seus processos me- de depe11de parcialmente de sua capacidade de ativar e tabólicos rapidamente para obter níveis máximos de desativar a expressão de conjuntos específicos de genes crescimento e reprodução em uma grande ''ariedade em resposta a muda11ças do ambie11te. 2. A expressão dos genes que especificam produtos desse tipo sômicos e as proteínas participantes da síntese proteica é contínua na maioria das células. Por exemplo. tradução e pós-tradução Por exemplo.são funções de manutenção . Outros genes geralmente desses genes é constitutiva.ramente quando um vírus desses organismos a mudanças súbitas do ambiente. então. desativa(m) a transcrição do primeiro grupo de genes pressão de ge11es quando seus produtos não são neces.como moléculas de ambientais. moléculas de rRNA. Eles dotam os microrganismos de considerá. os vários mecanismos reguladores parecem morfogênese do vírus. Essa adaptabilida. 1. diante. ticidade''. durante infecções virais. ou desativa(m) a tra11scrição de um segundo grupo de sários. e essa sequência está di- . sequência predeterminada. da prole infectar uma no''ª célula hospedeira. JV!ecanismos deno1ninados circuitos pré-programados oit ses genes são i1ecessários para o crescime11to e desativada cascatas de expressão gênica. cos seria um desperdício. e assim por cimento. retamente relacionada com a sequência temporal de De acordo com o que se sabe sobre a regulação da participação do produto gênico na reprodução e i1a transcrição. e eles são denominados genes só são expressos quando seus produtos são necessários constitutivos. proteínas ribossômicas. No enta11to. determinados genes é ativada qua11do os produtos des. renovação de mRNA. Essas sequências A expressão gênica em procariotos é regulada em pré-programadas de expressão gê11ica são bem docu- vários i1íveis difere11tes: tra11scrição. quando um bacteriófago lítico infecta ( Figura 18. E'ridente- ras de processo metabólicos que são frequentemente me11te.1 Resumo da via de expressão gênica. algum even- quando os produtos gênicos não são mais necessários. é programada geneticamente. usando e11ergia que poderia subu11idades de RNA polimerase e e11zimas catalisado. A expressão de de condições ambientais. A síntese constitutiva desses produtos gêni- tRNA. e.por exemplo. atuam por ati.têm expressão constitutiva. o cir- cuito é cíclico. ser empregada para acelerar o crescimento. ExP-ressão de genes constitutivos induzíveis e reP-ressíveis Os genes que especificam componentes celulares com de11ominadas funções de "manute11ção" celular . Outros produtos gê11icos são i1ecessários para o cres- cimento celu lar ape11as em determinadas condições Determinados produtos gênicos .ração de um terceiro grupo. a expressão sequencial de genes crorganismos para regular a expressão gênica em respos. Nesses casos. to desencadeia a expressão de um conj unto de ge- A síntese de tra11scritos gênicos e produtos da tradução nes.rel "plas- ção a diversas condições ambie11tais. Na maioria dos exemplos co- dividir-se em duas categorias gerais: nhecidos de expressão gênica pré-programada. em geral. mostrando cinco níveis importantes de regulação em procariotos. Os ou RNA viral na cápsula proteica reinicia o programa mecanismos reguladores desse tipo são importantes genético de modo que a sequência apropriada de ex- nos microrganismos em razão da frequente exposição pressão dos genes ocorra no. componentes essenciais de quase todas as células vi'ras. mRNA. os genes virais são expressos em uma com efeitos máximos sobre o fe11ótipo atuam na trans. um ou mais produtos do segu11do grupo sintetizar produtos que maximizem a velocidade de cres. Ao desativar a ex. inclusive bactérias e vírus. as células de E. será metabolizada preferencial. mas a exemplo da indução. são quando há triptofano externo (Figura 18.. s1ntese proteica permanente. mento de esgoto). as cé.por exemplo. coli. coli que de- As enzimas participantes de vias catabólicas (de degrada. ambas em E. Células cultivadas em res de enzimas que catalisam etapas da biossíntese do outro carboidrato que não a lactose.28). A repressão. por exemplo. purinas. diz-se que foi "desreprimido". triptofano coli se não houver lactose disponível. resposta é denominada desrepressão. as enzimas componentes das vias da enzima. de triptofano sintetizam duas enzimas. de lactose com frequência relativamente pequena. uso de lactose como fonte de energia. que ocorre quando o produto de uma via de moléculas orgânicas necessárias para crescimento. e B. enzimas sentam mecanismos altamente eficientes para controle implicadas no Acréscimp uso da lactose de lactos da expressão gênica. o genoma de E. onde a Atividade das enzimas de ' 13-galactosidase a cliva em glicose e galactose. existentes atualmente. molécula à enzima aumenta a atividade da enzima. a continuação da síntese das enzimas de veis. glicose. como biossíntese se liga e inibe a atividade da primeira enzima aminoácidos. isso explica por que os organismos Atividade de . coli desenvolveram um mecanismo regula. Por- tanto. Conforme análise sub. transferidas para triptofano. não a atividade das moléculas de enzima exis.como fonte de energia. um gene cuja expressão foi desativada dessa maneira está sequente neste capítulo. Esse processo de ativação da expressão de genes em resposta a uma substância no Quando as células de E. tentes. A síntese dessas duas enzimas requer considerável energia (na forma "-. células de E./ capazes de crescer usando qualquer um dos vários car- boidratos . Assim. coli contém cinco genes codificado- tivados na maior parte do tempo. ver Capítulos 11 e 12). A repressão não deve ser confundida com a inibição As bactérias são capazes de sintetizar a maioria das por feedhack. coli. Minutos se presente no meio. Repressão da síntese das enzimas necessárias para a biossíntese de triptofano. Portanto. A glicose. sativa a síntese das enzimas de biossíntese de triptofano ção). o processo é a repressão. . galactose. Minutos dor pelo qual a síntese dessas enzimas de catabolismo B da lactose é ativada na presença de lactose e desativada A em sua ausenc1a. biossíntese de ma dessas enzimas tem utilidade para as células de E. pirimidinas e vitaminas. . seus produtos. o 5 10 15 20 25 lulas de E. galactose ou arabinose. de ATP e GTP. uso da lactose (Figura 18. A 13-galactosídio per- mease bombeia lactose para dentro da célula. coli estão em meio que con- ambiente é denominado indução. surgiu um mecanismo regulador em E. é provável que os genes de E. Nenhu. o • FIGURA 18. Sem dúvida. Na ausência de glicose. essa enzimática. o 5 10 15 20 25 arabinose e lactose . as células de E. mas não afeta a síntese da enzima. to adequado.2 A . que ocorre quando a ligação de uma pequena anabólicas (de biossíntese) são repressíveis. coli provavelmente Observe que os níveis de síntese enzimática são baixos na presença encontram uma situação ausência de glicose e presença ou ausência de metabólitos.502 Fundamentos de Genética que só promovessem a síntese desses produtos gênicos Indução da síntese de enzimas quando e onde fossem necessários proporcionaria a es- ses organismos uma vantagem seletiva em relação aos demais. induzíveis. Diz-se que caracteristicamente induzíveis. coli cultivadas em meio sem triptofano para logo começam a sintetizar as enzimas necessárias para produzir quantidade adequada desse aminoácido para a . Esses cinco genes têm de ser expressos em um meio no qual a lactose é a única fonte de carbono.. Indução da síntese de enzimas necessárias para o Em ambientes naturais (trato intestinal e encana. ocorre no processo de transcri- não afeta a taxa de síntese. 13-galactosidase e 13-galacto- sídio permease. que são especificamente necessárias para o catabolismo da lactose. a indução ocorre no processo "reprimido". coli crescem muito bem com Repressão da síntese de enzimas outros carboidratos. na via. Não se deve confundir a indução com a ativação Com frequência. Por exem. Quando a expressão de transcrição. A mente pelas células de E. se enzimas. ção. Genes cuja expressão tém triptofano suficiente para promover o crescimen- é regulada dessa maneira são denominados genes induzí.2A). sacarose. são denominados enzimas biossíntese do triptofano é um desperdício de energia. como no uso de lactose. apre. A Escherichia coli e a maioria das outras bactérias são . As células cultivadas em meio cuja Acréscimo única fonte de glicose é o açúcar lactose. porém. plo. coli codificadores das enzimas implicadas no uso da lactose estejam desa. A indução altera a velocidade de síntese desse gene é ativada. e a RNA polimerase só pode transcrito de RNA que contém a região codificadora do transcrever o gene ou genes estruturais se o complexo gene (Capítulo 11). As creva o gene ou genes estruturais. e repressão. O produto do gene regulador atua ativador /indutor estiver ligado ao RPBS. direita). Outros genes geralmente só são expressos quando seus produtos são necessários • Os genes codificadores de enzimas participantes de vias catabólicas frequentemente só são expressos na presença dos substratos das enzimas. a trans- por ligação a um sítio conhecido como sítio de ligação à crição dos genes estruturais só é ativada na presença de proteína reguladora (RPBS) adjacente ao promotor do indutor. Quando presente. o ativador não pode se ligar ao RNA polimerase se liga ao seu promotor e sintetiza um RPBS se não houver indutor. desativação dos genes .3.3. direita). nos mecanismos de controle indutor. e repressores . tem de estar ligado ao RPBS Os efetores geralmente são moléculas pequenas como para que a RNA polimerase se ligue ao promotor e trans- aminoácidos. impede a transcrição dos tos do gene regulador são denominados ativadores . No caso de ativadores e feita tanto por mecanismos de controle positivo quanto repressores. o repressor livre não se liga ao RPBS. a RNA polimerase lação positiva quanto a regulação negativa são ilustradas liga-se ao promotor e transcreve o gene ou genes estru- em . Em um mecanismo de controle uma proteína reguladora de se ligar ao RPBS depende repressível positivo (Figura 18. tRNA e proteínas ribossômicas é constitutiva. a transcrição do gene ou gura 18. Os produ. pressor está ligado ao RPBS. Sem repressor ligado ao RPBS. esquerda). e esse complexo ativador/correpressor é incapaz da repressão da expressão gênica são as correpressoras. controlam. negativo. A capacidade de ver os genes estruturais. turais. mazs comum. As modificações de conformação das proteínas dos genes. estrutura das proteínas em consequência da ligação de pequenas moléculas são conhecidas como transições alos- A regulação da expressão gênica . estruturais ocorre na ausência do correpressor. são de um ou mais genes estruturais (genes especificado. assim. de se ligar ao RPBS. As modificações de conformação da desativar a expressão de um ou mais genes. o moléculas efetoras participantes da indução da expres. Assim. Em um mecanismo induzível negativo (Figura 18. o repressor livre liga-se ao RPBS e impede a res das sequências de aminoácidos de enzimas ou proteí.ge.em sistemas de controle negativo. é necessário o produto de um gene re. sua expressão é repressível • Embora a expressão gênica possa ser regulada em muitos níveis. Tanto a regu. açúcares e metabólitos semelhantes. correpressor forma um complexo com a proteína ativa- são gênica são denominadas indutoras. a regulação da transcrição é a .por. é necessário o produto de um gene regulador para dessas proteínas.3A. gene ou genes estruturais.3. a RNA polime- . a expressão dos genes que especificam as funções de manutenção.vo.pode ser costumam alterar sua atividade.indução. Quando o complexo repressor/corre- de controle negativo (Figura 18. mas não sitivo (Figura 18. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 503 PONTOS ESSENCIAIS • Em procariotos.3A. Em ligam-se aos produtos do gene regulador (ativadores e repressores) e modificam as estruturas tridimensionais outros.3B. as transições alostéricas causadas por ligação por mecanismos de controle negativo. esquerda). o produto do da presença ou ausência de moléculas efetoras na célula. como rRNA. RPBS.porque reprimem a expressao ge- • • • . o pro. Quando presente. de moléculas efetoras geralmente alteram sua capacida- mos contam com a participação de genes reguladores . Na ausência de que ativam a expressão gênica . consequentemente. sua expressão é induzível • Os genes codificadores de enzimas participantes das vias anabólicas geralmente são desativa- dos na presença do produto final da via. As moléculas efetoras (indutoras e correpressoras) gulador para iniciar a expressão de um ou mais genes. o ativador.3B. gene regulador. A e Controle ositivo e ne ativo da exP-ressão en1ca Em alguns casos. A a RNA polimerase pode se ligar ao promotor e transcre- nica . as que participam dora. ou ativação téricas. a transcrição do gene ou genes genes estruturais é ativada em um sistema de controle po. Quando o produto do gene Em um mecanismo regulador repressível negativo (Fi- regulador está ligado a RPBS. duto do gene regulador é necessário para ativar a expres. esquerda). Os dois mecanis. o indutor liga-se ao repressor. transcrição do gene ou genes estruturais na ausência de nas estruturais). Em um mecanismo de controle induzível positivo E preciso lembrar que um gene é expresso quando a (Figura 18. direita) ou desativada em um sistema em sua presença. o produto do gene regulador é necessário para e o complexo repressor/indutor não pode se ligar ao desativar a expressão de genes estruturais. genes estruturais pela RNA polimerase. Nos mecanismos de controle positivo.sistemas induzíveis e repressíveis na Figura 18. ao passo que.em sistemas de controle correpressor. pos1t:J. de de ligação a sítios de ligação à proteína reguladora nes codificadores de produtos que regulam a expressão adjacentes aos promotores dos genes estruturais que elas de outros genes. 504 Fundamentos de Genética Sistema Controle negativo Controle positivo induzível Sítio de ligação Sítio de ligação da proteína Gene(s) da proteína Gene(s) Gene regulador Promotor reguladora estrutural(is) Gene regulador reguladora Promotor estrutural(is) Repressor ligado ~ /~ / / bloqueia a / A RNA polimerase não pode se transcrição / / / ligar ao promotor sem ativador no sítio de ligação da proteína reguladora.. O produto gênico regulador é necessário para ativar a expressão gênica em sistemas de controle positivo e para desativar a expressão gênica em sistemas de controle negativo. ligação da proteína reguladora. B • FIGURA 18. Repressor RNA polimerase Ativador inativo Acréscimo de indutor Acréscimo de indutor (O) (O) Sítio de ligação Sítio de ligação da proteína Gene(s) da proteína Gene(s) Gene regulador Promotor re uladora estrutural(is) Gene regulador reguladora Promotor estrutural(is) Transcrição / / Transcrição - / • / .. > / . ~ O complexo repressor/correpressor liga-se ao sítio O complexo ativador/correpressor inativo não pode de ligação da proteína reguladora.. .3 Controle negativo e positivo da expressão gênica induzível (A) e repressível (B).... Acréscimo de correpressor Acréscimo de correpressor ('it) ('it) Sítio de ligação Sítio de ligação da proteína Gene(s) da proteína Gene(s) Gene regulador Promotor reguladora estrutural(is) Gene regulador reguladora Promotor estrutural(is) /~ Bloqueia a transcrição / / ~-ff A RNA polimerase não pode se / / / ligar ao promotor sem ativador no / / / / sítio de ligação da proteína / / RNA polimerase / • / reguladora. / / O complexo ativador/indutor ativo liga-se ao O complexo repressor/indutor não pode se sítio de ligação da proteína reguladora. . / O ativador livre ativo liga-se ao sítio de ligação O repressor sozinho não pode se ligar ao sítio de da proteína reguladora. A Sistema Controle negativo Controle positivo repressível Sítio de ligação Sítio de ligação da proteína Gene(s) da proteína Gene(s) Gene regulador Promotor reguladora estrutural(is) Gene regulador reguladora Promotor estrutural(is) ~ / / / Transcricão • / / Transcrição / / / / / / / . .. se ligar ao sítio de ligação da proteína reguladora . ligar ao sítio de ligação da proteína reguladora. impedimento estérico da transcrição dos genes estrutu. os mRNA de óperons em posição 5' ao lado das regiões codificadoras de genes constituídos de mais de um gene estrutural são multigê- estruturais. a expressão induzível ou repressível do gene depende ças entre eles. é denominada óperon (Figura 18. (1) O produto do gene regulador em um da ligação da proteína reguladora livre ou do complexo mecanismo de controle positivo. 2. ligação do repressor livre e do complexo repressor/mo- xima seção . genes com funções relacionadas geral. qualquer que promotor. molécula efetora é ativo na ligação ao operador. As regiões operado. Um único transcrito de mRNA tem as informações co- A transcrição é iniciada em promotores localizados dificadoras de todo o óperon. Operons induzíveis e óperons repressíveis podem ser distinguidos ao se verifi- ção coordenada. concentre-se nas principais diferen. o mRNA do óperon triptofano de E.e positivo. por enquanto. é necessário o produto de um gene regulador. um mecanismo de controle negativo. é necessário o produto de um gene regulador. Jacob e Monod propuseram que a ra 18. O repressor livre não se liga ao operador. guos é regulada por dois elementos controladores ( Figu. desativando a transcrição (Figu- da lactose em E. Um dos elementos. No caso de um óperon induzível.4A). . um ativador. o gene repressor. coli. Óperons 1 Unidades de expressão gênica de regula ão coordenada Em procariotos. con- ~ mente estão presentes em unidades genéticas de regula. mecanismo o mais simples possível. o A ligação do repressor ao operador. analisemos apenas um operador para manter o sível são idênticos. superposição de operadores e promotores que têm uma Embora as quantidades molares dos diferentes produtos sequência de DNA curta em comum. o operador e o um óperon geralmente continuam iguais. participa da proteína reguladora/molécula efetora ao sítio de ligação ativação da expressão gênica. as gênicos não precisem ser iguais (por causa das diferentes regiões operadoras estão localizadas entre os promotores eficiências de início da tradução). determinada pela presença de moléculas efetoras. lécula efetora ao operador. é alterar a quantidade de produtos gênicos sintetizados. A unidade contígua dos diferentes polipeptídios especificados por genes em completa. coli contém as sequências codificadoras de cinco genes di- rais no óperon pela RNA polimerase. (2) Nos mecanismos de controle positivo e negativo. seja o estado de indução ou repressão. ao passo que o produto do da proteína reguladora (RPBS). PONTOS ESSENCIAIS • A expressão gênica é controlada tanto por mecanismos reguladores positivos quanto negativos • Nos mecanismos de contro/. ou genes estruturais. que inclui os genes estruturais. participa da desativação da expressão gêni- Para compreender os detalhes desses quatro mecanis. forme exposto na seção anterior. os óperons induzível e repres- porém.e negativo. transcrição de um conjunto de genes estruturais contí. a situação é inversa. o operador. a expressão ras são contíguas com as regiões promotoras. Somente o ra 18. há de todos os genes estruturais de um óperon é coordenada. denominadas óperons. No caso de um óperon repressível. às vezes. Assim. para ativar a expressão do gene ou genes estruturais • Nos mecanismos de contro/. car se o repressor sozinho ou se o complexo repressor/ O modelo óperon. o repressor livre para explicar a regulação de genes necessários para uso liga-se ao operador. Como esses genes são cotranscritos. as quantidades relativas e os genes estruturais que regulam. foi criado em 1961 por François Jacob e Jacques Monod 1. com desativação uso diferencial de sinais de término da transcrição pode da transcrição dos genes estruturais em um óperon. o repressor. Com frequência. Por exemplo. codifica complexo repressor/ molécula efetora (correpressor) um repressor que (em condições apropriadas) liga-se ao tem atividade de ligação ao operador (Figura 18.4B).4C). mos de regulação.contêm vários operadores. para desativar a expressão do gene ou genes estruturais • Ativadores e repressores regulam a expressão gênica por ligação a sítios adjacentes aos promotores de genes estruturais • A capacidade das proteínas reguladoras de se ligarem aos seus sítios de ligação depende da presença de pequenas moléculas efetoras que Jormam compkxos com as proteínas reguladoras • As moléculas efetoras são denominadas indutoras em sistemas induzíveis e correpressoras em sistemas repressíveis. ferentes. Em alguns casos. segundo elemento. ca. O operador é sempre con- tíguo aos genes estruturais cuja expressão regula. Alguns Com exceção dessa diferença no comportamento de óperons-inclusive o óperon lactose apresentado na pró. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 505 rase não pode se ligar ao promotor e transcrever o gene gene regulador em um mecanismo de controle negativo. o ativador.4A). A ligação do repressor ao operador causa um nicos. um repressor. no entanto... A ligação do repressor ao operador causa um impedimento estérico do início da transcrição dos genes estruturais pela RNA polimerase.. o. SG1..... SG2 e SG3) e as sequências operadora (O) e promotora (P) adjacentes. PR R ' l .'-----~ . não se liga ao operador) 000 RNA polimerase RNA poli mera se mRNA -y ._ co o. a.. Componentes de um óperon: um ou mais genes estruturais (são mostrados três._ a: -... enquanto o complexo repressor/molécula efetora se liga ao(s) operador(es) de um óperon repressível...J / Complexo._ .- Polipeptídio 1 Polipeptídio 2 Polipeptídio 3 repressor/correpressor (ativo. o. --- t 1 1 + ligado 1 Complexo repressor/correpressor ao operador ' r. ~ -Y. A transcrição do gene regulador (R) é iniciada pela RNA polimerase..~ lf""\:1 -. Um operador e um promotor são mostrados. liga-se ao operador) Repressor Acréscimo de indutor (inativo.... o. --- ------ t Transcrição t Tradução ~ Repressor Ü Molécula efetora (indutora ou correpressora) A O óperon: repressão RNA RNA O óperon: indução polimerase polimerase RNA polimerase PR R (transcrição bloqueada) - ----- PR R SGl SG2 SG3 - ~~ 1 -~~~~~ ~~~ t P • Repressor Ribossomos + . -- ----- Ribossomos + Polipeptídio 1 Polipeptídio 2 Polipeptídio 3 traduzindo mRNA / I / Acréscimo de correpressor Complexo repressor/indutor (inativo. Operon o. co "-::J o o._ Q) ~---__..?n . que se liga a seu promotor (PR)._ co Q) .. não se liga ao operador) RNA polimerase mRNA (transcrição bloqueada) PR R SGl SG2 SG3 . alguns óperons têm múltiplos operadores e promotores. 1 ligado ao traduzindo mRNA / Repressor \ .4 Regulação da expressão gênica pelo mecanismo de óperon._ o .506 Fundamentos de Genética O óperon: componentes ~ 5: ..Assim. - co . um óperon indu- zível é desativado na ausência da molécula efetora (indutor) e um óperon repressível é ativado na ausência da molécula efetora (correpressor)._ Q) ./ operador I I (ativo.. liga-se ao operador) B e • FIGURA 18.o <:._ o o co -o -o o..:::. o º~ ~ õ o e -g Genes estruturais E w 0 cQ) w e E o e .. A..!:' a. .-o o SGl SG2 SG3 .o co . . . A diferença entre um óperon induzível (B) e um óperon repressível (C) é que o repressor livre se liga ao(s) operador(es) de um óperon induzível. 18. O papel bio. O óperon fac é constituído de três genes estruturais Z. a RNA polimerase pode transcrever o óperon. um promotor (o sítio de ligação da RNA polimerase) e um operador (o sítio de ligação de uma proteína reguladora denominada repressora) • Quando um repressor está ligado ao operador. o repressor liga-se aos opera- 0 3). lacZ. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 507 PONTOS ESSENCIAIS • Em bactérias. mais o promotor (P} e três operadores (0 1. respectivamen- te (Figura 18. que incluía apenas um operador.' ' ' . Estudos mais recentes mostraram que are. ÓP-eron lactose em E. impede a RNA polimerase muito pequenos. Entretanto. 13-galactosídio INDUÇAO - permease e 13-galactosídio transacetilase.4B). A 13-galactosídio permease "bombeia" lac. Quando o operador está livre do repressor. a forma ativa do repressor lac é um só um operador (agora designado 0 1). por sua vez. Entretanto. o que garante um baixo nível de fundo de ati- 0 3 ) e a repressão máxima requer os três operadores. O gene regulador(/) é contíguo com o óperon no caso de fac e tem seu próprio promotor (PI}. 0 2 e 0 3 ) e três genes estruturais. codificadores das enzimas 13-galactosidase.6). o óperon lac continha cidos. Os números abaixo dos vários elementos genéticos indicam o tamanho em pares de nucleotídios.) Algumas moléculas dos produtos pressão eficiente do óperon lac requer o operador maior dos genes lacZ. .5). acreditava-se que 0 2 e 0 3 tivessem papéis dores lac. três operadores óperon lac. coli ' """' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' Gene ' ' • ' ' . codifica um repressor com 360 aminoá- No modelo de Jacob e Monod. o que. ( 0 1. To.8. desig- lógico da transacetilase é desconhecido. Benno Müller-Hill e colaborado. lacY e lacA. lacYe lacA são sintetizadas no estado não ( 0 1) e pelo menos um dos operadores menores ( 0 2 ou induzido.7 e 18. em tetrâmero que tem quatro cópias do produto do gene seguida foram descobertos dois outros operadores ( 0 2 e L Na ausência de indutor. Figura 18. os genes lacZ. O óperon lac é um óperon induzível controlado nega- tose para dentro da célula. coli. Jacob e Monod. ' ' . ' ' Operon ' ' ' regulador . na presença de lactose.4. coli Indução e reP-ressão catabólica Os genes estruturais no óperon Lac só são transcritos na davia. agora designado 0 1• Então. Essa atividade de fundo é essencial Cromossomo proC purE /ac proA argD de E. A princípio. lacY e lacA só são expressos galactose pela 13-galactosidase (Figura 18. genes com funções relacionadas geralmente ocorrem em unidades de regulação coordenada denominadas óperons • Cada óperon tem um conjunto de genes estruturais contíguos. coli. ' ' ' Gene I ' Gene Z Gene Y Gene A . de catalisar a transcrição dos três genes estruturais (ver res mostraram que a deleção dos dois operadores "meno. primeiro analisaremos o modelo do óperon lac de presença de lactose e ausência de glicose.5 O óperon fac de f. p/ 03 P01 02 ' ' ' ' 1 1040 170 \ 70 t1 22 22 22 3510 780 825 Repressor /ac t 13-galactosidase t 13-galactosídio 13-galactosídio t permease transacetilase • FIGURA 18. a RNA polimerase não é capaz de transcrever os genes estruturais no óperon. 0 2 e 0 3}. O gene regulador de lac. ' ' ' /\ . onde é clivada em glicose e tivamente. Ye A. Então. ' ' ' ' ' . (Nota: somente o operador original ( 0 1) res" tinha um grande efeito sobre o nível de transcrição descoberto por Jacob e Monod é mostrado nas Figu- do óperon. ampliaremos o modelo e examina- Jacob e Monod propuseram o modelo óperon com base remos as funções dos três operadores na seção intitulada em seus estudos do óperon de lactose ( lac) em E. ras 18. vidade enzimática. nado gene /. Interações proteína-DNA que controlam a transcrição do O óperon lac contém um promotor (P). a alolactose liga-se ao repressor. porque /+ codifica uma molécula repressora nos genes estruturais lac (Tabela 18. y+ e A+) dos três genes estruturais são do- identificados geneticamente a princípio pelo isolamento minantes em relação a seus alelos mutantes (Z-.e a podem ser distinguidas f +p-()+-z+y+A+/J-p-()+-z+y+A+ (/+//-) também são induzíveis não só pela posição no mapa. de cepas mutantes com expressão alterada dos genes do Essa dominância é esperada porque os alelos selvagens óperon lac. ao passo que os alelos acarretar a síntese constitutiva dos produtos do gene lac. ron lac. que diploides parciais podem ser criados usando fatores A dominância de /+ em relação a J. Assim. fazendo com (/+p-()+-z+y+A+).6). é derivado da lactose em uma reação nentes do óperon.fatores F' o repressor pode se difundir. . /+ é dominante em relação a /. os diploides parciais (também denomina- que o repressor seja liberado do operador. Y-e A-). mutantes não produzem enzimas ou produzem enzimas Essas mutações são designadas J. dos "merozigotos") de genótipo F' f +p-()+-z+A+/f+p-()+-z-y-A- ra. a mutações esperado. a alolactose induz a transcrição dos genes estruturais ou de genótipo F' /+p-a-z-y-A-/J+p-a-z+y+A+ são induzí- lacZ. para a síntese das três enzimas especificadas pelo ópe- portamento em diploides parciais em que estão localiza. usados para estudar as interações entre os vários compo- ron. O gene A e seu produto 13-galactosídio t ransacetilase não são mostrados por motivo de concisão. Dessa manei. lacY e lacA (ver Figura 18.4B).6 Duas reações fisiologicamente importantes catalisadas por 13-galactosidase: (1) conversão de lactose no indutor do óperon lac alolactose e (2) clivagem de lactose para produzir os monossacarídios glicose e galactose. catalisada por 13-galactosidase (Figura 18.1 Efeitos fenotípicos de mutações no gene repressor(/) e na região operadora (O) do óperon lac.508 Fundamentos de Genética H OH H (1) Formação CH20H H de indutor HO O /ac H H OH H H OH o H H OH Alolactose + H2o 13-galactosidase H H ~O OH CH20H H OH CH2 0 H H O OH Lactose + (2) Catabolismo HO H H da lactose H OH H OH Glicose Galactose • FIGURA 18. E preciso lembrar funcional e seu alelo 1.como das em configurações eis e trans em relação . para indução do óperon lac porque o indutor do ópe. Mutações no gene I e no operador costumam produzem enzimas funcionais.também indica que de fertilidade (F) com genes cromossômicos . anômalas (inativas). o operador lac ol e o promotor lac foram selvagens (Z+. Atividade de 13-gaLactosídio Atividade de 13-gaLactosidaseª permeaseª Genótipo Com Lactose Sem Lactose Com Lactose Sem Lactose Dedução 1+p+o +z+y+ 100 unidades 1 unidade 100 unidades 1 unidade O t ipo selvagem é induzível 1+p+o +z+y+/F ' 1+p+o1z-v-I 100 unidades 1 unidade 100 unidades 1 unidade z+é dominante em relação alz-1 y+é dominante em relação a IY-1 1+p+o +z+y+/F ' 1+p+o +z+y+ 200 unidades 2 unidades 200 unidades 2 unidades A atividade depende da dose do gene lt)p+o +z+y+ 100 unidades 100 unidades 100 unidades 100 unidades M utantesltac/-lsão constitutivos 1+p+o +z+y+/F '[Bp+o +z+y+ 200 unidades 2 unidades 200 unidades 2 unidades f+é dominante em relação a[I /+p+locl z+y+ 100 unidades 100 unidades 100 unidades 100 unidades Os mutantesltacoclsão constitutivos /+p+loclz +[8tF' f+p+o4z-ly+ 100 unidades 100 unidades 100 unidades 1 unidade locl e Q+são reguladores de ação eis ªOs níveis de atividade em bactérias selvagens foram estabelecidos em 100 unidades tanto para a 13-galactosidase (o produto do gene Z) quanto para a 13-galactosídio permease (o produto do gene Y).e ü. a alolactose. mas também por seu com.1). Uma vez Assim como as células monoploides de tipo selvagem formada. Os diploides parciais de genótipo As mutações constitutivas 1. Os alelos o gene lacl. veis para usar a lactose como fonte de carbono. Os fatores F' que levam o óperon lacforam duzido pelo alelo lac/+em um cromossomo pode desa- Tabela 18. porque o repressor pro- (Capítulo 8).especifica um repressor inativo. respectivamente. as mutações de ü só afetam a expressão dos genes estruturais localizados no mesmo cromossomo. Em cepas que têm essas mutações 1\ os genes Dominância trans de /ae1+: 1+ em posição trans em relação a z+. mas z. coli mostraram que enquanto o diploide parcial que contém o mutante constitu- o gene fac/+ é dominante em relação aos alelos fac/.(A) e controla tivo 2 apresenta síntese induzível das três enzimas. Assim que Dominância eis de /ae1+: 1+ em posição eis em relação compreender bem como é a interação dos componentes a z+ . desse modo. . Repressor inativo • 1 1 1 Genes desativados Algumas mutações do gene 1. isto é. 13-galactosídio permease e 13-galactosídio Assim como as células de tipo sel\ragem. Um gene regulador só deve agir em trans se especificar um produto difusível.7C) em relação ao ale- Dominância de lae1+ em relacão • a lae1. y+ e A+ Cromossomo Genes desativados Mutações constitutivas no . eoli e Problema resolvido: Teste seu co11h ecimen- to sobre o óperon lac. Você isola dois mutantes de E.grupogen. lo laef+. Explique a operadores fac em posição eis (8) ou trans (C) em relação a ele pró- diferença entre os mutantes 1 e 2. y+ e A+ do ópero11 para regular a transcrição dos ge11es estrutu- z. as duas ~ Leia a resposta do problema no site molécu las na parte posterior do tetrâmero não são mostradas por http://gen-io. o promotor fac e os três operadores fac.com. introduz um fator F' que tem cópias selva- gens do gene fac/. Em seguida.sintetiza essas enzimas de A modo constitutivo (Tabela 18.-.reis para ( Figura 18. rais lae.1 . com ou sem lactose no Plasmídio F' meio. y- tem uma deteção do segmento distal de lacZ e de todo o lacY Síntese induzível dos produtos gênicos do óperon fac e facA.78) ou trans (Figura 18. A Repressor t t:r\J __ _ • -. • FIGURA 18.88). y.. . .+1 Repressor inativo 1 1 óperon fac de E. o operador i1ão codifica ne11hum t t Genes desativados produto. porque o repressor de tipo selvagem (lacl+) liga-se aos Figura 18. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Cênica em Procariotos 509 tivar os gen es estruturais lae i1os dois ópero11s na célula nótipo F' f+P-o+z-y-A-/J-P-o+z+y+A+ são i11duzí.. prio. O diploide parcial resul- e tante que contém o mutante constitutivo 1 continua a sinte- tizar constitutivamente as três enzimas catabólicas da lactose. As mutações O não devem ativo l 1 gênico difusível... coli Repressor .. coli K12 que apresentam sín- 1 ativo tese constitutiva de [3-galactosidase. tornam o óperon lae não B induzível. z+ y+ -A-/f+p-o+z+y+A+ é induzível para as três enzimas especifi- Síntese induzível de produtos gênicos do óperon fac cadas pelos genes estruturais do óperon lae (Tabela 18. J Genes desativados O repressor é um produto natureza de ação eis das mutações O é lógica consideran- do-se a função do operador. desig- nadas Is (s de super-reprimido). . são do- minantes em relação ao alelo selvagem (f').. 13-galactosidase. leia Resol\ra! Mutações constituti\ras no óperon Cromossomo lae de E.== . um diploide parcial de genótipo F' f+P-ü z-y.2. Embora a forma funcional do repressor fac seja um tetrâmero. Figura 18.8A). . isto é. em cada mutante constitutivo.2.. designadas J-d. monstra que o repressor lae (produto gê11ico / +) controla a expressão de genes estruturais localizados em posição eis ( Figura 18. Plasmídio F' Portanto. Essa domi- / Repressor nâ11cia é consequência da incapacidade de heteromul- ativo tímeros (proteí11as constituídas de duas ou mais formas Genes desativados difere11tes de um polipeptídio.br. os diploides transacetilase. A induzibilidade desses ge11ótipos de- parciais de genótipo F' f+p-o+z+y+A+/J-p-o+z-y-A-ou ge. [3-galactosídio permease t Genes desativados e [3-galactosídio transacetilase. é preciso lembrar que o Plasmídio F' repressor lae atua como tetrâmero) que contêm tanto z+ y+ polipeptídios de tipo selvagem quanto mutantes de se Síntese induzível dos produtos gênicos do óperon fac ligarem ao operador. agir em trans se o operador for o sítio de ligação do re- Repressor inativo 0 1 1 pressor.7 Estudos de diploides parciais de E. Esses efeitos mostram que o produto gênico de fac/ é difusível.7A). Outras mutações do gene 1. difusível ou de outro tipo. motivos de simplificação. 1+ p+ o+ z+ y+ As mutações do operador constitutivo (ü) só atuam Cromossomo em eis. enquanto um diploide parcial de genótipo operadores fac nos dois cromossomos F' f+p-o:z+y+A+/f+p-o+z-y-A. ~-galactosíd io permease e ~-galactosíd io transacetilase é (A) induzível em um diploide parcial de genótipo F' f+p+ocz-y-A-/f+p+o +z+y+A+e (B) constitutivo em um diploide parcial de genótipo F' f+p+ocz+y+A+/f+p+o +z-y-A-.. Plasmídio F' 1+ p+ z. coli mostraram que o operador só atua na configuração eis. Esses resultados mostram que o operador (O) tem ação eis.-.8Estudos de diploides parciais de f. y.13-galactosídio 13-galacto- ~ / Complexo repressor/ _j sidase permease sídio transa- Repressor ativo -.. A síntese de ~-ga lactosidase..-" / / . são sintetizados produtos gênicos ativos do óperon /ac Indutor ausente. não há síntese de produtos gênicos ativos do óperon /ac Síntese constitutiva dos produtos gênicos do óperon lac em uma bactéria F' r+ p+ oc z+ y+ A+jr p+ o+ z. y. A- +O repressor não se liga a oc Indutor ausente.A-/r+ p+ o+ z+ y+ A+ l+ p+ o+ z+ y+ A+ Cromossomo t f O repressor bloqueia a transcrição Repressor M .2 O gene repressor lae (/) tem ação eis e trans. / / 13-galacto. Atividade de ~-galactosídio Atividade de ~-galactosidaseª permeaseª Genótipo Com lactose Sem lactose Com lactose Sem lactose Dedução 1+p+o +z +y+ 100 unidades 1 unidade 100 unidades 1 unidade O tipo selvagem é induzível 1+p+o +z +y+IF' [tlp+o +IZ-v-1 100 unidades 1 unidade 100 unidades 1 unidade lt]p+o +z+y+!F' 1+p+o +1Z-v-I 100 unidades 1 unidade 100 unidades 1 unidade /+ tem ação eis e trans f+p+Q+z +y+IF' f+p+locz-y-1 100 unidades 1 unidade 100 unidades 1 unidade Q+só atua em eis f+p+Q+iz=r]IF' f+p+!Qjz+y+ 100 unidades 100 unidades 100 unidades 100 unidades loclsó atua em eis ªOs níveis de atividade em bactérias selvagens foram estabelecidos em 100 unidades tanto para a 13-galactosidase (produto do gene Z) quanto para a 13-galactosídio permease (produto do gene Y).y. O gene A e seu produto 13-galactosídio t ransacetilase não são mostrados por motivo de concisão.510 Fundamentos de Genética Tabela 18. ~ transa- cetilase RNA t Tradução t +Tradução + t polimeras~ t Transcrição t + t Transcrição t ~~ PlasmídioF ' . Síntese induzível dos produtos gênicos do óperon lac em uma bactéria F' I" p+ oc z.. ac l+ p+ ac z+ y+ A+ +O repressor não se liga a oc +O repressor não se liga a oc Indutor presente......y. só regula os genes estruturais localizados no mesmo cromossomo.:. isto é. ~ ativo t:r\J Produtos mutantes inativos RNA +Tradução + ~r..y.A- z+ y+ 1+ p+ o+ Z. polimerase -. / / 13-galacto. o operador lae só atua na configuração eis..• + Transcrição +~~ Plasmídio F' ~ p+ ac z. ~ -· / )/- / • O repressor bloqueia a transcrição I ao operador -.13-galactosídio 13-galacto- sidase permease sídio indutor ~ Alolactose ~ cetilase Produtos mutantes inativos -. .A.. há síntese de produtos gênicos ativos do óperon /ac A B • FIGURA 18. A- Cromossomo Cromossomo Não pode se ligar . Essas mutações constitutivas são de dois tipos e ocu- sor ativo estará presente nas células. o repres- no meio. .4). na ausência de um repres- FATOS E CONCEITOS sor ativo.2 unidade a partir da cópia em a expressão dos genes do óperon lacem posição eis (no mesmo F'.no sor tac. haja ou não lactose. as células sintetizam 100 unidades de cada enzima.codificam produtos gênicos inativos. tac (O) e impede a ligação da RNA polimerase ao promotor lac No caso da [3-ga lactosídio permease.mutações lacr . coli de tipo selvagem que não ou se liga de maneira ineficiente. O repressor lac (produto gênico de lacf+) liga-se ao operador ausência de lactose e de 100 unidades na presença de lactose. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Cênica em Procariotos 511 Teste seu conhecimento sobre o óperon fac PROBLEMA 6. o nível constitutivo têm um F' foi estabelecido arbitrariamente em 100 unidades. 1-o+z+y-/F' 1-o+z+y+ 200 200 100 100 de lactose.indutor + indutor ANÁLISE E SOLUÇÃO 1. serão cromossomo) e trans (em outro cromossomo) em relação a ele. Embora a síntese [3-galactosidase a cliva em glicose e galactose.2 100 1. portanto. O F' contém um óperon lac de tipo selvagem. /+ocz+y+ 75 100 75 100 cada enzima na ausência de lactose e 100 unidades na presença 4.o sítio a que se liga o repressor lac.2 unidade de 3. as célu las cias para catabolisar ou transportar. os genes lacz+ e lacY+ até o nível totalmente induzido (100 unidades). o genótipo 5 (1-ocz-y+/F' J+o+z+y+) é um diploide parcial com 3. Os dados apresentados para o genótipo 1 (f+o+z+y+ = tipo 2. Os genes lacl e lacY codificam as enzimas [3-galactosidase e 3. operadora . Tem duas cópias de Y+. Na ausência ao operador /ac. e os da síntese enzimática depende da ligação do repressor ao níveis de todas as outras enzimas foram medidos em relação aos operador mutante.codificam repressores inativos que não se ligam ca lcular a quantidade tota l da enzima por célula. é preciso considerar e e a transcrição dos genes no óperon lac (Figura 18. há alguma ligação do repressor lac tacY+desses genes codificam enzimas ativas. Assim. enquanto a transcrição no cromossomo de E. enquanto os alelos ao operador lac na ausência de lactose. complete tac no mesmo cromossomo. /+ocz+y+) nessa [3-galactosídio permease.indutor + indutor . A quantidade de [3-ga lactosidase e [3-galactosídio permease [3-Galactosídio sintetizadas em uma célula depende do número de cópias fun- [3-Galactosidase permease cionais dos genes lacz+ e lacY+ na célula. Genótipo . Os alelos lacz+ e enzimática seja constitutiva. e a síntese das enzimas lac aumenta 2. respectivamente.são mapeadas no gene codificador do repres- será produzida pelo alelo z+ em F'. lac/+ regula cromossômica do gene y+ e 0. Na presença de lactose. produzidas 100 unidades a partir de cada cópia do gene Y+.mutações lacoc . essa tacz. 7. O nível de atividade de cada temente uma deleção) à qua l o repressor lac não se liga mais enzima induzido em células de E. s. O alelo lac/+ é dominante em relação a lacr. Toda a [3-galactosidase . Mutantes constitutivos de E. Nas células de E. totalizando 75. Algumas das mutaçoes const1tut1vas de genes em F' será controlada por o+. colide tipo selvagem. Quando há lactose. para o genótipo 5.4B). 1. A [3-galactosídio questão produz 75 unidades de cada enzima na ausência de permease transporta lactose para dentro das células. O repressor lac é uma proteína difusível. O operador de tipo selvagem (o+) contém uma sequência A tabela a seguir apresenta as atividades relativas das enzimas nucleotídica que atua como sítio de ligação para o repres- [3-galactosidase e [3-galactosídio permease em células de E. serão produzidas 75 unidades a partir da cópia 5.2 unidade de [3-galactosidase na 4. A transcrição de genes pam dois sítios distintos no mapa. Os dados apresentados para o genótipo 2 (1-o+z+y+ = mutante repressor-constitutivo) mostram que. haja ou não lactose uma cópia dez+. O mutante operador-constitutivo (genótipo 3. A transcrição é induzida produzem o dobro da quantidade de enzima produzida quando quando se acrescenta lactose ao meio no qua l as células estão há apenas uma cópia. onde a lactose e 100 unidades na presença de lactose.2 100 0. 5. haverá síntese de 0.são mapeados na região cromossomo. mas apenas [3-galactosídio permease continuamente. Os elementos regu ladores desse tipo são ditos de ação eis e totalizando 200 unidades. portanto. 1-o+z+y+ 100 100 100 100 selvagem) mostram que essas células sintetizam 0. Os alelos combinar as contribuições das duas cópias do gene y+ para mutantes lac/. outros . dentro e per:o do óp~ron.e lacY. /ac cromossômicos será controlada por oc. Ele tem um alelo /+ em F'. Os mutantes operador-constitutivos (oc) contêm um operador com uma sequência nucleotídica alterada (frequen- com diferentes genótipos no locus lac. portanto. crescendo (Figura 18. Com base nos os operadores taco+ e lacoc só regu lam a expressão de genes dados apresentados na tabela para os genótipos 1 a 4. coli sintetizam [3-galactosidase e duas cópias do óperon lac. Sua transcrição 4. Os dados apresentados para o genótipo 4 (o diploide parcial 1- é reprimida (desativada) na ausência de lactose quando a o+z+y-/F' 1-o+z+y+) mostram o efeito da dose do gene. que pode ser fraca ou não ocorrer. ligação não ocorre mais. coli sor /ac. Quando [3-galactosidase e a [3-galactosídio permease não têm substân- existem duas cópias de um gene de tipo selvagem. 1+o+z+y+ 0. coli. eles são denominados reguladores os espaços (entre parênteses) com os níveis de atividade esperados de ação eis. só são transcritos na presença de lactose. há uma mutação z. Como níveis observados nessas células de tipo selvagem.2 unidades. trans.1-ocz-y+/F' J+o +z+y+ ( ) ( ) ( ) ( ) 2. de lactose. que impede a indu. Assim. Apenas o complexo CAP/cAMP liga-se ao promotor tros óperons é mediada por uma proteína regulado. O complexo CAP/cAMP tem de estar do disponível. Embora o meca- indução do óperon lac.isto é. um para circuito de controle. Assim.9).. pressor lac. o cAMP ra denominada CAP (proteína ativadora do catabolismo) e age como molécula efetora. Quando estudados in vitro. Como a CAP se liga ao cAMP quando esse tintos: (1) o sítio de ligação da RNA polimerase e (2) um mononucleotídio está presente em concentração sufi- sítio de ligação para outra proteína. CAP não se liga. lac.P- 1 O-CH2 o o nem apresentam baixa afinidade pelo indutor. assim como o re- fontes de energia menos eficientes.ni lciclase.. eles não se ligam ao indutor o-. Os números na parte inferior apresentam as distâncias em pares de nucleotídios do sítio de início do transcrito (posição+ 1). monstrado pelos resultados de experimentos in vivo e in tabolizada quando presente. as mutações Js alteram o sítio de ligação do indutor do repressor lac.' " .o- H O=p H H Assim. Também são mostrados os segmentos adjacentes dos genes estruturais lac/ (repressor) e lacZ (~-galactosidase) e os operadores lac O1 e 0 3 • O operador 0 2 está localizado na região 3' (centralizado na posição +412) no gene lacZ. ATP AMP cíclico elas modificam os níveis de expressão gênica • FIGURA 18. seu de carboidratos.9 Síntese de AMP cíclico (cAMP) a partir do ATP catalisada por ade- no estado induzido e não induzido por modi. garante que a glicose seja me.. O promotor tem dois componentes: (1) o sítio de ligação do complexo CAP/cAMP e (2) o sítio de ligação da RNA polimerase.----'"'---~ 5' GGAAAGCGGGCAGTGAGCGCAACGCAATTAATGTGAGTTAGCTCACTCATTAGGCACCCCAGGCTTTACACTTTATGCTTCCGGCTCGTATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAAACAGCTATGACCATG 3' • 3' CCTTTCGCCCGTCACTCGCGTTGCGTTAATTACACTCAATCGAGTGAGTAATCCGTGGGGTCCGAAATGTGAAATACGAAGGCCGAGCATACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTTTGTCGATACTGGTAC 5' 1 1 1 f.AMP cíclico. O ponto entre os dois filamentos nucleotídicos indica o centro de simetria de um palíndromo imperfeito. Gene I RNA polimerase de CAP/cAMP Gene Z .ciente.( Figura 18.10 Organização da região promotor-operador do óperon lac. denominada proteí.. . quan.1 ' 3 OH OH OH O OH As mutações promotoras não modificam a induzibilidade do óperon lac. O efeito é exatamente o oposto do efeito Há muito se sabe que a presença de glicose impede a da ligação do repressor a um operador. O mRNA marcado na linha horizontal mostra a posição em que começa a transcrição do óperon (extremidade 5' do mRNA do lac). Em vez disso. que analisaremos a seguir. os polipeptídios Js mutantes formam te- trâmeros que se ligam ao DNA do operador o li o li o li Adenilciclase s· • O--CH2 lac.P- 1 O . garante o RNA polimerase e outro para o complexo CAP/cAMP uso preferencial de glicose como fonte de energia. assim como de outros óperons nismo preciso pelo qual CAP/cAMP estimula a ligação controladores de enzimas participantes do catabolismo da RNA polimerase ao promotor ainda seja incerto. na ausência de cAMP. determinando o efeito de Promotor Operador3 Sítio de ligação Sítio de ligação da Operador1 Operador2 .. Esse segundo O promotor lac tem dois sítios de ligação. ficação da frequência de início de transcrição do óperon lac . portanto.P- 1 O. A repressão catabólica do óperon lac e de vários ou. . abreviado cAMP) Na verdade.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -100 -90 -80 -70 -50 -40 -30 -20 -10 +1 +10 +20 +30 +40 • FIGURA 18. a eficiência de ligação da RNA uma pequena molécula efetora denominada AMP cícli- polimerase. mas não são induzidos em concentra- ção normal do indutor. co (3'.( Figura 18. No entanto. presente em seu sítio de ligação no promotor lac para que haja indução normal do óperon. Esse fenômeno.10). o complexo CAP/ cAMP exerce controle positivo sobre a transcrição REPRESSÃO CATABÓLICA do óperon lac. ção do óperon lac na presença de glicose. é multimérica em seu estado ativo. às vezes é denominada proteína receptora do na ativadora do catabolismo (CAP). denominado repressão controle positivo da transcrição do óperon lac é bem de- catabólica (ou efeito glicose). 5'-monofosfato de adenosina.----------. o promotor lactem dois componentes dis. CAP atua como dímero. o.o. ~ / J . em detrimento de outras vitro.512 Fundamentos de Genética estruturais lac geralmente podem ser induzi- dos em algum grau com alta concentração de indutor. produz uma curvatura de mais de 90º no DNA. examinemos a ligação de CAP/ cAMP ao dos dímeros liga-se a OI e o outro se liga a 0 2 ou 0 3• Ao seu sítio de ligação no promotor lac. a superfície do comple- A glicose impede a ativação de adenilciclase. Como a ligação de CAP/ cAMP estimula serve a presença de CAP/ cAMP na alça de DNA forma- a transcrição dos genes estruturais lac? A RNA polime. o tetrâmero é constituído de dois dímeros. a RNA polimerase não se liga com eficiência menta a ligação e a transcrição dos genes estruturais.0 2 e 0 3 (Figuras 18. estruturais no óperon pela RNA polimerase. genes tose (ga'l) de E. a enzima xo CAP/cAMP (Figura 18.10). colina presença de glicose. e 0 3 .12A).128). aos operadores lac. liga-se ao promotor lac. A concentração promotor lac se o complexo CAP/cAMP já estiver liga- intracelular de cAMP é sensível à presença ou ausência do..11 A interação de CAP/cAMP com seu sítio de ligação no promotor lac. Quando CAP/cAMP. Exames radiológicos mostram que o DNA nuição acentuada da concentração intracelular de cAMP. A. Na presença de baixa concentra.5 e 18. te. portanto. Estrutura do complexo formado por CAP/cAMP e uma molécula de DNA sintética de 30 pb que contém o sítio de ligação de CAP/cAMP com base em estudos com raios X. a transcrição do óperon lac nunca polimerase e CAP/cAMP.OI . que impede a transcrição dos . A repressão máxima requer os da região reguladora do óperon lac. (Figura 18. abertura do sítio para a RNA polimerase e. A Figura l 8. No ao promotor lac na ausência de CAP/ cAMP. E preciso lembrar que o óperon lac é controlado por três operado- res: o operador primário . na entanto. a ligação de CAP/ (OI e 0 2) ou uma alça (OI e 0 3 ). l Omostra a sequência de pares de nucleotídios em relação ao promotor. Um Primeiro. e por sítios de ligação sintéticos com 21 pb mostraram lo 11). também há evidências de contato entre a RNA presença de glicose. Curvatura de DNA por CAP/cAMP Estrutura do complexo CAP/cAMP/DNA DNA curvo CAP cAMP A B • FIGURA 18. precisamos analisar a ligação sequência- de cristalografia de raios X. no entanto. Altas concentrações de glicose causam dimi. Por mecanismos semelhantes. 8. E preciso lembrar que os que catalisa a produção de cAMP a partir do ATP. . é curvado à medida que envolve. O complexo CAP/ fazer isso. há forte repressão na pre- das sequências nucleotídicas de promotores e operadores sença de OI mais 0 2 ou 0 3 • Por que são necessários dois mutantes e de tipo selvagem. CAP e cAMP Em seguida. Uma terceira é a ligação do re.. 0 2 está localizado em po- sição 3' em relação a OI no gene Z. um regulador positivo. o repressor curva o DNA e forma um grampo cAMP controla a repressão catabólica. A forma ativa do repressor lac é um tetrâmero que específicas que regulam a transcrição do óperon lac. ofereceram informações im. cada um pressor lac aos operadores lac. a duas sequências operadoras ( Figura 18. em posição 5' A Figura 18. Provavelmen- intracelular de cAMP. examinemos a ligação do repressor lac impedem a indução dos óperons arabinose (ara) e galac. Na verda- tada na seção anterior). com raios X das estruturas formadas pelo repressor lac merase ao seu sítio de ligação no promotor lac (Capítu. sítios de ligação de CAP/cAMP e RNA polimerase são a presença de glicose causa diminuição da concentração adjacentes no promotor lac (Figura 18. Assim.e dois operadores secun- INTERAÇÕES PROTEÍNA-DNA dários .10). está localizado DO ÓPERON lac entre o promotor e o gene Z. Assim. de glicose. l 2B mostra cAMP ao promotor é necessária para a indução eficiente a estrutura proposta do complexo repressor OI-03 • Ob- do óperon lac. RNA polimerase e repressor e dados essa pergunta. da quando o repressor lac é ligado tanto a OI quanto a rase só se liga com eficiência a seu sítio de ligação no 0 3 ( Figura 18. O complexo CAP/cAMP curva o DNA ao se ligar a ele de glicose. deles com um sítio de ligação sequência-específico. OI é o operador QUE CONTROLAM A TRANSCRIÇÃO original identificado por Jacob e Monod. CAP não se liga ao promotor do óperon lac. portantes sobre as interações protdna-ácidos nuc"leico sequência. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 513 CAP sobre a transcrição do óperon lac. de. operadores para a repressão eficiente? Para responder gação de CAP/cAMP. de modo que o quadro pode ultrapassa 2% da taxa induzida observada na ausência ser mais complexo que a simples curvatura do DNA. a curvatura do DNA por CAP/ cAMP promove maior ção de cAMP. tem quatro cópias do produto do gene lacL Estudos Uma interação fundamental é a ligação da RNA poli.118). além dos estudos in vitro de li. Outra interação importante é a ligação de CAP/ que cada repressor tetramérico liga-se simultaneamente cAMPC ao seu sítio de ligação no promotor lac (comen.11A). au- Por sua vez. Estudos comparativos três operadores. específica do repressor aos operadores. (01 e 0 2) ou (01 e 0 3 ) . a fonte preferida de . . a seguir. A expressão do óperon (término prematuro) da transcrição quando o triptofano trp é regulada em dois níveis: repressão. Apre- O óperon trp de E. PONTOS ESSENCIAIS · • O 6peron lac de E. o início da transcrição. Sabe-se que alças de DNA semelhantes são formadas pela a sequência. Os cinco centração. o repressor lac liga-se aos operadores lac e impede a RNA polimerase de iniciar a transcrição do 6peron • A repressão catabólica impede a indução de 6perons como enzimas codificadoras de lac participantes do catabolismo dos carboidratos na presença de glicose. respectivamente. As proteínas reguladoras plena compreensão da regulação da expressão gênica exige são capazes de se ligar ao DNA de modo específico para conhecimento detalhado dessas importantes interações. ou reprimir a transcrição de genes estruturais adjacentes. que determina a frequência de término prematuro do transcrito. energia • A ligação do comp!. os três genes estruturais no 6peron lac só são transcritos em altos níveis na presença de lactose e na ausência de glicose • Na ausência de lactose.12 Interação de repressor lac com seus sít ios de ligação nos operadores lac. reguladoras adjacentes do óperon trp foram analisadas em detalhes por Charles Yanofsky e colegas. coli e outras bactérias. A. ÓP-eron de triP-tofano em E. de alterar a estrutura do DNA e de estimular ligação de proteínas ativadoras e repressoras de outros ópe. coli controla a síntese das enzimas sentamos esses mecanismos reguladores nas duas seções • catalisadoras da biossíntese do aminoácido triptofano. A rons em E. As funções dos cinco genes estruturais e as sequências critos quando o triptofano está ausente ou em baixa con. e atenuação.ao mesmo tempo e curva o DNA com formação de um grampo ou uma alça. coli 1 ReP-ressão e atenuaç_ão_ _ Os genes estruturais no óperon triptofano só são trans. que controla é prevalente no ambiente. O complexo CAP/cAMP (azul} é mostrado dentro da alça associado a seu sítio de ligação no promotor lac.514 Fundamentos de Genética Estrutura do repressor fac/ DNA de operador 0 1-0afcomplexo CAP/cAMP Ligação de repressor fac a dois DNA de operador sintéticos A B • FIGURA 18. Ligação do repressor lac tetramérico a dois DNA de 21 pb contendo sequências de reconhecimento do repressor. Estrutura por montagem da alça de 93 pb formada quando o repressor tetramérico se liga aos operadores lac 0 1 e 0 3. coli é um sistema induzível negativo e repressível por catabólito. A expressão dos genes no óperon trp é regula- genes estruturais codificam enzimas que convertem o da por repressão do início da transcrição e por atenuação ácido corísmico em triptofano. B.exo CAP/cAMPC ao seu sítio de ligação no promotor lac curva o DNA e torna-o mais acessível para a RNA polimerase • O repressor lac liga-se a dois operadores . LEDCBA ----.--. Esses re- de mRNA com 162 nucleotídios. as distâncias intergênicas são mostradas abaixo das sequências de genes.A' .13 Organização do óperon trp (triptofano) em E. isto é... lnGP. A A taxa de transcrição do óperon trp no estado desre. coli. Na ausência de triptofano mecanismo independente de repressão/ desrepressão e (correpressor). fosfato de carboxifenilamino-desoxirribulose.14A).. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 515 REPRESSÃO síntese das enzimas de biossíntese do triptofano ainda é reduzida cerca de dez vezes pelo acréscimo de triptofano O óperon trp de E. O gene trpR. Duas sequências de término da No entanto.--- --. CDRP. --.. que não têm um repressor ativo. sultados indicam que a síntese das enzimas de biossíntese A Figura 18... o complexo correpressor/repressor Esse segundo nível de regulação do óperon trp é de- liga-se à região operadora e impede a RNA polimerase de nominado atenuação.__ )'.-. a RNA polimerase liga-se à região promo.. ATENUAÇÃO gião promotora primária (P1)..13 mostra a organização do óperon trp e a via trp é causada por atenuação.- t t' 40 162 1560 1590 1353 1191 804 36 =250 y 2 14 2 a + + E ô lndol ~ a polipeptídio polipeptídio glicerolfosfato polipeptídio polipeptídio sintetase 1 1 Antranilato : Triptofano sintetase 1 sintetase (02~ 2) : (a2~2} 1 r. O óperon trp contém cinco genes estruturais que codificam enzimas parti- cipantes da biossíntese de triptofano. fosfato de indol-glicerol. --.--. e a região regu ladora trpl. PRA T T . trpL do óperon trp... A'cr'do T.--..-. antranilato de fosforribosil. requer a presença de sequências nucleotídicas na região tora e transcreve os genes estruturais do óperon.-- -.13) aumentam as taxas de expressão do óperon trp. CDRP-------11•.--- P1 ~ 6.. como é mostrado na parte inferior. de biossíntese do triptofano._.--.- 1 . a repressão e a desrepres- lação a trpA. 1 1 1 1 1 1 ' Acido T. A região operadora (O) do óperon trp situa-se na re. As deleções que removem parte da região trpL (Figu- O promotor P2 aumenta o nível basal de transcrição dos ra 18. sença de triptofano. Em mRNA. Também há um promotor fraco (P2 ) na extremidade distal operadora do gene trpD.--... Na pre. ao meio. não está estreitamente ligado ao óperon trp. e a sequência no trpL que controla iniciar a transcrição dos genes no óperon. O comprimento de cada gene ou região é apresentado em pares de nucleotídios. coli é um óperon repressível negativo. Legenda: PRA. esse fenômeno é denominada atenuador (Figura 18... sibilidade do óperon trp. _ .4C apresenta um diagrama regulação da do triptofano é regulada em um segundo nível por um transcrição do óperon trp. trpB e trpA..._ )\. a taxa de ron trp só ocorre na presença de tRNATrp com carga de trpR óperon his óperon /ac óperon trp _ _. atenuação ocorre por controle do término da transcrição primido (ausência de triptofano) corresponde a 70 vezes em um sítio perto da extremidade da sequência líder do a taxa no estado reprimido (presença de triptofano).. que codifica o repressor de trp.lnGP T• Triptofano corísmico antranílico • FIGURA 18.~trpL trpE trpD trpC trpB -~ trpA . Essa redução adicional na expressão do óperon A Figura 18. genes trpC.. que é discutida a seguir. .. A região trpL especifica uma sequência líder são ocorrem exatamente como nas cepas trpL+.--- --.--. Esse término "prematuro" da transcrição do ópe- mutantes trpR. essas deleções não têm efeito sobre a repres- transcrição (te t') estão localizadas em posição 3' em re.--. ~ . 3' Y 53_JYYRegião 1 Y •. os dois códons de triptofano responsáveis pelo controle da atenuação por triptofano e as quatro regiões (sombreadas) que formam as estruturas de haste e alça ou grampo mostradas em (B).A G.14 Sequências na região líder do mRNA de trp responsável pela atenuação.. para formar essas estruturas são: (1) nucleotídios 60 a 68.. As sequências nucleo- plica sua capacidade de interromper prematuramente a tídicas dessas quatro regiões são tais que a região 1 pode .. G' 'A C' 'A G' 'G 5 -u u· G u· 'C 54 / Á G . modifica a conformação da RNA po. formando um grampo de término da transcrição. B. G. À: u e 5' . lembre-se de que a transcrição e a tradução A região atenuadora tem uma sequência de pares de estão acopladas em procariotos.A U-u : A. Os comprimentos dessas regiões com ligações de hidrogênio mais fracas (A:U) n· que participam do pareamento de bases variam de acor- Portanto. triptofano. A A . A transcrição desses sinais de término produz 162 nucleotídios do mRNA do óperon trp contém se- um RNA nascente com possibilidade de formar uma es. os ribossomos co- nucleotídios praticamente idêntica aos sinais de término meçam a traduzir os mRNA ainda durante sua síntese.e G4 \ Codon de u G u u término 'A-A-U-G·A· G·C 'A-A/ t Grampo de término t O grampq_ de término da transcrição da transcricão • NAO pode se formar. .e ·e. Primeiro. B • FIGURA 18. C A G1 C' A t ú Códons uG A'C. destacando a sequência codifica- dora do peptídio líder. do com as regiões emparelhadas. impedindo o pareamento da região 3 com a região 4. (3) nucleotídios 110a121 e (4) na região seguinte de pareamento de bases de RNA-DNA.G é:G e e 1 Ç : êl e C~do~ de 'A_A.c'u . um palíndromo rico em G:C seguido por vários pares de Em segundo lugar.. .U·A-A . limerase associada. Quando um transcrito nascente forma essa quatro regiões líderes que podem emparelhar suas bases estrutura de grampo. Códon Códons trp Códon de Sequencia atenuadora ..u : ~ 2 e e 140 1 u -54 G o. há produção de um transcrito trp trunca..Á ~ :C 4 G·C·A-c-u-u-c-c u-G-A-A. presença ou ausência de triptofano? do ( 140 nucleotídios).. ' ç r. 162 Gene trpE 11 261 Met-Lys-Ala-lle-Phe-Val-Leu-Lys-Gly-Trp-Trp-Arg-Th r-Ser 1 Região 2 ~ião 3 Região 4 1 1 __ 5' pppAAGUUCACGUAAAAAGGGUAUCGACAAUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAAACGGGCAGUGUAUUCACCAUGCGUAAAGCAAUCAGA~~ÇjiGÇUAAUGAGCGGGCUUUUUUUUpAACAAAAUUAGAGAAUAACAAUGCAAACACAAAAACC .. G'A trp . ' 1 C .516 Fundamentos de Genética Componentes reguladores da região trpl Peptídio líder 71 110 141---. Esses sinais de término contêm podem afetar a transcrição. A. truturas em haste e alça ou em grampo (Figura 18. da transcrição encontrados nas extremidades da maioria Assim. e.. Quando ocorre esse término prematuro ou transcrição do óperon trp. U-u. ocasionando o término da transcrição (2) nucleotídios 75 a 83. As rias uracilas.148). ou (2) a região 2 forma pares de bases com a região 3. À ' A .Cópon 1nic1ad~r do término do 1nic1ador pept1d10 peptídio trpE llder lider A Estruturas secundárias alternativas formadas pelo transcrito de trpl Alternativa 1: pareamento de Alternativa 2: pareamento de bases das regiões 1 e 2 bases das regiões 2 e 3 e das regiões 3 e 4 c. .. u e 1 e.. : A G: C . A sequência trpl. Estruturas secundárias alternativas formadas pelo mRNA de trpl. eventos que ocorrem durante a tradução também dos óperons bacterianos. é U·U·U·U·U·U·U·U 3' .A :G ~ .(1) a região 1 faz par com a região 2 e a região 3 faz par com região 4. v y .U G é :G G G. A : U ~ • G: U c:G U  U . quências cujas bases podem se emparelhar e formar es- trutura em grampo ligada por hidrogênio seguida por vá. ç 2 ~ ~ 3 U• C• A : U U-U-U-U-U-U-U 1 • G ç : ~ c:G G :c U G: C é : G é :G G G: é . isso é. A concentração de triptofano na célula determina qual dessas estruturas se formará durante a transcrição do óperon trp. o .A e G termino 3 Ç : G. Mas como isso é regulado pela essa atenuação.. a sequência nucleotídica do atenuador ex. nucleotídios 126 a 134. A .G-U-A.-' G. observe que a sequência líder de bases A:T. . . A-A Posições em que ribossomos parariam sem Trp-tRNA suficiente para responder aos dois • FIGURA 18. a p resença crição do óperon trp..15 Controle do óperon trp por atenuação. seguido de pares de bases com a região 4..-G-C-G:G-C-A-T-T-T-T . a todo o óperon trp.~:c3 -. diagrama do mecanismo proposto de atenuação da trans- ção. o que impede o emparelhamento da região 3 com a transcrição prossegue além da sequência at enuadora ao longo de a região 4 para formar o grampo de término da transcrição.. 100 . + ------ DNA. Q.. . parelhada com a região 4 ou (2) região 2 emparelhada Todos os dados disponíveis indicam que um "peptídio com a região 3....::e A' cf 'U-u : A~G' t ---G e.C . Au 'e.-C-G-G-C-G-G-T-C-A-A-G-G-C-G-A-C-C-G-C-C-G-T-A-A-A-A.....~ : ~ transcrição A U-U-U-U-U-U-U-U .. h á duas Além disso... C. e I 'A y...U ""'U-u: A~G~A Á.-C . .. Essa parada possibilita o emparelhamento das mar estruturas em grampo.. coli cont ém uma região de simet ria da B.. de um pares de bases com a região 1 ou com a região 3.G A._ 110 formação do G: e grampo de ú• • e término da so . a tradução da sequência líder para díade (setas) que resulta em sequências de mRNA que podem for- em um dos códons Trp.· G'A ~eptídio qu.Lys . O sinal de códons Trp UGG término da transcrição em E.. U-U-C-C-G-C-U-(EG. de tal modo que em baixa concen tração de triptofano (e. seguidos... ~ A transcrição.. ção frequent emente t ermina na sequência atenuadora.. --------... --------..... por sua vez..... .. a tradução ultrapassa os códons c-G~U-A-A.... triptofano contíguos. ..._-_Arg ...A 100 'G/ .-U-C-C-U-G:A]A-A-C: G C . Estrutura da sequência t de término da transcrição do u'A-Nu óperon trp e formação de grampo de término da transcrição.. :e. G ... O peptídio líder contém dois resíduos ou ausên cia de triptofano dete rmina qual dessas estrutu...-G-C·A-G-U ' : C do grampo .. e a região 3 pode fo rmar tém um códon AUG de início da tradução. regiões líderes 2 e 3.CJE_~LA-U-U·U-U .Gly Trp Trp ..... . Na presença de triptofano suficiente. Ú Não é possível a Ú.. peptídio líder quando há Trp-tRNA •.14A).. . ..--- 90-é e ~ f.·.G~U-A-A. deixando as regiões 1 e 4 sem par....-C .. observe que a sequência líder con- mar pares de bases com a região 3... só com u ma delas por vez. :C:C:. Os dois códons Trp são posicionados ras alternativas é formada..... Assim .. .. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 517 formar pares de bases com a região 2... Em baixa concent ração de tript ofano.Thr . . grampo • • CG ..e.-G-lel ..Ser TÉRMINO ee terminador da transcrição terminador da ~( Ç Peptídio líder U·U-U-U-U-U·U t ranscrição Çt 9 proposta Ç( 9 ~~ l) ~~ 1!0 e"G ~ g 130 U ' U. emparelhamento com a região 4 e formação do grampo de término da 90. a transcri- transcrição prossegue através de todo o óperon trp.158 e C mostra um 4. a região 2 pode for... Com baixos níveis de triptofano..-G-G-U-U-G-G-U-G·G-C-G-C-A.. Se a região 3 emparelha suas A Figura 18.. 'A '-----.. Na presença de triptofano suficiente. Movimento do ribossomo até o códon de "TÉRMINO" UGA do y. T-T .. B.. não pode emparelh ar com a região ção do óperon trp normal. u-G hder . líder" de 14 amin oácidos é sintetizado como mostra o amen to das regiões 3 e 4 produz o grampo de término da diagrama da Figura 18. transcrição já mencionado.G' C ..c.-.c. t Transcrição +-... e a Figura 18. o in ício da tradução no códon de in iciação AUG líder.. mRNA.. eviden temente.... Assim. Em terceiro lugar. mas.... e=G e 1 G:c G 140 5 60 70 ~:~ ~ I . ..cr "'G/ Trp até o códon de término e interrompe o pareamento de bases entre as regiões líderes 2 e 3. -u-u-u-u --- 60 1 70 1 1 A:U /100 ' Ú: À Houve formacão Estrutura em e G G-G·U-G-G-C-G· -A-C-U-U-C-C-U-G-A-A-A-C-G. e n ão há formação do grampo de término da transcri. 1 G G-130 ' A-A. O pare... A região 2 pode formar 13 códons de aminoácidos. a sequên cia líder trp contém um sítio eficien- possíveis estruturas secundárias da sequência líder trp: te de ligação rib ossômica em posição apropriada para ( 1) região 1 emparelhada com a região 2 e região 3 em.15A mostra o grampo de término da transcri- bases com a região 2..14A. que interrompe a transcrição na sequência atenuadora. Como você provavelmen te já percebeu.. Esse processo deixa a região 3 livre para Au 'e. códon UGA de términ o da tradução (Figura 18. C.. A._ . .. acredita que o óperon his. ( riboswitch) de lisina. leit. ~ Leia a resposta do problema no site http://gen-io.br. o ribossomo 1 A tra11scrição do óperon trp pode ser regulada em para antes de encontrar a estrutura de bases emparelhadas um intervalo de quase 700 vezes pelos efeitos combina- formada pelas regiões líderes 2 e 3 (Figura 18. na presença de triptofano ção do óperon de histidi11a de Sal1nonella typhimurium. a transcrição continuará além do clusiva do óperon trp. phe e his) são regulados por ate11uação. grampo de término da transcrição pelo emparelhame11to A regulação da transcrição por ate11uação i1ão é ex- de bases das regiões 3 e 4. ATCAAATGAATAAGCATTCATCGGAATTTTTATGACACGCGTTCAA +1 M T R V Q 1 2 TTTAAACACCACCATCATCACCATCATCCTGACTAGTCTTTCAGG F K H H H H H H H P D Térm . Como dos da repressão (até 70 \rezes) e da atenuação (até 10 o emparelhamento das regiões 2 e 3 impede a formação do vezes).com. Agora se Na presença de triptofano suficiente. mas em baixo nível quando a concentração de histidina é alta. a transcrição costuma terminar (cerca de 90% Leia também os comentários sobre um mecanismo re- das vezes) no atenuador. Essa um ópero11 para outro. .rel. No processo.518 Fundamentos de Genética portanto. Regulação do óperon de histidina de Salmonella typhimurium O aminoácido histidina é sintetizado a partir de 1-pirofosfato de 5-fosforribosil e ATP por uma série de dez reações catalisadas por enzimas codificadas por oito genes contíguos no óperon de histid ina de Salmonella typhimurium. formando o grampo de térmi110 da trans. o que reduz a quantidade de gulador relacionado em O futuro: O riborregulador mRNA para os genes estruturais trp. O óperon his é transcrito como uma unidade que produz um mRNA multigênico. leia Resol\ra!: Regula- crição (Figura 18. proponha um mecanismo de regulação da expressão do óperon his. interrompe o por atenuação. CGATGTGTGCTGGAAGACATTCAGATCTTCCAGCGGCGCATGAAC 3 4 5 6 GCATGAGAAAGCCCCCGGAAGATCATCTTCCGGGGGCTTTTTTTT TGGCGCGCGATACAGACCGGTTCAGACAGGATAAAGAGGAACGC AGAATGTTAGACAACACC M L D N T hisG -----1~ De acordo com as informações acima. ate11uador até o gene trpEna ausência de triptofano. compreensão sobre atenuação. Além disso. seja totalmente regulado de término do peptídio líder.15C). seis regiões capazes de formar estruturas de haste e alça (grampo) por pareamento de bases são designadas de 1 a 6. A sequência nucleotídica do filamento não molde da região líder não traduzida S' do óperon his é mostrada na sequência a seguir. que durante muitos anos paz de traduzir ultrapassando os códons Trp até o códon foi co11siderado repressí. suficiente. Embora peque11os detalhes variem de pareamento de bases entre as regiões líderes 2 e 3. as pri11cipais características da i11terrupção deixa a região 3 livre para emparelhamento atenuação são iguais nos seis ópero11s.15B). baixa co11centração de Trp-tRNATP) . Ci11co outros óperons ( thr. ilv. Para avaliar sua com a região 4.grupogen. Assim. O óperon é expresso em alto nível quando a concentração de histidina é baixa. o ribossomo é ca. junto com as sequências de aminoácidos previstas (usando o código de uma letra) de um peptídio líder especificado pela pequena ORF e os cinco primeiros aminoácidos do produto hisG. também foram identificados em arqueobactérias. que pode se de conformação e atividade depois da ligação a pequenas dobrar em duas estruturas distintas. A Figura 1 mostra a estrutura prevista do a recomposição (splicing) e o processamento 3' do mRNA. às vezes os riborreguladores alteram no reino das bactérias. Um ra 18. terianos. Durante a última década. regiões helicoidais que circundam uma bolsa de ligação à Usina. Juntos. G ou A. en. M = A ou C. e N =A. C ou U. D =A. Na verdade. Eles também podem bloquear a tradução por sequestro riborregulador de Usina muito semelhante foi encontrado na região da sequência de Shine-Dalgarno (sítio de ligação do ribossomo) 5' não traduzida do mRNA de lysC de B. coli que resul- ativar ou finalizar a transcrição ou tradução. de modo servadas nos riborreguladores de f. coli. coli (ver Figu. S = G ou C. uma região dobrada capaz de se ligar a um á muito tempo se sabe que as enzimas sofrem mudanças metabólito específico. Em f . subtilis foram usadas que os ribossomos não possam se ligar ao mRNA. de metabólitos de muitos mRNA bacterianos têm papéis centrais Examinemos um riborregu lador específico. A estrutura mostra as regiões de haste e alça conservadas em torno da bolsa de ligação de Usina (azul). que regula a biossíntese de Usina e seu transporte para o inte- metabólitos desses RNA e os domínios que sofrem alterações de rior das células. A. domínio de aptâmero (ligador de Usina) do riborregulador de lisina M A D B 50 V y V D K D V G 40 ':{ V G 5' 1 180 183 • FIGURA 1 Estrutura do domínio ligador de Usina do riborregulador de Usina. coli e 8. Y = pirimidina. os riborreguladores de Usina tretanto. C e U representam nucleotídios invariáveis. H =A. assim como os nucleo- tídios que constituem a bolsa de ligação de Usina.15C). . G. o riborregulador de na regulação da expressão gênica. a expressão gênica por mudança de conformação após a ligação o gene lysC codifica uma aspartoquinase catalisadora da primeira de metabólitos específicos. A maioria dos para pesquisar sequências semelhantes em outros genomas bac- riborreguladores caracterizados até hoje ocorre em bactérias. As mudanças de conformação podem etapa da biossíntese de Usina. Eles regulam em uma sequência de reações catalisadas por enzimas. demonstrou-se que gênica e a outra que bloqueia a expressão gênica. W = A ou U. sub ti/is. G. U ou C. os domínios de ligação códon de início da tradução. As sequências con- dentro de um grampo unido por ligações de hidrogênio. C ou U. V = A. G ou U. Os dois domínios as moléculas de RNA ligam-se a metabólitos e sofrem alterações geralmente estão presentes no mRNA em posição 5' em relação ao semelhantes da conformação. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Cênica em Procariotos 519 • FUTURO O RIBORREGULADOR (RIBOSW/TCH} DE LISINA Os riborreguladores contêm dois componentes essenciais: (1) um domínio aptâmero. K = G ou U. Os outros símbolos são: R = purina. fungos e são extremamente conservados e estão amplamente distribuídos vegetais. tam na síntese constitutiva de lisina são mapeadas na região líder Os riborreguladores costumam finalizar a transcrição pela do gene lysC. As cinco estruturas de haste e alça são extremamente conservadas. Os resu ltados foram claros. e as mutações em E. Agora. os domínios de ligação a lisina. B = G. As bactérias sintetizam a Usina a partir do aspartato conformação são conhecidos como riborreguladores. A sequência mostrada é derivada de uma análise genômica comparativa de um grande número de riborregu ladores de Usina de muitas espécies. C ou U. C ou U. constata -se que essa região do mRNA de lysC formação de grampos de término da transcrição semelhantes é altamente conservada e dobra-se em uma estrutura com cinco ao responsável pela atenuação no óperon trp de f. Em fungos e vegetais. uma que facilita a expressão moléculas. e (2) um domínio de expressão. . 13-galactosídio Embora a regulação da expressão gê11ica em procariotos permease e 13-galactosídio transacetilase... a transcrição de lysC é f inalizada.. sequências codificadoras de vários genes. a transcrição dos cinco genes estruturais no óperon trp é reprimida na presença de concentração relevante de triptofano . Na ausência de Usina. a transcrição é desativada. o ajuste fino da regulação da expressão gê. as bactérias interrompem a biossíntese de lisina quando a e facilita a transcrição contínua de lysC e de outros genes regulados síntese não é mais necessária e usam a energia conservada para na ausência de lisina. Assim. grampo antiterminador impede a formação do grampo terminador Logo. Quando presente. contendo as nica ocorre por modulação da frequência de início da tra. um grampo antiterminador forma -se no domínio de expressão em posição 5' em relação ao início da tradução do gene regu lado (lysC no diagrama) e impede a formação de grampo terminador de transcrição. mRNA do óperon lac de E. Por exemplo. encadeará uma mudança de conformação no domínio de expressão Na ausência de Usina. os três ocorra pri11cipalmente i1a transcrição. Assim. a presença do transcrição na porção 5' da região codificadora de lysC (Figura 2B).__. o aptâmero se ligará a ela (ver Figura 1) e des- 3 7 diferentes espécies de bactérias. transcrição do gene lysC. o domínio de expressão do riborregulador do riborregulador de Usina (Figura 28). a transcrição do gene é ativada. B.. parte da bolsa de ligação de lisina do aptâmero.. A. Por conseguinte. as moléculas e desativados juntos i1a tra11scrição porque os genes são . coli é um sistema repressível negativo. Em procariotos. a sequência antiterminadora 3' está livre para participar da formação de um grampo de término da transcrição em posição 5' em relação à região codificadora do gene regu lado (lysC é mostrado na ilustração). de mRNAfrequentemente são multigênicas. • FIGURA 2 Controle da transcrição pelo riborregulador de Usina. Caso haja acréscimo de lisina ao meio de promover outros processos metabólicos. Ausência de lisina. Portanto. e a sequência antiterminadora 5' é sequestrada em um grampo basal que faz parte da bolsa de ligação de Usina.520 Fundamentos de Genética • FUTURO (continuação) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-""' com base em uma comparação de 71 riborreguladores de Usina de cultura das bactérias.. Região codificadora - de lysC Antiterminador 5' 5' '--... coli abriga sequências i1ucle- otídicas codificadoras de 13-galactosidase.. genes codificadores dessas proteí11as têm de ser ativados tuma ser feito na tradução. a sequência em posição 3' do antiterminador é livre para superpõe-se à sequência em posição 5' no grampo de término da se tornar parte do grampo terminador da transcrição e finalizar a transcrição que se forma na presença de li si na. Essa mudança de conforma- de Usina forma uma região de grampo com ligações de hidrogênio ção sequestra a sequência em posição 5' do grampo antitermina- denominada antiterminador em posição 5' em relação à região dor em um grampo basal unido por ligações de hidrogênio que faz codificadora do gene lysC (Figura 2A) e outros genes regulados. • operons como trp codificadores de enzimas participantes das vias de biossínt. o dução ou da taxa de alongamento da cadeia polipeptídica. Presença de lisina..ese de aminoácidos g-eralmente são controlados por um segundo mecanismo regulador denominado atenuação • A atenuação ocorre pelo término prematuro da transcrição em um sítio na sequência líder do mRNA (a sequência em posição 5' em relação à região codificadora) quando o triptofano é predominante no meio de crescimento das bactérias. B.. Em consequência A sequência em posição 3' presente nesse grampo antiterminador disso.uuuuu Região codificadora - de lysC A. PONTOS ESSENCIAIS • O óperon trp de E.. ~ Adição@ ----- Sensor Terminador da transcrição .-. o ajuste fino cos. Regulação da exP-ressão _ênica P-ºr controle da traduç_ ão_ _ Geralmente. a Usina liga-se ao aptâmero. Por conseguinte. tal- vez a maioria delas. uma ao longo da molécula de mRNA. mo transcrito por varios mecanismos. 1. célula têm de ser controladas após a transcrição. ra secundária que impedem a migração do ribossomo dação de mRNA estão acopladas em procariotos. Algumas ligação do substrato// alterado . provavelmente por transição a síntese do produto final. rapidamente bloqueando 16 metabólitos diferentes. essas enzimas sofrem transições alostéricas que reduzem sua afinidade pelos substratos. . Também há taxas diferentes de degradação de regiões es- simultaneamente. molécula de mRNA costuma passar pelos três processos 3. A diminuição das taxas de tradução costuma por. a enzima da via e interromper sua atividade. . Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 521 cotranscritos. com interrupção quase imediata da síntese de de cultura das células.. Todavia.antra- ficadores de enzimas em uma via de biossíntese é repri- nilato sintetase (Figura 18. o meca- boa ilustração da inibição por feedback. Um segundo e mais rápido ajuste triptofano. No caso de a primeira enzima da via ( Figura 18.triptofano . os três produtos gênicos não são produzidos em diferentes quantidades a partir do mes- . / enzimas apresentam um amplo espectro de ativação e .13) . rapidamente interrompendo a síntese do produto. A glutamina O produto final de uma via de biossíntese costuma se ligar à primeira sintetase de E. nos códons de iniciação ATG de diferentes genes.. PONTOS ESSENCIAIS • O ajuste fino da regulação costuma ocorrer no nível de tradução por modulação da taxa de iniciação da cadeia polipeptídica ou de awngamento da cadeia.----. A via de biossíntese do triptofano em E. Uma célula de E. Esse fenômeno é enzimas multiméricas.000 moléculas de 13-galac.16). tradução e degra. tosidase.e inibe totalmente sua mida quando o produto dessa via está presente no meio atividade. coli que cresce em meio rico em lactose como única fonte 1. A concentração suficiente um sítio (ou sítios) de ligação do produto final além do produto final de uma via de biossíntese costuma inibir do sítio (ou sítios) de ligação do substrato. alostérica.. 1 Mecanismos re uladores P-_ ó_s-_t_ ra_d_u_~ ão_ _ _ _ _ _ _ __ A inibição por feedback ocorre quando o produto de uma denominado inibição por feedback ou inibição pelo produto fi- via de biossíntese inibe a atividade da primeira enzima nal. Um Enzima após transição alostérica Produto final ligado ao exemplo é a enzima glutamina sintetase. por ativação ou inibição.16 Inibição por feedback da atividade do produto gênico.--- / inibição por muitas moléculas efetoras diferentes. Sabe-se que a eficiência de início da tradução é diferente de carbono contém cerca de 3.. coli responde. O produto final nismo pelo qual a transcrição de genes bacterianos codi- .500 moléculas de 13-galactosídio permease . Enzima Sítio de ligação do produto final //1' ~ ) As transições alostéricas também parecem ser res- ponsáveis pela ativação da enzima. A alteração da eficiência de movimento do ribossomo ao lon- 600 moléculas de 13-galactosídio transacetilase. tanto em procariotos quanto em eucariotos. A molécula efetora glutamina sintetase é uma enzima multimérica complexa • FIGURA 18. os produtos gênicos podem ser pecíficas de moléculas de mRNA.. centado ao meio. e 2. ser causada por grampos ou outras formas de estrutu- E preciso lembrar que transcrição.. A inibição por feedback ocasiona a interrupção quase imediata da síntese do produto final quando ele é acres- da via. que costuma ocorrer %O substrato não se Jt / / quando uma enzima se liga a um ou mais de seus subs- > liga ao sítio de 1 1 tratos ou a alguma outra pequena molécula. coli é uma Nós comentamos. o sítio de ligação do produto final ou Substrato regulador costuma ser uma subunidade (polipeptídio) diferente da existente no sítio do substrato. Depois da li- ~ gação do produto final. fino da regulação do metabolismo costuma ocorrer no As enzimas sensíveis à inibição por feedback contêm nível da atividade da enzima.liga-se à primeira enzima da via . . E claro go das regiões intergênicas de um transcrito é bastante que as diferentes quantidades molares dessas proteínas comum. . anteriormente neste capítulo.. Assim. que catalisa a da conformação sítio de ligação da etapa final da biossíntese do aminoácido glutamina. sintetizados em quantidades iguais. Muitas enzimas. Sítio de ligação Intermediário Produto final do substrato As proteínas que sofrem mudanças de conformação são \ denominadas proteínas alostéricas. passam por transições alostéricas de ' 1 \ 1 1 algum tipo. 7 e 18. a sim. 110 da transcrição no atenuador) (Figura 18. O que é atenuação? Qual é seu mecanismo? um processo denominado inibição por feedback. O acréscimo de histidina ao meio de cultura de E. Um elemento de ação eis só in. Qual é a explicação para isso? configuração eis. Quando a quantidade pressão dos ge11es regulados. A formação desse grampo depende sistemas de controle positivos e negativos. o enquanto nos circuitos de controle 11egativo. A en- Resposta: Ate11uação é um mecanismo de regulação da zima tem um sítio de ligação de histidina. Qual é a diferença entre mecanismos reguladores determina se há ou não atenuação. se liga à histidina.ro. eoli 13-galactosídio permease. As- ópero11 do triptofano ( trp) de E. onde dora (0). a tradução ultrapassa os 2. bem aos ge11es regulados. de triptofano é suficiente.da \ria de biossíntese da histidina. com rápida interrupção da biossíntese do produto • A ativação da enzima ocorre quando um substrato ou outra molécula ejetara estimula a atividade de uma enzima. se transporta lactose para de11tro da bactéria. e11quanto os óperons re. A região líder positivos e negativos? do mRNA tem sequências que podem emparelhar suas bases para formar estruturas em grampo alter- Resposta: As mutações de genes reguladores que geram 11ativas. e quando expressão gê11ica pelo térmi110 prematuro da trans. possibilita a formação do grampo de término Resposta: Na ausência da molécula efetora. triptofano. relação aos ge11es regulados e (2) transem relação eoli faz cessar sua síntese muito rapidamente. 110 são baixos. Isso. Qual é a diferença entre elementos reguladores eis enzimas de biossí11tese do triptofano. essas que impede a formação do grampo de término da mutações tornam impossível a desativação da ex. pressí. 15C). construção de diploides parciais nos quais os ele- mentos reguladores estejam em posição (1) eis em 5. uma região opera. A 13-galactosídio permea- inclui um gene regulador (/).reis são ativados.15B).reis e re. códo11s Trp até o códo11 de término da tradução. Quando os níveis de triptofa- impossível ati\rar a expressão dos genes regulados. O modelo óperon para a regulação da síntese da 13-galactosidase e outro gene estrutural ( Y) para a enzima necessária para o uso de lactose por E.8). No caso do mação que i11ibe sua atividade (Figura 18. os eventos ocorri- Resposta: Esses eleme11tos podem ser distinguidos por dos durante a tradução podem afetar a transcrição. A atenuação e trans? é possível em procariotos porque a transcrição e a tradução estão acopladas. eoli. por sua vez. 16). pressíveis? desorganizando o primeiro grampo. por exemplo. Exercícios Aplique a análise genética básica 1.522 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • A inibição porfeedback ocorre quando o produto de uma via de biossíntese inibe a atividade da primeira enzima da via. a tradução cessa 110S códons Trp. tra11scrição (Figura 18. a histidi11a também i11ibe a ati- (compare as Figuras 18. essas mutações tomam resíduos triptofano. aumentando a taxa de síntese do produto da via. A atenuação diminui em dez \rezes a síntese das 3. Qual é a diferença entre ópero11s induzí. por 4. um gene estrutural (Z) para a enzima é clivada em glicose e galactose pela 13-galactosi- . uma das quais é um sinal típico de término produtos inativos têm efeitos muito diferentes em da transcrição. a inibição por feedbaek acarreta a i11terrupção prese11ça ou ausência do produto final. quase imediata da síntese de histidina. Nos cir- da tradução de um peptídio líder co11tendo dois cuitos de co11trole positi. os óperons da transcrição e a ocorrência de atenuação ( térmi- induzí\reis são desativados. vidade da primeira enzima.N' -5' -fosforibossil-ATP tra11sferase . Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. sofre uma muda11ça de confor- crição na região líder de um transcrito. antes de cessar a síntese das enzimas de biossí11 tese flue11cia a expressão dos ge11es quando prese11te em da histidina. enquanto um elemento de ação Resposta: Além de desativar a síntese das enzimas de bios- trans é eficaz tanto em configuração eis quanto trans síntese da histidina. assim. rersível da proteí- E. 2. Esse mecanismo regulador é denomi- se constitutiva de 13-galactosidase e síntese induzível nado inibição por feedbaek (Figura 18. (3) l 'üZ+Y+. A figura a seguir mostra uma cepa de E.16). (d) gene estrutural Z permease na ausência de lactose? Por quê? e (e) gene estrutural l? 18. a i11ibição quer um dos cromossomos porque /+ é domi11a11 te por f eedback. ami11oácido dimi11ui as taxas de sí11tese das enzimas la precisa ter ao menos uma cópia do gene r-. eoli: (a) regulator. (b) A / de 13-galactosídio permease. (b) operador.e y.4 Qual seria a consequê11cia da inativação por muta. y+ tiva os produtos gê11icos do óperon lae. (c) promotor. respectivamente. /+ (induzível) e 18. operador. Is (super-repressor). a atenuação e a repressão/ desrepressão em relação a J-. e /+atua tanto em configuração eis ajustam com rapidez e bastante precisão as taxas de e quanto trans.5 Grupos de alelos associados ao óperon de lactose repressíveis de microrganismos? são (em ordem de dominância de cada série aléli- ca): repressor. ü (constitutivo. Com- de 13-galactosidase e síntese induzível por 13-galacto- plete o diagrama com um genótipo que resulte na sídio permease você consegue imaginar? síntese constitutiva de 13-galactosidase e na sí11tese induzí. eis-do- causada pelo produto fi11al de uma via de biossí11- mi11a11te) e o+ (induzível. eis-domi11a11te).14 e 18. o que diminui ainda mais a célula pode ser homozigota ou heterozigota para as taxas de sí11tese das enzimas de biossíntese do o gene / +e. triprofano. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 18. mento expo11e11cial em meio de cultura com concen- tração muito baixa de triptofa110 há 20 min quando I o z y se acresce11ta uma grande quantidade de triptofano ao meio. estrutu- tese. anteriores produz 13-galactosidase e 13-galactosídio (b) operador.3 No óperon de lactose de E. (2) J-oz+y+. na repressora de tipo selvagem com o operador.1 Como é possível diferenciar enzimas induzíveis e 18. triprofano (Figura 18. eoli com uma mutação na região opera- ção destes ge11es ou sítios no óperon de lactose de dora lae que causa a ligação irre.2 Diferencie (a) repressão e (b) inibição por feedbaek J. Em cortju11to. qual é a função (4) 1so+z+y+e (5) J-o+z+y+? (b) Qual dos genótipos de cada um destes genes ou sítios: (a) regulator. isto é. ao passo que as cepas muta11tes J.antra11ilato sintetase . só afeta a expressão é que a alta concentração de triptofano reprime a de genes 110 mesmo cromossomo.são incapazes de produzir 13-galactosidase e 13-galactosídio permea- se ativas. o que i11ibe a ati. eoli. Um possível genótipo é apresentado síntese bacteriana de metabólitos como o triptofano no diagrama a seguir. eoli parcialmente Quantos outros genótipos com síntese constitutiva diploide que tem duas cópias do óperon lae. eoli de tipo selvagem apresentam cresci- ploide parcial. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Cênica em Procariotos 523 dase.e ü si11tetizam de maneira co11stitu- o+ z. 18. cepa de E. se heterozigota. As mutações 110 ópero11 lae têm os seguintes z+ y- efeitos: as cepas mutantes z. 14C).ridade da e11zima e causa a interrupção quase imediata da síntese de Resposta: Vários genótipos diferentes apresentarão sínte. transcrição do óperon trp.da transcrição dos genes no óperon ü têm de estar no mesmo cromossomo porque o do triptofano (Figuras 18. z+ e y+. (c) A terceira operador só atua em eis.da via de biossí11te- se do triprofano. Por outro lado. em resposta a mudanças ambientais.(constitutivo). (c) promotor. e (2) o gene z+ e uma mutação ro . que de biossí11tese do triprofano pelo término prematu- codifica o repressor. 15).6 Suponha que você tenha descoberto uma nova 18. (d) gene estrutural Z e (e) gene estrutural l? Você nomeou esse operador mutante de o sb ( ope- . (a) Qual destes genótipos produz 13-ga- complementam para possibilitar a regulação efi- lactosidase e 13-galactosídio permease na presença ciente do metabolismo? de lactose? (1) J+o+z+y+.ate11uação . E indispensável que segu11da alteração é que a alta co11centração desse cumpram dois requisitos fundamentais: (1) a célu.rel de 13-galactosídio permease por esse di. /+pode estar em qual. o triptofano liga-se à primeira enzima . Células de E. Como esses dois fenômenos reguladores se ral. Que alterações fisiológicas ocorrem nessas células após o acréscimo de triptofano? I o z y Resposta: (a) Inicialme11te. 4. de permease.1s0+z-y+.7 Por que a mutação O no óperon "fac de E.5): 18. 1+az+y+ 25 100 25 100 /+az+y+. coli acarreta o tér- mutantes constitutivos podem ser distinguidos em mino prematuro ou atenuação da transcrição do relação à (a) posição no mapa. mos reguladores negativos e positivos.12 Como o óperon de triptofano em E. coli parcialmente diploides para o óperon Genótipo -Indutor +Indutor -Indutor +Indutor "fac. coli. coli. tros valores são relativos aos níveis observados de constitutiva ou induzível. Quais são os mecanis- tosidase e 13-galactosídio permease) de ambos os mos usados por esses dois processos reguladores genes? (d) Qual dessas cepas apresenta dominân.21 Por que mecanismo a presença de triptofano no sente seja de tipo selvagem.versus r/f+ e (c) posição dos genes estruturais afetados 18. Por quê? mease em células com diferentes genótipos no 18. (b) regulação dos óperon trp? níveis de enzima em diploides parciais 0/0.22 Suponha que você usou a mutagênese sítio-espe- por uma mutação O versus os genes afetados por cífica para modificar a sequência trpL de tal modo uma mutação /-em um diploide parcial. deria regular o nível intracelular de AMP cíclico? mas 13-galactosidase e 13-galactosídio permease? (b) A 18.524 Fundamentos de Genética rador de "superligação" [do inglês. que os dois códons UGG de Trp nas posições 54- 56 e 57-60 (Figura 18.1+0+z-y-.1+0+z+y-.15 O efeito do complexo CAP-cAMP sobre a transcri- nova mutação Ob apresenta dominância eis ou trans ção do óperon "fac é um exemplo de regulação po- em seus efeitos sobre a regulação do óperon "fac? sitiva ou negativa? Por quê? 18. 1+o+z+y+ 0. para modular os níveis de transcrito do óperon cia eis dos elementos reguladores do óperon "fac? trp? (e) Qual dessas cepas apresenta dominância trans 18. coli é va? (c) Qual dessas cepas tem expressão constitu.1+a-z+y+ e (5) 3. ra em que uma célula de E. complete os espaços com os níveis da 18. apresentando exemplos. A atenuação do óperon trp ainda será regu- 18. 18. quanto por (2) atenuação.18 A tabela a seguir apresenta as atividades relativas <d) /+o+ z+y+11-o+z+y+. Suponha que todo o restante do DNA pre- 18. Descreva como os dois meio de cultura das células de E.8 Indique se a síntese enzimática de cada diploide repressão catabólica? Em caso afirmativo.16 Seria possível isolar mutantes de E. J-o+z+y+ 100 100 100 100 r0+z+y+. coli de tipo selvagem sem fator F' foi síntese induzível de permease e (b) com síntese estabelecido arbitrariamente em 100. 18. elas podem ser de dois tipos: de E.13 Qual é o significado biológico do fenômeno de re. base nos dados apresentados na tabela para os ge- nótipos 1 a 4.1+0-z-y+.1+az+y+. 1-az-y+.17 Diferencie. coli está crescendo po- tipo f-Obz-y+/J+a-z+Y-em relação à síntese das enzi. lada pela presença ou ausência de triptofano no pressão catabólica? meio de cultura das células de E.11 As mutações constitutivas sempre produzem níveis ficadas pelos cinco genes no óperon trp em células elevados de enzimas. (b) 1+o+z+y+. O nível de atividade de cada (a) com síntese constitutiva de 13-galactosidase e enzima em E. 13-Galactosidase 13-Galactosídio permease Você usa um plasmídio F' para criar várias cepas de E. todos os ou- constitutiva de 13-galactosidase.10 Como historiador de genética. 18.1+az+y+.20 Qual é o efeito da deleção da região trpL do ópe- dos elementos reguladores do óperon lac? ron trp sobre as taxas de síntese das enzimas codi- 18. coli poderia mRNA fossem substituídos por códons GGG de ter se desenvolvido e sido mantido por evolução? Gly. com produtos ativos (13-galac.F 1+o+z+y+ sência de lactose? (b) Qual dessas cepas apresenta síntese constitutiva de 13-galactosídio permease ati. 1-o •z+Y-/F J-o+z+y+ 200 200 100 100 sidase funcional tanto na presença quanto na au. (2) 1+az-y+.1 100 0. (e) 1+az+y+. 5. (4) 1sa-z-y-. . embora atividade nessas bactérias de tipo selvagem. das enzimas 13-galactosidase e 13-galactosídio per- (e) J-()+z+y+/J-()+Z+Y+. do alguns experimentos clássicos realizados por Jacob e Monod com o óperon de lactose em E. As cepas criadas têm os seguintes genótipos: 1. Com haja um gene Y+.19 A taxa de transcrição do óperon trp em E.14 Como a concentração de glicose no meio de cultu- (a) Que fenótipo teria um diploide parcial do genó.14) na sequência líder de 18. controlada tanto por (1) repressão/desrepressão tiva dos genes Z e Y. você está repetin.superbinding]). em que parcial a seguir é constitutiva ou induzível (veja as genes as mutações poderiam estar localizadas? relações de dominância no Problema 18. (3) 2.f+()+z+y+. coli é 18. atividade enzimática esperada no quinto genótipo. mas sem síntese. colz? . os mecanis- (a) f+o+z+y+.9 Escreva o genótipo diploide parcial de uma cepa locus lac em E. coli nos quais epistática em relação à mutação /9 a transcrição do óperon "fac não fosse sensível à 18.1 100 (1) /+ az+y-. coli cultivadas na presença de triptofano? O ou 1-. (a) Qual delas produz 13-galacto. repressão catabólica ou of CAP-cAMP" e outros para ver os modelos tridimensio- "efeito glicose" . Que tipos de interações participam da ligação de um importante papel regulador por prevenção da indu. Ele atua como regulador global de vias catabólicas CAP-DNA Complexes. 2.se)" e busque o termo "CAP-cAMP". Esse fenômeno . em comum com outras proteínas de ligação do DNA? Sem ligação de CAP-cAMP ao promotor.1 Angstrom Structure em bactérias.Da. ov ~-=-~~~~~~~- A proteína ativadora do catabolismo (CAP) de E." "Crystal Structures of rons. colz? Genômica na Web em htt ://www. Clique em "103T.requer interações específicas entre os nais dessas interações moleculares. Quais são as estruturas tridimensionais dos complexos a lactose. do óperon lacnunca ultrapassa 2% do nível observado na role a tela para baixo. A CAP tem de for. Capítulo 18 1 Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 525 18. A CAP tem algum domínio estrutural tridimensional lace. ara e em vários outros ópe- = Molecular Modeling . que é uma fonte de energia mais eficiente que 3." "IG6N. Qual é a estrutura tridimensional de CAP-cAMP? glicose. . clique em "Molecular databases". Altas concentrações de glicose impedem a ati. CAP-cAMP ao DNA? ção do óperon lac na presença de alta concentração de 2.23 Que características em comum têm a atenuação de 18.nlm. domínios de ligação de DNA do complexo CAP-cAMP e as sequências nucleotídicas em promotores bacterianos. A ligação de CAP-cAMP tem algum efeito sobre a es- AMP cíclico (cAMP) a partir de ATP. O complexo CAP-cAMP tem o mes- mo efeito nos óperons gal.nih. trutura do DNA? mar um complexo com cAMP para se ligar ao promotor 5. que catalisa a síntese de 4. estimular a ligação da RNA polimerase. a transcrição Dica: No site do NCBI.taba. clique em "Structure (MMDB ausência de glicose. por sua vez.24 Seria provável a ocorrência em organismos trp e o riborregulador de lisina? eucarióticos do tipo de atenuação que regula o ní- vel de transcritos de trp em E.ncbi. CAP-cAMP-DNA? vação da enzima adenilciclase. coli tem 1. _ .imediatamente reconhecida pelo sistema imune. o tripanossomo infeccioso é aprisionado Tripanossomos africanos 1 Um baú e destru ído pelas células imunes. somos adquirem uma nova proteína nagem a Bruce. para os tripanossomos deve-se a uma um tipo de mosca que pica e é comum em grande série de genes que codificam as planícies abertas de vegetação arbustiva glicoproteínas variáveis de superfície ' na Africa. mas. antes da elimina- ção de todos os tripanossomos do an imal. letargia e ema. Isso é incrível por- gênica por interferência por RNA que. . a a picada da mosca tsé-tsé. mos alterados que mantém a infecção. Durante uma infecção. um tipo de tripanossomo. Quando o sistema imune reconhece esse revestimento proteico. Tripanossomos entre as hemácias. que acometia animais selvagens e domésticos do sul da Africa. Assim. David Bruce. A base desse ressurgimento é a capacidade do tripanossomo de mo- dificar a proteína que reveste sua superfície.. surge outro grupo de tripanosso- zulu que significa "perda do espírito". A cada ataque imune. porém. agora é ficada. resumiu suas observações e experimentos sobre uma doença somos alterados escapam da destruição e proliferam.. as infecções Regulação pós-transcricional da expressão por tripanossomos são muito duradouras. no sangue. os tripanossomos sofrem ataques repetidos do sistema imune. Os seres humanos também de superfície e colocam-se um passo podem ser infectados pelos tripanossomos à frente das defesas imunes do animal. no entanto.. todos os outros são silencio- lado injetado no sangue do animal durante sos.. alguns sempre sobre- Ativação e inativação de cromossomos inteiros vivem para repovoar o sangue e mant er a infecção. racterizada por febre. Bruce reconheceu que de disfarces moleculares disponíveis a nagana é transmitida pela mosca tsé-tsé. a ma ioria dos tri- Expressão gênica e organização da cromatina panossomos é destru ída. conhecida como nagana. . sistema imune aprende a reconhecê-los também. transmitidos pela mosca tsé-tsé e desenvol. cada vez. é ca. enquanto A doença.. Cada tripanos- somo é coberto por cerca de 1O milhões de moléculas de uma mesma glicoproteína. Por fim. No entanto. edema. os tripanos- denominado Trypanosoma brucei em home. Esse parasito do identidade do gene expresso é modi- sangue. o exame dos animais {VSG) que revestem esses organismos. A oferta aparentemente interminável grecimento extremo. palavra isso. Esses tripanos- vice. Além disso. a infecção é mantida durante vem a doença debilitante conhecida como semanas ou até mesmo meses até que doença do sono africana. alguns deles conse- de disfarces moleculares guem substitu ir a glicoproteína de superfície por outra que não é No fim do século 19. o . A cada mudança. o animal morra por exaustão. doentes levou-o a concluir que o agente Apenas um desses genes é expresso de causador é um protozoário unicelular flage. cirurgião do British Medical Ser.._ ao ressao ênica em ucariotos PANORAMA Mecanismos de regulação da expressão gênica eucariótica 1 Considerações gerais Indução da atividade de transcrição por fatores ambientais e biológicos Controle molecular da transcrição em eucariotos Tanto em animais quanto em seres humanos. rel é Núcleo Citoplasma o núcleo. . Uma razão é que os ge11es que11te tradução desse RNA em polipeptídios. das quais a mais . 011de são associados o º Polipeptídio a ribossomos. Os organismos do catabolismo (CAP)/AMP cíclico. Outro gene poderia ter perfil de ex- nesses orga11ismos respondem rapidamente a mudanças pressão exatamente oposto. ligam-se a ele (Ca- multicelulares contêm muitos tipos celulares diferentes pítulo 18). No e11ta11- são sequestrados no núcleo.. a expressão de genes em euca- O controle da transcrição é mais complexo em euca- riotos requer a transcrição de DNA em RNA e a subse- riotos do que em procariotos. Essa separação física dos processos da expressão em que a expressão pode ser regulada: transcrição.isí. Ou- A expressão gênica é mais complexa em eucariotos que em procariotos.1 d1os. em i1ível de RNA ou polipeptídio. Os tra11scritos de RNA também são modi.:=-=--=i:. Determinado ge11e o acesso da RNA polimerase a um gene. esse con- diferenças na expressão gê11ica é a base da complexidade trole imediato é uma estratégia eficie11te para a sobrevida anatômica e fisiológica de eucariotos multicelulares. Cada organela tem uma função diferente.ride as células em organelas separadas. O principal processo. os sinais ambientais têm é "processada".=- s ________ A regulação da expressão gênica eucariótica pode ocorrer ( Figura 19... Um escapar dos ataques do sistema imune é uma história so- gene que não é transcrito simplesmente não é expresso. Retículo ficados no núcleo por adição do cap. .:. A regulação pode ocorrer i10 núcleo.. as células eucarió- Em geral.isto é. a tra11scrição de DNA em RNA. cloroplastos (no caso das células vegetais) e um re- DNA tículo endoplasmático. Além disso. de procariotos. o RNA é de ser transmitidos da superfície celular. Como discutimos no Capítulo 18. b J'VV". Diferentes genes vsg são expres- transcrição ocorre em procariotos quando moléculas re- sos em diferentes momentos .. principalmente removidas da vizinhança de um gene e moléculas regu- organismos multicelulares como i1ós. como a proteína repressora lac. Portanto. poliadenilação e Tradução endoplasmático remoção de íntro11s. • Expressão gênica eucariótica mostrando os estágios FIGURA 19. os poderia ser expresso em células do sa11gue. e o retículo ' as Transcrição l J"VVV RNA transporta materiais dentro da célula. onde geralmen- protegido por cap na extremidade 5'. O núcleo armaze11a o material o-enético b mitocô11drias e cloroplastos obtêm energia. DIMENSÕES DA REGULAÇÃO TRANSCRIÇÃO DE DNA CONTROLADA GÊNICA EUCARIÓTICA Em procariotos. Durante o processamento. Os RNA mensageiros resultantes _goº°o8.rés do citoplasma e da membrana extremidade 3' e alterado i11ternamente pela perda das sequências de í11trons não codificadoras (Capítulo 11). no processamento ou na tradução. to elaborados para controlar a transcrição de DNA. são poral dos genes vsg. poliadenilado na te são recebidos. . A regulação que cria essas ambientais.bossomos.. como um complexo proteí11a ativadora são regulados em uma dimensão espacial. ou no citoplasma. atra. A bre a regulação gênica. as células eucarióticas também têm mitocô11- drias. . processamento e . Como em procariotos. muitos deles localizados nas membra- nas do retículo endoplasmático. em na transcrição. esses mRNA são traduzidos em polipeptí. Processamentof A subdivisão das células eucarióticas em oro-anelas .. há regulação tem- guladoras i1egativas. nível de DNA ou RNA. Essa compartimentalização subdi. Entre eucariotos. antes da tradução. os RNA procarióticos i1ão sofrem essas modifi. os genes também ladoras positivas. ticas necessitam de sistemas de sinalização internos mui- cações terminais e internas. a expressão gê11ica é regulada principal- A história do mecanismo usado por tripa11ossomos para mente por controle da transcrição do DNA em RNA. - ge111ca tor11a poss1vel a regulação em diferentes locais tradução.. Uma vez associados a ri. a maior parte do RNA eucariótico to sobre o nível da tra11scrição. separa fisicamente os processos de expressão gênica. Para que tenham algum efei- to. ra . nuclear até os cromossomos. Essas interações de proteína-D NA controlam orga11izados em tecidos e órgãos.. são exportados para o citoplasma. . porque as células eucarióticas são divididas em compartime11tos por um sistema elaborado de membranas. mas i1u11ca mecanismos desenvolvidos para controlar a tra11scrição em células nervosas.-ºº vt'Põ-'Oo r-ll. ocor- re no núcleo. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 527 Mecanismos de regulação da expressão _ênica eucariótica Considerações -~e.1). Todos esses polipeptídios têm em comum os aminoá- RECOMPOSIÇÃO ALTERNATIVA DE RNA cidos dos éxons 1 a 3. e vice-versa. nina T provavelmente atuam de maneiras um pouco di- doras. Essas diferentes formas de tropo- processo requer a união precisa das sequências codifica. contribuindo para a variabilidade do mRNA é mediada por espliceossomos. Exemplos de mRNA • FIGURA 19. transcrito de RNA de diferentes maneiras é um modo de municação intercelular é um aspecto importante da re. Muitos tipos diferentes foram identificados. da ação das células musculares. Observe a variação que ganelas nucleares. o éxon entre eles também Os RNA mensageiros são exportados do núcleo para o ci- será removido. ausentes. 9 a 15 e 18. Os transcritos desse gene são recompostos de diferentes mentadas em uma seção a seguir. o mecanismo de recomposição toplasma.2 Recomposição alternativa de t ranscritos do gene de troponina T de rato. ou trechos de genes. Aparentemente. Outra varia- remover todos os íntrons do transcrito de RNA de um ção é determinada pela presença ou ausência de regiões gene para que haja expressão adequada da sequência codificadas pelos éxons 16 e 17. a recomposição alternativa de Como em procariotos. A estrutura dessas proteí. em um RNA mensageiro. No rato. No entanto. economizar informações genéticas. Assim. D Um dos dois éxons. esse fenômeno de recomposição de um crição de genes em determinado tecido. 17 codificadora. a regulação transcricional transcritos torna possível que um único gene codifique eucariótica é mediada por interações de proteína-DNA. está presente em todos os mRNA. a 250 aminoácidos. o transcrição. Pode ser necessário que os sinais ambientais dora de um RNA por deleção de alguns de seus éxons. e . rante a expressão do gene para troponina T. se 16 estiver presente. Proteínas reguladoras positivas e negativas ligam-se a re. atravessem camadas de células para influenciar a trans. Apenas três dos 64 diferentes mRNA possíveis são mostrados. mais de 16 kb e contém 18 éxons diferentes (Figura 19. Conforme analisado no Capítulo 11. D Os éxons 4-8 estão presentes em várias combinações no mRNA. ou éxons. • Os éxons 1-3. Um exemplo de recomposição alternativa ocorre du- giões específicas do DNA e estimulam ou inibem a trans. as regiões A maioria dos genes eucarióticos tem íntrons. ficadora dos aminoácidos de um polipeptídio. maneiras para criar uma grande série de mRNA cuja tra- dução produz muitos polipeptídios troponina T diferen- tes. e a tamanho dessa proteína varia de aproximadamente 150 maioria parece ter domínios característicos que possibili. o gene da troponina T tem tam sua interação com o DNA. Caso dois íntrons suces- sivos sejam removidos juntos. Portanto. curioso para o mecanismo de recomposição do RNA. .528 Fundamentos de Genética tro fator de complicação é a multicelularidade de muitos tem a oportunidade de modificar a sequência codifica- eucariotos. genes. onde servem de molde para a síntese de polipep- • Exons no gene de troponina T de rato 5' A recomposição alternativa de éxons produz 64 mRNA diferentes. ou 16 ou 17. nas e a natureza de suas interações com o DNA serão co. 9-15 e 18 estão presentes em todos os mRNA.2). A formação ferentes nos músculos. dependendo da interação entre o mecanis- ESTABILIDADE DO RNA MENSAGEIRO mo de recomposição e o RNA. a co. Em vez de duplicar gulação transcricional eucariótica. E preciso aparentemente em qualquer combinação. pode ser gerada por recomposição alternativa de RNA Genes com vários íntrons constituem um problema em Resolva!: Contagem de mRNA. diminutas or. regiões codificadas pelos éxons 4 a 8 podem estar presentes ou não codificadoras que interrompem a sequência especi. dependendo do padrão de recomposição. Es- ses íntrons podem ser removidos separadamente ou em CONTROLE CITOPLASMÁTICO DA combinação. uma proteí- crição. esse não estará. Esse grupo de proteínas é denominado fatores de na encontrada no músculo esquelético de vertebrados. diferentes polipeptídios. caso contrário. a rápida degradação do mRNA seria um modo lógico de e'ritar a síntese indesejada de polipeptídios. na verdade. Qual é a laevis. Essas moléculas de ser traduzido por vários ribossomos que se movem sequen. Uma pesquisa rece11te revelou que a estabilidade do mRNA e a tradução do mRNA em polipeptídios também são reguladas por pequenas moléculas de RNA não co- dificador denominadas pequenos RNA de interferência tídios. essas pequenas moléculas de RNA cessa a síntese do polipeptídio codificado por ele. As caudas poli(A) parecem es- O transcrito primário de um gene com um íntron é recomposto tabilizar o mRNA. eles causam a cli. dois mRNA diferentes vezes em suas regiões 3' não traduzidas. E cla. mas que os éxons internos possam estar presentes podem afetar a estabilidade do m RNA. e tanto em vegetais quanto em animais elas re- ser parte de um programa de dese11volvimento. determi11ado mRNA pode (siRNA) ou microRNA (miRNA). http://gen-io. lactose às células.rimento. eles também se tornam que o primeiro e o último éxons estejam presentes em todos instáveis. ram identificar indutores específicos da transcrição de 11od descobriram que houve tra11scrição específica dos ge11es eucarióticos. ''egetais e animais. sequências de mRNA específicos. cada íntron pode parece afetar a estabilidade do mRNA. PONTOS ESSENCIAIS • Proteínas denominadas fatores de transcrição interagem com o DNA para controlar a transcrição de genes eucarióticos • Os transcritos de genes eucarióticos também podem ser recompostos para produzir RNA mensag-eiros que codificam polipeptídios distintos. dependendo do padrão de recomposição. a em uma grande variedade de organismos eucarióticos. genes para metabolismo da lactose quando se forneceu tores ambientais como calor e por moléculas sinalizado.br. Quantos quência é artificialmente tra11sferida para a região 3' não mRNA diferentes podem ser gerados por recomposição alterna- tiva de transcritos de genes com três ou quatro íntrons? Suponha traduzida de mRNA mais estáveis. Nesses casos. eles demonstraram que a lac- ras como hormônios e fatores de crescimento. Contagem de mRNA A longe. Indução da atividade de transcrição por • fatores ambientais e bioló ICOS A expressão gênica eucariótica pode ser induzida por fa. / peptídio. o polipeptídio pode não ser mais do desenvol. mas relacionados • A estabilidade dos RNA mensag·eiros eucarióticos pode influenciar o nível de síntese de polipeptídios. pode zida (3' UTR) que precede uma cauda poli(A) também haver recomposição alternativa do transcrito. Embora essas te11tativas tenham tido . ou os dois íntrons podem ser re- curta duração têm a sequência AUUUA repetida várias movidos com o éxon entre eles. uma vez emparelha- tídios. Uma vez no citoplasma. são produzidas a partir de RNA bifilamentares maiores ção co11tinua até que o mRNA seja degradado. que têm entre 21 e 28 i1ucleotídios. Assim. Com dois íntrons. Vários mRNA de ser removido separadamente. o gene vitellogenin tem a transcrição ativada pelo fórmula geral do número de mRNA gerados por recomposição hormônio esteroide estrogênio. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 529 prejudicial. ao contrário dos mRNA de curta duração. o estrogênio também au- ~ Leia a resposta do problema no site menta a longevidade de seu mRNA.ridade do RNA mensageiro pode ser influen- ciada por vários fatores. coli. Depois gulam a expressão de genes participantes da maturação e de exercer seu efeito. Seguindo os passos de J acob e Monod. Esse assunto será apresentado com necessário. cialmente ao longo dele. também os mRNA. Portanto. Fatores químicos. Essa linha de montagem da tradu. J acob e Mo. degradação do RNA mensageiro é outro ponto de co11trole inclusive fungos. Assim. tose era um indutor da transcrição gênica. co11stituem uma defesa crucial contra infecção por vírus ro que essa interrupção da síntese do polipeptídio pode de RNA. como hormônios.grupogen.com. RNA reguladoras. muitos pesquisadores te11ta- Ao estudarem o ópero11 de lactose em E. Em vegetais. A sequência da região 3' não tradu- para produzir um único tipo de mRNA. além de in- alternativa de um transcrito de um gene com n íntrons? duzir a transcrição desse gene. Qua11do essa se- podem ser gerados a partir do transcrito desse gene. . Os RNA de interfe- no processo geral de expressão gênica. dos.ragem e subsequente degradação Um mRNA que é rapidamente degradado tem de ser do mRNA ou impedem a tradução do mRNA em poli- reposto por transcrição complementar. No sapo Xenopits ou ausentes. Entretanto. sua sí11tese contínua pode ser mais detalhes adiante i1este capítulo. Os mRNA de 1011ga rência curtos e os microRNA emparelham suas bases com duração podem ma11ter ''ários ciclos de síntese de polipep. A primeira calor induz especificamente a transcrição dos genes co. sequências nucleotídicas em posição 5' em relação aos genes hsp 70 e torna os genes mais acessíveis à RNA poli- merase II.ementos Quando submetidos ao estresse de temperatura elevada. Como os hormônios peptí- 1 /Q Q . existem cinco a hormônio de diferenciação e comportamento masculi- seis cópias desses genes hsp70 nos dois agrupamentos. Os exemplos são insulina. a transcrição dos ge- DO CHOQUE TÉRMICO nes hsp70 é vigorosamente estimulada. Ao todo. Choque térmico dicos costumam ser grandes demais para atravessarem 1 Livre (inativo) '. que têm papéis família de genes localizados em dois agrupamentos vizi. Em animais térmico é regulada na transcrição. o HSTF é quimicamente alterado por fosfori- ce ser menor que em procariotos. no. que Fator de transcrição regula os níveis sanguíneos de glicose. isto é. Em Drosophila. A interação ~ 1 > . cada um desses genes é transcrito em RNA. o sinal hormonal é transmitido através do polimerase citoplasma da célula até o núcleo. estão entre os polipeptídios mais conservados conhecidos. heat shock protein. um polipeptídio presente nos núcleos formado interage com o DNA e atua como fator de trans- crição para regular a expressão de determinados genes ( Figura 19. Os hor- mostram que eles são 40 a 50% idênticos . ao choque térmico (HSE) é constituída de cadeias lineares de aminoácidos. um tipo de célula pode co de organismos tão diversos quanto E. testosterona. os hormônios peptídicos. minadas elementos de resposta hormonal (HRE).um achado mônios circulam por todo o corpo.4). como nos dias vel sanguíneo de glicose. é constituída de pequenas dificadores dessas proteínas (Figura 19. importantes no ciclo reprodutivo feminino. As comparações das se- QUE RESPONDEM A HORMÔNIOS quências de aminoácidos das proteínas do choque térmi. com celular sem dificuldade ou com pouca dificuldade. os hormônios esteroides. o grau geral da indução de genes das células de Drosophila.. são análogas . ta de sua natureza lipídica. Essa transcrição dos genes hsp70 induzida com proteínas citoplasmáticas ou nucleares denomina- por calor é mediada pelo fator de transcrição do choque das receptores hormonais. A expressão das proteínas do choque regulam a expressão de determinados genes. Esse processo de transmissão do sinal hormonal através da célula até o nú- • FIGURA 19.. Graças a uma cascata RNA de mudanças._. deno- direção 5' (seta dobrada}. Os HSE est ão localizados em uma região distan. coli e Drosophila enviar sinais para outro por secreção de hormônio. liga-se especificamente às exemplos de expressão gênica induzível em eucariotos. somatotropina. onde finalmente re- RNA gula a expressão de genes específicos. Nesse estado alterado. a enzima que transcreve a maioria dos genes TEMPERATURA 1 OS GENES codificadores de proteínas. Essas proteínas do choque térmico. esses hormônios interagem dios HSP70. Quando a Drosophila é exposta eucarióticos por fatores ambientais e nutricionais pare. Uma vez dentro da célula. do choque um hormônio do crescimento. glicocorticoides. livremente a membrana celular. elas atravessam a membrana denominada HSP70 (do inglês. e prolactina. encontradas MOLÉCULAS SINALIZADORAS 1 GENES em procariotos e eucariotos. Em vis- por exemplo. e ecdisona. um hormônio que de verão. por choque térmico. classe.5). o estresse por existem duas classes gerais de hormônios.3). que atua no térmico (HSTF) tecido mamário das fêmeas. é preciso que seus sinais I \ 1 1 sejam transmitidos para o interior das células por proteí- 1 I \' Ligado (ativo) 1 nas receptoras ligadas à memlYrana (Figura 19.530 Fundamentos de Genética considerável sucesso. que é processado e traduzido para produzir polipeptí. O complexo receptor /hormônio térmico (HSTF) . de resposta ao choque térmico (HSE) . Transcricão • do hormônio peptídico com seu receptor modifica a gene hsp70 conformação do receptor. essas moléculas são codificadas por genes. Abordemos aqui dois lação. A expressão gênica induzida por hormônio é mediada te entre 40 e 90 pares de bases do sítio de início da t ranscrição em por sequências específicas no DNA Essas sequências. controla os processos de desenvolvimento em insetos. os organismos respondem por meio da síntese de um grupo de proteínas que ajudam a estabilizar o meio celu- lar interno. Os peso molecular de 70 quilodáltons) é codificada por uma exemplos são estrogênio e progesterona. As sequências a que o HSTF fosforilado se liga são denominadas el. entram em contato notável considerando-se o tempo evolutivo que separa com as células-alvo e iniciam uma série de processos que esses organismos. moléculas lipossolúveis derivadas do colesterol.3 Indução de transcrição do gene hsp70 de Drosophila cleo é conhecido como transdução de sinal. que participam do controle do ní- Quando a temperatura ultrapassa 33ºC. ao calor. o que acarreta mudanças em -+ outras proteínas dentro da célula. Assim --/ " gene hsp70 como todos os outros polipeptídios. Então. Elementos de resposta A segunda classe de hormônios. uma das proteínas do choque térmico. Em eucariotos multicelulares. nhos em um dos autossomos. '\ÂP Cf O mRNA é traduzido ~fl em proteínas. .1>-P . O complexo hormônio/ 0ÂP 4õ -Y receptor formado ativa tJ' O complexo hormônio/receptor (inativo) (ativo) f---~-. citoplasmática mática que desencadeia '\ÂP uma cascata de modifica.1>-P o transcrito é processado e para o citoplasma. Poro no. O complexo uma proteína receptora . t:sci? Novas prote1nas 83 • FIGURA 19.Membrana nios esteroides estão locali. . t:sci? Novas prote1nas 83 . Célula-alvo ___. .. Complexo por hormônios peptí. Envoltório nuclear mRNA :. .5 Regula. ~ Hormônio peptídico ção da expressão gênica "'-. t ' hormônio/receptor dicos. . o sinal até o núcleo. ~. . . Célula-alvo membrana da célula-alvo. o o terage com um receptor dentro o da célula-alvo. O hormônio (um '\ÂP P t ro e1na recep ora """P7 sinal extracelular) inte. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 531 • FIGURA 19. onde Membrana '\ÂP um fator de transcrição ~CJ o sinal induz a ligação Fator de transcrição celular estimula a expressão de de um fator de determinados genes.--1 ----- o receptor está no citoplasma. O hormônio esteroide entra na o 0""~-v .'\ÂP • Núcleo Citoplasma envoltório nuclear cr transportado :.~C. '\ÂP ~. esteroide/receptor hormonal receptora Complexo hormônio desloca-se dentro do núcleo. sistema circulatório nios esteroides.'\ÂP Núcleo Citoplasma cr o 0""p fator de transcrição ligado estimula Poro no- envoltório nuclear Pré-mRNA • a transcricão • .Molécu l a ativa uma proteína citoplasmática. O hormônio in... esteroide/proteína onde ativa a transcrição de :. Neste exemplo.'\ÂP Envoltório ~cr cr o 01>-P transcrito é processado e transportado para o citoplasma.. nuclear mRNA '\ÂP +~ff ~f'J' O mRNA é traduzido em proteínas. Essas ativada transduz um sinal modificações transmitem até o núcleo. f)7 O complexo hormônio/receptor liga-se a um elemento de resposta hormonal no DNA. Proteína sinalizadora uma proteína citoplas.1>-p complexo ligado estimula a transcrição.7 A proteína citoplasmática ções intracelulares.. cr o :. transcrição ao DNA. celular célula-alvo e combina-se com zados no núcleo.Pré-mRNA . outros receptores de hormô. O hormônio liga-se a uma proteína ligada à membrana 'lt rage com um receptor na receptora na membrana 1 da célula-alvo.4 Regulação da Hormônio esteroide no expressão gênica por hormô.1>-p receptora determinados genes. ocorre liga. PONTOS ESSENCIAIS • A transcrição dos genes hsp70 em resposta ao aumento da temperatura é mediada por um fator de transcrição do choque térmico • Hormônios esteroides e suas proteínas receptoras formam compkxos que atuam como fatores de transcrição para regular a expressão de genes específicos • Hormônios peptídicos interagem com proteínas receptoras ligadas à memhrana e ativam um sistema sinalizador que regula a expressão de genes específicos.eles podem região reconhecida pela RNA polimerase. sentido clássico . Nos hormônios esteroides como o estrogê. portanto. os fatores de transcrição basais e a RNA po- eucariotos. na região 3' ou dentro de to. que são então transcritos. Embora cada uma dessas proteí- mentos de resposta é maior que o dobro da de um gene nas tenha suas próprias peculiaridades.isto é. o complexo hormônio/receptor liga-se aos HRE e. que geralmente transcrição basais. Essa grande ênfase no controle da trans- denominadas acentuadores adjacentes a um gene. estar localizados na região 5'.até vários milhares de pares de bases do(s) SEQUÊNCIAS DE DNA IMPLICADAS NO gene(s) regulado(s). são gênica. A transcrição é iniciada no promotor de um gene. Esses fatores ligam-se a ele- nes eucarióticos concentra-se nos fatores que controlam mentos de resposta ou. o fator de crescimento epidérmico e o fator de ção cooperativa entre os complexos hormônio/receptor. da por diversos fatores de transcrição especiais. é o nível mais elementar de contro- Os acentuadores apresentam três propriedades razo- le da expressão gênica. ou léculas não circulantes associadas à superfície celular ou seja. em parte. bre a expressão do gene. o mecanismo ge- com apenas um elemento de resposta.eles são igual- CONTROLE DA TRANSCRIÇÃO mente eficazes em sentido normal ou invertido no DNA. não são produzidas por uma glân- então. ou fatores de guem os acentuadores dos promotores. Estão situadas perto dos genes que regulam e ligam-se controlar a expressão dos genes. Portanto. a transcrição é o processo primário da expres- limerase regulam a atividade de transcrição de um gene. o crescimento derivado das plaquetas. . A transcrição de genes eucarióticos também é controla- dentro ou perto dos genes. à matriz entre as células. estimula a transcrição. a proteínas específicas. além de outras mo- que aumenta consideravelmente a taxa de transcrição. como foi exposto no Capítulo 11. Cada uma dessas proteínas liga-se a estão localizados em posição imediatamente 5' em rela- uma sequência no promotor para facilitar o alinha. ção ao gene e que só atuam em um sentido. Tanto em procariotos quanto em ção especiais. (2) a influência que exercem sobre a expressão gênica independe do sentido . mento correto da RNA polimerase no filamento molde rações entre proteínas e sequências de DNA localizadas do DNA. mesmo depois de formar um complexo nalizadora e um receptor ligado à membrana inicia uma com o hormônio. A interação entre a proteína si- membrana celular. como o fator de crescimento Quando existem vários elementos de resposta. Essas incluem diversas molécu- de transcrição depende da quantidade de HRE presente. a sequências a transcrição. ao desenvolvimento de técnicas de transcrição especiais que se ligam a esses acentuadores experimentais que possibilitaram a análise bem detalha- podem interagir com os fatores de transcrição basais e da desse aspecto da regulação gênica. Os fatores crição deve-se. sas proteínas atuam então como fatores de transcrição para das. las circulantes secretadas. que se ligam ao promotor de um bém se deve ao apelo das ideias surgidas com o estudo gene. No caso dos hor. a intensidade da transcrição de um gene com dois ele. o início preciso um íntron de um gene e ainda ter efeitos acentuados so- da transcrição a partir de promotores gênicos eucarió. como os que participam da regulação dos genes induzíveis por calor e Grande parte da pesquisa atual sobre a expressão de ge- hormônios de que já tratamos. Essas três características distin- ticos requer várias proteínas acessórias. As interações ocorridas entre os fatores de transcri- de genes procarióticos. algumas das quais se ligam sultar na ligação de fatores de transcrição específicos a a sequências perto dos genes regulados pelo hormônio. determinados genes. No entan. A intensidade dessa resposta dula ou órgão específico. No entanto. tos outros tipos de proteínas que não são hormônios no nio. Controle molecular da transcri ão em eucariotos A transcrição de genes eucarióticos é regulada por inte. o sinal hormonal é transmitido cadeia de processos dentro da célula que acabam por re- ao núcleo por outras proteínas. tam- com a RNA polimerase. de modo mais geral. que então atuam como fatores de A atividade de transcrição pode ser induzida por mui- transcrição. o receptor geralmente permanece na hormônios peptídicos. avelmente gerais: (1) atuam a distâncias relativamente grandes . Es. neural. a e (3) seus efeitos independem da posição .532 Fundamentos de Genética aos elementos de resposta ao choque térmico já comenta. ral pelo qual induzem a transcrição assemelha-se ao dos mônios peptídicos. Pamela Geyer e Victor Cor. o domínio enquanto as moscas mutantes têm um pigmento casta. timulam a transcrição. preto-acastanhado. Esses domínios podem ocupar partes separa- me. que são ções que alteram a transcrição do gene yelww em alguns fatores de transcrição em animais. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 533 Os acentuadores podem ser relativamente grandes e PROTEÍNAS IMPLICADAS NO CONTROLE ' ter até várias centenas de pares de bases. físicas entre as proteínas. As vezes con- DA TRANSCRIÇÃO 1 FATORES DE têm sequências repetidas que têm atividade reguladora parcial própria. . A maioria dos acentuadores é específica TRANSCRIÇAO - para o tecido. Nas proteínas receptoras do hormônio esteroide. Esse complexo media. as proteínas ligadas ao po da proteína como se fosse um dedo ( Figura 19. damente no meio e o outro perto da terminação carboxi. mais claro. Um exemplo claro dessa especificidade te. o estruturais característicos que resultam de associações que inclui os fatores de transcrição basais e a RNA poli. Um desses motivos é o dedo de zinco. do polipeptídio e duas histidinas em outra parte próxima dor parece curvar o DNA de tal modo que as proteínas ligam-se juntas a um íon de zinco. entre os dois pares de aminoácidos protraem-se do cor- das ao promotor. houver mutação do liga especificamente ao hormônio esteroide. importantes na ligação do DNA. Dois domínios de ativação da trans- apresentam um padrão de pigmentação em mosaico. Os receptores de hor- tron. as cerdas das asas se. ao DNA ocupa localização central e parece superpor-se ces mostraram que o gene yellow é regulado por vários a um domínio de ativação da transcrição que se estende acentuadores. o domínio de ativação da sárias para expressão de um gene. porém. por exemplo. Muitas dessas proteínas parecem cidual provém do estudo do gene yellow em Drosophila ter no mínimo dois domínios químicos importantes: um ( Figura 19. abrindo caminho para genes? Os resultados de muitos estudos indicam que as que a RNA polimerase inicie a transcrição. no do polipeptídio. Esse gene é responsável pela pigmentação domínio de ligação ao DNA e um domínio de ativação da de muitas partes do corpo . crição estão presentes nesse polipeptídio.6 ). A acentuador controlam a transcrição. lado em outros. a um acentuador pode fazer contato com uma ou mais sibilita o controle de sua expressão de acordo com o proteínas em outros acentuadores ou pode interagir di- tecido. entre aminoácidos dentro de suas cadeias polipeptídicas. Veja outro método de estudo dos acentuadores retamente com proteínas ligadas na região promotora.---1~ RNA ' ' Exon 1 lntron Éxon 2 V V lJ Acentuadores Asas Tórax e Corpo Cerdas. tórax e abdo. A ativação da transcrição parece implicar interações rão castanho-amareladas em vez de preto-acastanhadas. Por esses contatos e interações. isto é. As moscas de tipo selvagem apresentam pigmento das das moléculas ou podem ser superpostos. garras tecido-específicos abdome larvar tarsais e aristas qpllllID» • FIGURA 19. só estimula a transcrição em deter. por exemplo. As pesquisas durante as três últimas décadas identifica- minados tecidos. o segmento peptídico ligadas a um acentuador ficam justapostas àquelas liga. que é iniciada no análise mutacional mostrou que esses dedos têm papéis promotor. de ligação ao DNA está situado perto da terminação ami- nho-amarelado. em direção à terminação amino. Esses mosaicos são causados por muta. em todas essas estruturas. em Problema resolvido: Definição das sequências neces.7A). transcrição do fator pode induzir mudanças de confor- Como os acentuadores influenciam a transcrição de mação nas proteínas montadas.asas. Alguns mutantes. pernas. transcrição GAL4 de levedura. uma alça peptídica to físico por um complexo multimérico constituído de curta que se forma quando duas cisteínas em uma parte pelo menos 20 proteínas diferentes. o domínio de ligação tecidos. transcrição. Se. proteínas que se ligam aos acentuadores influenciam a Muitos fatores de transcrição eucarióticos têm motivos atividade das proteínas que se ligam aos promotores. Um fator de transcrição ligado A série de acentuadores associados ao gene yelww pos. merase. alguns deles localizados dentro de um ín. No fator de escuro. 7 quilobases . são simplesmente ram um grande número de proteínas eucarióticas que es- ignorados. um aproxima- preto-acastanhado em alguns tecidos e castanho-amare. e que cada acentuador ativa a transcrição em um mônios esteroides têm ainda um terceiro domínio que se tecido diferente. Os dois tipos de proteínas são postos em conta. mas não em outros. Em outros tecidos.6 Acentuadores tecido-específicos do gene yellow de Drosophila. Gene yellow de Drosophila mais sequências reguladoras em posição 5' 7. acentuador para expressão na asa. Dessa maneira. há necessariamente como Arabidopsis se forem fundidos aos promotores eucarió. Snustad e 2. a tubulina codificada pelo gene + TUA 1 é expressa principa lmente no pólen.533 +l 56 quências responsáveis por essa expressão tecido-específica. exceto as me- 4. um trecho de três hélices cur. coli como CUS podem ser expressos em eucariotos nores. coli. + . o gene TUA 1 não pode ser expresso. domí11io estimulam a transcrição espacial e temporal .534 Fundamentos de Genética Definição das sequências necessárias para expressão de um gene PROBLEMA Expressão TUA/ no pólen As tubulinas são proteínas importantes do citoesqueleto em eu . desenvolvimento de grupos de células (Capítulo 20).217 esse ensaio foi aplicado a plantas Arabidopsis geneticamente trans. por exemplo. 533 pa . Segmentos cada vez mais curtos da região 5' do gene TUA 1 e uma sequência curta da região não traduzida 5' (UTR) desse gene su ltados mostrados na Figura 1. Então. The Plant Cell 4: 557-571. Genes de E.substituição de uma parte recem participar da formação de dímeros de proteína. todos os outros te- cidos continuaram incolores.A [3 -glucuroni . Além disso. o motivo hélice-vol. Ploense. coli. E. região 5' de TUA 1 que é crucial para a expressão gênica. J. podem ser bons estimuladores. Arabidopsis in pollen. Análises moleculares dos genes homeóticos em ta-hélice coincide com uma região extremamente Drosophila mostraram que cada um deles codifica uma conservada de cerca de 60 aminoácidos.332 cadora do gene da [3-glucuronidase (GUS) de E. 78 ) . mutações no gene Antennapedia Análises genéticas e bioquímicas mostraram que o seg.97 formadas com o gene CUS fundido atrás das sequências na região 5' do gene TUA 1. D. Esse fenótipo bizarro é um exemplo de é necessário para ligação ao DNA. . pecífico..380 transcrição de TUA 1 mais os 56 primeiros pares de bases da região + não traduzida 5' do gene TUA 1 foram fundidos à sequência codifi . A região 5' do sítio de início de transcrição de um gene contém a ausência de atividade de GUS é indicada por um sinal de menos. S. essa se- ANÁLISE E SOLUÇÃO quência é suficiente para estimular a expressão de TUA 1 no pólen Nessa série de experimentos.271 pigmento azu l-escuro. Todas as sequências da região 5'. Um segu11do motivo em muitos fatores de transcri. do corpo por outra durante o processo de desen. denominada proteína com um homeodomínio e que essas proteí- ho1neodo1nínio porque ocorre em proteínas codificadas nas podem se ligar ao DNA.39 usando segmentos cada vez mais curtos das sequências da região • FIGURA 1 Expressão de transgenes TUA 1/CUS no pólen de Arabi- 5' de TUA 1para estimular a expressão do gene CUS. A região 5' não traduzida de um gene está entre o sítio de início da transcrição e o sítio de início da tradução. uma sequência entre os pares de bases . 1. 1992.rolvi- Em muitos fatores de transcrição. Essa região também pode conter acentuadores que regulam a C. todo o experimento foi repetido . A partir dos re. + dase catalisa a conversão de X-gluc. transformação homeótica . podem causar o desenvolvimento de pernas no lugar me11 to helicoidal mais próximo da terminação carboxi de antenas. em um . cas mostraram que mutações nesses genes alteram o ção é hélice-volta-hélice. Silflow. Assim. Veja mais detalhes em Carpenter. a observação de pigmento azul em + material tratado com X-gluc indica expressão do gene CUS. Os nucleotídios FATOS E CONCEITOS à esquerda desse sítio são indicados por números negativos. tas de aminoácidos separadas por ''ºl tas ( Figura 19. que parte da região 5' é necessária foram fundidos às sequências codificadoras do gene CUS de E. P. o promotor desse gene. Sem essa sequência. atua como um acentuador que controla a as sequências da região 5' do gene TUA 1 são capazes de estimular expressão tecido-específica do gene TUA 1. a expressão gênica. as outras hélices pa. Em Arabidopsis thaliana. Assim.A ativi- dade de GUS no pólen transgênico é indicada por um sinal de mais. Quando . dopsis. . Preferential expression of an a-tubulin gene of expressão do gene por um mecanismo espacial ou temporal es. para expressão do gene TUA 1? + 1 é o sítio de início da transcrição do gene TUA 1. Assim. D. As proteínas de homeo- pelos genes homeóticos de Drosophila. Para determinar as se. + res de bases de DNA em posição 5' em relação ao sítio de início da . 3. CUS é um "repórter" que informa se maduro. uma substância incolor. mento. Sequências da região 5' de TUAl 5' UTR GUS cariotos. Desse modo.39 na sequência da ticos. A11álises clássi. o pólen tornou -se azul-escuro.97 e . C. esses Motivo zíper de leucina Hélice 2 aminoácidos podem se ligar ao DNA de carga negativa. Um motivo zíper de leucina que possibilita dos homodímeros correspondentes.. heterodímero. esses dois polipeptídios te- • FIGURA 19. As regiões heli- Motivo hélice-alça-hélice coidais possibilitam a dimerização entre dois polipep- ~ B tídios.7 Motivos estruturais em diferentes tipos de fatores de riam de estar presentes em quantidades corretas para transcrição. PONTOS ESSENCIAIS • Os acentuadores têm ação independente do sentido e a distâncias consideráveis para regular a transcrição de um promotor do gene • Os fatores de transcrição reconhecem e se ligam a sequências de DNA específicas nos acen- tuadores • Os fatores de transcrição têm motivos estruturais caracteristicos.7C). Motivo hélice-volta-hélice em um fator de transcrição favorecer a formação do heterodímero em detrimento do t ipo homeodomínio. seria a dimerização de dois polipeptídios. D. o motivo hélice-alça-hélice está situado adjacente a um trecho de aminoácidos básicos (de carga positiva). Os polipeptídios com essa característica podem formar dímeros por interações entre as leucinas em cada A uma dessas regiões de zíper. Em geral. Quando há interação de dois zíperes. um trecho de duas regiões helicoidais de aminoácidos separados por uma alça não helicoidal (Figura 19.. combinar-se a polipeptídios se- Leu. Proteínas com essa característica são designadas proteínas básicas HLH ou bHLH. que só seria formado se seus polipeptídios constituintes fossem sintetizados nesse tecido.70). Além disso. como o dedo de zinco. deriam. Leu. formando Volta uma superficie que pode se ligar ao DNA de carga nega- tiva. em princípio. nos quais podem ter papel importante como fatores de transcrição. As vezes. Leu Hélice 1 / Essa segunda possibilidade sugere um modo de alcançar padrões complexos de expressão gênica. A. Leu ')(. a sequência zíper é adjacente a um trecho de aminoácidos com carga po- Motivo hélice-volta-hélice sitiva. Desse modo. Leu. quando há dimerização. As proteínas de homeodomínio também fo- ram identificadas em outros organismos. Leu Os fatores de transcrição com motivos de dimeriza- ção como o zíper de leucina ou a hélice-alça-hélice po- /'"'. Um terceiro motivo estrutural encontrado em fatores de transcrição é o zíper de "leucina. de modo que. Motivos dedos de zinco no fator de transcrição de ma- míferos SP1. a hélice- volta-hélice. . inclusive em seres humanos. essas regiões carregadas se estendem em sentidos opostos. segu ida por ligação ao DNA.. o zíper de leucina e a hélice-alça-hélice. melhantes a eles mesmos para formar homodímeros ou ~ a polipeptídios diferentes para formar heterodímeros. B. possível obter modulações sutis da expressão gênica por Um motivo hélice-alça-hélice que possibilita a dimerização de dois variação da concentração dos dois componentes de um polipeptídios. um trecho de aminoá- Cys cidos com uma leucina a cada sétima posição (Figu- ra 19. A transcrição de um gene em determinado tecido poderia depender e D de ativação por um heterodímero. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 535 Motivo dedo de zinco específica de determinados genes durante o desenvol- vimento. seguida por ligação ao DNA. Um quarto motivo estrutural encontrado em alguns fatores de transcrição é a hélice-alça-hélice. Também existe em mamíferos. onde há dois genes. Sempre que o parea- RNA não codificadores. conta com a participação de pequenas mo. interposto curto de DNA. na base de uma alça unifilamentar (Figura 19.egans e Drosophila têm cerca citoplasma. o RISC cliva o com sequências-alvo em moléculas de RNA mensageiro. Em vegetais. com frequência. Então. A função dessas proteínas ticos. FONTES DE RNA DE INTERFERÊNCIA ca de proteínas que são endonucleases específicas para CURTOS E microRNA RNA bifilamentar. Embora grande parte da regulação de genes eucarióticos Os RISC de diferentes organismos têm tamanhos e ocorra na transcrição. a Drosophila produz duas en. curtos (siRNA) ou microRNA (miRNA). Essas moléculas. Em C. no nematódeo Caenorhabditis el. e. o RISC pode associar-se a outra molécula de mRNA quência como RNAi. o mRNA clivado é degradado. as sequências visadas por RISC são encontradas nas regiões 3' não tra- VIAS DE RNAi duzidas de moléculas de mRNA. Como essa interação impede a expressão do gene que produziu o mRNA. o repetidos em sentidos opostos em torno de um segmento filamento simples de RNA remanescente é capaz de in.egans e Drosophila. e os genomas de vertebrados. Os sem as funções dos genes em organismos que não são RNA associados ao RISC que têm esse efeito geralmen- receptivos aos métodos genéticos tradicionais. abreviada com fre- gem. essas enzimas atuam no cariotos. eles tinham uma estrutura pecu- bifilamentar nessas partículas são desenrolados. o mRNA geralmente não é gênica por RNAi possibilitou que geneticistas analisas- clivado.egans produz RNAi são derivadas dos transcritos de genes de mi- um só tipo de enzima Dicer. Como veremos. geralmente indicados pelo símbolo zimas Dicer diferentes. Entre os organis- repetidas vezes sem perder a capacidade de se dirigir mos genéticos-modelo. esse tipo de regulação gênica pós-transcricio- Então. esse fenômeno foi bem estudado para o mRNA e clivá-lo. mRNA-alvo no meio da região de pareamento de bases. O siRNA ou miRNA pequeno. Em animais. alguns desses genes foram identificados por zima Dicer apresentam as bases emparelhadas em todo o análise de mutações que alteravam a regulação de outros comprimento. A maioria dos tipos de organismos e induzir sua clivagem. Depois da cliva- nal é denominado interferência por RNA. Os siRNA e miRNA produzidos por atividade da en. cerca de 250. mensageiro. a capacidade dissemina- curtos. são produzidas a partir de mo- léculas maiores de RNA bifilamentar pela ação enzimáti. com 21 a 28 pares de bases. A princípio. essas sequências estão presentes várias vezes na região 3' não O fenômeno da interferência por RNA.536 Fundamentos de Genética Regulação pós-transcricional da expressão gênica ROrinterferência R_o_r_R_N_A~~~~~~~~~~~~~ RNA não codificadores curtos podem regular a expressão na e uma sequência complementar na molécula de RNA de genes eucarióticos por interação com os RNA mensa. exceto nas extremidades 3'. Em vez disso. te são denominados microRNA. são encontrados nos genomas de muitos tipos de eu- três. porém. em vez disso. siRNA e miRNA são incorporados a que seu potencial codificador de proteínas era nulo ou partículas de ribonucleoproteínas. uma pesquisa recente mostrou que composições diferentes. Como um RISC pode ser usado eucarióticos é capaz de efetuar a RNAi. de 100 mirs. Uma . Portanto. na é denominada complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC). cleo. Esses genes. Quando os genes mir definidos por essas muta- nucleotídios sem par. Esses pequenos RNA interferem mento de bases entre o RNA no RISC e a sequência-alvo na expressão gênica mediante emparelhamento de bases no mRNA é perfeito ou quase perfeito. Essas endonucleases "dividem" um grande RNA em pedaços pequenos e são denominadas Algumas das pequenas moléculas de RNA que induzem enzimas Dicer. RISC geralmente estão localizadas na região codificadora léculas de RNA conhecidas como RNA de interferência do mRNA ou na UTR 5' do mRNA. el. as sequências visadas por na Figura 19. essa estru- teragir com moléculas específicas de RNA mensageiro.9A). em Arabidopsis. Quando o pareamento do RNA no RISC com sua da de organismos eucarióticos de regularem a expressão sequência-alvo é imperfeito.8. inclusive nos mRNA geralmente são denominados RNA de interferência seres humanos. constatou-se No citoplasma. contêm pelo os mecanismos pós-transcricionais também têm papéis menos uma molécula da família de proteínas que têm o importantes na regulação da expressão de genes eucarió- curioso nome de Argonauta.egans. e um de liar. Quando transcrita. os genomas de e. que é resumido traduzida (UTR). Cada um continha um trecho curto de nucleotídios seus filamentos é preferencialmente eliminado. Todos. a partícula de RNA-proteí- geiros produzidos por esses genes. O nematódeo Caenorhabditis el. em Drosophila e em Os RNA associados a RISC que ocasionam a clivagem do Arabidopsis. a tradução do mRNA é inibida. e Arabidopsis produz pelo menos mir. comporta-se como catalisador. tura repetida invertida gera um RNA que pode se dobrar Essa interação é mediada por pareamento de bases entre sobre si mesmo para formar uma haste bifilamentar curta o filamento simples de RNA no complexo RNA-proteí. croRNA. el. ções foram analisados em nível molecular. provavelmente atuam no nú. Alguns desses mecanismos contam com pequenos não é totalmente compreendida. outros organismos-modelo para a estrutura de repetição ra 19. ~P.fl ""f j O pequeno RNA de interferência em uma partícula de ribonucleoproteína é desenrolado para produzir um complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC}.. Em C.98 mostra o pareamento de bases entre o miRNA do invertida característica.8 Resumo dos processos das vias de interferência por RNA.... ekgans..... qual esse processo foi descoberto. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 537 (tnnll~-:~1-----Molécula de RNA bifilamentar grande OH 3' Vh.f>... 5' OH 3' 3'HO 5' 0""/l 0""/l 'CJ Se o pareamento de <Ií Se o pareamento de bases for imperfeito.. ekgans..fl ""t J Uma molécula de RNA bifilamentar grande é dividida em pequenos RNA de interferência bifilamentares com 21 a 28 pares de bases..J.ag~ i ro / mensageiro complementar / com sequencia ao RNA de interferência.rTTTl1. o a tradução do mRNA é interrompida e mRNA é clivado e a síntese de polipeptídios a partir o mRNA é degradado.. . bases for perfeito. .. HO \L"-" 5' com RNA de interferência 3 ... 3' H~®J 111111111 ~ ~H 3..agora unifilamentar ..pode ter como alvo uma sequências de DNA genômico de C. A na UTR 3' do mRNA de um gene codificador de proteí- haste-alça liberada é exportada para o citoplasma..-_.f>.f>. OH 3' complementar ao 5' ~ """"· · · • · •~ RNA de interferência "-. 5' "-. OH 3' • FIGURA 19.. Partícula de ribonucleoproteína com RNA de interferência bifilamentar "-. • • •. muitos outros genes mir foram encontrados com cada filamento. A Figu.f>..___ Complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC} . . RNA de interferência bifilamentar "-. Após o amadurecimento em um RISC.......fl ""f l O RNA de interferência do RISC emparelha suas bases com seu alvo no RNA mensageiro. ~ -''. miRNA siRNA 5' OH 3' .. ·.. lin-14.i. Dicer remove a alça e Desde a descoberta desses genes mirdefinidos por mu- apara a haste até um comprimento de 22 nucleotídios em tação. Muitos dos genes mir candidatos ... o o auxílio de programas de computador para rastrear as miRNA . onde na. •• • . enzima denominada Drosha reconhece essa região de gene mir de C.fl ""f f Os pequenos RNA de interferência e as proteínas reúnem-se em partículas de ribonucleoproteínas.._.) unifilamentar 0""/l t/ O RISC tem como alvo uma sequência em um RNA RNA mens. ekgans lin-4 e um desses alvos de miRNA haste-alça e excisa-a do transcrito primário do gene mir.. no lin-4 reprime a tradução do mRNA lin-14. .. do mRNA é reprimida. .... Por meio desse pareamento de bases. o miRNA é clivada por Dicer e forma um miRNA. Drosophila e sequência no mRNA produzido por outro gene. Assim. getais e nematódeos.CAC U 1 1 3' . portanto. RNA possivelmente pro. roedores e seres humanos. elegans. por transcrição in vitro de genes ou segmentos de gene lise computadorizada e experimentação in vivo. mos com determinado tipo de RNA bifilamentar tem das com as bases do molde usado para sintetizá-lo. da expressão de determinados genes em uma grande blemáticos derivados de transpósons. transgenes ou ví.. Os mRNA-alvo geralmente são de- pendentes de RNA (RdRP)..538 Fundamentos de Genética A AGGGACUCU.. 5' ~ mRNA lín-14 B • FIGURA 19. . . lenta ou impossível. inclusive alguns nos quais a rus podem ser alvos de repressão ou degradação. trans. a expressão do gene molécula de RNA bifilamentar resultante pode ser que corresponde a esse RNA. aplicação de RNAi pode representar sua função mais agora a RNAi é usada para analisar a função de genes primitiva . dividida em siRNA por enzimas tipo Dicer. Uso de RNAi em pesquisa celular. Se as bases do filamen. o tratamento de células ou organis- to complementar de RNA continuarem emparelha. Em ve. vez dentro das células. variedade de organismos. As moléculas de RNA como transpósons e transgenes. Drosophila e Arabi- tricados sistemas baseados em miRNA para regulação dopsis. os in. Algum aspecto do transpóson. B. os geneticistas pude- RNAi tendo como alvo a população de RNA que deu ram estudar as consequências da ablação ou atenuação origem a eles. Estrutura de haste-alça de um transcrito do gene de microRNA lin-4 de C. Desse modo. Os mecanismos de formação podem ser introduzidas em células cultivadas. Em contrapartida. . E equivalente. A. E dividido em moléculas de siRNA..proteger organismos contra infecções virais em peixes. uma via de RNAi. um vetor de clonagem adequado ou por inserção de Alguns dos RNA que induzem RNAi são deriva. elegans pa. Pareamento de bases entre o microRNA derivado do transcrito de lin-4 e uma sequência na região 3' não traduzida do RNA mensageiro de lin-14..9 Regulação da expressão gênica por interferência por RNA. elegans. o RNA bifilamentar entra em gene ou RNA virai marca-o como incomum. a o efeito de suprimir ou diminuir . Uma compreendidos. Veja uma aplicação dessa tecnologia em Resolva! gênica evidentes em organismos como C. esses RNA incomuns podem que são incorporadas a complexos de RNA-proteí- ser copiados em moléculas de RNA complementares na e direcionadas para mRNA contendo sequências por enzimas conhecidas como RNA polimerases de.. desses genes em extratos celulares. Os genes cujos mRNA Os pesquisadores descobriram que a RNAi também contêm sequências visadas por miRNA também estão pode ser induzida por RNA bifilamentar preparado sendo identificados por uma combinação de uma aná. e também são deri. os à indução de uma mutação amórfica ou hipomórfica siRNA produzidos por Dicer podem entrar na via de no gene. um só promotor (Capítulo 16). Essa análise genética é difícil. complementares. Muitos clonados. bifilamentares derivadas dos transcritos desses clones vados de vírus de RNA. O DNA é transcrito nos dois sentidos por desses genes codificam fatores de transcrição ou outras sua inserção entre promotores em sentidos opostos em proteínas importantes para o desenvolvimento. Graças a essa técnica.. recem representar aplicações altamente desenvolvidas da foram verificados por detecção de miRNA derivados da RNAi. Portanto. então. gradados. elas tam- desses tipos de RNA de interferência não são bem bém podem ser injetadas em organismos vivos. organismos-modelo como C. N \ G U \ N. identificados por essa técnica genômica computadoriza. cópias invertidas do DNA em posição 3' em relação a dos da transcrição de outros elementos no genoma. bem como em e transposição descontrolada. As características metimento da função pode criar uma mistura de ca- químicas da cromatina variam ao longo do comprimento racterísticas normais e mutantes no mesmo indi.10). em meio heterocromático. Em algumas regiões. em alguns casos. O alelo white mot- analisaremos como a composição e a organização da cro. um alelo selvagem matina afetam a expressão gênica. alguns mudança da posição do ge11e eucromático. Esses dife. Uma combinação de análises genéticas e moleculares ciam a transcrição de genes. Outros aspectos da organização da cromatina descobertos em Drosophila. Muitos químicas podem i11fluenciar a atividade de transcrição exemplos de variegação por efeito de posição foram dos genes. por exemplo. perimentos? Os genes para essas duas proteínas foram clonados a partir do ~ Leia a resposta do problema no site genoma humano.ríduo do cromossomo. são necessárias para a formação do centrossomo. O pesquisador pressupõe que duas proteínas. ção gê11ica. Esse termo é histonas. inatividade total. Essas pequenas organe. as denominada variegação po r efeito de posição.br. do ge11e white foi realocado por inversão. são acetiladas. Ao que tudo lares le''ª à coloração diferencial de seções dos cromosso. a presença de proteínas de "empacota- com inversões ou translocações que deslocam um gene mento" . O conjunto mal e. em outras regiões. ram à i1oção de que a heterocromatina reprime a fun- rentes tipos de cromatina têm algum significado funcio. Descreva http://gen-io. como a técn ica de interferência por RNA poderia ser usada para PONTOS ESSENCIAIS • Os RlVA de interferência curtos e os microRNA são produzidos a partir de precursores bifilamentares maiores pela ação de endonucleases tipo Dicer • 1Vos complexos de silenciamento induzido por RNA (RISC). Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 539 Uso de RNAi em pesquisa celular Um pesquisador está estudando a formação de centrossomos testar a hipótese do pesquisador. Nesta seção. e o mRNA-alvo do miRNA é impedido de servir de molde para a síntese de polipeptídios • Os genomas eucarióticos têm centenas de genes para miRNA • Transpósons e transgenes podem estimular a síntese de siRNA • A interferência por RlVA é usada como instrumento de pesquisa para suprimir ou atenuar a expressão de genes em células e org·anismos. eucromático para a heterocromatina. quando são artificial- mente transpostos para um meio heterocromático. O material de coloração intensa é a heterocromatina.por exemplo. siRNA e miRNA tornam-se unifilamentares de modo que possam ter como alvo sequências complementares em moléculas de RNA mensageiro • ORNA mensageiro que é alvo do siRNA é clivado. Esse e outros exemplos leva- e o material de coloração fraca é a eucromatina. Explique que materiais seriam dentro de células humanas em cultura. Esse compro- desse material é denominado cromat ina. Exru:essão gênica e organização da cromatina Vários aspectos da organização da cromatina influen.influenciam a regulação gênica. fenótipo de olho manchado (Figura 19. Esse rearranjo i11- EUCROMATINA E HETEROCROMATINA terfere na expressão normal do gene white e produz um A variação i1a de11sidade da cromatina nos núcleos celu. geralmente em associação . Essas modificações me11te por sua realocação na heterocromatina. talvez porque é co11densada em uma forma 11al? Caso tenham. e suas sequências foram analisadas. É diminuição da síntese de -y-tu bulina e CEP135 em células cul- possível ver os centrossomos por coloração apropriada das cé. o gene white eucromático não tem boa atividade mos. Como você verificaria se houve comprometimento da lulas. Nesse caso. os Os cromossomos eucarióticos são constituídos de partes genes eucromáticos tendem a aprese11tar fu11ção anor- aproximadame11te iguais de DNA e proteí11a. tivadas. com uma que- bra perto do locus white eucromático e outra na hetero- cromati11a basal do cromossomo X. especifica- nucleotídios no DNA são metilados. mostrou que a grande maioria dos genes eucarióticos está na eucromatina. qual é ele? que não é acessível ao mecanismo de transcrição. e. tled é um bom exemplo.com.grupogen. necessários e como você verificaria a ocorrência de bloqueio ou las têm papel importante na orquestração da divisão celular. -y-tu bulina formação do centrossomo? Que controles incluiria nesses ex- e CEP135. . que constituem a maior parte da proteína na usado porque a ''ariabilidade do fenótipo é causada por cromatina. indica. Além disso. dizemos que são epigené. . que Legenda: é transcrito ativamente em hemácias. zir um polipeptídio. • Lactente e adulto • Pseudogene bumina. genes individuais no agrupamento divergiram por mu- ticas. como o trol. a sensibilidade é restaurada. O tratamento da cromatina isolada com uma concen- tração muito baixa de DNase I causa clivagem do DNA em alguns sítios específicos. Em 1976. sabemos que uma vez estabelecidas essas con. os dois genes 'Y são expressos no feto. o gene ('1') f3 nesse traremos outros exemplos de regulação epigenética da agrupamento. O prefixo grego "epi" significa "acima" e nesse caso tação aleatória e hoje cada um deles codifica um poli- é usado para indicar que a expressão do gene é regulada peptídio ligeiramente diferente. apropriadamente denomi- nados sítios hipersensíveis à DNase L Demonstrou-se que alguns desses sítios estão em posição 5' em relação aos genes transcricionalmente ativos. feto e lactente têm ne- va moléculas de DNA e degrada-as em seus nucleotídios constituintes. talvez por causa do início da transcrição. Como essas condições são superpostas um gene de f3-globina ancestral. senvolvimento humano. Em um dos genes. Esses resultados eram uma forte indicação de que o gene transcrito ativamente estava mais "aberto" ao • FIGURA 19. encon. e os genes õ e f3 são expres- O que é a organização molecular do DNA transcricional. pela letra grega psi ('1') . e ovalbumina.11 ). Embrião. to está relacionada com a necessidade de produzir tipos do-se a sensibilidade do D NA na cromatina à ação da de. sua herança é clonal à medida que as células do cromossomo 11.portanto. porque eles têm elevada mobilidade durante a eletroforese em gel).e de ÚJcus (LCR) de 15 kb em posição 5' em relação gene white é expresso em algumas áreas do olho. humana estão em um agrupamento de 28 quilobases no dições. o estado epigenético hereditário im. HMG14 e HMGl 7 (HMG é a sigla de high mobility group [grupo de alta mobilidade]. ligeiramente diferentes de hemoglobina durante o de- soxirribonuclease I (DNase) pancreática. Esses genes não codificadores são plica algum aspecto da organização da cromatina perto denominados pseudogenes e geralmente são designados do gene white reposicionado.1 Agrupa- ___ menta 13 Groudine e Weintraub extraíram cromatina de hemácias de galinha e digeriram-na parcialmente com DNase I. uma por um estado hereditário que não a sequência real do mutação sem sentido extinguiu a capacidade de produ- gene. enzima que cli. na região promotora • FIGURA 19. O gene e é expresso no embrião.10 Fenótipo de cor dos olhos variegada de Drosophila ou acentuadora. uma carac- terística notável desse agrupamento de genes é que seus ORGANIZAÇÃO MOLECULAR DO DNA membros são expressos em diferentes momentos do de- TRANSCRICIONALMENTE ATIVO senvolvimento. . Cada gene no agrupamento é cópia de olho se dividem. 15 kb 28 kb Depois. vários sí- ca pode ser influenciada por condições que não alteram tios hipersensíveis à DNase I estão em uma regi. expressao genica. No caso dos genes humanos para f3-globina. quando elas são acrescentadas de novo. Na verdade. cromossomo X rearranjado indica que a expressão gêni. . sos em lactentes e adultos. essa ativação mente ativo? Esse DNA é mais "aberto" que o DNA não sequencial de genes de um lado ao outro no agrupamen- transcrito? Essas perguntas foram respondidas medin. Nesse caso. Durante a evolução. f3-globina. persensíveis ainda é obscuro. Nas seções a seguir. que Tempo de expressão: não é. mas não aos próprios genes (Figura 19.. Constataram que mais de 50% do DNA do gene D Embrião de f3-globina havia sido digerido pela enzima DNase I em D Feto comparação com apenas 10% do DNA do gene de oval. Os genes da !>-globina em outras. O significado funcional desses sítios hi- com o alelo white mottled em um cromossomo X rearranj ado. mas há algumas evidências de que podem marcar regiões de desespiralamento local O comportamento do gene white em moscas com esse do DNA. a sensibilidade à nuclease é perdida. Pesquisa subsequente mostrou que somo humano 11.540 Fundamentos de Genética a sensibilidade dos genes transcricionalmente ativos à nuclease depende de pelo menos duas pequenas proteí- nas não histônicas.. Mark Groudine e Harold Wein- traub demonstraram que o DNA transcricionalmente ati- vo é mais sensível à DNase I que o DNA não transcrito. Além disso.___O _ _ _O_ O 1 _ _•_ _• ___.iio de con- a sequência nucleotídica do gene. os à estrutura básica do gene white. eles examinaram o material residual da cromati- na à procura de sequências de dois genes. Aparentemente. A • Os genes da f3-globina humanos estão submetidos a regulação espacial e temporal.11 O agrupamento dos genes da J3-globina no cromos- ataque pela nuclease. Quando essas proteínas são removidas da cromatina ativa. 12). A substituição do nucleosso- da f3-globina) é inserido em uma posição cromossômica mo catalisada pelo complexo SWI/SNF aparentemente diferente. que a vam cada gene para transcrição. Dos aproximada- ossomos são alterados por complexos multiproteicos que mente 3 bilhões de pares de bases no genoma típico de acabam por facilitar a ação da RNA polimerase. por outro lado. te são inativos quando eles e seus genes associados são Então. (HDAC). Um tipo é constituído de en. transpostos para outra localização cromossômica. modelagem de cromatina. A maioria das cito- Foram identificados dois tipos gerais de complexos de sinas metiladas é encontrada em díades de pares de bases remodelagem de cromatina. mamífero. A pré-ativação é detecta. indicam que a LCR não é apenas uma grande coleção de Esse complexo recebe o nome dos dois tipos de muta- acentuadores . As enzimas dessa classe são denominadas histona acetiltransferases (HA7). catalisada pelas histona desacetilases Experimentos que avaliam a sensibilidade do DNA à di. guns eucariotos. possibilita o acesso dos fatores de transcrição ao DNA. a cromatina da cromatina ao seu redor. A modificação química dos nucleotídios também parece traram que o DNA transcrito é realmente empacotado ser muito importante para a regulação de genes em al- em nucleossomos. nucleossomos são "abertos" e "fechados" quando a RNA polimerase passa ao longo do molde de DNA? As tentati- METILAÇÃO DO DNA vas de responder a essas perguntas exigiram uma combi- nação de métodos genéticos e bioquímicos que demons. por um grupo de enzimas denominadas DNA metiltrans- ossomos? Em caso afirmativo. Nós analisamos a remodelagem da cromatina do pon- a LCR parece isolar os genes da f3-globina da influência to de vista da ativação do gene. sistemas circulatórios da expressão gênica. acetilação de lisina-14 em histona H4 frequentemente é da por aumento da sensibilidade do DNA na LCR à diges. tam- é capaz de controlar a expressão do gene da f3-globina bém pode transferir esses octâmeros para outros locais quando todo o agrupamento gênico (LCR mais genes em uma molécula de DNA. catalisada pelas histona metiltrans- gestão com DNase I demonstraram que o DNA transcrito ferases (HM7). No DNA transcrito. geralmen. Re- em relação ao promotor de um gene. As quinases .também A LCR do agrupamento de genes da f3-globina contém podem ter um papel junto com esses complexos de re- sítios de ligação para fatores de transcrição que pré-ati. trolar apropriadamente a expressão gênica. porém. Como será exposto na próxima seção. por exemplo. talvez porque o acréscimo dos gru- diferentes e estão em ambientes físicos diferentes.enzimas f3-globina é uma adaptação a essa variação de condições. e metilação. esses fatores estimulam a expressão de um gene. Estudos com camundongos transgênicos estudado é o SWI/SNF encontrado na levedura de pão. Essa al. Ou seja. Em geral. E preciso que a LCR esteja em posição 5' em relação sucrose non/ermenter [não fermentador de sacarose]) aos genes da f3-globina e em seu sentido natural para con. Assim. na desorganiza a estrutura do nucleossomo na vizinhan- pressão do gene da f3-globina depende das sequências in. Muitos estudos mostraram que a em que mC é metilcitosina e o p entre C e G indica a acetilação de histonas está relacionada com o aumento ligação fosfodiéster entre nucleotídios adjacentes em . essas duas modificações de histona H4 parecem genes da f3-globina parece exigir essa pré-ativação e é es. a especificidade tecidual e temporal da ex. tão por baixa concentração de DNase I. ativa também pode ser remodelada em cromatina ina- tiva. que levaram à descoberta de suas proteínas constituintes. Outro tipo de complexo de remodelagem de cromati- Entretanto. al- é mais acessível ao ataque da nuclease que o DNA não guns nucleotídios no DNA também podem ser metilados transcrito. ções ( switching-inhibited [inibido por variabilidade] e na. "abrir" a cromatina para aumento da atividade de trans- timulada por fatores de transcrição que se ligam a acen. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 541 cessidades diferentes de oxigênio. Sabe-se. quais são as modificações ferases (DNM7). que transferem grupos fosfato para moléculas . O complexo desse tipo mais seridas na LCR. com a estrutura zimas que transferem grupos acetila para o aminoácido 5' mCpG 3' lisina em posições específicas nas histonas dos nucleos- 3' GpCm 5' somos. inclusive de seres humanos. grupo metila à citosina (Figura 19. que controlam os vários genes da f3-globi. precedida por fosforilação de serina-1 O nessa molécula. A transcrição dos Juntas. a variação temporal de expressão do gene da meros de histona nos nucleossomo. sobretudo mamíferos. tuadores específicos no complexo gênico da f3-globina. No entanto. Essa remodelagem invertida parece implicar duas modificações bioquímicas das histonas em nucleosso- REMODELAGEM DA CROMATINA mos: desacetilação. A LCR tem outra gula a transcrição por deslizamento de octâmeros de his- característica que a distingue de acentuadores simples: tona ao longo do DNA associado em nucleossomos. A cromatina submetida a essas modifica- estruturais do nucleossomo durante a transcrição? Os ções tende a ser transcricionalmente silenciosa. os nucle. O DNA transcrito é empacotado em nucle. os acentuadores têm de outros organismos. cerca de 40% são pares de bases G:C. . ça do promotor de um gene. e cerca teração de nucleossomos no preparo para transcrição é de 2 a 7% desses são modificados pelo acréscimo de um denominada remodelagem da cromatina. Ao pos acetila afrouxa a associação entre o DNA e os octâ- que parece. O ação independente do sentido e em diferentes posições complexo SWI/SNF tem no mínimo oito proteínas.- cr1çao. Os acentuadores. sua Complexos relacionados foram encontrados nas células ação depende do sentido. transcrição. Acontece exatamente o oposto talvez como um modo de proteger o organismo contra com o gene H 19. epigenética. que é metilado na linhagem germina- os efeitos prejudiciais da expressão e do movimento de tiva masculina.000 ilhas. Além disso. ra. Assim. e algumas histonas centrais são acetiladas. . podem reconhecer essa assimetria e acrescentar um grupo metila à sequência não metilada. O imprint didos. mas têm uma densidade muito maior de dinucleotídios CpG não do pai. As DNA metiltransferases. replicação do gene. o gene Igf2 é metilado na linhagem outras partes do genoma . Entretanto. Sempre que a expressão de um gene é condi- que outras regiões do genoma. que codifica um fator de cres- que sofreram mutação em dinucleotídios TpG ao longo cimento similar à insulina ( insulin-Iike growth Jactor). de um ou mais dinucleotídios de CpG na vizinhança do crição. germinativa parental. esses dinucleotídios metilados são for- hipersensível à digestão por DNase I e seus nucleossomos mados na linhagem germinativa parental ( Figura 19. Os mecanismos que tornam o DNA metilado nina. inclusive as regiões apenas o gene Igf2 de origem paterna é expresso no ani- ricas em elementos transponíveis. mas não na linhagem germinativa Hl. Nesse sentido. é possí. no entanto. nhecimento. essa estrutura ção da histona também é considerada uma modificação é abreviada pela composição de um filamento. Com frequência. os geneticistas afirmam CpG. a cada divisão celular. por exemplo. há aproximadamente ideia de que o gene foi marcado de algum modo para 30. mas não no outro. ros que contêm sequências repetitivas. As regiões do genoma de mamífe. Quando uma sequência de DNA é metilada. os imprints por metila- na específicas e que essas proteínas formem um complexo ção são redefinidos a cada geração.metilcitosina. Por exemplo. geralmente com cerca de 1 a 2 kb. Como um gene metilado é silencioso. Dessa manei- • FIGURA 19. do animal. A análise molecular demonstrou que as citosi. Já foram identificados mais de 20 diferentes genes transcricionalmente silencioso não são bem compreen. O fato de que alguns genes são metilados em A transmissão do estado metilado é clonai por divisão um sexo. provavelmente por.ou seja. A princípio. costumam ser um pouco diferentes dos nucleossomos em Assim. a maioria situada perto dos sítios de início da "lembrar" que é oriundo do pai ou da mãe. o padrão de metilação é transmitido de modo mais ou menos fiel a cada ciclo de replicação do DNA. os em fêmeas de mamíferos. cujo cromossomo X inativo tem estados metilado e não metilado são preservados a cada alto grau de metilação. está associado à lado de origem materna é combinado a um gene Igf2 não repressão da transcrição. são denominados que o gene foi imprinted . No genoma humano. camundongos. com muitos segmentos curtos de D NA que o gene H19 é expresso quando é herdado da mãe. Análise molecular recente demonstrou que a marca nas nessas ilhas raramente.em geral. Assim. O texto O tectados por digestão do DNA com enzimas de restrição futuro: A epigenética de gêmeos discorre sobre o possível sensíveis a modificações químicas de seus sítios de reco- significado dessas modificações em seres humanos. os DNA metilados e não me- tilados produzem padrões diferentes de fragmentos de A metilação do DNA em mamíferos também é responsá- restrição quando são digeridos por essa enzima. a enzima HpaII reconhece e cliva a sequência CCGG. a distribuição de dinucleotídios expresso quando é herdado do pai. uma prole do sexo oposto. Desse modo. por metilação de cada gene é estabelecido na linhagem mem a transcrição ligam-se ao DNA metilado e uma delas. enzimas que li- gam os grupos metila ao DNA. ou nunca. o DNA na vizinhança de uma ilha de CpG é gene. um gene Igf2 meti- O DNA metilado. pelo menos duas proteínas que repri. quando presente. um gene metilado her- MeCP2. os pecíficos controlam o mecanismo de metilação. Depois da replicação do DNA. mas não na linhagem germinativa femi- transpósons. são metiladas e que que condiciona a expressão de um gene é a metilação esse estado não metilado ou submetilado conduz à trans. embora não esteja claro como o padrão de mCpG. vel por casos incomuns nos quais a expressão de um gene Os dinucleotídios CpG são menos frequentes que o é controlada por sua origem parental.13). quando a segunda citosina nessa sequência é metilada. dependendo do sexo que impeça a transcrição de genes vizinhos. Assim.termo usado para transmitir a ilhas de CpG. entretanto. implica que fatores sexo-es- celular. também são metiladas. Isso é observado principalmente metilado de origem paterna. em esperado em genomas de mamíferos. o estado totalmente metilado é restabelecido nos dúplex-filhos de DNA. masculina. A acetila- cada filamento de DNA. HpaII não é capaz IMPRINTING de clivar a sequência.12 Estrutura da 5. portanto.542 Fundamentos de Genética dois filamentos da sequência adquirem grupos metila. Durante a embriogênese. imprinted em camundongos e seres humanos. Os dinucleotídios CpG metilados podem ser de- acetilação é transmitido por divisão celular. Assim. modifica a estrutura da cromatina. Por exemplo. o gene Igf2. Esses segmentos ricos em cionada por sua origem parental. há menos histona germinativa feminina. Já CpG é desigual. Por ocasião da fertilização. cada dúplex-filho tem uma sequência de DNA parental metilada e uma sequência não metilada. dado de um sexo pode ser desmetilado quando passa por vel que dinucleotídios CpG metilados liguem-se a proteí. mas não da mãe. mal em desenvolvimento. é da evolução. a metilação do DNA é uma modificação epigenética da cromatina. M. o braço Um gêmeo pode se tornar autoconfiante e o outro. dizemos que esses gêmeos são monozigóticos. como obesidade. Quan- pode se tornar atleta e o outro. Mas os eram distribuídas em todo o genoma. e isso gêmeos começaram a vida com genótipos idênticos. o que poderia.o primeiro desse tipo . Um curto do cromossomo 3 e o braço longo do cromossomo 8. as diferenças crônica. por a pessoas diferentes. Os pes. 2005. suspeitos. Cinco mil gêmeos serão analisados. cada fêmea tem o mesmo número de genes ligados ao em machos e fêmeas. uma equipe de pesquisa internacional explorou a de uma pessoa . na idade avançada. como diabetes. Esse projeto cromatina de leucócitos retirados dos gêmeos: meti lação de DNA "Epitwi n" é liderado por cientistas do Reino Unido e da China e pes- e acetilação de histona. vários distúrbios e doenças. fertilizado. Nos ma. Em Droso- Orga11ismos com um sistema de determinação de sexo phila. e longevidade. como os braços longo e curto do cromossomo 1. esse estudo significa que. O mapeamento citogenético mostrou que as diferenças lhantes. outra equipe internacional se formou para quisadores examinaram dois tipos de modificações epigenéticas na estudar as diferenças epigenéticas em gêmeos. Elas foram localizadas nos pais de gêmeos "idênticos" sabem que cada um deles é telômeros dos cromossomos e em determinadas regiões ricas em diferente. de tal modo que é difícil diferenciá-los. em vez disso. a outra metade estava associada a genes conhecidos ou uitos gêmeos humanos têm aparência e atitudes seme. X transcricionalmente ati. Ativação e inativação de cromossomos inteiros Mamíferos. quisa modificações epigenéticas que influenciam a suscetibilidade a A maioria dos pares de gêmeos apresentou perfis epigenéti. osteoporose cos espantosamente semelhantes. Assim. não. O ovócito sugeriu que algumas diferenças fenotípicas entre os gêmeos pode- fertilizado dividiu-se e formou dois embriões. embora tenham do se analisaram os níveis de RNA. tímido. esse es- houve diferenças notáveis dos níveis gerais de meti lação de DNA e tudo em larga escala pode revelar como a expressão gênica regulada acetilação de histona. as sequências de DNA hiper- aparência semelhante. USA 102: 10604-10609. em 35% dos pares. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 543 • FUTURO EPIGENÉTICA DE GÊMEOS metade delas estava associada a retrotranspósons no genoma dos gêmeos. Essas diferenças foram mais prevalentes nos de modo epigenético afeta a etiologia de traços complexos. cromossomo X do macho é intensificada para que seu . F.demonstrou que gêmeos pertaram nossa curiosidade porque sabemos que esses tipos de com o mesmo genótipo podem ter "epigenótipos" diferentes. exposição a diferentes ambientes.1 Eles estudaram 40 pares de gêmeos monozigóticos ante . et ai. diabetes.alimentação. que deram origem riam ser causadas por diferenças epigenéticas. moscas e vermes têm mecanismos diferentes míferos. esse problema é resolvido pela i11ativação aleató- de compensação das diferentes doses de cromossomos X ria de um dos dois cromossomos X em fêmeas.. Essas diferenças des. Proc. Esses gêmeos tinham de 3 a 74 anos de idade e graus pode influenciar o modo de expressão do genoma.poderiam participar da moldagem do "epigenoma". e suas diferenças tornam-se mais aparentes com a idade. No entanto. variados de compartilhamento das experiências de vida. um epigenéticas entre os gêmeos pareciam ter significado funciona l. No outono de 2010. ne11hum dos dois cromossomos X na fêmea é ina- XX/XY ou XX/XO enfre11tam o problema de igualar a tivado. Portanto. as experiências Em 2005. Sei. pares mais velhos e nos que passaram menos tempo de vida juntos ou que tinham diferentes histórias de saúde. o que espanhóis. PONTOS ESSENCIAIS • A heterocromatina está associada à repressão da transcrição • A variegação por efeito de posição é um exemplo da regulação epigenética da expressão gênica • A transcrição ocorre preferencialmente na cromatina com organização frouxa • O DNA transcricionalmente ativo tende a ser mais sensível à digestão por DNase I • Durante a ativação da transcrição. Para ressaltar a origem do mesmo ovócito sua vez. Acad. a transcrição dos genes i10 ú11ico atividade de genes ligados ao X nos dois sexos. trata- possibilidade de que gêmeos idênticos poderiam ter diferenças mentos clínicos. mas o outro. Portanto. a cromatina é remodelada por complexos multiproteicos • A metilação de DNA está associada ao silenciamento gênico em mamíferos • A expressão de um gene imprinted é condicionada pela origem parental do gene. e assim por di- epigenéticas. 1Fraga. com o tempo. ser causado por diferentes histórias de vida dos gêmeos. não. artista. um gêmeo pode sucumbir a uma doença metiladas eram silenciosas ou subexpressas. atividades sociais e físicas. pode ter doença de Alzheimer e o outro. Epigenetic differences arise during the lifetime of talhada das diferenças de metilação do DNA mostrou que cerca de monozygotic twins. portanto. Esse estudo . genes. Natl. Uma análise mais de.ros que um macho. Mais tarde. um dos cromossomos X nas fêmeas é inativado. o único cromossomo X em machos é hi- se organismo. foi encontrada no nematódeo Caenorhabditis ekgans. o imprint por metilação é apagado.metilados na linhagem Gene /gf2 Gene lgf2 germinativa feminina e não metilados na linhagem meti lado não metilado germinativa masculina. Ovócitos • FIGURA 19. Metilacão Desenvolvimento • mantida da linhagem germinativa '\ÀP Metilação ((.544 Fundamentos de Genética produto final esteja de acordo com os genes nos dois cro.fJ Alelos imprinted do gene lgf2 do pai e da mãe são combinados no zigoto na fertilização. Espermatozoide '\ÀP Fertilizacão • ((. indivíduos XX são hermafroditas (atuam perativado.. A hermafroditas são hipoativados. .inativação. todos os genes lgf2 serão meti/ado do sexo feminino Célula da linhagem no sexo metilados. nenhum dos genes lgf2 será metilado. O alelo metilado de origem materna é silencioso. atividade de transcrição ligada ao X é igualada nesses Esses três diferentes mecanismos de compensação da dose dois genótipos por repressão parcial dos genes nos dois .«J Alelos do gene lgf2 são imprinted nas linhagens germinativas parentais . hiperativação e hipoativação . mesmo que seja cópia do alelo lgf2 metilado herdado da mãe. somático Em células somáticas.13 Metilação e imprinting do gene lgf2 em camundongos. o alelo de origem materna permanece metilado enquanto Desenvolvimento o alelo de origem paterna permanece não metilado. Em ma- problema de números diferentes de genes ligados ao X míferos.( Í Durante o desenvolvimento da linhagem germinativa. moscas e vermes resolveram o problema da dose de gene mossomos X de uma fêmea. Assim. mesmo que sejam cópias do alelo lgf2 não germinativa masculino metilado do pai.P f'j' A metilação é restabelecida durante a ovocitogênese. Zigoto '\ÀP ((. mas não em machos. apagada AIelo AI elo silencioso Célula expresso somática 0/>. mamíferos. Se o camundongo for macho. só é expresso o alelo não metilado de origem paterna. terística importante em comum: muitos genes diferentes Linhagem Linhagem germinativa materna germinativa paterna f Gametogênese f '\ÀP ((.f l Durante o desenvolvimento dos tecidos somáticos.têm uma carac- cromossomos X em hermafroditas. e em C. os dois cromossomos X em como macho e fêmea) e indivíduos XO são machos. em Drosophila. ekgans.14). O gene é metilado em fêmeas. Portanto. Ainda outra solução para o ligado ao X de diferentes maneiras (Figura 19. se o Ovocitogênese no gene lgf2 Espermatogênese camundongo for fêmea. mas não durante a espermatogênese. Nes. Essa massa. Descobertas recentes indicam que tudo indica. Essa regulação global do cromossomo é su- go do desenvolvimento..é envolvido pelo RNA Xist e o outro.. Uma localizado especificamente nos cromossomos X inativa. ·--• Ausência de RNA RNA de 17 kb Ausência de RNA . Qual mo X no qual esse gene está localizado. enzima que participa do metabolismo de purinas. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 545 XX XYou X O X X Sexo feminino inativo ativo ou Sexo masculino O RNA permanece hermafrodita no núcleo e liga-se ao cromossomo X inativo Mamíferos /~ y / 1 .. Para comparação.aquele cujo gene Xistcontinua a ser ligam especificamente ao cromossomo X e alteram suas transcrito .rv'V' . os transcritos do seria o responsável por esse sistema regulador global? outro gene Xist desintegram-se. a inativação do cromossomo X começa to.specific transcript [transcrito específico do sa-se durante a fase S para possibilitar a replicação do cro- X inativo]). Esse gene codifica a hipoxantina fosforribosil- transferase. dos outros cromossomos. Os cromossomos X inativos são facilmente identifica- des do cromossomo.. Ao lon- cromossomo. Curiosamente. portan- Em mamíferos. o que reprime seu gene Xist. os transcritos de um dos genes perposta a todos os outros mecanismos reguladores usa- estabilizam-se e acabam por envolver todo o cromosso- dos na expressão espacial e temporal desses genes. Durante a intérfase. Entretanto. . crito durante os estágios iniciais do desenvolvimento em- brionário em baixo nível de ambos os cromossomos X presentes nas fêmeas. esse gene está dentro do XIC ( Figura 19. a consequência é clara: a - INATIVAÇAO DE CROMOSSOMOS X maioria dos genes no cromossomo revestido é reprimida e esse cromossomo torna-se o cromossomo X inativo.14 Três mecanismos de compensação de dose para ge.. . os geneticistas vêm tentando elucidar desse gene é reprimida por metilação de nucleotídios no a base molecular da compensação de dose. nem todos os genes dos em células de mamíferos. a replicação do cromossomo X inativo de 17 kb que não tem nenhuma matriz aberta de leitura ocorre mais tarde que a dos demais cromossomos.. não parece estar associado a cromossomos X ativos em machos nem em fêmeas. na fêmea do camundongo. de trabalho é a de que existe um ou mais fatores que se um cromossomo X.. Assim. Essa diferença é determinada bora poliadenilado. Portanto. os cromossomos X inativos têm obrigatoriamente codifique uma proteína. mossomo X inativo. Desse relevante. Um que permanece ativo é denominado XIST nuclear.. não. os pesquisadores cons- • FIGURA 19. V Em camundongos. Em. nos quais foi possível fazer uma Hipoativação dos dois X análise experimental detalhada. esse RNA é restrito ao núcleo e está em parte pelos tipos de histonas associadas ao DNA... paradoxal- em um sítio específico denominado centro de inativação X mente.. pode ser quimicamente . Os transcritos de cada gene Xist da fêmea de camundongo são instáveis e permanecem são regulados coordenadamente porque estão no mesmo intimamente associados a seus respectivos genes. (XJC) e propaga-se em sentidos opostos até as extremida. o gene XIST codifica um transcrito leva algum tempo.. tido é aleatória. No EM MAMÍFEROS sistema de compensação de dose de mamíferos. parece improvável que o gene XIST modo. eles se do cromossomo X inativado são transcricionalmente si. o cromossomo X que permanece ativo é. das quatro histonas centrais.. Em vez disso. tataram que o homólogo do gene XIST humano é trans- nes ligados ao X: inativação. como a descondensação Em seres humanos. hiperativação e hipoativação. Para o RNA citoplasma Drosophila y • FIGURA 19.15 Expressão do gene XISTno cromossomo X inativo de t Hiperativação de X mulheres. e a transcrição adicional Durante décadas. Embora o mecanismo de revestimento ainda não seja compreendido. Caenorhabditis dos.. é mostrada a expressão do gene HPRTno cromossomo X ativo. o corpúsculo de Barr. ~ / / .rv'V' . a escolha do cromossomo a ser reves- que essa ideia está correta. H4.15). A hipótese promotor do gene.. desconden- (X inactive .. ~ t lnativação de um X / / . provavelmente o uma estrutura de cromatina muito diferente da estrutura próprio RNA é o produto funcional do gene XIST. Ao atividades de transcrição. condensam em uma massa escura associada à membrana lenciosos. Aparentemente.546 Fundamentos de Genética Cromossomos X • FIGURA 19. no genoma sação de dose em C. as proteínas não se ligam ao cromos- machos ( Figura 19. O processo de hiperativação pode impli- car remodelagem da cromatina pelo complexo MSL/ roX Uma das proteínas MSL é uma histona acetiltransferase. Assim como as proteínas MSL em Drosophila. todos os genes no cromossomo X masculino que precisam rística básica do cromossomo X inativo. tilada está associada a todos os cromossomos do genoma O modelo atual propõe que as proteínas MSL formam humano. el. . tos de genes no cromossomo X. Em Drosophila. Em C. Portanto. no cromossomo X inativo parece um complexo ao qual se unem os RNA roX Então. ser hiperativados.16 Ligação do produto proteico de um dos genes msl de Drosophila ao único cromossomo X de machos. o com- heterocromatina nos outros cromossomos. . O mecanismo não é totalmente compre- de dose são denominados wci letais macho-específicos endido. ( ms'l) e seus produtos são denominados proteínas MSL. A H 4 ace. mas há participação de produtos de vários genes. Portanto. modificada pelo acréscimo de grupos acetila a qualquer chromosome [RNA no cromossomo X]) que são transcri- uma das várias lisinas na cadeia polipeptídica. Os machos mutantes costu. somo em machos ou hermafroditas. Esses achados plexo MSL/roX propaga-se nos dois sentidos até alcançar sugerem que a depleção de H 4 acetilada é uma caracte. No entanto.egans parece implicar um mecanis- feminino. esses genes de compensação hermafroditas. inclusive aos wci que contêm os dois genes ativos. No entanto. el. as proteínas Os anticorpos preparados contra essas proteínas foram codificadas por esses genes ligam-se especificamente ao usados como sondas para localizar as proteínas dentro cromossomo X. Também há depleção da H 4 acetilada em áreas de roX A partir de cada um desses sítios de entrada.RNA on the X a transcrição em vez de estimulá-la.16). esse estar restrita a três bandas bem estreitas. a compen- gam a nenhum cromossomo. cada uma delas complexo liga-se a 30 a 40 sítios ao longo do cromossomo correspondente a uma região que contém alguns genes X masculino. a compensação de dose requer os pro- dutos proteicos de pelo menos cinco genes diferentes. elas só se ligam quando há dois cromossomos na MSL liga-se especificamente ao cromossomo X em X. Essas proteínas não se ligam aos somo X único em machos nem se ligam a nenhum autos- outros cromossomos no genoma masculino e não se li. Drosophila. e HIPERATIVAÇÃO DE CROMOSSOMOS X uma versão acetilada específica da histona H4 está exclusi- EM DROSOPHILA vamente associada aos cromossomos X hiperativados. - HIPOATIVAÇAO DE CROMOSSOMOS X As mutações nulas nesses genes acarretam letalidade es- EM CAENORHABDITIS pecífica do macho porque o único cromossomo X dos machos não é hiperativado. ao contrário da situação em das células. a compensação de dose implica a repressão mam morrer durante o fim do estágio larvar ou o início parcial de genes ligados ao X nas células somáticas de do estágio pupal. O achado significativo é que cada proteí. Um X masculino é facilitada por dois tipos de moléculas de complexo proteico liga-se aos cromossomos X e reprime RNA denominadas roXl e roX2 (do inglês. inclusive os X. A ligação das proteínas MSL ao cromossomo mo exatamente oposto ao que ocorre em Drosophila.egans. (b) . (11) Ligação de um 11ormônio esteroide a seu receptor. um gene. (i) e U) ocor. A Resposta: c-a-b-e-d. cromati11a. elega11s é mediada por proteí- nas que se ligam a esses cromossomos e reduzem a transcrição de seus genes. cleo ou no citoplasma de uma célula eucariótica. um RNA de interferência curto. um dos cromossomos U) Inativação de todo o cromossomo.exo RNA-proteína que se liga a muitos sítios nesse cromossomo e estimula a transcrição de seus genes • A hipoativação dos dois cromossomos X em hermafroditas de C. os dois cromossomos X específico. Autoavaliação 1. (b) atividade. a eucromatina não adquire coloração escura durante a intérfase. Organize os processos a seguir em ordem cro. (g) ati- (f) Degradação de um RNA mensageiro induzido por vidade. em hermafroditas são hipoativados. foi então inj etado na linhagem germinati''ª de um la (Capítulo 17) de modo que pudesse ser transcri. mas geralmente não no mesmo grau que a hetero- Resposta: O gene hsp70é induzido pelo estresse por calor. (g) sensibilidade à DNase I. plasma. a eucromatina sophila? pode conter sequências repetidas e transpósons. to do promotor do eleme11to P.rado. seres humanos. ( c) Poliadenilação do transcrito primário de um gene. Exercícios 1. Resposta: (a) Em seres huma11os. X nas fêmeas é inativado aleatoriame11te. Indique se cada um destes fe11ôme11os relacio11ados codificadores de proteínas. (b) Em Resposta: O item (h) pode ocorrer no citoplasma ou moscas. recomposição de uma molécula de RNA. O gene lacZ bacteria110 para 13-galactosidase foi i11. (c) transcrição de um gene. o único cromossomo X em machos é hi- no núcleo. depende11do do hormônio esteroide perati. Indique se os itens a seguir estão associados à ativi- transcr1çao. dade ou inatividade do gene: (a) metilação do DNA. a eucromatina tem mui- com a regulação da expressão gênica ocorre no i1ú. ( c). (d) inatividade. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 547 PONTOS ESSENCIAIS • A inativação de um cromossomo X em fêmeas XX de mamíferos é mediada por um RNA não codificador transcrito do gene XIST nesse cromossomo • A hiperativação do único cromossomo X em machos de Drosophila é mediada por um compl. (f) atividade. (e) região de controle de locus. (e) ati. Os itens (a). (b) mi- 4. (a) Estimulação da expressão gênica por um fator de 5. partindo do que ocorre primeiro: (a) citoplasma. Cite algumas diferenças entre eucromatina e hete- gração de uma molécula de mRNA para o cito- rocromatina. DNA e em elementos transponíveis. (c) inatividade. Esse gene de fusão serido em um elemento P transponível de Drosophi. (f) proteína GAL4. embrião de Drosophila junto com uma enzima que . tos ge11es codificadores de proteínas. A heterocromatina tem poucos ge11es 3. Que fator induz a expressão do gene hsp70 em Dro. 6. (e) Inibição da tradução por ligação de um microRNA a Resposta: (a) inatividade. (b) moscas e (c) vermes? matina. (d) degra- dação de uma molécula de RNA. (c) metilação de histona. (e) síntese de Resposta: A heterocromatina adquire coloração escura polipeptídio. heterocromatina é rica em sequê11cias repetidas de 2. rem no núcleo. Todos os outros itens ocorrem no nológica. pressão de genes ligados ao X nos dois sexos em (a) (i) Silenciamento da expressão gênica pela heterocro. durante todo o ciclo celular. t1m RNA mensageiro. Qual é o mecanismo de igualação do i1ível de ex- (g) Ligação de um hormônio peptídico a seu receptor.ridade. (d) heterocromati11a. (b) Recomposição alternativa do transcrito primário de (b) acetilação de histona. (c) Em vermes. (d) Tradução de um RNA mensageiro. --. Por desenvolvimento. ' --. _. _. da ao mRNA nos embriões é facilmente detectada to P modificado certamente se inseriu perto de um se as moléculas de sonda forem marcadas. as três linhagens tinham diferentes Embriões obtidos desses hermafroditas foram ana- inserções do gene de fusão P/lacZ (ver diagrama). dos. a expressão do gene de fusão P/ RNA mex-3.egans. o que promoveu esses experimentos de hibridização in situ. e na terceira. taria perto de um gene necessário para algum as- nhagem germinativa. essas são de lacZ por coloração de tecidos dissecados de inserções de gene de fusão frequentemente são de- moscas adultas com X-gal. Provavelmente todos esses di.. capaz mente se acumula nas gônadas de hermafroditas e de interagir com o promotor P e iniciar a transcri. Es- foi cruzada individualmente com moscas de um es. em seus embriões. Durante o normalmente seria expresso sob seu controle. Na segunda seus colegas constataram que embriões de vermes linhagem. 2. na segunda. en- testinais e. A ligação das moléculas de son- ção no gene lacZ. por meio mas. nos quais foi injetado RNA mex-3 bifilamentar não tuador que promove a transcrição nas células in. O Gene de fusão Pjlacl Extremidades do elemento P / Gene /acl' "" 5' 3' Promotor do mRNA elemento P t Tradução ~-Galactos idase Inserções de gene de fusão Pjlacl Coloração Linhagem com X-gal Acentuador específico para o olho 5' 3' Gene do olho 1 Apenas olhos \ '". embora não tão intensamente quanto os em- ferentes acentuadores estão perto de um gene que briões de vermes que não receberam injeção. garem ao RNA mensageiro de mex-3. / .. o elemento P modificado foi in. substrato cromogênico nominadas capturas de acentuador (enhancer traps). apenas os olhos coraram-se RNA. que normal- rente sequência reguladora. foram marcados pelas moléculas de sonda.isto é. exemplo. Andrew Fire e colaboradores (1988 Nature de azul. na terceira linhagem. certamente se inseriu perto de um acen. Na primeira linhagem. As sondas foram projetadas para se li- lacZfoi necessariamente influenciada por uma dife. o elemen. o acentuador específico para o olho es- serido nos cromossomos de algumas células da li.548 Fundament os de Genética catalisa a transposição de elementos P. Fire e a transcrição apenas no tecido ocular. lisados por hibridização in situ usando sondas para Em cada linhagem. que se toma azul na presença de 13-galactosidase. Em três dessas linhagens. analisou-se a expres. qualquer que sej a . inseriu-se perto quanto embriões de vermes nos quais foi injetado de um acentuador que promove a transcrição em RNA unifilamentar complementar ao mRNA mex-3 todas ou quase todas as células. Resposta: Sem dúvida. deles. a prole desse animal pecto da função ou do desenvolvimento ocular. apenas o intestino corou-se de 391: 806-811) descreveram os resultados de ex- azul. / 1( L--~ Acentuador específico 3' 5' para o intestino Gene do intestino 2 Apenas intestino Acentuador geral 5' 3' Gene constitutivo (housekeeping) 3 Todos os \ 1f tecidos ''' -----. Então. ou acentuador. Como você explica esses resultados? mex-3 JOi injetado em hermafroditas de e. Em seu artigo seminal sobre interferência por Na primeira linhagem. ses resultados mostram que inserções aleatórias do toque padrão do laboratório para criar linhagens gene de fusão P/lacZpodem ser usadas para identi- que tivessem o gene de fusão P/lacZ em seus geno. os genes que eles controlam. todos os tecidos coraram-se de perimentos nos quais o RNA derivado do gene azul. Portanto.foram marca- a associação tecidual. com RNA mex-3 antisense . ficar diferentes tipos de acentuadores e. el. Ao fazer acentuador específico para o olho. mas não o segmento B. a causa é a mudança no estado de um dos cromossomos X. (Capítulo 5) é consequência da inati\ração aleatória as manchas claras e escuras da pelagem do gato de cromossomos X em fêmeas heterozigotas para di.inativação aleatória de um cromossomo X em é consequência de interferência por RNA induzida cada célula desti11ada a formar células produtoras pelo RNA bifilamentar irtjetado.6 Como é possível distinguir um ace11tuador de um esse "acoplamento" da transcrição e tradução não promotor? é possível em eucariotos? 19. a não disjunção pode produ- RNA antisense bifilamentar versits unifilamentar zir uma linhagem de células XO que têm apenas o para silenciar a expressão gênica? alelo mutante. células nervosas e células musculares? essas proteínas poderiam ser criadas a partir do 19. nao ep1genet1ca. Já o fe- ferentes alelos de um gene ligado ao X para cor da nótipo desigual de gina11dromorfos de Drosophila pelagem. e se essas células formam um olho. a diferença entre elas é ge- heterozigoto para os alelos selvagem e muta11te do . . por tradução de mRNA de dois ge11es diferentes? . Que téc11icas mais superiores. a expressão do gene mex-3. têm difere11ças epigenéticas. Um dos cromossomos X é per- morfos em Drosophila (Capítulo 6) é consequê11cia dido. O fenótipo desigual de gatos com pelagem tartaruga ça desse estado é clonal por divisão celular. Como você poderia de. As manchas vermelhas e brancas de tecido 110 da não disjunção dos cromossomos X durante uma 01110 de um gi11andromorfo 11ão são geneticamente das divisões iniciais de clivagem.2 Em bactérias. Sugira uma razão para isso..5 Nos cromossomos politênicos de larvas de Droso.1 Os ópero11s são comu11s em bactérias. Em Resposta: Os resultados desses experime11tos de hibridi- contraposição. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca~acidade analítica 19. Outro polipeptídio contém cie celular? os segmentos A e C. seria possível determinar se esses dois polipeptídios phila (Capítulo 6) . o desenvolvime11to. receptores de11tro da célula. as tropomiosinas existem como uma família de proteínas intimame11te relaciona- poderiam ser usadas para verificar se esse gene é ati- das que têm algumas sequências de aminoácidos ''º em diferentes tipos de células. o X que é i11ati\rado. tensamente transcritos em resposta ao tratamento de choque térmico? 19. o tecido derivado de células XX será zação in situ i11dicam que o RNA bifilamentar é um ''ermelho porque essas células têm o alelo sel\ragem forte silenciador da expressão do gene 1nex-3 em do ge11e white. Assim.. Os embriões de de pigmento 110 adulto. A-B-C. esse tecido ocular será branco. mas não em monstrar que esses piifes co11têm genes que são in- eucariotos. Em ani- uma proteína denominada distrofina. Explique como las cutâneas. Todas as células produtoras vermes 110S quais foi injetado o RNA 1nex-3 antisense de pigmento são geneticamente equi\ralentes . na indução de RNAi.. 7 As tropomiosi11as são proteínas mediadoras da in- 19.8 Um polipeptídio é constituído de três segmentos de peptídicos interagem com receptores na superfí- aminoácidos. há formação de grandes pujes são produzidos por tradução de versões alternativa- em algumas ba11das quando as lar\ras são expostas me11te recompostas de RNA de um ú11ico ge11e ou a temperatura ele\rada.4 Por que os hormô11ios esteroides interagem com transcrito de um ú11ico gene. a tradução de um mRNA começa an- tes da conclusão da síntese desse mRNA. O fenótipo tar- ro mex-3. Assim. elegans. Por que 19. O fenótipo desigual de ginandro. o RNA 1nex-3 antisense unifilamentar taruga n ão é causado por alteração do genótipo du- não é tão eficaz qua11to o RNA mex-3 bifilame11tar rante o desenvolvimento embriológico do animal. por exemplo.3 A distrofia muscular em seres humanos é causada teração de actina e troponina. não ge11éticas. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 549 que esses resultados indicam sobre a eficácia do gene white ligado ao X. célu- em comum e outras diferentes. netica.isto unifilame11tar aprese11tavam algum RNA me11sagei. Como 19. Em contraposição. têm o mesmo conteúdo de DNA. e a heran- 3.. enquanto hormô11ios 19. . A taruga é co11sequência de um fenôme110 epige11éti- ausência de RNA mensageiro 1nex-3 nesses embriões co . Portanto. . é. Algum desses fenótipos desiguais é embriões de C. deve-se a uma mudança genética ocorrida durante pelagem escura. duas proteínas que por mutações em um gene ligado ao X que codifica participam das contrações musculares. Se um zigoto XX for equivalentes. Os embriões de vermes nos quais foi injetado o RNA mex-3 bifilamentar não Resposta: O fenótipo desigual de gatos com pelagem tar- apresentam RNA me11sageiro mex-3 detectável. um alelo produz pelagem clara e o outro. ou parte de um olho. Na verdade. o RNA um exemplo da regulação epige11ética da expressão antisense unifilamentar quase não tem efeito sobre gênica? Explique sua resposta. 23 ORNA bifilamentar derivado de um íntron seria capaz de induzir interferência por RNA? 19. pa- reciam ser piores que lixo porque interrompiam as 19. por técnicas de engenharia tulo 17). Em que condições a proteína fluorescen. durante beneficio eles poderiam conferir a um organismo? a recomposição. tanto. A proteína 550 pb contenha um acentuador que promova a fluorescente verde codificada por esse gene de fu. o único cromossomo X ros AB.19 Um pesquisador suspeita de que um íntron com mentos de resposta ao choque térmico. acreditava-se que fossem o "lixo" genético - uma mutação nula no gene doub/.20 Qual é a natureza de cada uma das seguintes classes tes. recomposto alternativamente.11 O fator de transcrição GAL4 em leveduras regula to primário junto com seus íntrons flanqueadores. duas um ou outro conjunto de características sexuais. Uma mosca que tivesse esse gene yellow modificado em vez do gene 19. isto é. ao sítio de início da transcrição. Entre eucario.17 O RNA do gene Sex-/. Nas asas.14 Os produtos polipeptídicos de dois genes diferen. (b) HDAC e (c) HMT.esex. sobre a cromatina? (a) HAT. a expressão é controlada nos cromossomos de Drosophila vivas pela técnica por um acentuador localizado no único íntron do de transformação mediada por transpóson ( Capí. Esse gene de fusão foi inserido gene. Se os polipeptídios A e B são igualmente de machos parece difuso e inflado nas células po- abundantes nas células e se a formação de dímeros litênicas das glândulas salivares. yellnw é controlada por um acentuador em posição dora de um gene de água-viva (gfp) para proteína 5' em relação ao sítio de início da transcrição do fluorescente verde. sequências sem função útil. tos tecidos diferentes. Como você explicaria esse paradoxo? priedade dos acentuadores essa situação ilustra? 19. para produzir o gene de fusão hsp70/gfpdo proble- ma anterior tivesse mutações em todos os seus ele. Esses dois genes são nino é mais curta que no mRNA masculino. expressão específica de um gene de Arabidopsis no são seria sintetizada nessas moscas transformadas tecido da extremidade da raiz. No en- transcritos em sentidos opostos no cromossomo. compatível com a ideia de que os genes ligados ao meros e heterodímeros nessas células? X são hiperativados em machos de Drosophila? 19. a expressão do gene um gene hsp 70 de Drosophila e a região codifica.16 As formas alternativamente recompostas do RNA do gene doub/. o acentuador da asa seja posto no íntron te verde será sintetizada nessas moscas transforma. qual é a razão esperada entre homodí. Nas garras tarsais. o mRNA só contém sete éxons porque.22 Suponha que a LCR do agrupamento de genes da acentuadores em 40 genes diferentes. o éxon 3 é removido do transcri- 19.18 Em Drosophila. os íntrons são disseminados e tudo que quência do mRNA derivado do transcrito primário é disseminado em biologia geralmente tem uma contém todos os oito éxons do gene SxL Em fême- função. Portanto. Preveja o 19.550 Fundamentos de Genética 19. um sária para a formação de pigmento escuro em mui- pesquisador construiu um gene de fusão conten.ethal ( Sxl) de Drosophila é sequências codificadoras dos genes. GALl e GALl O. Descreva um expe- geneticamente? rimento para testar essa hipótese. a expressão do gene yellow é neces- 19. Esses de enzimas? Qual é a ação de cada tipo de enzima polipeptídios interagem e formam dímeros: ho. Que pro. modímeros AA. a proteína codificada pelo mRNA feminino um para a esquerda do sítio de ligação da proteína é mais longa que a proteína codificada pelo mRNA GAL4 e o outro para a direita desse sítio.10 Quando os íntrons foram descobertos pela primei- fenótipo de animais XX e XY homozigotos para ra vez. Que doença essa deleção mutação por mudança de matriz de leitura na se- poderia causar? quência codificadora do gene que especifica esse fator de transcrição. gene. porém. 19.15 Um determinado fator de transcrição liga-se a 19. a região codificadora no mRNA femi- dois genes adjacentes.21 Em larvas de Drosophila. 19. a se- tos. atuam como fatores de transcrição. das principais proteínas implicadas na interferên- .esex de Drosophila codificam proteínas 19. em posição 5' em relação das geneticamente? Explique. homodímeros BB e heterodíme- 19.9 Que técnicas poderiam ser usadas para mostrar A proteína produzida nas fêmeas bloqueia o de- que um gene vegetal é transcrito quando a planta senvolvimento de características masculinas. masculino.13 Suponha que o segmento do gene hsp70 usado yellnw natural teria asas e garras escuras? Explique. por ligação a sequências de DNA entre eles. 19. sem essa expressão. Que função poderiam ter os íntrons? Que as.24 A interferência por RNA foi implicada na regula- necessárias para bloquear o desenvolvimento de ção de elementos transponíveis. Em Drosophila. Preveja o 13-globina fosse deletada de um dos dois cromosso- fenótipo de indivíduos homozigotos para uma mos 11 de um homem. Suponha que. e a é iluminada? proteína produzida em machos bloqueia o desen- volvimento de características femininas. Na verdade. e o acentuador da garra.12 Usando as técnicas de engenharia genética. a cor do do os elementos de resposta ao choque térmico de tecido é amarela. Essa observação é é aleatória. Em machos. A e B. 19. genética. Use a função Map Vzewer para localizar o agrupamento 5. Que padrão de inativação de X seria observado em todo o corpo da mulher? 19. como se poderia determinar se todas lentes dos tecidos hepático e encefálico e trata esse as células de Dolly tinham o mesmo cromossomo extratos separadamente com DNase I durante um X inativado? Se. Qual é o símbolo oficial desse gene? Quan- desse códon é 5 '-CAT-3' da esquerda para a direi ta na tos éxons ele contém? tela. um deles foi necessariamente inativa- crito ativamente em células hepáticas e o gene B do. terozigotas para esses alelos são viáveis e férteis. Se o DNA remanescente após trassem ser mosaicos da atividade do cromossomo o tratamento for fracionado por eletroforese em X . O gene transcrito está ta do gene da 13-globina do adulto em um arquivo de próximo do centrômero ou do telômero? Qual é o texto e procure cada uma dessas sequências de reco- comprimento do transcrito do gene? Qual é o com- nhecimento.29 Por que as mutações nulas no gene msl em Droso- ponha que você tenha linhagens de Drosaphil.gov Os genes da 13-globina humana estão localizados em um 4. que amos- e piwi.30 Suponha que uma mulher tenha um cromossomo X mutantes poderia ser maior que a taxa de mutação com deleção do "locus XJST. células hepáticas.ne dioativamente específica para o gene A.27 Um pesquisador formula a hipótese de que em ca.31 Em Drosaphila.o que teria acon- blotting e hibridizado com uma sonda marcada ra. Dolly foi criada por implantação do nú- cedimentos que possibilitariam que o pesquisador cleo de uma célula retirada do úbere de uma ovelha testasse essa hipótese. Moscas homozigotas para alelos mutantes tra (fígado ou encéfalo) deve exibir maior sinal na desses genes são letais ou estéreis. Use o Sequence Viewer para examinar em detalhes o 5 '-CAAATG-3'. mas moscas he. diferenciada. o fenótipo desigual do alelo white machos homozigotos para o alelo b desse gene. por divisão celular. a leitura humano.a hete- phila não afetam as fêmeas? rozigotas para alelos mutantes aubergi.nlm. ria analisar. as células de Dolly mos- período limitado. do adulto clicando no botão ATGC na página Sequen- ce Viewer.25 Suponha que fêmeas de camundongos homozigo- tas para o alelo a do gene lgf2 sejam cruzadas com 19.ncbi. por ser originado de uma célula anterior esteja correta e que o gene A seja trans. mo um gene ligado ao X cuja expressão você pode- Agora. Onde estão localizadas? Qual desses dois primento do mRNA maduro? Quantos aminoácidos o fatores de transcrição poderia participar da regulação mRNA especifica? Quais são os três primeiros aminoá- da expressão do gene da 13-globina do adulto? cidos e por que códons são especificados? . Esse núcleo tinha dois 19. Sugira uma mundongos o gene A é transcrito ativamente em explicação para o efeito da mutação supressora. sem a mutação supressora. os olhos são mo- 19. enquanto o gene B é transcrito 19. Su- 19. e a sequência reconhecida por MyoD é 3. Descreva pro- ro clonado. saicos de tecido vermelho e branco. Capítulo 19 1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 551 eia por RNA são codificadas pelos genes aubergi.nih. em um ovócito enucleado. um fator 19. reconhecem sequências curtas nos genomas de ma- Em que banda citológica ele está localizado? Está mais míferos.isto é. Obtenha a sequência de texto do gene da 13-globina agrupamento no braço curto do cromossomo 11. Localize o códon de iniciação para metio- 1. mott/. O outro cromossomo X genômica em uma linhagem selvagem? tem um locus XISTintacto. Pesquise o gene homônimo do agrupamento. o gene nina no primeiro éxon.26 A transmissão dos estados epigenéticos é clonal importante na formação da heterocromatina. 2. Copie a sequência da porção transcri- gene da 13-globina do adulto. e. Por que a taxa de mutação genômica nessas linhagens 19. GATAl e MyoD são dois fatores de transcrição que do gene da 13-globina no ideograma do cromossomo 11. na análise.32 A ovelha Dolly (Capítulo 2) foi o primeiro mamífe- ativamente em células encefálicas. Que tipos de observações in- Moscas com o alelo white mott/. atividade de diferentes cromossomos X gel.28 Suponha que a hipótese mencionada na questão cromossomos X. o pesquisador extrai quantidades equiva.ne ou piwi. autorradiografia? Justifique sua resposta. transferido para uma membrana por Southern em diferentes clones de células . A sequência reconhecida por GATAl é próximo do telômero do braço curto ou do centrômero? 5'-TGATAG-3'. Na célula do úbere heterozigota para no míni- seja transcrito ativamente em células encefálicas.ed é suprimido por uma mutação autossômi- Qual desses dois alelos será expresso na prole F 1? ca dominante que elimina a função do gene da proteína 1 da heterocromatina (HPl). no banco de dados do genoma na janela é a do filamento-molde do DNA.ed e a mutação su- dicam que esses estados podem ser revertidos ou pressora têm cor vermelha quase uniforme nos redefinidos? olhos. Como a sequência mostrada da 13-globina de adulto. tecido durante o desenvolvimento embriológico? Genômica na Web em http://www. ontro e enético • esenvo vimento n1ma PANORAMA Perspectiva genética sobre o desenvolvimento Atividade gênica materna no desenvolvimento Atividade gênica zigótica no desenvolvimento Análise genética do desenvolvimento em vertebrados Terapia com células-tronco As células-tronco são assunto constan- te nos noticiários.desde os pêuticos? No mundo todo. as células-tronco são capazes de produzir descendentes que podem se diferenciar em t ipos celulares especiais.começam a participar dessa discussão. vítimas de enfermidades como doença de Parkinson. . linfócitos. líderes religiosos. em um organismo multicelular. jor- nalistas. e até mesmo celebridades de Hollywood . populações e seus governos discutem ovócitos fertilizados. diabetes e artrite. elas destacam a impor. Em outras palavras. como fibras musculares. enquanto os cientistas continuam a explorar as possibilidade da terapia com células-tronco também suscita im. E' preciso que as células-tronco sejam diferentes t ipos celulares adqu irem suas funções especializadas e obtidas por destru ição de embriões? A vida embrionária deve ser ' como.políticos. poderiam ser usadas para regenerar tecidos deteriorados. formam tecidos e órgãos sacrificada para prolongar e melhorar a vida adulta? E aceitável de modo organizado. e pessoas de todos os tipos . subs- Feto humano em fase avançada do desenvolvimento. passando pelo embrião até a vida adulta. Embora sejam elas próprias indefinidas. Portanto. tituir órgãos ou partes do corpo perdidos ou ainda minorar déficits bioquímicos. Es- sas perspectivas ressaltam a importância de compreender como portantes questões éticas.propriedades das células-tronco e seus possíveis empregos. A essas questões. Os cientistas analisam seus possíveis usos.produzir embriões apenas para obt er células-t ronco com fins tera- tância de compreender o processo de desenvolvimento . neurôn ios ou célu- las ósseas. o processo de desenvolvimento do nar algumas características básicas do desenvolvimento a11imal depe11de da execução fiel de um programa ge. denominada sim. celulares que sucedem a fertilização são rápidas . elipsoides com cerca de 1 mm de comprimento em seu Estudos clássicos de anatomia e embriologia ga. Além disso. dá origem a todos os tecidos somáticos o desenvolvimento das asas de Drosophila. como o camundongo. Essa camada única. esses estudos através de outra estrutura a11terior. semelhante desenvol. diâmetro máximo (Figura 20. Porta11to..risão. a Drosophila. muitos ação gênica e para esclarecer o papel de cada produto dos tecidos da larva são destruídos. Essa larva mastiga verificar se algumas das mutações são epistáticas em a casca do ovo e eclode. nas celulares. o embrião mente e seus embriões desenvolvem-se fora do corpo inicial de Drosophila é. células somáticas do ovário. Assim. Esse teste de epistasia pode ofere. Cada ovócito é circun- rantiram obser. tar com voracidade. o 1nicrópilo. elegans. criando uma camada única de células na cista alcançar esse objetivo é colecio11ar mutações. Os º''ºS pidas que não há tempo para formação de membranas desses animais podem ser manipulados experimental. As divisões clássicos concentraram-se em algu11s tipos de animais. muitos núcleos idênticos. esses conjuntos são denominados de transgênicos e assim por diante (Capítulos 14 e 16).ros práticos.rolvimento. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 553 PersP-ectiva enética sobre o desenvolvimento A Drosophila foi um dos primeiros organismos-modelo elegans. cerca de 5 dias tes ge11es para o processo de desen. concentra.tão rá- sobretudo em ouriços-do-mar.rimento em outros animais. colecionaria do animal. RT-PCR. Por moti. sas células em tecidos e órgãos e a formação do corpo Antes de explorar esses tópicos. e11tre as células-filhas. emerge do casulo pupal um a11imal radical- ram muito sobre o desenvolvimento de Drosophila e e. Ela troca de pele duas . após a eclosão. que dão origem à linhagem germi- da asa. é preciso exami- do animal. Quando essa reorga11ização a11atômica é Graças a essa estratégia geral. de um dos principais modelos para estudo do controle nético codificado no DNA do animal. As. na verdade. produtos participam de importantes processos do de. e11tre eles .rimento . for- tulo 4).1 B). alguns i1úcleos migram phila e e. Assim. Qua11do os geneticistas os 512 núcleos criados migram até a membra11a citoplas- começaram a estudar o desenvolvimento. Portanto. o movimento de células no em. guiar o estudo do desenvol. rãs e galinhas.a divisão do ovo fertilizado para a uma casca co11stituída de substâncias sintetizadas por formar um embrião. vez identificados esses Zoei. Esse conheci- O desenvolvimento de um a11imal multicelular a partir mento também propiciou um arcabouço intelectual para de um ovócito fertilizado demonstra o poder da expres. Por fim.re genético do desenvolvimento. Durante os 4 dias subsequentes.. marcador fluorescente.rolve-se a partir de ovócitos compreensão desse processo. co11cluída.rolvimento (Capí. ser surpresa a enorme contribuição da genética para a A Drosophila adulta desen. No 1311 ciclo de di. Após o 9º ciclo de divisão no sincício. sobretudo Droso. asas e pernas. as linhage11s somática e germi11ativa do definir e posicionar os Zoei genéticos importa11tes. superfície do embrião. o geneticista clonaria ge. Consequenteme11te. jam expressos meticulosamente ao longo do tempo para o estudo do camundongo ofereceu muitas informações produzir a especialização das células. onde ainda se dividem ram-se em animais de fácil criação. os geneticistas aprende. para in. especialização celular. toma-se imóvel. A celularização dos i1úcleos no polo posterior mutações que alterassem ou impedissem a formação cria as células polares.ezes para se cer informações úteis sobre a co11tribuição de diferen. um tratame11to experimental. / são gênica controlada. se um geneticista quisesse estudar blastodenna celular. o objetivo era identificar genes cujos até o polo posterior do embrião. E indispensável que os genes se. sobre o processo de desenvolvimento em seres humanos. de formação de tecidos e órgãos e de deli11eamento da estrutura corporal. não de. mática i1a periferia do embrião. começando e11tão a se alimen- relação às outras. Por sua vez. essa célula é denominada sin- var o desenvolvimento de um embrião em resposta a cício (Figura 20. os embriologistas poderiam obser. O método tradicio11al para um geneti.seque11ciamento. todos os núcleos no si11cício são separados por membra- senvolvime11to. uma ú11ica célula com materno. células que foram sequestrados durante os estágios lanra- 11es individuais e os estudaria com todo o arse11al de res expandem-se e diferenciam-se em estruturas adultas téc11icas disponíveis . por exemplo. porém. mente diferente capaz de voar e se reproduzir! . Ele testaria o alelismo entre essas mutações e nativa do adulto. O espermatozoide entra no ovócito diferentes órgãos. A extremidade anterior é dis- brião para formar tecidos primitivos e a subsequente tinguida por dois filamentos que auxiliam a entrada de diferenciação de células nesses tecidos para formar oxigênio no ovócito. nesse estágio muito inicial do determinaria sua posição no mapa cromossômico para dese11volvimento. mais quatro vezes. o geneticista combi11aria A transformação do embrião de Drosophila em uma lar- mutações representativas de cada locus em pares para va vermiforme leva cerca de um dia. Uma futuro adulto já foram separadas. Atualmente sabe-se muito sobre o mecanismo de para análise genética do desenvolvimento de animais. Como o inseto adulto proteí11a.rações detalhadas sobre os eventos de dado por um cório.restigar a base molecular da ma11do uma pitpa. adaptar a aumentos de tamanho e depois. uma estrutura resistente. a organização des. produção é denominado i?nago. olhos.1A). blot de RNA e como antenas.ertebrados. discos i?naginais. e a pele endurece. e conjuntos planos de gênico no desen. !> 'l)" Os núcleos zigóticos dividem-se com rapidez e produzem uma única célula (sincício) Q com muitos núcleos. Alguns núcleos migram até o citoplasma polar. Ovócito fertilizado Núcleo feminino (n) Citoplasma t polar -<. Núcleos zigóticos (2n) -<. conjun to. embrião. A. B._/:>. os progenitores da Células polares linhagem germinativa adulta. a sequência de desenvolvimento é ovócito.. produzindo rante o ovocitogênese têm papel importante no desen. pupa e adulto • O embrião inicial de Drosophila é um sincício . os núcleos dividem-se mais quatro vezes.. Q Q Q Sincício multinucleado -<. (precursoras das células da linhagem ~~~~~r. larva. masculinos e femininos resultantes fundem-se para formar dois núcleos zigóticos diploides (2n). onde formam as células polares. esses genes ajudam a formar ovócitos que po- . Nesse perío.!> 'lt"Após nove divisões nucleares. com (em cima) e sem (em- baixo) o cório circundante. Fotografia de ovócitos de Drosophila. Em do.. PONTOS ESSENCIAIS • Em Drosophila. Esses materiais são gerados pela expressão de gen es no sistem a reprodutivo femin ino. Na periferia. outros apenas n os tecidos da linhagem germinativa. dos das célu las adjacen tes para o ovócito.1 Características básicas do desenvolvimento de Drosophila. os núcleos migram para a periferia do sincício e formam o blastoderma sincicial. Eventos importantes ocorrem no desenvolvimento ani. reservas de alimento e organ izan do o ovócito para seu desenvolvimento subsequente . Atividade ênica materna no desenvolvimento Os materiais transportados para o interior do ovócito du.000 células. constituído de aproximadamente 4.o equivalen te molecu- volvimento embrionário. Desenvolvimento embrionário inicial em Drosophila._/:>. alguns expressos n os tecidos reprodutivos som áticos e mal antes mesmo da fertilização do ovócito.!> Anterior Posterior 'lt"O ovócito fertilizado contém dois núcleos haploides (n). um do macho e outro da fêmea.1ei~ germinativa) 0""/l O" Membranas celulares formam-se ao redor dos núcleos e produzem o blastoderma celular._/:>._/:>. A 1 mm • FIGURA 20.!> 'l»"Ose osdoisnúcleos núcleos haploides dividem-se uma vez.554 Fundamentos de Genética Núcleo masculino (n) -<. lar do amor materno. materiais nutritivos e determinantes são transporta.muitos núcleos em uma célula • As estruturas da Drosophila adulta desenvolvem-se a partir de conjuntos de células denominados discos imaginais.. Esse efeito letal é estrita.com. Esses pesquisadores usaram mutágenos quí- micos para induzir mutações em cada cromossomo de Uma mutação de efeito materno • no gene c1nnamon O gene cinnamon (cin) está localizado na extremidade esquer- da do cromossomo X em Drosophila. pesquisas generalizadas t dessas mutações foram feitas por Christiane Nüsslein- Volhard. Animais homozigotos ou hemizigotos para uma mutação nesse gene só são anormais se a mãe for homozigota para a mutação. Portanto. No i11ício do desenvolvi- do embrião. esses produtos gênicos matemos esta. ou seja. um que separa costas e abdome (dorsal e ven- homozigotas e machos de tipo selvagem homozigotos tral) e outro que separa cabeça e cauda (a11terior e poste- produz prole in. O s genes ide11tificados por essas mutações são deno- minados genes de efeito materno. Essa condição GENES DE EFEITO MATERNO letal não pode ser evitada por um alelo dorsal selvagem As mutações em ge11es que contribuem para a formação herdado do pai porque ele i1ão é transcrito no embrião. nos processos em Drosophila. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 555 dem dar origem a embriões depois da fertilização. O gene dorsal codifica um materiais de origem materna estabelecem um sistema de fator de tra11scrição produzido durante a ovocitogêne- coordenadas moleculares para guiar o desenvolvimento se e armazenado 110 ovócito. Uma fêmea cin/cin homozigota foi cruzada com um macho cin+de t ipo selvagem. porém. A expressão do gene dorsal é. mas o cruzamento recíproco (ma. os processos de formação do eixo foram a11alisados ge11eticamente por coleção de mutações que afetam o desenvolvimento embrionário dl ~X + d' inicial. Gerd Jurgens Embrião mutante por Embrião de efeito materno tipo selvagem e outros. rior). O gene dorsal (d[) em Dro. criando um embrião com duas superfícies dorsais. na maioria das vezes. Proponha uma explicação para esses resu ltados.grupogen. O genótipo do macho é irrele. em algumas espécies até mesmo antes homozigotas) produz prole viável. O cruzame11to entre fêmeas mutantes primários. seus efeitos podem só ser observados na pró. esses base desse efeito matemo. as mutações do Na verdade. Essas mutações são denominadas mutações um caso em que o efeito materno de uma mutação pode de efeito materno porque o fe11ótipo mutante na prole é ser mitigado por outros fatores em Resolva! Uma muta- causado por um genótipo mutante na mãe. a anormalidade nesses an imais mutantes de mães mutan- tes é a cor dos olhos castanho-avermelhada . Conheça xima geração. Quando está ausente. o efeito letal da fertilização. Na melhor das hipóte- ses.br.ras nes. é dorsalizado. distinguin. O cruzamento entre moscas homozigotas para mutações recessi. Esses dois eixos são estabelecidos bem no início do chos mutantes homozigotos X fêmeas de tipo sel. dl + Nas décadas de 1970 e 1980. nhagem germinativa da fêmea. há diferenciação errada das par- tes ventrais como se estivessem na face dorsal.2 O efeito materno de uma mutação no gene dorsal ~ Leia a resposta do problema no site (dl) de Drosophila. ção de efeito mater110 no ge11e cinn a1non.rante. Os poucos machos nascidos t inham olhos cor de canela. - DETERMINAÇAO DOS EIXOS sophila é um bom exemplo ( Figura 20.reis podem não influenciar a viabilida. eles têm olhos cor de canela. Quase toda a prole era constitu ída de fêmeas com olhos de cor normal. Trudi Schüpbach. Em da mutação dorsal só se manifesta se as fêmeas forem ho- algumas espécies.isto é. O fenótipo mutante é um embrião que não tem http://gen-io.rimento. DORSOVENTRAL E ANTEROPOSTERIOR se ge11e produz prole inviável.ragem desenvolvimento. de ovócitos saudá. Para ilustrarmos como a ati. tecidos ventrais. gene dorsal são letais de efeito materno estrito.ridade gênica mento.2). esse fator de transcrição tem papel importante materna influencia o desen\rol. concentremo-nos na diferenciação das partes dorsal e ventral do embrião. belecem o plano corporal básico do embrião. A caracterização molecular do gene dorsal revelou a do a cabeça da cauda e o dorso do ve11tre. Eric V\Teischaus. i1a verdade.riável. • FIGURA 20. eles morrem durante a embriogênese. mozigotas para ela. Portanto. . limitada à li- de nem a aparência da fêmea que produz esses º''ócitos. Portanto. Animais com simetria bilateral têm dois eixos corporais mente materno. Em Drosophila. . entre '\f>. é distribuída u n iformemente na superfície Mas o que desencadeia o deslocamento da p roteín a do embrião. 'lJ A proteína receptora Toll é distribuída de maneira uniforme na superfície da (V)-~.---------\---.Protease easter i VJ Embrião Núcleos do blastoderma ff e produz um polipeptídio spatzle ativo. Por conseguinte. essa proteína está inserida na membrana dorsal para os núcleos de apenas um lado do embrião? plasmática que envolve o embrião. Muitas mutações foram identificadas. Toll/spatzle Proteína dorsal • FIGURA 20. ""f!I Os genes twist e snai/ são reprimidos. a epiderme embrionária.P plegi.P .P V O polipeptídio spatzle interage com a '' proteína receptora Toll.. Portan. os genes twist e snail não ""('jff As células ventrais diferenciam-se em mesoderma. e "golpe") . A outra proteína..3 Determinação do eixo dorsoventral em Drosophila midos. Essa proteína é um fator de transcrição que só outro tecido primitivo.556 Fundamentos de Genética Drosophila.. '\f:>. a Anterior Posterior proteína dorsal entra nos núcleos na face ventral do em- Ventral b rião..Proteína spatzle membrana plasmática do embrião.. Essa proteí.. são induzidos e zerknüllt e decapentaplegi. elas mutações letais de efeito matern o em gen es como o darsaL Análises moleculares e genéticas dessas mutações ofereceram muitas informações sobre os p rocessos n o '\f:>. A diferen ciação de um embrião de Drosophila ao longo do eixo dorsoventral depende da ação do fator de transcri- ção codificado pelo gene darsal (Figura 20. o produto do gene Toll (do ale. mão. ventrais e sua exclusão dos n úcleos dorsais inicia a dife- renciação ao longo do eixo dorsoventral. atua nos núcleos na face ventral do embrião..P 48-Y A protease easter cliva a proteína spatzle ~ º o~"-.P cam torção e caracol] retratam seus fenótipos mutantes). '\f>. o. essas células diferenciam-se em pela proteína dorsal.._ ~ -++. A () / Membrana \. Dorsal na é sintetizada pela mãe e armazen ada n o citoplasma o do ovócito.3 ). o A resposta é uma interação entre duas proteínas na su. uma cavidade ra 20. No lado oposto do embrião.P ~-Y As células dorsais diferenciam-se em epiderme. (palavra alemã que significa "amarrotado") e decapenta. produto do gene spiitzle (do alemão.P dorsal é excluída dos núcleos. Formação do eixo dorsoventral '\f:>. onde a p roteína '\f:>.. A indução e repressão seletivas desses gen es Os genes zerknüllt e decapentap/egic são reprimidos.e. Os genes zerknünt e decapentap/egic são induzidos. cheia de líquido entre a membrana plasmática e a mem- Membrana vitelina Dorsal Espaço perivitelino '\/>... Por ocasião da formação do blastoderma.. "pequenos peda- perfície ventral do embrião em desenvolvimento (Figu. to.c (formado pelas palavras gregas que significam "15" ""GJ Os genes twist e snai/ são induzidos.::_ cf?:-. ~~~ ~º Polipeptídio ''\ spatzle ativo Q '\f:>. ços").c n ão são repri. a e n trada do fator de transcrição dorsal nos núcleos zerknüllt e decapentaplegic são regulados por proteína dorsal. snail.4 ). A formação do polipep- tídio spatzle de interação ocorre no espaço entre a membrana plasmática e a membrana vitelina na face ventral do embrião.. induzindo a transcrição de dois genes den omin a- dos twist e snail (cujos extravagantes n omes [que signifi- '\f:>. ela reprime os genes zerknüllt entra nos núcleos na face ventral (roxo-escura}. o o ~ '\f:>. proteína spatzle é distribuída em todo o plasmática ~-. Os genes twist. Q Q e I.P desenvolvimento inicial de Drosophila. O corte transversal mostra a interação entre a proteína receptora Toll ligada à membrana e um polipeptídio da proteína spatzle que induz a diferenciação ao longo do eixo dorsoventral.:-1. é encontrada n o espaço perivitelin o.P \ ~~~ti»" ""(Y o complexo polipeptídio Toll/spatzle desencadeia a entrada da proteína dorsal Complexo (laranja} nos núcleos na face ventral polipeptídio Ventral do embrião (roxo-escuro}. causam a diferenciação das células ventrais em uma ca- mada embrionária primitiva de tecido denominada me- soderma. "tufo"). ""GJ Ofator de transcrição dorsal Nesses mesmos núcleos. Uma proteína.4 Diferenciação do eixo dorsoventral em embrião de Drosophila.P ""fl7 Ofator de transcrição é excluído dos núcleos na face dorsal.Proteína Toll espaço perivitelino. • FIGURA 20. envia a proteína dorsal para os núcleos tese regional de fatores de transcrição codificados pelos embrionários. ºº oº ººo ººººººººººº Proteína bicoid ºººººººººººº Proteína nanes No blastoderma celular '\ÁP 4-. a parte anterior est á à esquerda e a parte posterior. a proteína caudal atua como fator de transcrição para regular os genes para diferenciação da região posterior do embrião. à direita. .5).P. Esses dois genes de transcrição para regular a expressão dos genes twist.. com concentração da proteína bicaid na região anterior e da proteína nanas na região 0 o oº ºo posterior. . inicia uma cascata de eventos no embrião O eixo anteroposterior em Drosaphila é criado pela sín- que.:. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 557 brana vitelina externa. o RNA caudal é traduzido em proteína na parte posterior do embrião.p (!f A proteína hunchback (e bicoid) atua como fator de No embrião transcrição para regular os genes para diferenciação da região anterior do embrião.RNA bicaid na parte anterior e RNA nanas na parte posterior.P. a proteína spãtzle spãtzle determinante.p 'fi Distribuição uniforme dos RNA hunchback e caudal por todo o ovócito. ovário. por causa de um padrão cria.:.. decapentaplegi. ma genético para a diferenciação do embrião ao longo do pelas células que circundavam o ovócito dentro do de seu eixo dorsoventral. Em cada ovócito ou embrião. Quando a Formação do eixo anteroposterior proteína Toll interage com o polipeptídio spãtzle gerado ventralmente.P CJ O RNA hunchback é traduzido em proteína na parte anterior do embrião.. RNA hunchback RNA caudal .c e zerknüllt. . Proteína hunchback Proteína caudal ::. RNA bicaid RNA nanas No blastoderma sincicial '\ÁP 4-. a proteína Toll liga- codificada por um gene denominado easter (porque foi da à membrana atua como receptor para o polipeptídio descoberto no domingo de Páscoa). a proteína dorsal atua como fator genes hunchback e caudal (Figura 20.. bicoid e nanos.fl' Tradução local dos RNA bicaid e nanas no embrião..fl' A proteína bicoid impede a tradução do RNA caudal na parte anterior do embrião.P. Assim. caudal. Nestes. Graças à ação de uma protease snail. por fim.5 Det erminação do eixo ant eroposterior em Drosophila por RNA de origem materna. Esses RNA provêm dos genes hunchback. a clivagem da proteína spãtzle só ocorre no es- paço perivitelino na face ventral do embrião. a proteína nanes impede a tradução do RNA hunchback na parte posterior do embrião.P.. são transcritos nas células nutridoras ( nurse cells) da li- Determinacão anterior Determinação posterior No ovócito ::.y fJ Acúmulo de RNA bicaid e nanas em extremidades opostas do ovócito . e a interação física entre essas duas é clivada e produz um polipeptídio que interage com a moléculas atua como sinal que desencadeia um progra- proteína Toll. As proteínas resultantes difundem-se para formar oª ºººººººººººººººooo oº o gradientes. Segmentos anteriores Segmentos posteriores • FIGURA 20. Entretanto. Essas duas proteínas ativam ou máxima concentração de proteína caudal dá origem às reprimem a transcrição dos genes cujos produtos partici. Os primeiros processos no desenvolvimento animal são a ativação de outros genes zigóticos desencadeia casca- controlados por fatores sintetizados pela mãe. Entretanto. sua síntese é restrita à parte ante- O RNA bicoid é ancorado na extremidade anterior do rior do embrião. são gênica zigótica é uma resposta a fatores sintetizados pela mãe. Em Drosophila. Onde quer que a proteína hunchback seja traduzido localmente. o RNA caudal distribuídos de maneira uniforme no citoplasma.. e. ORNA hunchback só é tradu. Primeiro. onde atua como fator de transcrição e re- ovócito em desenvolvimento e o RNA nanos. Em vez disso. e. Essa diferença de tradução produz gra. cada tipo de RNA é anteroposterior. tas complexas de expressão gênica. concentremo-nos nos é denominado expressão gênica zigótica porque ocorre de. onde são dante (i. crição dorsal de origem materna ativa os genes zigóticos ' twist e snaiL A medida que prossegue o desenvolvimento. atua como fator de transcrição. na parte poste- rentes partes do embrião. atua inversos. por exemplo. No entan. a proteína nanos não anteroposterior. em algum momento há ativação seletiva dos genes do como esses genes zigóticos levam adiante o processo de embrião e produção de novas substâncias. não é traduzido em proteína. estruturas posteriores. assim como O que limita a tradução do RNA hunchback à parte a proteína bicoid. por ligação a sequências na região 3' não traduzida desse Os transcritos maternos dos genes hunchback e caudal são RNA. dois RNA são sintetizados nas células nutridoras da linha. Esses hunchback e provoca sua degradação. Como a proteína esses dois genes. Es. e os produtos proteicos resultan. As proteínas bicoid e nanos são exemplos de morfó- tes de concentração. o embrião desenvolve estruturas anteriores. hunchback. um brião e nela se liga à região 3' não traduzida do RNA transcrito do gene bicoid e o outro.558 Fundamentos de Genética nhagem germinativa materna. a diferenciação posterior. a proteína bicoid é concentrada na genos . o RNA caudal é traduzido em proteína. em que a proteína bicoid é escassa ( i. proteína bicoid é responsável pelo gradiente de proteí- dientes de concentração das proteínas codificadas por na caudal que se forma no embrião. nos locais em que a proteína bicoid é abundan- como fator de transcrição para estimular a síntese de te. e vice-versa. Assim.. . Essas células especiais dão do. a regulação da tradução do RNA caudal pela parte posterior. gradientes de concentração desses dois morfógenos são A proteína bicoid tem duas funções. rior do embrião). inclusive o hunchback. nos locais tanto. do embrião. zido na parte anterior. tes difundem-se através do embrião para formar gradien. o fator de trans- drões espaciais e temporais. e a proteína caudal é concen. a proteína bicoid impede a tradução de RNA caudal suporte ao crescimento e desenvolvimento do ovócito. Entre. o eixo RNA a partir de vários genes. gula a expressão de genes que participam da diferenciação dade posterior. Por outro lado. sintetizada. pam da diferenciação do embrião ao longo de seu eixo Ao contrário da proteína bicoid. anteroposterior em Drosophila é definido por altas con- ses RNA são traduzidos em proteínas que controlam a centrações desses morfógenos nas extremidades opostas formação das estruturas anteriores do embrião. na parte anterior do embrião). do gene nanos. Assim. PONTOS ESSENCIAIS • As proteínas e RNA codificados por genes de efeito materno como dorsal. Atividade gênica zigótica no desenvolvimento A diferenciação de tipos celulares e a formação de órgãos pois da fertilização do ovócito. do embrião inicial. A onda inicial de expres- dependem da ativação dos genes em determinados pa. Esse processo desenvolvimento. Consequentemente. e o RNA caudal só é traduzido na Portanto. bicoid e nanos são transportados para os ovócitos de Drosophila durante a ovocitogênese • Os produtos gênicos de efeito materno participam da determinação dos eixos dorsoventral e anteroposterior em embriões de Drosophila • Mutações recessivas em genes de efeito materno são expressas apenas em embriões produzidos por.substâncias que controlam os processos de de- extremidade anterior e a proteína nanos é concentrada senvolvimento de acordo com sua concentração. Agora examinemos to. A anterior do embrião e do RNA caudal à parte posterior? proteína nanos é concentrada na parte posterior do em- Há participação de dois RNA de origem materna. Mais uma vez. nos locais em que a proteína bicoid é abun- levados das células nutridoras para o ovócito. a parte do embrião que tem a trada na parte posterior. Após a fertilização. Os na extremidade posterior. atua como regulador da tradução.femeas homozigotas para essas mutações. os dois tipos de transcritos são traduzidos em dife. a proteína nanos é escassa. na extremi. Segun. a proteína hunchback não é sintetizada na parte posterior gem germinativa materna e transportados para o ovócito. a proteína hunchback é concentrada na caudal é um ativador específico de genes que controlam parte anterior do embrião. processos em Drosophila. A análise mole- Blastoderma cular desses genes mostrou que todos codificam fatores de transcrição hélice~volta-hélice com uma região conser- Ti T3 A2 A4 ~ As vada de 60 aminoácidos. geralmente designado O interesse no controle genético da segmentação ini- ciou-se com a descoberta de mutações que transformam BX-C. Em vertebrados. transformado em asa. designado ANT-C. Antennapedia dos a ele. é constituído de três genes. Sex combs reduced (Ser) e Antennapedia (Antp). A análise des- se complexo começou no fim da década de 1940 com A o trabalho de Edward Lewis. princi- palmente graças ao trabalho de Thomas Kaufman. participa da ligação do DNA. pela formação dos arcos branquiais na cabeça e pela rivada do termo homeose. O estudo do ANT-C começou na década de 1970. Assim como muitas vimento. Mat- B Adulto H Ti T2 T3 Ai A3 A4 A5 A6 A7 As A2 e • FIGURA 20. No tórax e no equilíbrio denominadas halteres (Figura 20. segmento da cabeça. um segmento em outro. Essa região. se tornou semelhante a outra coisa". • FIGURA 20. por exemplo. esse termo tornou-se segmentar original torna-se impreciso. A primeira mutação desse tipo abdominal-A (abd-A) e Abdominal-E (Abd-B). o padrão de cerdas e os tipos de anexos fixa. Os fenótipos bithorax e Antennapedia são conse- tação é um aspecto essencial do plano geral do corpo. Lewis mostrou que a função do tipo selvagem de cada parte do complexo é restrita a uma região específi- ca no animal em desenvolvimento. outras mutações transformadoras de segmento foram coloração. denominada homeo- H? T2 Ai A3 A5 Az domínio.8). proboscipedia (pb) . Em uma fase mais avançada do desenvol. por Calvin Bridges. no segun- série de unidades adjacentes denominadas segmentos. análises moleculares reforçaram e aperfeiçoaram essa conclusão. prometidas com a formação dos segmentos: H. . segmento abdominal. embora fracamente. tanto em corrente no vocabulário da genética moderna. vertebrados quanto em muitos invertebrados. encontradas em Drosophila . Nesse mutante. as células já estão com. Estudando mutações em Larva BX-C. asas rudimentares no lugar das pequenas estruturas de tos torácicos e oito segmentos abdominais. T.7). Todavia.7 O fenótipo de uma mutação bithorax em Drosophila. A. a segmen. mutante que transforma parcialmente as antenas dos no embrião e na larva (Figura 20. Essas mutações passaram a ser denominadas mas é possível reconhecê-lo no embrião pelo modo de mutações homeóticas porque fazem com que uma parte do crescimento das fibras nervosas do sistema nervoso cen. cunhado por William Bateson organização de massas musculares ao longo do eixo an. na cabeça em pernas. A do. O BX-C foi o primeiro dos dois complexos gênicos homeóticos a ser analisado geneticamente. o comp'lexo foi constatada em Drosaphila em 1915. essas características se modificam e o padrão outras palavras criadas por Bateson. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 559 SEGMENTAÇÃO DO CORPO Ele a denominou bithorax ( bx) porque afetava dois seg- mentos torácicos. Antennapedia. Ultrabithorax (Ubx). nas quais for- Genes homeóticos mam dois grandes agrupamentos em um dos autossomos (Figura 20. (B) larva e (C) adulto do desenvolvimento. tem cabeça. cada segmento pode ser identificado segundo a de.6). Deformed (Dfd) . corpo se pareça com outra. segmento torácico. (Antp). tir do tórax. para se referir aos casos em que "algo foi modificado e teroposterior. Mais tar- abdome. três segmen. A palavra "homeótico" é de- tral. O comp'lexo bithorax. labial ( lab) . o terceiro segmento to- O corpo de muitos invertebrados é constituído de uma rácico foi transformado. Haltere parcialmente mentos não sejam visíveis no blastoderma. criando uma mosca que tinha um pequeno par de Drosaphila adulta. quência de mutações em genes homeóticos. Vários desses genes já foram identificados em Drosaphila.por exemplo. é constituído de cinco genes.6 Segmentação em Drosophila nos estágios de (A) blas- toderma. que normalmente crescem a par- não há um padrão segmentar tão evidente no adulto. Esses segmentos também podem ser identifica. Mais tarde. Embora os seg. alternadas ao longo do eixo an- tanto. I '' 1 1 I essas mesmas mutações também têm efeitos fenotípicos '' 1 I I '' 1 1 I I nos estágios embrionário e larvar. embrionários. Suas atividades são específica para fiz.. pair-rule fushi tarazu (ftz) em um blastoderma do embrião de Droso- las individuais. por • FIGURA 20. Nüss- 1 1 1 lein-Volhard e Wieschaus classificaram esses genes de seg- 1 1 1 ' ' 1 1 mentação em três grupos com base em fenótipos mutantes 1 J 1 ' 1 ' \. Quatro genes gap foram • FIGURA 20. embora os parassegmentos ausentes não desenvolvimento seguida por cada célula depende ape- sejam os mesmos em diferentes mutantes pair-rul. criam uma lacuna anatômica ao lon- lab pb Dfd Ser Antp go do eixo anteroposterior. sete listras.e.uma suges- tão de que os genes homeóticos podem se autorregular e regular um ao outro. Entre- sete bandas. Outros genes de paridade segmentar mostram outro padrão de fase anterior do desenvolvimento. os genes do ANT-C são expressos mais anterior- teroposterior. Entretanto. determinam as identidades segmentares de célu. 1 \ \ \ \ \ J 1 \ \ \ ' \ \ 1 ' \ '' 1. a parte dorsal.8). Mutações nos genes gap determinam a au- \ 1 ' 1 ' ' ·' 1 .e são regulados pelos genes gap e expressos em ANT-C também apresenta especificidade regional. o padrão tas ou parassegmentos (Figura 20.___ -- . Essas proteínas ligam-se a sequências reguladoras no DNA. Ao que parece.\ -~ ANT-C .9 ). ou listras.--. "anão"). sência de todo um conjunto de segmentos corporais .e produzem embriões com apenas eixo anteroposterior corresponde exatamente à ordem metade dos parassegmentos observados no tipo sel- dos genes ao longo do cromossomo (Figura 20.1 mm controlar uma cascata reguladora de genes-alvo que. Os genes pesquisadores mostraram que a expressão dos genes do pair-rul. As regiões do corpo giant. Genes gap. esses finem um padrão de segmentos no embrião. Eles encon- I I traram todo um novo conjunto de genes necessários para I segmentação ao longo do eixo anteroposterior. Como os genes homeóticos têm esse papel essencial fica "falta algo" em japonês) e even-skipped. O RNA foi detectado por hibridização in situ com uma sonda tão no topo dessa cascata reguladora. Esse achado sugeriu '' I que outros genes participantes da segmentação pode- '' I I '' I I riam ser descobertos pelo rastreamento de mutações '' I I causadoras de anomalias embrionárias e larvares. - • ... Nas I I I décadas de 1970 e 1980. Os nas do conjunto de genes homeóticos expressos dentro exemplos de genes pair-rul. hunchback e knirps (do alemão. contíguos. Esses genes de- combinação de análises genéticas e moleculares.8 Genes homeóticos no complexo bithorax (BX-C} e no bem caracterizados: Krüppel (do alemão. as proteínas UBX e ANTP ligam-se a uma sequência no promotor do gene Ubx . . Entretanto.9 O padrão de sete listras de expressão de RNA do gene sua vez. phila. Curiosamente. no controladas por outro grupo de genes expressos em uma topo.. Outros alvos gênicos dos fatores de transcrição de homeodomínio foram identificados. os genes homeóticos parecem 0. Genespair-rule (genes de paridade segmentar). Christiane Nüsslein-Volhard e I I I Eric Wieschaus fizeram esses rastreamentos. . Com o auxílio de uma 2. isto é. os genes homeóticos não es.e são fushi tarazu (que signi- dela. Esses genes definem regiões segmentares no J J J \ 1 ' ' 1 1 ' ' 1 embrião. complexo Antennapedia (ANT-C} de Drosophila. inclusive a algumas nos próprios complexos bithorax e Antennape- dia. a via de alternados. Algumas mutações de expressão dos genes do ANT-C e do BX-C ao longo do em genes pair-rul. com frequência são denominados genes seletores.560 Fundamentos de Genética Ubx abd-A Abd-8 Genes de segmentação BX-C 1 I A maioria dos genes homeóticos é identificada por muta- '' 1 I '' 1 1 I I ções que alteram o fenótipo da mosca adulta.--. Portanto. dividindo o embrião em 14 zonas distin- mente que os genes do BX-C. "mutilado"). a ra- vagem. No mutante há ausência de parassegmentos zão disso ainda não está clara. entre eles alguns que codificam outros tipos de fatores de transcrição. As proteínas codificadas pelos genes homeóticos são fatores de transcrição de homeodomínio. um deles é expresso em regiões características no em- brião inicial sob o controle dos genes de efeito mater- no bicoid e nanos. Por exemplo. A parte anterior está à esquerda. Os genes gap codificam fatores de transcrição. Cada em que cada gene é expresso são indicadas..--.--. Em mutan- na seleção das identidades segmentares de células indi- viduais. thew Scott e seus colaboradores. o embrião de Drosophila pia espelhada de um hemissegmento adjacente. hb kni gt t Kr kni gt 0 A. os genes homeóticos são ativa- 3.I> t. faltam os parassegmentos ímpares.e que. Os genes gap. Muta. regulam Os genes pair-rul. rim.C . por sua vez. J' Os genes homeóticos como Ultrabithorax -10 h Genes (mostrado aqui em laranja} são expressos homeóticos em regiões específicas ao longo do eixo anteroposterior. faltam os parassegmentos pares.e. '\A. e nós ficaríamos nos perguntando o que saiu Esses três grupos de genes formam uma hierarquia re. Por é progressivamente subdividido em unidades de desen- exemplo. eles Coração.ed e wingless. mutações nos genes de polaridade segmen. E claro que a formação anatomicamente correta guladora (Figura 20.ty . anormal. • FIGURA 20.!> Genes de 'lJ' A polaridade anteroposterior inicial do Oh embrião é estabelecida pelos produtos de efeito materno genes de efeito materno como bicoid e nanas. . figado e olho são exemplos de aperfeiçoam o padrão segmentar criado pelos genes órgãos.10 Cascata de expressão gênica para causar segmentação em embriões de Drosophila. Horas após a fertilização Anterior Posterior '\A. e wingless codifica no tórax de uma mosca.J. formam um órgão. tar gooseberry causam a substituição da metade poste- rior de cada segmento por uma cópia espelhada do FORMAÇÃO DE ÓRGÃOS hemissegmento anterior adjacente. Muitos genes de polaridade segmentar são expressos em 14 bandas es. Assim. a expressão dos genes de polaridade segmentar..10). que ainda subdividem o embrião ao longo do eixo anteroposterior. seria totalmente uma molécula sinalizadora.ed senvolvimento de um coração na cabeça ou de um olho codifica um fator de transcrição. por exemplo. O de- mais bem estudados são engrail. Genes O Os genes pa1r-rule como fush1 tarazu -3 h (mostrado aqui} são expressos em sete pair-ru/e bandas. Dois dos genes de polaridade segmentar que se forma em uma parte específica do corpo. errado. mitante a esse processo.. Desse modo. que são ativados dos órgãos está sob controle genético rigoroso. As interações dos produ- ções nos genes de polaridade segmentar causam a tos de todos esses genes aperfeiçoam e estabilizam os li- substituição de parte de cada segmento por uma có. Genes de polaridade segmentar Esses genes definem os dos sob o controle dos genes gap e pair-rul.e para conferir compartimentos anterior e posterior de segmentos identidades exclusivas aos segmentos que se formam ao individuais ao longo do eixo anteroposterior. Esses genes.I> Genes de 0 -Y Os genes de polaridade segmentar como -5 h engrai/ed (mostrado aqui} são expressos polaridade em 14 bandas estreitas ao longo do eixo segmentar anteroposterior. a expressão dos genes pair-rul. Uma das características notáveis de um órgão é pair-rul. mites do segmento. treitas ao longo do eixo anteroposterior. junto com os genes pair-ru/e e de polaridade segmentar.J.- cr1çao. regulam mutantes even-skipped. longo do eixo anteroposterior. estômago. Quando muitos tipos diferentes de células são organi- zadas com um propósito específico. determinam as identidades de segmentos individuais no embrião em desenvolvimento. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 561 tes fushi tarazu. gradiente gradiente bicoid nanos '\À/> t. volvimento cada vez menores.f j' A expressão dos genes gap subdivide o -2 h Genes gap embrião em zonas largas..e também codificam fatores de trans. engrail.. Conco- . 0 A. . em regionalmente pelos genes de efeito materno. quando o gene de camundongo crição de homeodomínio cuja ação ativa uma via de de- é inserido em Drosophila.10- lução. Esse gene é denominado eyeless por causa do na do homeodomíi1io. como o peixe cego da caverna. Outros anima is com olhos também parecem ter um derivado desse gene.11 O fenótipo de um mutante eyeless em Drosophila. eles são derivados de um gene que estava presente no ancestral com um de moscas e mam íferos. Walter Gehrii1g e colegas fizeram isso pela eye. isto é. não sen. datando do ai1cestral co~um de moscas e mamíferos.ridos e funcionais. O texto Resolva! Cegueira da caverna desafia você a pensar sobre Cegueira da caverna O gene eyeless de Drosophila e o gene Pax6 de cam undongo são os reguladores mestres do desenvolvimento ocular.rado em aniridia.rolvimei1 to com a participação de vários milhares de olhos de camundongo. de tipo selvagem de Drosophila na antena de uma mosca. uma síndrome de defeitos oculares na qual há tecidos específicos. são ati. . tam- bémº produz esses olhos adicionais quando é inseri'do • FIGURA 20. Gehring e colaboradores usaram o homólogo de eyeless do camundoi1go para trans- formar Drosophila e obtiveram o mesmo resultado que o Os geneticistas obtiveram informações sobre a natu- obtido com o próprio gene eyeless. Um achado ainda mais i1otável é que um homólogo do O'ene eyeless em mamíferos. em cromossomos de Drosophila. br.reis organizadas graças aos efeitos reguladores de um gene eyeless primitivo. O gene de Drosophila. seus fotor- receptores respoi1diam à luz. Al- gu ns anima is que vivem em cavernas. i1a verdade.12 Olho http://gen-io. Que hipótese você proporia para explicar a ausência de olhos nesses animais? Como você poderia testar essa hipót ese? Olho extra ~ Leia a resposta do problema no site • extra produzido pela expressão do gene eyeless FIGURA 20. as mutações no O papel do gei1e eyeless foi demonstrado pela sua ex- homólogo do gene eyeless reduzem o tamanho dos olhos. regula a via de desenvol. um 01110 de Drosophila. Os olhos de Drosophila surgem genes. Esses olhos adicionais (ou ectópicos) eram anatomicamente bem desen. esse gene continuou a regular o processo cada vez mais complexo de desen. o fenótipo mutai1te é dei1omii1ado S1nall (Figura 20. No entanto. perderam a capacidade de formar olhos.11 ). pressão em tecidos que normalmei1te i1ão formam oll1os por esse motivo. Sugere que a função des- ses genes é muito antiga. As mutações nesse gene causam foi fundido a um promotor que poderia ser ati. dei1omii1ado Pax6. especificam a formaçao no olho em desenvolvimento. que também codifica uma proteí- Drosophila. Talvez os olhos desse orgai1ismo ancestral não fossem mais que um simples aglomerado de células fotossensí.12).rolvimento ocular.de Drosophila que.com. A ati. produz olhos de Drosophila. Durante a e.ração desse promotor causou a diminuição ou ausência da íris. Um homólogo de eyeless e S1nall eye também foi encon- criação de moscas transgênicas nas quais o gene eyeless trado em seres humanos. Por sua vez. isso levou à formação de olhos em localizações anormais. como asas.rados ''ários genes reguladores porque os genes que respoi1dem ao comando regul~dor subordinados.grupogen. obviamente. Em camundongos. Isso mostrou que o reza desse controle a partir do estudo de outro gei1e em gene do camundoi1go.rimen- gene eyeless de tipo selvagem codifica um fator de trans- to do olho. A análise da sequência demonstrou que esses dois genes são homólogos .isto é. transcrição do gene eyeless fora de seu domínio normal de A descoberta de genes homólogos que controlam o desenvolvimento ocular em diferentes organismos tem grandes implicações evolutivas. de maneira que hoje olhos tão diferei1tes quanto os de insetos e de mamíferos ainda são formados sob seu controle.rol.562 Fundamentos de Genética expressão. A princípio. Então. seus produtos desencadeiam uma do O'ene de camundongo ii1serido são genes normais de cascata de processos que criam tipos celulares específicos b . é funcionalmei1te equivalente ao fenótipo de moscas mutantes para ele (Figura 20. pernas e ai1tenas. a célula R7 tem de ca em sentido anterior através do disco. .. uma faceta totalmente formada. As células dos órgãos diferenciam-se de maneiras especí. R8... Omatídio maduro com divididas 8 células fotorreceptoras e 4 cones • FIGURA 20.14). a segunda célula central. diferenciada. - . como é tecnicamente conhecido. uma série altamente receptor R7 para ativá-lo. designadas RI. essa pergunta colecionando mutações que perturbam o desenvolvimento ocular. Anterior Posterior Células recém. diferencia-se em um origina-se como lâminas planas de células em um dis. O contato entre a célula R8 diferenciada e bainha que proporcionam isolamento e sustentação. seis são células da da célula R8. com o na superfície do olho...~ Posterior -. Prova- de células idênticas.. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 563 a situação genética em organismos com perda perma.. mas. Gerald Rubin e colaboradores tentaram responder a nente da capacidade de formar olhos. R7. As célu. .. Disco imaginai do olho ~-'/\'--- Disco imaginai da antena Sulco morfogenético (desloca se em sentido posteroanterior} Anterior .- .13 Desenvolvimento do olho de Drosophila. e RI e R6.13). na fase avançada Rubin e colegas mostraram que a diferenciação da célu- do estágio larvar... em vez disso. Para receber esse sinal. Portanto. quatro são cones que secretam uma lente para of sevenl. é a a participação de alguns tipos celulares... essa diferenciação é mediada por um ou mais transformação? fatores de transcrição em genes no núcleo de R7.. Em enquanto outras se tornam células de suporte neuronal. epitelial têm aparência igual. receptoras. Uma das células centrais. uma proteína ligada à uma onda de divisões celulares na sua esteira. Isso é ilustrado na diferenciação das oito células fotor- ficas. por fim. Assim. provocam desenvolve-se a partir do que era uma lâmina plana sua diferenciação em um neurônio fotorreceptor. A princípio. co imagina!. seis fotorreceptores Os mecanismos que regulam essa diferenciação foram (RI-R6) são organizados em um círculo ao redor dos analisados pelo estudo de situações muito simples com outros dois (R7... A medida que esse sulco se deslo. diferencia-se em cone. fotorreceptor. As mutações nesse gene abolem a função do recep- específicos e formam as 800 facetas individuais do olho tore impedem a diferenciação da célula R7 em neurô- do adulto.. O que é o responsável por essa velmente. algumas células tomam-se neurônios. R8 ( Figura 20.-- --- ---.. R2.. A pesquisa suscitou o conceito de que a especificação de tipos celulares em cada face- ESPECIFICAÇÃO DE TIPOS CELULARES ta depende de uma série de interações célula a célula. Uma dessas si.. tuações ocorre no desenvolvimento do olho de Drosophila Seu surgimento é seguido pela diferenciação das células ( Figura 20.... O sinal para o são neurônios fotorreceptores destinados a absorver receptor R7 é produzido por um gene denominado bride luz... periféricas R2 e R5. R8). membrana codificada por um gene denominado sevenl. Por exemplo. .As células recém-divididas começam a se diferenciar em t ipos específicos. . por Cada um dos grandes olhos compostos de Drosophila fim. depois por R3 e R4. O detalhe mostra a diferenciação dos fotorreceptores (R 1-R8) e cones que formam cada omatídio (faceta) do olho composto. forma-se um sulco perto da margem la R7 depende da recepção de um sinal da célula R8 já ~ posterior do disco. ou ligante. primeira a se diferenciar na faceta em desenvolvimento. O deslocamento do sulco morfogenético em direção à parte anterior do disco imagi- nai do olho-antena é seguido por uma onda de divisões celulares. Essa ativação induz uma cas- padronizada de facetas intricadamente diferenciadas cata de mudanças na célula R7 que. ... Oito nio. e a célula R7 indiferenciada possibilita a interação do sinal as duas células remanescentes formam pelos sensoriais R8...ess las recém-divididas diferenciam-se em tipos celulares (sev). Cada faceta é constituída de 20 células. desencadeia sintetizar um receptor específico.. todas as células nessa lâmina Esse último processo foi estudado em muitos detalhes.ess (boss) expresso especificamente na superficie focalizar a luz nos fotorreceptores. ess em Drosophila • Em Drosophila os tipos celulares específicos diferenciam-se após o estabelecimento de identidades segmentares • Os processos de diferenciação podem exigir um sinal produzido por uma célula e um receptor produzido por outra célula. Uma estratégia para sequências do gene forem razoavelmente bem conserva- . Por fim. Essas proteínas in- tracelulares são efetores em direção 3' do sin al BOSS. os produtos dos genes de segmentação regulam a subdivisão do embrião em uma série de segmentos ao longo do eixo anteroposterior • A identidade de cada segmento corporal é determinada pelos produtos de genes nos complexos gênicos homeóticos bithorax e Antennapedia • A formação de um órgão pode depender do produto de um gene regulador mestre. A onde altera o padrão de expressão gênica. A proteína bride of sevenless (BOSS) na célula R8 é o ligante para a proteína receptora e R5 e sevenless (SEV) na superfície da célula R7.isto é. Sinalização entre a célula R8 diferenciada e a célula R7 presuntiva. A. HOMÓLOGOS EM VERTEBRADOS DE Grande parte do conhecimento sobre o con trole gené- tico do desenvolvimento provém do estudo de modelos GENES DE INVERTEBRADOS invertebrados.14 Determinação do fotorreceptor R7 de um omatídio (fa- ceta) no olho composto de Drosophila. B. uma proteína que fosforila resíduos de tirosina em outras proteínas. Se as volvimento em sua própria espécie. PONTOS ESSENCIAIS • Os genes zigóticos são ativados após fertilização em resposta a produtos gênicos maternos • Em Drosophila. Cascata sinalizadora A proteína codificada pelo gene sev é uma tirosino- quin ase . Depois de isolar e sequen ciar um gene. como o gene eyel.564 Fundamentos de Genética e • FIGURA 20.A ativação desse receptor inicia uma cascata de sinalização na célula R7 que induz sua diferenciação. Ou- o estudo de modelos invertebrados. pode ter papel importante na especificação de tipos celulares. elas ativam fatores de transcrição para estimular a expressão dos genes participantes da diferenciação da célula R7 como fotorreceptor. DNA os gen es homólogos em outros organ ismos. o processo de determinar o destin o de uma célula in diferenciada por um sinal de uma célula Determinação de. Depois que é ativada por contato com o ligan te BOSS. Análise enética do desenvolvimento em vertebrados Os geneticistas podem estudar o desenvolvimento em alcançar esse objetivo é usar as informações obtidas pelo vertebrados pela aplicação do conhecimento obtido com estudo de genes de invertebrados para identificar genes importantes para o desenvolvimen to de vertebrados. Para enten der melhor a interação BOSS-SEV. e o sinal da célula R8 é "transduzido" para o núcleo de R7. a análise do desenvolvimento ocular em Drosophila mostra /Célula R7 que a indução. Portanto. leia P roblema resolvido: Os efeitos B das mutações durante o desenvolvimento ocular. por análise de muta- tra é estudar espécies de modelos vertebrados com técn i- ções em modelos vertebrados como camundongos e por cas semelhan tes às que são usadas em invertebrados.R7 diferenciada. Os geneticistas gostariam de aplicar e es. os pesquisado- tender seu conh ecimen to aos vertebrados. Organização dos oito fotor- R7 receptores (1 a 8) e quatro cones (C) em um omatídio. exame da diferenciação de células-tronco. O objetivo res podem buscar em bancos de dados de sequências de final seria aprender sobre o con trole genético do desen. a proteína SEV fosforila outras proteín as dentro da célula R7. Uma etapa essencia l no processo que leva a esse even- homozigotas para mutações recessivas com perda de função nos to é a sinalização entre a mo lécu la ligante BOSS. 2. A maioria desses de a11os. mapeados com ''ime11to em vertebrados com a mesma minúcia que em / enzimas de restrição e sequenciados. e sua expressão prossegue de uma criação de um i1úmero muito grande de camundongos . essa dife - 1. (a) Preveja os fenótipos das moscas ra R7. fazer muitos tipos de análises experimentais. com perda de função no gene boss. Zoei foi descoberta por meio de projetos permanentes de Os genes em cada agrupamento Hox são transcritos coleção de mutações espontâneas. Em geral. tações técnicas e logísticas. ativada constitutivamente. Apesar dessas deficiências. Qual seria o fenótipo dessa em moscas. brados homólogos aos genes de Drosophila e C. mente (do i11ício ao fim do desen\rolvimento). tanto espacial (em mesmo em espécies com pare11tesco dista11te. A inatividade de uma dessas proteínas impede o dessa mutação sev com ganho de função dominante tenha sido "prosseguimento" do sinal. porque a função de BOSS é irrelevante com uma proteína SEV to desse gene de uma nova função. as células R7 diferenciam-se em cones. E claro que existem limi- todas essas análises estabeleceram que camundongos. As proteínas SEV e Esse problema concentra-se em um evento do desenvo lvimento BOSS não parecem ser necessárias em nenhum outro processo de no olho de Drosophila . Por isso. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 565 Os efeitos das mutações durante o desenvolvimento ocular PROBLEMA 3. quando essa interação não ocorre. do aquelas que têm significado para o desenvolvimento. cada agrupame11to está localizado em um cro. vos indicam que os genes Hox têm papéis importantes inclusive ensaios da expressão gê11ica em nível de RNA na identificação de regiões específicas em muitos tipos / e prote111a. mas espécies de vertebrados. sentido anteroposterior no embrião) quanto temporal- foi possível identificar genes de várias espécies de verte. Uma mutação com ganho de função em um gene dota o produ. sobretudo o camu11dongo. Em seguida. tos de genes Hox foram criados pela quadruplicação de Mais de 500 Zoei responsáveis por doenças genéticas fo·- um agrupamento primordial bem no início da evolução ram identificados no camundongo. {b) No entanto. Esse trabalho exige a no mesmo sentido. lizado na membrana da célu la R7 ainda indiferenciada (veja a va constitutivamente a proteína SEV. e alguns deles partici- dos vertebrados. Esses genes denomi11ados O CAMUNDONGO 1 MUTAÇÕES POR Hox foram identificados inicialmente pela sondagem INSERÇÃO ALEATÓRIA E MUTAÇÕES de Soitthern blots do DNA ge11ômico de camundongo e KNOCKOUT GENE-ESPECÍFICAS do ser humano com segmentos dos genes homeóticos de Drosophila. Uma das aplicações mais expressivas dessa técnica mostrou que os vertebrados contêm homólogos dos ge- 11es homeóticos de Drosophila. os fragmentos de DNA com Não é possível estudar o controle genético do desenvol- hibridização cruzada foram clo11ados. esse procedimento será eficaz extremidade à outra do agrupamento. membrana da célu la R8 já diferenciada. sobretu- esses genes estão organizados em quatro agrupamentos. das ao longo da evolução. Os vertebrados têm ciclos de seres humanos e muitos outros vertebrados examinados vida comparativamente 1011gos. loca- gota para uma mutação dominante com ganho de função que ati. (a) Portanto. a interação entre as proteínas SEV e BOSS envia ção permanentemente. seria esperado que uma mutação com ga - nho de função dominante que ativa constitutivamente a proteí- FATOS E CONCEITOS na SEV causasse diferenciação de R7. Estudos comparati- portanto. em camu11do11gos e seres hu. difere11tes de embriões de vertebrados. sinais para que as células R7 se diferenciem como fotorreceptores ANÁLISE E SOLUÇÃO nos omatídios dos olhos compostos. elegans. (e) Além disso.diferenciação da cé lula fotorrecepto - desenvolvimento na mosca. para uma mutação com perda de função recessiva no gene boss. provavelme11te há 500 a 600 milhões pam dos processos de dese11volvimento. localizada na genes sev ou boss. ''ªªº e é difícil obter e analisar cepas mutantes. Uma proteína com atividade constitutiva desempenha sua fun- Em Drosophila.14). pela fa lta de fotorreceptores R7 nos omatídios dos mosca? olhos. a\rançar na análise genética do desenvolvimento em algu- mossomo diferente. Parece que os quatro agrupamen. genes ANT-C e BX-C de Drosophila. mutações com perda introduzida em uma mosca homozigota para mutação recessiva de função recessivas nos genes sev e/ou boss serão responsáveis. Os resultados de invertebrados como Drosophila. Uma mutação com perda de função de um gene abole a função renciação seria esperada mesmo se a mosca fosse homozigota dessa proteína que é produto do gene. A há um paralelo estreito com os perfis de expressão dos identificação de um gene em vertebrado torna possível. o custo da criação é ele- até agora têm 38 genes Hox em seus genomas. (b) Preveja o fenótipo de uma mosca heterozi. os geneticistas co11seguiram manos. Portanto. (e) Suponha que uma cópia Figura 20. cada um deles com 120 kb. e o receptor SEV. A reposição ocorre apoio em algumas unidades do mundo. no qual irão Hoxc8 desenvolvem um par extra de costelas posterior às se dividir e contribuir para a formação de muitos tipos costelas normais. que podem substituir vários tipos de células do sangue. Esse lulas desse tipo morrem. entre eles camundongos. celular interna de embriões criados por fertilização in vi- tro. As células isoladas dessa massa são plaqueadas sobre ESTUDOS COM CÉLULAS-TRONCO uma camada de "células alimentadoras" (feeder cells) sem atividade mitótica. Na verdade. quando células não especializadas presentes no tecido tada. Podem ser cultivadas in vitro e exami- menos dois genes diferentes de camundongo simulam nadas para avaliar a diferenciação durante o crescimento o desenvolvimento de assimetrias esquerda-direita anor. genes específicos. durante os por uma inserção dirigida especificamente para esse gene. discutidos no As células-tronco também são encontradas em orga- Capítulo 16. ciam-se no tipo celular especializado. em cultura ou depois do transplante para um organismo mais em seres humanos. normal durante o desenvolvimento. como o revestimento intesti- to. ou ocorre é um trabalho dispendioso e meticuloso que só recebe atrofia do tecido a que pertencem. Portanto. mutações em pelo e seres humanos. fibras musculares. Quando cé- da transmissão genética de quaisquer diferenças. esses tipos de células-tronco são denominados inventaram procedimentos para causar a mutação de células-tronco adultas. hemácias e plaquetas do sistema circulató- transpóson ou um retrovírus inativado . é de cerca de 36 h. as ticipar do estabelecimento da identidade dos tecidos ao células-tronco oferecem uma oportunidade de estudar longo do eixo anteroposterior e também nos dedos. camun. Essas células geralmente são derivadas da massa clarecer a posição dos órgãos em seres humanos. Uma vez detec. têm se localiza. Além disso. Essa desorganização. hospedeiro. As técnicas de indução de mu.566 Fundamentos de Genética e a análise das diferenças fenotípicas. sophila. são pluripotentes . seu desenvolvimento em uma direção específica. Portan. são ideais para esse tipo de desses tipos de camundongos mutantes pode ajudar a es- análise. o estudo tencial de desenvolvimento. Normalmente. celulares especiais. estômago e outras vísceras são desviados para a esquerda possibilitam que os pesquisadores determinem que ge- ou direita. muitos genes relevantes para um processo de desen. podem ser cultivadas in vitro e transplan- dongos homozigotos para uma mutação krwckout no gene tadas em outro embrião de camundongo. que oferecem fatores de crescimento DE MAMÍFEROS para estimular a divisão. Esses precursores do em nível molecular. Assim. é preciso substituí-las. a medula óssea no fê- em genes aceleraram esse processo. entre elas as tecnologias de chip gênico. já que elas foram marcadas pelo DNA Essas células-tronco hematopoéticas mantêm o suprimento inserido. isto mundongos mutantes é reminiscente das transformações é. dividem-se e produzem células que. cas moleculares. Os tecidos de alguns órgãos como o coração parecem é tão específico em relação à posição no genoma em que ter pouquíssimas células-tronco. têm propriedades de células-tronco. Derivadas de tecido embrionário ou do adulto. das. além da avaliação sim por diante -geralmente não se dividem. ções espontâneas. como o agente de inserção . nal e a pele. os mecanismos participantes da diferenciação de tipos A análise genética do desenvolvimento em camundon. 12 h. As células-tronco em cultura podem ser tra- camundongos e outros vertebrados apresentam estruturas tadas de várias maneiras para identificar o que estimula assimétricas ao longo do eixo esquerda-direita do corpo. As células-tronco podem ser obtidas gos vem fornecendo pistas sobre o desenvolvimento de de vários mamíferos.linfócitos.um de linfócitos. a integridade de um gene é desorganizada nismos em desenvolvimento. neurônios. seres humanos.geralmente não rio. todas as células. essas técnicas são muito indiscriminadoras no limitada capacidade de regenerar o material perdido ou que diz respeito aos genes que sofrem mutação. Em indivíduos nes as células expressam à medida que se revelam seus mutantes. uma mutação pode ser mapeada nos cromossomos. danificado. para as CTE humanas. Nesses procedimentos. o gene Hoxc8 de camundongo parece par. primeiros estágios do desenvolvimento. e as. também apresentam dedos em garra nas de tecidos e órgãos. Técni- O tubo cardíaco sempre faz uma alça à direita. macacos nossa própria espécie. ( CTE) têm enorme potencial de desenvolvimento. O fenótipo de costela extra nesses ca. Por exemplo. Por serem encontrados em organismos desen- Os geneticistas que estudam camundongos também volvidos. e o figado. essas assimetrias características não são observa- programas de desenvolvimento. diferen- depois o gene mutante pode ser identificado e analisa. em seguida. têm grandes populações de células-tronco volvimento em estudo podem ser "atingidos" por uma que substituem com vigor as células diferenciadas per- inserção e identificados em seguida. Outros tecidos. as células-tronco embrionárias patas anteriores. talvez por causa de um defeito nos mecanismos que Como as células-tronco embrionárias têm máximo po- estabelecem o plano corporal básico. o tempo de duplicação é de aproximadamente humano . afastando-se da linha mediana. conhecida como mutação knockout. pode ajudar o pesquisador a determinar o papel do gene As células retiradas de um embrião de camundongo. Por exemplo. não especializados de células especializadas são denomi- tações por inserção de sequências de DNA conhecidas ~ nados células-tronco. E muito mais fácil mur de um ser humano contém células indiferenciadas mapear e analisar as mutações por inserção que as muta. ou a maioria delas. didas. Para as CTE de camundongo em As células que chegam à diferenciação terminal no corpo cultura. Portanto. Por exemplo. Uma po- . consequentemente.capazes de se desenvolver de muitas segmentares observadas nas mutações homeóticas em Dr~ • maneiras. por exemplo. As vezes. A retirada de CTE exige a destrui. Quando se desenvolvem em cultura. embora fosse deixar que essas células regenerem as partes perdidas ou originado de uma célula diferenciada. disse para formar um embrião. co para retransplante no hospedeiro. Células cutâneas diferenciadas foram sem dúvida. doador. que visa à produção de um indivíduo completo por A discussão sobre o financiamento de pesquisa com transferência do núcleo de uma célula somática de doa- células-tronco embrionárias humanas intensificou-se dor para um ovócito enucleado. as células diferenciadas parecem ter o técnicos a resolver. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 567 pulação de células clonais é aquela que provém de uma dir-se de maneira descontrolada e formar tumores de- única célula progenitora.por exemplo. os pesquisadores propuse- ras de suspensão supridas com meio apropriado. se divi- primárias de tecido . A terapia com CTE também um ovócito pelo núcleo. derivadas A produção de CTE por transferência do núcleo de do endoderma. efetuados nos EUA e no Japão indicam que essa técni- A questão da obtenção e análise de CTE humanas é. Entretanto. células-tronco por indução da reversão de células somá- nar possível analisar a rede genética de interações impli. Também seria possível obter quais houve mutação de determinados genes . para outras é imoral. pois de transplantadas em um hospedeiro. como o diabetes melito (no qual há perda das células Escócia produziram o primeiro mamífero clonado . Dolly foi criada por substituição do núcleo de nada região do encéfalo)..ectoderma. Portanto. tentes induzidas na terapia com células-tronco. mesoderma e endo. pítulo 2). Por exemplo. Um casal pode então decidir doar os embriões não mais pesquisas antes que se possam usar células pluripo- usados para pesquisa. ou células das ilhotas pancreáticas. elas podem formar neurônios. núcleos zigóticos produzidos por fertilização comum. os pesquisadores no Roslin Institute da cos. Assim. Em algumas espécies. Em 1997. Com frequência. As linhagens de CTE humanas induzidas a se tornarem células pluripotentes por trans- em uso atualmente foram obtidas de embriões doados formação genética por uma mistura de quatro genes clo- por pessoas que procuraram ajuda médica para ter filhos nados. ainda não é possível potencial genético de guiar o desenvolvimento. A ideia é transplantar cé. Os experimentos com camundongos e de Dolly. população de CTE. evitar esse último problema. que são derivados do ectoderma. há atraso do crescimen- isolamento de um tipo . nas também precisam resolver outros tipos de problema. os corpos em.por exemplo. os cientistas produziram muitos outros animais ratos sugerem que essa estratégia poderia ser eficaz em por clonagem reprodutiva . Experimentos recentes cadas na diferenciação de vários tipos celulares. Por exemplo. ou poderiam As CTE começam a se diferenciar quando são trans.uma das ilhotas pancreáticas) e a doença de Parkinson (na ovelha batizada de Dolly (veja o texto introdutório do Ca- qual há perda de alguns tipos de neurônios em determi. seria possível isolar célu- derma. Talvez os núcleos somáticos tenham acumulado muta- As células derivadas de cultura in vitro poderiam divi. esse processo produz rimentos estão associados à formação de tumor quando muito mais embriões do que são usados para gerar crian. As células poderia ser fundida a um ovócito enucleado obtido de nesses corpos podem diferenciar-se em tipos de células uma doadora (não necessariamente o hospedeiro).pode tor. que las desse embrião para criar uma linhagem de CTE. gatos. E claro que o núcleo transplanta- as resultantes de lesão medular. seguida pela transforma- com a perspectiva de uso das CTE humanas na cura de ção do ovócito em uma cópia geneticamente idêntica do doenças causadas pela perda de tipos celulares específi. ca pode ser viável. ' obter culturas puras de determinado tipo celular dife. o vida encurtada. As controvérsias acerca dessa prática levaram alguns go. são expressos impropriamente. ser eliminadas pelo sistema imune do hospedeiro.camundongos. Nessas ram o transplante de células geneticamente idênticas às condições. Se o especializadas derivadas de cada uma das três camadas ovócito geneticamente alterado. soderma. vacas e seres humanos. cos usados na clonagem reprodutiva são diferentes dos Os proponentes da terapia com células-tronco huma. porém. animais produzidos por clonagem renciado. CLONAGEM REPRODUTIVA vernos a suspender ou restringir o apoio financeiro para A clonagem terapêutica é diferente da clonagem reprodu- pesquisas com células-tronco embrionárias humanas. em linhagens nas minada clonagem terapêutica. Essa ausência de vigor sugere que os núcleos somáti- . ticas a um estado indiferenciado. Desde a criação lesadas do tecido. células cardíacas to. células do hospedeiro. que poderiam ser criadas pelo uso dos multicelulares constituídos de células diferenciadas de uma das células somáticas do hospedeiro para gerar a e indiferenciadas. alguns dos genes usados nesses expe- por fertilização in vitro. A observação desse processo em diferen. ção dos embriões. tiva. que são agrega. Em regra. células musculares lisas ou então poderiam fornecer material geneticamente idênti- células cardíacas de contração rítmica. elas formam corpos embrioides. uma célula somática para um ovócito enucleado é deno- tes linhagens celulares . Para feridas de culturas de células alimentadoras para cultu. as CTE reprodutiva têm anormalidades do desenvolvimento e a humanas se diferenciam em muitos tipos de células. de uma célula retirada do úbere foi proposta para o tratamento de incapacidades como de uma ovelha adulta. Algumas pessoas consideram aceitável a destruição de embriões iniciais.é um desafio técnico descomunal. que é diploide. é necessário fazer ças. ções ou sofrido alterações associadas ao imprinting gené- . Uma célula somática do hospedeiro brioides assemelham-se aos embriões iniciais. derivadas do me. controversa. Entretanto. do continha todas as informações genéticas necessárias lulas derivadas de CTE para tecidos doentes ou lesados e para orientar o desenvolvimento de Dolly. ainda há muitos problemas cabras. Em vista dos dura formada pelo anticorpo da célula B ou o receptor problemas encontrados na clonagem reprodutiva de ani. O antígeno (verde) é a enzima lisozima. os materiais estranhos ( Figura 20. nos quais se concentrou a maior parte de células T graças à recombinação de pequenos elemen- das pesquisas. fungos sadores descobriram como um animal poderia produzir e protistas . e assim por diante. todas derivadas de células-tronco resi.o sistema imune. porém.16). No último quarto do século 20.metilação de alguns introduzidos por um patógeno . vo até mesmo para caber em um genoma grande como guns tipos de células vertebradas diferenciadas que não o nosso. bactérias. como existem muitos diferentes patógenos por isso. e as proteínas são codificadas por genes. um animal é precursores de células imune especializadas.um número excessi- do de DNA que um ovócito fertilizado. ter um número enorme de genes . Com uma pequena quantidade de e produzem mais células de seu próprio tipo. capacidade de defesa de um animal contra patógenos. tos genéticos em genes funcionais. o sistema imune constitui vários tipos dife.15). denominada Seria preciso reverter essas alterações para que um nú. também conhecidas como anticorpos. da célula T (Figura 20.por exemplo. As cadeias leves têm cerca de 220 aminoá- • FIGURA 20. unidas por pontes dissulfeto outras moléculas . dera segura a clonagem reprodutiva de seres humanos e. Essa situação confundiu os geneticistas durante têm. dor alcançado com essas combinações de segmentos gê- dentes na medula óssea. cada um deles diretamente do combate aos patógenos invasores. O sítio de ligação de antígeno do anticorpo é formado pelas porções amino- terminais de uma cadeia leve (amarela) e uma cadeia pesada (azul). ALTERAÇÕES GENÉTICAS NA Os anticorpos e os receptores de células T são proteí- DIFERENCIAÇÃO DAS CÉLULAS nas. anos. além de DNA dedicado às funções do sistema imune. é a chave que se encaixa com precisão na fecha- cleo somático atuasse como núcleo zigótico. acetilação de histonas. A molécula estranha. Um resíduo glutamina que se salienta da lisozima no local de ligação do anticorpo é mostrado em vermelho. importantes de células imunes especializadas participam de anticorpos e receptores de células T. . Portanto. IMUNES DE VERTEBRADOS para produzir a grande série de anticorpos e receptores de células T necessários para combater todos os patóge- Embora as evidências de clonagem reprodutiva sugiram nos possíveis.por um mecanismo tipo nucleotídios. os pesqui- tege animais contra infecção por vírus. poderia parecer que um animal precisaria que as células diferenciadas podem ter o mesmo conteú. Essa especificidade é a base da mais. antígeno.15 Estrutura tridimensional de um complexo antígeno-anticorpo. Cada anticorpo é um tetrâmero constituído de sas substâncias. um grande número de diferentes anticorpos e receptores Em mamíferos. conhecemos al. Essas células-tronco dividem-se nicos é estarrecedor. corpos. Os com uma diferente capacidade de se ligar a uma molécu- plasmócitos produzem e secretam proteínas denominadas la estranha de um organismo invasor. Tanto os anticorpos das células B quanto quatro polipeptídios. imunoglobulinas.568 Fundamentos de Genética tico ou à inativação cromossômica . um animal tem de ser capaz de produzir muitos tipos diferentes de anticorpos e receptores de cé- lulas T para combater infecções. Duas classes capaz de produzir centenas de milhares. concentremo-nos na produção de anti- de suas superfícies e atuam como receptores para diver. No entanto. O potencial codifica- rentes de células. a comunidade científica internacional não consi. Essas células são componentes do sistema que pro. chave e fechadura. A figura só mostra um dos dois sítios de ligação de antígeno de um anticorpo típico. em potencial. se não milhões. A estrutura é baseada em dados de difração por raios X. e as Para compreender o funcionamento desse sistema de células T citotóxicas produzem proteínas que se projetam recombinação. duas cadeias kves idênticas e duas os receptores das células T são capazes de reconhecer cadeias pesadas idênticas. há amplo consenso de que não deve ser tentada. 16 Estrutura de uma molécula de anticorpo. do DNA entre eles. .• ······•1.. existem dois Zoei de cadeia leve. segmento de gene JK4 por deleção DNA rearranjado ~. O .. e uma regi.... Em seres humanos... . Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 569 Sítio de ligacão Cadeia pesada do antígeno· Cadeia leve H2N. dentro da nizados e com o são recom bin ados em sequên cias codi- qual a sequên cia de aminoácidos é idên tica em todos os ficadoras lógicas para produzir diferen tes polipeptídios. .. . . 14... Essa montagem ocorre durante a diferenciação de plasmócitos do sistema imune. dentro da qual a sequên cia de aminoácidos de segmentos de gene. o Zocus kappa ( K) n o cro. O detalhe mostra a interação de fechadura e chave entre o anticorpo e o antígeno que ele reconhece.<í''cr.. 1.. Cada cadeia leve kappa é codificada por um gene montado a partir de diferentes t ipos de segmentos de gene no locus kappa da imunoglobulina (/GK} no cromossomo 2.. . . cerca de 445 am inoácidos. Sequência não . Cada u m desses Zoei é constituído de uma lon ga série noterminal.. leve ou pesada. 0""1r '..m:··ll··- ' • ··········/f·········O-D-D \ ..... cidos e as cadeias pesadas. há um wcus de cadeia pesada. O Recombinação somática para unir '.17 Controle genético das cadeias leves kappa de anticorpo humano.·•. ···· '. tem uma região variável ami. Um polipeptídio kappa é codificado por três tipos de As cadeias leves e pesadas de u m an ticorpo são codifi- segmentos de gene: cadas por diferentes Zoei n o gen oma... codificadora longa . Um segmento de gene LK i:.• • • • • • maduro •1 -1• •·····• ~ 0 . . Con cen tremo-nos n o Zocus kappa varia nos diferentes tipos de anticorpos que um animal para compreendermos como esses segmentos são orga- p roduz. '. e líder e os 95 aminoácidos aminoterminais da região va- 40 segmentos de genes LK VK funcionais 5 segmentos de genes JK 1 segmento de gene CK 1 DNA genômico LK1 VK1 LK2 VK2 LK3 VK3 LK4o VK4o JK1 JK2 JK3 JK4 jKS CK em célula-tronco embrionária ··--• ······• 1 .. ..' -s-s. em plasmócito • • • . D -.. Regiões Regiões variáveis variáveis -s-s. anticorpos de determin ada classe.ão constante carboxiterminal. o segmento de gene LK3 VK3 ao '.. localizado no crom ossomo Toda cadeia. que codifica um peptídio mossomo 2 e o wcus lambda (À) no cromossomo 22. 1 1 Regiões COOH HOOC Regiões constantes constantes 1 1 COOH COOH • FIGURA 20. 0""1> CJ Transcrição Transcrito de RNA primário 5' •y ~ D y - 1 3' 0 ""/> 'fi Processamento de RNA 1 1 1 1 mRNA maduro 5' AAA ••• A 3' Produto polipeptídico COOH primário 0 ""/> Cf Retirada do peptídio líder Cadeia leve kappa COOH /~ madura Região Região variável constante • FIGURA 20. ..ri1. as RSS adj acentes aos segmentos j K contêm espaçadores de 23 nucleotídios. o wcus kappa contém 76 segmentos de gene LKi: (embora apenas 40 sejam funcionais). um união é mediado pela ligação específica de RAG1 e RAG2 às sequências complexo proteico pode catalisar a recombinação entre sinalizadoras de recombinação (RSS} adj acentes aos segmentos de gene elas. zir 320 (200 + 120) X 6. Entretanto. . à medida que se diferencia. De maneira re a capacidade de produzir um anticorpo diferente.y símbolo JK é usado para esse segmento de gene porque O Ligação de RAGl e. o verdadeiro número de anticorpos tante é traduzido em um polipeptídio. Então. pesadas diferentes. um segmento L e um só segmento CKpor um processo de recombinação somática. Durante sinalizadoras de recombinação. A RSS adjacente a cada segmento VK contém espaçadores de 12 1 e 2 do gene ativador da recombinação (recombination nucleotídios. cada célula adqui- (o número de segmentos de gene CK) = 200. e o mRNA resul.___ _ _ _. Nas células da linhagem germinativa. Complexo / 3. que codifica a região cons. funcionais) X 5 (o número de segmentos de geneJK) X 1 Portanto. o peptídio líder é retirado da Sequências sinalizadoras de Sequências sinalizadoras de cadeia leve kappa por clivagem depois de guiar o polipep...600 cadeias locus kappa rearranjado é transcrita.L_.. o desenvolvimento de determinada célula B. Em seres humanos. deletado (Figura 20. bases.112. A sequência não co.1>-p do segmento de gene CK por outra sequência não codifi. o gene da cadeia leve kappa que será expresso é montado a partir RSS • "'. cinco segmentos de gene JK e um só segmento de gene CK. Os segmentos de gene L estão entre os segmentos de gene LK i: e o segmento de gene CK.000 anticorpos dife- assim como os íntrons de outros genes.r}i r/1.iRSSl. depois. O número total de cadeias de nas sequências codificadoras das regiões variáveis das leves kappa funcionais que pode ser produzida por esse cadeias de anticorpos.. O processo de to de gene L· Quando essas repetições se emparelham. unindo o segmento LK i: ao segmento L· As proteínas VK e j K. de RAG2. • FIGURA 20.. nação (RSS).. juntas. ~ r. + de bases separadas por espaçadores com 12 ou 23 pares de Segmento de 1.i-J. de um segmento LKi:. o 0 1>-.L produzida por essa recombinação codi- fica a porção variável da cadeia leve kappa.18). dade do evento de recombinação. essas cadeias torna possível para um ser humano produ- mento CK é removida durante o processamento de RNA. O evento de união é mediado por 01>-.. A fusão LK i:. Qualquer um dos 40 segmentos de gene LKi: funcionais pode ser •• JK3 • •1. elas controlam a especifici- outra RSS contém um espaçador de 23 nucleotídios. 0 1>-P Q"Pareamento de complexos RAG1/RAG2. o peptídio que ele codifica junta o peptídio aminoter- minal codificado pelo segmento LK i: a um peptídio carboxiterminal codificado pelo próximo tipo de seg- mento de gene.__ Complexo de RAG1/RAG2 cesso.. As repetições nas RSS em posição imediatamente 3' gene Vxn-1K3 fundido DNA excisado a um segmento de gene LKi: são complementares às repe- tições nas RSS em posição imediatamente 5' a um segmen. toda semelhante. o DNA entre os segmentos unidos é simplesmente e várias outras proteínas. que são adjacentes a cada segmento de gene. O peptídio líder diferentes é ainda maior em razão das pequenas varia- aminoterminal é clivado desse polipeptídio para criar a ções nos sítios de recombinação e da hipermutabilida- cadeia leve kappa finalizada.570 Fundamentos de Genética riável da cadeia leve kappa.17). Um segmento de gene CK.. Todos esses eventos ocorrem de mecanismo é 40 (o número de segmentos de gene LK i: maneira independente nos precursores dos plasmócitos. A montagem combinatória de todas dificadora entre os segmentos LK i:JKfundidos e o seg. e :. que codifica os últimos 13 aminoácidos da região variável da cadeia leve kappa."' unido a qualquer um dos cinco segmentos JK nesse pro. rentes..18 Modelo simplificado de união de VK -J K. O complexo RAG1/RAG2 só catalisa a recombina- activating gene) (RAGl e RAG2) são componentes impor- ção quando uma RSS contém um espaçador de 12 nucleotídios e a tantes desse complexo.. EfClivagem de DNA adjacente às sequências cadora de aproximadamente 2 kb (Figura 20. RAG1/RAG2 tante da cadeia leve kappa. os cinco segmentos JK são separados dos seg- mentos LK i: por uma sequência não codificadora longa. recombinação com espaçadores recombinação com espaçadores de 12 nucleotídios de 23 nucleotídios tídio nascente através da membrana do retículo endo- plasmático em um plasmócito sintetizador de anticorpos.y sítios denominados sequências sinalizadoras de recombi- O Processamento das extremidades de DNA e união. Esses sítios são constituídos de repetições com 7 ou 9 pares •-l lRSSr•li -..i JK2 1. .. a recombinação de segmentos de gene pode a sequência de DNA L KVl K K-trecho não codificador-eKno criar 120 cadeias leves lambda diferentes e 6... Um segmento de gene .600 = 2.. RSS -11- 2. JK3 r. blastoderma. omatídio de seus olhos compostos. zigoto.irtude de sua alta são necessários para converter o ligante nativo em concentração nos núcleos na face ventral do blas- ligante modificado. Todos esses três produtos gê- toderma. pupa. blastoderma. adulto. As fêmeas de Drosophila homozigotas para uma célula R7. 4. o ligante é codificado pelo gene bride of mutação autossômica recessiva recém-descoberta sevenless. easter ( ea) e gastritlation defective (gd). Resposta: Uma mosca homozigota para a mutação seven- cito não fertilizado. Organize os segui11tes estágios do desenvolvimento para uma mutação com perda de função recessiva de Drosophila 1nelanogasterem ordem cro11ológica do no ge11e bride of sevenless teria o mesmo fenótipo? primeiro ao último: pupa. O produto proteico do gene dorsal (d[) em Dro. Os produtos de três ge11es. turas . é. Entretanto. zidas se o genoma contiver 5. a proteína dorsal só pode nicos são serina proteases. Resposta: Se cada gene é montado usando uma cópia de gota para uma mutação com perda de função re. Uma mosca homozigota = 20. qualquer bride of sevenless teria o mesmo fenótipo. podem ser cultivadas i11 vitro para estudar os mecanismos da diferenciação • Animais produzidos por clonagem reprodutiva sugy. Quantas cadeias diferentes podem ser produ- Resposta: A nova mutação define um gene de efeito ma.rem que as células diferenciadas têm o mesmo potencial genético que o zigoto • A recombinação entre segmentos de gene durante a diferenciação de células imunes cria as se- quências codificadoras das cadeias leve e pesada de anticorpos.000 ge11es diferentes. O gene sevenless larva.foram identificados por homologia com genes isolados de organismos-modelo como Drosophila e C. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1.entrais i10 embrião de Drosophila. Uma mosca homozigota para a mutação põem ovos que não eclodem em lar\ras. Preveja o fenótipo ocular de uma mosca homozi. cada segme11to de gene. "11ativo" e "modificado". Suponha que um gene de cadeia leve de a11ticor- po seja montado com três diferentes segmentos de Que tipo de gene define essa nova mutação? gene. Exercícios A~ligue a análise genética básica 1. º''Ó.. três segmentos de gene? 3. O na cadeia polipeptídica. e o estado modificado é necessário para a ativa- sophila foi denominado morfógeno ventral . Entretanto. . truturas . snake ( snk).. sobretudo as derivadas de embriões. Como base nesses fatos. proteínas capazes de entrar nesses núcleos ventrais depois da ati\ração cli. crie um diagrama da via de desen\rolvimento que ficado pelo gene spiitzle (spz).por exemplo. uma substância que leva à formação de estru. codifica o receptor ligado à membra11a para o li- gante extracelular que estimula a diferenciação da 2. 20 e 200 cópias dos terno. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 571 PONTOS ESSENCIAIS • Muitos genes de vertebrados . que seja o genótipo dos machos. adulto. Esse ligante pode leva a proteína dorsal a induzir a formação de es- existir em dois estados. lar\ra. as pró- prias fêmeas não apresentam anormalidade óbvia. são possíveis 5 X 20 X 200 cessiva no gene sevenless.rar outras proteínas em determinadas serinas de um receptor na superfície ventral do embrião.isto ção do receptor Toll.. Esse receptor é codificado pelo gene Toll ( T[). less i1ão desenvolveria o fotorreceptor R7 em cada Resposta: ovócito não fertilizado.entrais no embrião em . os g·enes Hox . elegans • Entre vertebrados. ligante extracelular para o receptor Toll é codi. o camundongo oferece a oportunidade de estudar mutações que afetam o desenvolvimento • As células-tronco de mamíferos. zigoto. & mutações recessivas em em genes de efeito materno que co11trolam os pri- bicoid ( bcd) causam morte embrionária porque im- meiros eventos no desenvolvimento de Drosophila. genes zigóticos Segundo os geneticistas.9 Um pesquisador prete11de colecionar mutações tem expressão zigótica. pedem a formação de estruturas a11teriores.7 Por que as mulheres heterozigotas para o alelo 20. esse si11al causa zem embriões dorsalizados que morrem dura11te o o deslocamento da proteína dorsal para os núcleos desenvolvimento. não 20. Portanto. que tecidos da larva produzem os ventrais. Por fim. Avaliação adicional 20. ou seja. dorsal (dI') do eixo dorsoventral causam fenótipo cio? dorsalizado em embriões produzidos por mães dl/ dl.aser. difere11ciam-se como se estivessem na face dorsal las seri11a proteases produzidas pelos genes snk. não há desenvolvimento de estruturas 20. mas os homens não ? a Drosophila.572 Fundamentos de Genética Resposta: Eis uma representação.4 Por que o embrião inicial de Drosophila é um sincí. ou seja. Considerando-se a via descrita a11teriorme11te. (e) animais bcd/+ produzidos pelo cruzamento 20. ou seja.10 Um pesquisador prete11de colecionar mutações meas bcd/bcd com machos bcd/+. Em sua forma modificada. ventral . de efeito matemo estrito em Drosophila.6 &sim como o ge11e dorsal. ser1na 2. 20. induzir a diferenciação ventral. mutações ceptor Toll é ati\rado (provavelmente por união ao recessivas em spz e Tl são letais de efeito materno. O exame desses determinados embriões mostra ausência de estruturas ventrais. senvolve a partir de um embrião cujas células do polo posterior foram destruídas por um feixe de /. que co11trolam as primeiras etapas . o ge11e bicoid é um gene recessi''ª no gene nanos do eixo a11teroposterior. embriões de mães dl/dl mor- transcrição de rem durante o desenvolvimento.8 Em Drosophila. Mutações em spz e Tl poderiam ter o e gd. 20.2 Preveja o fenótipo de uma mosca das frutas que se de- de fêmeas bcd/+ com machos bcd/bcd.3 Defina as principais etapas da análise genética de mutante causador da fenilcetonúria têm filhos dese11volvimento em um orga11ismo-modelo como com retardo físico e mental. Na ausê11cia dessa i11dução. produzidos pelo cruzamento de fêmeas bcd/bacd quecem o citoplasma de ovócitos de animais com com machos bcd/+. Qua11do o re. ligante spatzle modificado) . as mutações recessivas no ge11e 20. esse ligante é capaz mesmo efeito fenotípico porque bloqueariam eta- de ativar a proteína receptora Toll. que mecanismos enri. as células ventrais O produto proteico do gene spz é modificado pe.5 Em Drosophila. (d) animais bcd/bcd produzidos substâncias i1utritivas e determi11a11tes? pelo cruzamento de fêmeas bcd/+ com machos bcd/ bcd. 1 diferenciação Esse fenótipo peculiar é causado pela não indu- ção do desenvol. i1a face ventral do embrião.1 Durante a ovocitogênese. Preveja Que fenótipo deve procurar nessa busca de muta- os fenótipos de (a) animais bcd/bcd produzidos pelo ções de efeito materno? cruzamento de machos e fêmeas heterozigotos. mas a ativação pas na via que acaba por levar a proteína dorsal a é restrita à face ventral do embrião. quais proteases seriam os fenótipos de mutações com perda de fu11- ligante pro~ína morfógeno ção recessivas nos genes spz e Tl2 (nativo) -----+ (modificado)---+ receptora---+ ventral 1 ativação da Resposta: Para referência. transduz um si11al para & fêmeas homozigotas para essas mutações produ- o citoplasma do embrião. 011de atua como fator SjJZ snk ea gd 11 dl de transcrição e regula a expressão dos ge11es zigó- ticos que participam da diferenciação do destino \li . devemos obsenrar que as mu- tações com perda de função em dl são letais de efei- to matemo. Preveja o fenótipo de embriões produzi- órgãos externos do adulto? dos por fêmeas homozigotas para uma mutação 20. ea do embrião.rimento apropriado nos núcleos ventral ventrais do embrião pelo fator de transcrição dor- sal. ( c) ai1imais bcd/+ em genes gap. (b) ai1imais bcd/bcd produzidos pelo cruzamento de fê. 20. eles são "dorsalizados". e fushi tarazu (fiz).3ºC. 20. Elas também prenunciam dificulda- esses fotorreceptores.ess (sev) e bride of sevenkss dutiva? (boss) para a diferenciação do fotorreceptor R7 20. éxon (VK)? Genômica na Web em http://www. produz olhos compostos adicionais com éxons codificadores.21 Suponha que um animal seja capaz de produ- das a 22. Quando os núcleos sinciciais lateral.19 Qual é o significado científico da clonagem repro- buições dos genes sevenl. .nih.denominada SOS . moscas ho. a acetilação de histonas e nos omatídios dos olhos de Drosaphila.gov 1. em vista bryo e veja as imagens. necessária para acomodar as sequências codifica- renciação de R 7? doras desses genes? 20.ncbi. homólogo 20. Depois. senvolvimento de Drosaphila.7ºC. Essas modifi- mozigotas para esse alelo desenvolvem fotorrecep. Que fe. exatamente como os olhos de Drosophi. Moscas com o genótipo sev84/sev8 4. sos2A/+ que causam a perda de tipos celulares específicos? não desenvolvem fotorreceptores R7 se forem cria. um para o peptídio líder e omatídios. o empacotamento de DNA em cromatina por al- ria o gene eyel. Clique no ícone Movies e sophila. No site Flybase estão arquivadas imagens que mostram 2. Que quantidade de DNA genômico seria . mas a 24.nlm. a migração celular.18 Diferencie clonagem terapêutica e reprodutiva. modificações epigenéticas do DNA.12 Que eventos levam a uma alta concentração de mento? proteína hunchback na parte anterior de embri- ões de Drosophila? 20. 20. qual seria no fim da sequência codificadora no segundo o efeito esperado? Explique.17 Como seria possível mostrar que dois genes Hox embrião que será produzido após a fertilização? de camundongo são expressos em tecidos diferen- tes e em períodos diferentes durante o desenvolvi- 20. clique no ícone Em. é expresso em Dro.15 Quando o gene Pax6 de camundongo.ess de Drosophila.22 Cada segmento de gene LK VK no wcus da cadeia ao gene eyel.7ºC.20 A metilação do DNA. des para a clonagem terapêutica e para o uso de siva com perda de função do gene son of sevenkss células-tronco no tratamento de doenças ou lesões (sos). Você esperaria encontrar um códon de término troduzido em camundongos e expresso. Depois. cada anticorpo contenha uma cadeia leve de 220 peratura.11 Como as células somáticas que envolvem um ovó- mentalmente? cito de Drosaphila em desenvolvimento no ovário influenciam a formação do eixo dorsoventral no 20. Onde esta. a 22. Portanto. não desenvolvem reprodutiva. De acordo com essa observação.14 O alelo sev84 é termossensível. leve kappa no cromossomo 2 é constituído de dois sophila. Siga os links do site do NCBI até o site Flybase estude a embriogênese assistindo ao filme que mostra e clique em ImageBrowse. denominada gastrulação. sos2Aatua como acentuador zir 100 milhões de anticorpos diferentes e que dominante do fenótipo mutante sev84 nessa tem. Se o gene eyekss de Drosophila fosse in. Descreva a anormalida- membranas entre eles? de do embrião Jtz. cações prenunciam dificuldades para a clonagem tores R7 normais. outro para a porção variável da cadeia leve kappa. O site Flybase também tem filmes que mostram o de- a anatomia e os estágios de desenvolvimento de Dro.ess (ey) nessa via? guns tipos de proteínas às vezes são denominados 20. sos2A é uma mutação reces. la normais. onde a aminoácidos e uma cadeia pesada de 450 aminoá- proteína produzida pelo gene sos de tipo selvagem cidos. Capítulo 20 1 Controle Genético do Desenvolvimento Animal 573 de segmentação de embriões de Drosaphila. assista ao filme que mostra a gastru- no embrião inicial migram para a membrana celular? lação em um embrião homozigoto para mutação do Quando esses núcleos são separados pela formação de gene pair-rul. 20.tende a agir na via de dife.16 Você esperaria encontrar homólogos dos genes nótipo deve procurar nessa busca de mutações de BX-C e ANT-C de Drosaphila em animais com sime- genes gap? tria radial como ouriços-do-mar e estrelas-do-mar? Como seria possível abordar essa questão experi- 20. 20.13 Trace o diagrama de uma via que mostre as contri. . quis fazer o teste para detecção excessivo de vasos sanguíneos em direção à área do tumor. um par de bases G:C fora substi- tuído por um par de bases A:T. localizado no braço curto do cromossomo 3. depois de um longo período de convalescença. pretendia encontrar uma faculdade em que molecular da família. O médico Oncogenes aconselhou-a a fazer exames periódicos para detecção preco- Genes supressores tumorais ce de um eventual feocromocitoma. dessa vez. No ensino médio. Portanto. O projeto que desenvol- Conexão molecular veu. Até que ou- tro tumor da suprarrenal surgiu na vida de Allison. quando seu pai e sua Quando Allison Romano começou a se interessar sobre o que es. mas nenhum deles optou pelo teste.ambos assintomáticos .PANORAMA Câncer 1 Uma doença genética do alelo mutante. Esses planos tinham. O tumor de Louis Romano - do tamanho de uma bola de golfe . constatou-se que tinha o alelo. O tumor foi retirado por cirurgia. Depois de tomar conhecimento desse resultado. feliz e imbuída de interesse em aprender sobre a doença que a acometera. causando a substituição da glicina por serina na posição 93 no polipeptídio codificado pelo gene.também foram informa- Vias genéticas da carcinogênese dos sobre a mutação de VHL. Allison re- solveu estudar genética. Allison especializou-se em biologia em uma grande universidade e trabalhou durante dois semestres em um laboratório de genética do câncer. foi apresentado em um pôster no simpósio anual de uma família de pesquisa de graduação da universidade. irmã puderam ver como ela encontrara um propósito na conexão tudar na universidade. Allison voltou à sétima série. que não apresen. sobre a identificação de genes relacionados com o câncer em camundongos. Ela lia muito e conheceu vários estudantes apreciadores da biologia. Sua irmã mais velha. diagnosticado em seu pai. Mais tarde. Radiografia colorida de um feocromocitoma mostrando crescimento tava sinais de feocromocitoma.uma forma rara de câncer denominada feocromocitoma . o oncologista enviou amostras de DNA de Louis e Allison a um laboratório de genética. Os dois irmãos de Louis Romano . Aos 12 anos. Depois desse incidente. motivação genética.foi retirado com sucesso e ele teve recuperação plena. talvez até mesmo fa- zer alguma pesquisa prática. o oncologista suspeitou que tanto Louis quanto Allison houvessem desenvolvido tumores da suprar- renal .porque tinham uma mutação do gene VHL. no entanto. saudável. ela recebeu um diagnóstico de tumor da glândula suprarrenal. e. de certa forma. Pesquisas publicadas haviam mostrado que essas mutações às vezes estão associadas a esse tipo de cân- cer. pudesse estudar genética em profundidade. as matérias estudadas por Allison reforçaram esse interesse. No nucleotídio 490 do gene VHL. Os testes de DNA mostra- ram que ambos eram heterozigotos para um alelo VHL mutante. outros não. As células benignos quanto nos malig11os. o tumor é maligno. outros crescem mais devagar.. Com nutrientes apro- Esse processo é co11l1ecido como metástase.radem os tecidos adjacentes.) ~ 50 1 1 • FIGURA 21 . lulas normais tratadas com agentes que induzem o estado quisadores já comprovaram que essa perda de controle é ca11ceroso.. <CU <CU <( u<C U=:i . hou. o câncer de maneiras antes impossíveis e que criassem acumula11do-se umas sobre as outras para formar tumo.. Embora muitos detalhes ainda sejam exemplo. priados.. As técnicas de genética e levar à proliferação desregulada de células. / do as células não in. O que causa o surgime11. Em alguns partir de populações de células que geralmente não se casos.. o tumor E possível obter células cancerosas para estudos expe- é benigno. novas estratégias para a terapia do câncer.. houve e11orme progresso i1a detecção e no tratamen- mutações podem causar erros i1os processos bioquímicos to de diferentes tipos de câncer. excessiva à luz solar ou polue11tes químicos. (/) (/) o o(/) e 100 (/) o O> e . deles? Por que alguns tipos de tumores tendem a ser e11. A Figura 21 . Quan. Restam poucas res.rale11tes de câncer são deri. de novos casos de diferentes tipos de câncer i1os EUA.1 mostra as frequências i1orte-americanos todos os a11os. que sig11ifi. 03 .1 Número estimado de novos casos e mortes por tipos específicos de câncer nos EUA em 2008. mento de câncer? Essas e outras perguntas estimularam Os tipos mais pre.. "mudança de estado". O câncer de pulmão é o tipo mais prevale11te.. Alguns apresentam crescimento divisão celular são responsáveis pelo câncer.. parte em consequê11cia do tabagismo. Sem regu. cu o (. em grande contrados em famílias? A tendência ao câncer é heredi... Essas alta. em grego. e alguns tipos de vírus podem causar a transformação ir- reversível de células normais em células cancerosas. Qua11do as células se despre11dem de um tumor e dúvidas de que o grande i11vestimento em pesquisa básica invadem os tecidos adjacentes. O câncer não é uma única doença. Formas mais raras de câncer desenvol. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 575 Câncer Umadoenç~ a ~ e~n~ ét~i~ cª~----------~ Mutações nos genes que controlam o crescimento e a dos diferentes do corpo. as células cancerosas dividem-se incessanteme11te. dividem. cerosas é que seu crescimento é desregulado.radas in vitro.. Alguns tipos de câncer podem ser i11terrompidos por tratamento clí11ico Os tumores cancerosos matam centenas de milhares de apropriado. ow => O> w 'O (/) a. por básica do câncer. agressivo. ~X 150 ux e_ c... essas células tumorais dissociadas podem ser ca..rados de uma e11orme quantidade de pesquisas sobre a biologia populações celulares que se dividem ativamente.re algum erro nos ca11cerosas também podem ser obtidas de culturas de cé- sistemas que controlam a di. células musculares ou nervosas cerbadas por fatores ambie11tais como dieta. a constatação fundamental é de que os cânce... e o câncer de próstata também são muito comuns.. . Embora a taxa de mortalidade por câncer ainda seja res surgem qua11do há mutação de ge11es cruciais. próstata.. substâncias químicas mutagênicas causada por alterações genéticas. Os agentes causadores desse tipo de transformação são de- AS MUITAS FORMAS DE CÂNCER nominados carcinógenos.. pulmão ou obscuros. essas disfunções podem ser desencadeadas ou exa. mas um grupo de A característica permane11te de todas as células ca11- doe11ças. Quando 250 00 00 o o o o NÕ 200 N- Eº E8 o O> O>~ .. molecular possibilitaram que cie11tistas caracterizassem lação. Os cânceres podem originar-se em muitos teci.. por exemplo. exposição difere11ciadas. to dos tumores e o que causa a disseminação de alguns bem como o i1úmero de mortes atribuídas a cada tipo. ção em suas células constituintes. . Radiação.risão celular... O câncer de mama tária? Fatores ambientais contribuem para o desenvolvi. Tanto i1os tumores culti.. de células epiteliais do intestino. às ''ezes indefinidamente. Agora os pes.. Tumores malignos podem disseminar-se para rimentais por retirada de tecido de um tumor e separa- outros locais do corpo e formar tumores secundários. do câncer está dando frutos.rem-se a res são consequência de disfunções genéticas. Os câ11ce.. geralmente abrevia. Se uma célula é disfunção do ponto de verificação STARTpode tornar-se levada a ultrapassar o ponto de verificação START pelo agressivamente canceroso. Com frequência. cuja das CDK Os complexos formados entre as ciclinas e as consequência final é a possibilidade de tornar as células CDK causam o avanço do ciclo celular. G2 e M. . quantidade desses complexos. acumulando-se na superfície do meio de cultura e formando massas. esses complexos não se formam e cendentes. Portanto. defeitos genéticos podem desregular o ciclo celular. Ciclina D pondem aos sinais químicos que inibem a divisão ce- lular e não formam associações estáveis com as células Mitose adjacentes. Na ausência desses problemas. Entretanto.2 Esquema do ponto de verificação START no ciclo celu- é. Essa desre- o Capítulo 2) são reguladas em "pontos de verificação". complexo ciclina D/CDK4. A visão atual do controle do ciclo celular é que as tran. os pontos de verificação no ci- sições entre diferentes fases do ciclo (G1. formam uma Ponto de verificação START única camada celular (monocamada) na superfície do Fase G1 ~ meio de cultura. S. a atividade de trada na fase S do ciclo celular. Portanto. ou até que haja tação dos genes codificadores das ciclinas ou CDK ou reparo do DNA lesado. o ciclo celular requer a uma pausa no ponto de verificação START para garantir formação e a degradação alternadas de complexos ci. cada fase do ciclo requer a integração de sinais químicos podem frear o complexo ciclina/ CDKe impedir o início específicos e respostas precisas a esses sinais. isto • FIGURA 21. lar de mamífero. como baixos níveis de nutrientes ou lesão do DNA. gulação é causada por defeitos genéticos no mecanismo Um ponto de verificação é um mecanismo que impede o de aumento e diminuição alternados da quantidade de avanço ao longo do ciclo até que seja concluído um pro. o complexo ci- percepção errada dos sinais ou caso a célula não esteja clina D/CDK4 leva a célula a concluir a fase G 1 e entrar apropriadamente preparada para responder. podem Fase de sintetizar proteínas incomuns e exibi-las na superficie e síntese muitas vezes têm número anormal de cromossomos. denominado START. prelúdio da divisão celular.2 ). Nas células tumorais. as células cancerosas têm um citoesqueleto desorganizado. assim iniciando a replicação de DNA que é um pode tornar-se cancerosa. Se houve lesão do DNA fosforilação das CDK depende da presença das ciclinas. START apresentam propensão especial a se tomarem lam as atividades de outras proteínas por transferência cancerosas. a célula na fase S. torna-se comprometida com síntese de DNA e divisão. As CDK são os componentes com atividade catalítica As células com disfunção do ponto de verificação do mecanismo do ciclo celular. Essas proteínas regu. como a síntese de DNA. As anormalidades externas visíveis em uma cultura de células cancerosas estão relacionadas com anormalida- des intracelulares profundas. A ultrapassagem do ponto de verificação depende da atividade do complexo de proteínas ciclina D/CDK4.576 Fundamentos de Genética células normais são cultivadas in vitro. Durante uma série de ciclos celulares. A duração desse ciclo e a du. celular. O ponto de verificação START controla a en- de grupos fosfato para elas. o DNA função pela formação de complexos ciclina/CDK Na lesado é replicado e transmitido a todas as células des- ausência de ciclinas. a conclusão do reparo antes do início da replicação de clina/ CDK. As células normais são programadas a fazer as CDK são inativas. A célula recebe sinais externos e internos nesse mutações resultantes da replicação de DNA não repara- ponto de verificação para determinar quando convém do podem acumular-se e provocar a desregulação adicio- passar à fase S. CDK4 trolado ocorre porque as células cancerosas não res.Já as células com disfunção do ponto de verificação Um dos pontos de verificação mais importantes do START prosseguem para a fase S sem que haja reparo ciclo celular. Proteínas inibidoras ração de cada um de seus componentes são controladas com a capacidade de detectar problemas no fim da fase por sinais químicos externos e internos. um clone de células com ciclinas tipo D em conjunto com CDK4. as ra 21 . CÂNCER E CICLO CELULAR O ciclo celular é constituído de períodos de crescimento. pode haver mu- cesso crucial. Quando o ponto de verificação dos genes codificadores das proteínas que respondem é satisfeito. Dois tipos de a complexos ciclina/ CDK específicos ou que regulam a proteínas têm papéis importantes nesse avanço: as cicli. Caso haja da fase S. complexos ciclina/CDK Por exemplo.Já as células cancerosas crescem umas sobre as outras. do DNA lesado. o ciclo celular pode prosseguir. outro ciclo de replicação de DNA. são aneuploides. A transição de G 1. cancerosas. é o meio de G 1 (Figu. é importante que a entrada na fase S seja adia- As ciclinas possibilitam que as CDK desempenhem sua da até o reparo do DNA lesado. Caso contrário. DNA. veja clo celular geralmente estão desregulados. Muitos tipos diferentes de nas e as quinases dependentes de ciclina. Esse ponto de verificação é regulado por nal do ciclo celular. Esse acúmulo descon. quando técnicas genéticas molecu- matina é fragmentada. das células dissidentes que poderiam proliferar de ma. canceroso. Caso haja comprometimento que haja não um. ra com penetração incompleta e expressividade variável. Em primeiro lugar. a determinadas aberrações cromossômicas. Entretanto. fenômeno próprias células. sabia-se que o estado canceroso tem PROGRAMADA herança clonal. Em especial. As caspases longo da vida. Uma família de enzimas proteolíticas denominadas cas. Como a suscetibilidade a esses tipos especiais de câncer pases tem papel crucial no fenômeno de morte celular. ses agentes como causas de câncer em seres humanos. PONTOS ESSENCIAIS • O câncer é um grupo de doenças em que há descontro/. a cro. células nas quais ocorre perdem sua integridade. os genes mutantes promovem ativamente a divisão celular. a condição cancerosa é transmitida por cada célula podem ser eliminadas por mecanismos programados nas para as células-filhas no momento da divisão. mutações. Sem ela. sabia-se que certos tipos de cânce- atacam muitos tipos diferentes de proteínas. Em muitos animais. surgem bolhas de citoplasma em lares foram usadas pela primeira vez para estudar as célu- sua superfície e elas começam a diminuir de volume. as suscetibilidades ao retinoblastoma. . O conjunto voltório nuclear. e a algumas formas de câncer de cólon pareciam te neste capítulo. muitos dados epidemiológicos apontaram es- neira descontrolada no organismo.e do ciclo celular de crescimento e divisão • Os cânceres podem se desenvolver quando há comprometimento do mecanismo de morte celular programada (apoptose) • Os cânceres são causados por mutações de genes cujos produtos proteicos participam do contro/. Por- las indesejadas. os genes mutantes não re- primem a divisão celular. A morte celular programada é um fenô. Terceiro. na verdade. Os genes da primeira classe são BASE GENÉTICA DO CÂNCER os oncogenes. em cultura. Substâncias químicas mutagênicas e radiação goso. os pesquisadores descobriram que o estado células que sofrem esse tipo de desintegração geralmen. Essa res na área de oncologia identificaram duas classes amplas célula tem o potencial de formar um clone que poderia de genes que. e vários componentes do citoesqueleto. Tipicamente. genéticos específicos. os eventos de destruição ser herdadas como distúrbios dominantes simples. sejam mutações somáticas adquiridas ao enzimático. as células supérfluas tanto. Por fim.e do cicw celular. as características e o significado de todas essas classes de disponíveis para os pesquisadores. pareceria plausível que todos os cânceres caspases removem pequenas partes de outras proteínas tivessem sua base em defeitos genéticos . indicativo de que o câncer tem base genética (ou epige- meno fundamental e disseminado em animais. antes que essas técnicas estivessem ta. pode ser relacionado com defeitos te são englobadas por fagócitos. e destruídas. tos que desencadeiam a morte celular são compreendi. Em segundo lugar. acometer várias pessoas da mesma família. dessas classes. a morte celular programada é um controle ionizante induziram tumores em animais experimentais. Em uma descontrolada. é necessário tema imune. embo- propriamente ditos são conhecidos com alguns detalhes. Assim. quando sofrem mutação.sejam mutações por clivagem de ligações peptídicas. As é hereditária. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 577 CÂNCER E MORTE CELULAR de que as causas subjacentes do câncer fossem genéticas. olho. um câncer raro do dos parcialmente. A indução de câncer por vírus implica A morte celular programada também é importante na que proteínas codificadas por genes virais participam da prevenção de cânceres. Além disso. que constituem o revestimento interno do en. Graças a esse corte hereditárias. entre elas as res de leucócitos (leucemias e linfomas) estão associados laminas. mas vários desses defeitos para converter ou inativação do mecanismo apoptótico. Os even. todas as descendentes são cancerosas. nós investigaremos alguns deles adian. câncer pode ser induzido por agentes capazes de causar plicar para dar origem a um tumor potencialmente peri. termo derivado do grego que significa "tu- Os grandes avanços recentes na compreensão do câncer mor". nética). Os pesquisado- deveria ser destruída pode sobreviver e proliferar. podem contribuir se tomar canceroso se adquirisse a capacidade de divisão para o desenvolvimento de um estado canceroso. dessas diversas observações constituía uma forte indica- O impacto coletivo dessa clivagem proteolítica é que as ção de que o câncer é causado por disfunções genéticas. Se uma célula com capacidade produção do estado canceroso. Quando as células cancerosas crescem Todo câncer tem como consequência o acúmulo de célu. havia fortes indícios genes relacionados com o câncer. que são células do sis. A morte celular programada é denominada apoptose. Nas seções subsequentes. experimentais. As las cancerosas. comentamos a descober- molecular. na outra classe. porém. não pode se multi. Entretanto. sabia-se que alguns tipos de a formação e a função dos órgãos seriam comprometidas vírus podem induzir a formação de tumores em animais por células que são simplesmente um "obstáculo". sabia-se que o anormal de replicação for destruída. Na década de 1980. uma célula que uma célula normal em célula cancerosa. Quarto. Os genes da segunda classe são os genes supressores tu- ocorreram graças à aplicação das técnicas de genética morais. as proteínas-alvo são inativadas. sabia-se que alguns tipos de câncer tendem a palavra derivada do grego que significa "queda". o RNA viral é Estudos com outros retrovírus indutores de tumor usado como molde para a síntese de DNA complemen. Genes como desses vírus têm um genoma constituído de RNA em vez trsrc causadores de câncer são denominados oncogenes.1). A RETROVÍRUS INDUTORES DE TUMOR característica que distingue uma proteína quinase é a capa- cidade de fosforilar outras proteínas. env. do DNA para o RNA levou os biólogos a denominarem esses patógenos de retrovírus (Capítulo 17). que codifica uma proteína quinase que se in- sere nas membranas plasmáticas de células infectadas. Os oncogenes constituem um grupo diverso de genes O primeiro vírus indutor de tumor foi descoberto em cujos produtos têm papéis importantes na regulação de 1910 por Peyton Rous. que codifica a Mais tarde. Desses quatro genes. e trsrc. os equivalentes celulares desses oncogenes vi- proteína do capsídio do vírion. viral.578 Fundamentos de Genética Muitos cânceres são decorrentes da superexpressão de cromossomos da célula. tase reversa. Muitos infeccioso.1 Oncogenes retrovirais. Essa inversão do fluxo normal de informações genéticas proteicos mutantes. A síntese de DNA a partir de alguns genes ou da atividade anormal de seus produtos RNA é catalisada pela enzima viral transcriptase reversa. Esses genes foram des- e desde então foi denominado vírus do sarcoma de Rous. inclusive as atividades de tumor. esse vírus causava um tipo especial atividades bioquímicas nas células. no tecido conjuntivo de galinhas relacionadas com a divisão celular. de DNA. Um vírus cujo gene trsrcfoi deletado é cer veio do estudo de vírus indutores de tumor. que então é inserido em uma ou mais posições nos geralmente designados v-onc (Tabela 21. que codifica uma proteína do envoltório desde Drosophila até seres humanos. Depois de entrar em uma célula. tar. de formar tumores. Cada tipo de Tabela 21. cobertos pela primeira vez nos genomas de vírus de RNA As pesquisas modernas mostraram que o genoma de RNA capazes de induzir tumores em hospedeiros vertebrados. mas incapaz de induzir tumores. desse retrovírus contém quatro genes: gag. Oncogene Vírus Espécie de hospedeiro Função do produto gênico abl Vírus da leucemia murina de Abelson CamundonE:o Proteína auinase t irosina-esoecífica erbA Vírus da eritroblastose aviária Galinha Análot?:o do receptor do hormônio tireóideo erbB Vírus da eritroblastose aviária Galinha Versão truncada do receptor do fator de crescimento epidérmico (EGF) fes Vírus do sarcoma felino ST Gato Proteína auinase t irosina-específica fgr Vírus do sarcoma felino de Gato Proteína quinase t irosina-específica Gardner-Rasheed fms Vírus do sarcoma felino de McDonough Gato Análogo do receptor do fator estimulador de colônias (CSF-1) fos Vírus do osteossarcoma FJB CamundonE:o Proteína ativadora da transcrição fps Vírus do sarcoma de Fuginami Galinha Proteína auinase t irosina-específica jun Vírus do sarcoma aviário 17 Galinha Proteína ativadora da transcrição mil (mht) Vírus MH2 Galinha Proteína auinase serina/treonina-específica mos Vírus do sarcoma de Moloney Camundongo Proteína auinase serina/treonina-esoecífica mvb Vírus da mieloblastose aviária Galinha Fator de transcrição mvc Vírus da mielocitomatose MC29 Galinha Fator de transcrição raf Vírus do sarcoma murino 3611 Camundongo Proteína auinase serina/treonina-esoecífica H-ras Vírus do sarcoma murino de Harvev Rato Proteína de lit?:ação a GTP K-ras Vírus do sarcoma murino de Kirsten Rato Proteína de liE:ação a GTP rei Vírus da reticuloendoteliose Peru Fator de transcrição ros Vírus do sarcoma aviário URll Galinha Proteína auinase t irosina-esoecífica • SIS Vírus do sarcoma símio Macaco Análogo do fator de crescimento derivado das plaquetas (PDGF) src Vírus do sarcoma de Roux Galinha Proteína auinase t irosina-esoecífica ves Vírus do sarcoma Y73 Galinha Proteína auinase t irosina-esoecífica . descobriram pelo menos 20 diferentes oncogenes virais. ou sarcoma. E ONCOGENES VIRAIS apenas o gene trsrc é responsável pela capacidade do vírus O conhecimento essencial sobre a base genética do cân. po~ que codifica a transcrip- rais foram descobertos em muitos organismos diferentes. Muitas dessas proteínas celulares foram recombinante em DNA seguida por integração aos cromos- identificadas por isolamento do homólogo celular do on. e11tre celulares e transmiti-los da membrana plasmática para o eles os seres humanos. tivesse de galinha. porém. um vírion que tem uma molécula recombinante desse tipo empacotada seria capaz As proteínas codificadas por 011cogenes ''irais são seme. está relacionado com ele em sentido evolutivo. Nesse aspecto. o ge11e v-src foi usado como um retrovírus foi acompanhada pela perda de algum sonda de hibridização para detectar clones de DNA re. Como o material perdido é ne- combinante que poderiam emparelhar suas bases com cessário para a replicação viral. por exemplo. material genético ''iral. esses oncogenes celu- núcleo. ainda outra categoria de proteínas de oncogenes lares apresentam considerável co11sen1ação da estrutura.ou seja. concomitantemente. de transduzir o gene c-onc sempre que infectasse outra célu- lhantes às proteínas celulares com funções reguladoras la. Para co11hecer as funções de duas lhantes dos oncogenes celulares de ''ertebrados c-abl. de v-src é c-src. cidos e c-src codifica uma proteí11a de 533 aminoácidos. designados c-onc. O que seria mais útil para um 'IÍrus que um cogene viral. o homólogo celular do ge11e novo gene que estimula o crescimento de seu hospedeiro v-src foi obtido por busca em uma biblioteca de DNA ge. somos da célula. inclusive daqueles participantes genes são muito semelhantes. Em regra. mas nenhum no gene produz muito mais proteínas que seu correspondente ce- v-src propriamente dito. gali11l1a co11têm um ge11e semelhante ao v-src. cfps. Em células tumorais gene celular normal e que. Portanto. outras podem agir como Usando os genes v-onc como sondas. Por exemplo.br. c-erbB. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 579 oncoge11e viral parece codificar uma proteí11a que. integrado e difere do gene v-src em um aspecto muito Por que os v-oncs induzem tumores. na verda- . Em muitos casos. auxiliar. a mutação de essas proteínas poderiam transferir um sinal do exterior para o um desses genes pode perturbar o equilíbrio bioquímico de interior da célula? uma célula e colocá-la no caminho de se tornar cancerosa. ciados ao desenvolvime11to de um estado ca11ceroso. As sequê11cias codificadoras desses dois são de genes celulares. as proteínas que eles codificam participam de importan- tes funções celulares. Essa descoberta surpreende11te lular. a aquisição de um oncoge11e por fectadas. o que causa crescimento desregulado. use suas habilidades de pesquisa e res. Para essa pesquisa. não está associado a um vírus do sarcoma Capítulo 8. Então. teori. esses vírus oncogênicos ele.com. parece que o oncogene viral 110 homólogo de galinha de v-src. foram isolados de muitos organismos diferentes. Outros genes v-onc podem i11duzir tumores pela expressão de suas proteínas em ocasiões impróprias ou pela expressão de formas alte- radas . A análise desses clones constatou que as células de só são capazes de se reproduzir 11a presença de um vírus . c-raf. ou às ''ezes. Esses dois receptores são proteínas transmembrana com um domínio de ligação ao fator de crescimento no exterior Os produtos dos c-oncs têm papéis essenciais na regulação da célula e um domínio de proteína quinase no interior. . Esse transdutores anômalos sobre os quais comentamos no gene. mutantes .1el é que v-oncs derivaram de c-oncs pela DE ONCOGENES VIRAIS 1 OS i11serção de um mRNA de c-onc totalmente processado no PROTO-ONCOGENES ge11oma de um retrovírus. talvez em razão da ativação da transcrição por acen- sugeriu que talvez v-src tivesse evoluído a partir de um tuadores inseridos 110 genoma viral.1isão.dessas proteínas. o homólogo celular camente. mas os c-oncs nor- importante: contém íntrons. Durante a infecção. Os oncogenes virais v-erbB e v-fms O gene v-erbB codifica uma versão truncada do receptor para o fator de crescimento epidérmico (EGF). enquanto seu genoma integrado aproveita a carona? nômico produzida a partir de células de gali11ha 11ão in. Estudos de muitos tipos diferentes de cânceres humanos ~ Leia a resposta do problema no site mostraram que os 011coge11es celulares mutantes estão asso- http://gen-io. tem homólogos muito seme- lar a expressão gênica. nor1nais. 11 íntrons 1nais não? Em algu11s casos. / mais tirosina qui11ase que o gene c-src. dos tipos de atividade celular. haveria tra11scrição reversa do RNA importantes.grupogen. mas os v-oncs não? A res- HOMÓLOGOS CELULARES posta mais plausí. outros genes c-onc receptores e captar esses si11ais ou como agentes intra. virais podem agir como fatores de transcrição e estimu. o ge11e v-src produz 100 vezes perdido seus íntrons. A Drosophila. diferindo apenas em 18 de processos de crescimento e di. v-src codifica uma proteína de 526 aminoá- proteínas podem agir como sinais e estimular determi11a. dessas proteínas. na verdade. Co11sequentemente. assemelham-se aos bacteriófagos de. Por que os c-oncs têm íntrons. E claro que esse Os homólogos celulares de oncogenes ''irais são de- grande suprimento de quinase perturba os delicados me- nominados proto-oncogenes. c-ras e c-myb. A semelhança de oncoge- ponda às questões de Resolva! Os oncoge11es virais v-erbB nes de difere11tes espécies é uma forte indicação de que e v-fins. Algumas dessas nucleotídios. oncogenes celitlares canismos sinalizadores que controlam a divisão celular. Como das atividades celulares. Há. e o gene v-fms codi- ONCOGENES CELULARES fica um análogo do receptor para fator estimulador de colônias MUTANTES E CÂNCER (CSF-1). por exemplo. poderia ter um papel de regulação da expres. 580 Fundamentos de Genética A primeira evidência que relacionava o câncer a um vadas em células cancerosas. Portanto. que serviu de marcador molecular. apenas uma das duas cópias do marcador (vermelho) a cada fragmento. testes. modo ativo de sinalização. a equipe de pesquisa de Weinberg identificou um Versões mutantes dos oncogenes c-ras foram encontra- fragmento de DNA do câncer de bexiga original respon. . o crescimento torna-se (identificável porque desregulado e surge o câncer. des de proteínas. em células em cultura para verificar se al.é inevitável que ocorram milhares de mutações . do cólon. . entre eles tumores do pulmão.3 Teste de transfecção para identificar sequências de cogene celular. as mutações causam substituições de aminoácidos em uma destas três posições: 12. por si só. bem como em neuroblastomas (cânceres das células nervosas). ou mo de transformação cancerosa das células por essa mu- transfectados.y tempo sem desenvolver tumores. ção. pelo tem um marcador).1>-fl potencialmente oncogênicas. importante na etiologia do câncer humano. DNA bacteriano. Os Agora os geneticistas têm alguma noção do mecanis- fragmentos de DNA marcados foram introduzidos. a proteína mutante é mantida em relacionado com os fragmentos transfectantes originais. o trifosfato de guanosina (GTP). esses tipos de mutações estimulam o crescimento e a divisão celular. O DNA foi extraí.. portanto. Esse fragmento tinha um c-onc mutante veio do estudo de um câncer de bexiga hu.1>-fl 'Cf Repetição do (f As células se como um ativador dominante do crescimento celular procedimento para cancerosas descontrolado. vivem durante muito colônia em -. A mutação responsável por esse câncer de bexiga da linhagem Harvey do vírus de sarcoma de rato. com a substituição da glicina normalmente encon- chos. homólogo de um oncogene mano. Em todos os casos.4). alelo do oncogene c-H-ras. quando cultivadas em placas de ágar proteína c-H-ras mutante de hidrolisar um de seus subs- semissólido. nos. de DNA para células As mutações ativadoras dominantes em oncogenes ce- 0""-'Y normais.j. da próstata e da bexiga. O Integração do lulares raramente são herdadas na linhagem germinativa. Muitas pessoas.j. ou focos. Mutações em c-ras e outros oncogenes celulares que 0""~-y • levam ao câncer dessa maneira são. transmitindo informações que Em caso afirmativo. por valina na posição 12 compromete a capacidade da merados.. o gene c-H-ras gum deles poderia transformar as células em um estado mutante não sintetiza quantidades anormalmente gran- canceroso. Esse estado poderia ser reconhecido pela ten. depois.. Em vez disso. esse grupo de genes tem um papel DNA capazes de transformar células normais em cancerosas. Em muitos tumores. O DNA dessas células foi extraído e exami. quando há mutação de vários diferentes genes 0-V Isolamento de DNA reguladores do crescimento. A explicação para esse + cultura. minante em sua capacidade de produzir o estado cance- roso. Assim. da mama. Ao contrário dos oncogenes virais.j. A aná- foi isolada por Robert Weinberg e seus colegas por meio lise subsequente da sequência de DNA mostrou que um de um teste de transfecção (Figura 21. ativadoras O Transferência • dominantes do crescimento celular descontrolado. Como o número de divisões de seus descendentes em células cancerosas. Em razão desse nado para verificar se continha o marcador molecular comprometimento. o desenvolvimento de um tumor seria verificar a capacidade formam uma de transformação. • • Células • Cada uma dessas substituições de aminoácidos compro- mete a capacidade da proteína Ras mutante de desativar normais seu modo de sinalização ativa.1>-fl tretanto. gene c-ras sofreu mutação.mais de 1016 . O alelo mutante isolado é do- ~ -" _. 59 ou 61 . das em um grande número de diferentes tumores huma- sável pela transformação reprodutível de células culti. 0 ""/l G7 Isolamento do DNA e acréscimo de Nesses tipos de câncer. inevitável. testava-se novamente a capacidade acabam por estimular a divisão descontrolada das células do DNA de induzir o estado canceroso. Depois de vários (Figura 21.3). fibrossarcomas (cânce- res do tecido conjuntivo) e teratocarcinomas (cânceres • Células tumorais que contêm diferentes tipos celulares embrionários). • celulares ao longo da vida humana é muito grande . cada trecho foi ligado a um segmento de trada nessa posição na proteína c-H-ras por uma valina. porém. e se cada uma delas agis- . a célula não é capaz de específico adquirido por células transformadas compensar seus efeitos separados. a substituição da glicina dência das células cancerosas a formar pequenos aglo. tação. menos uma dessas mutações prejudiciais está em um on- • FIGURA 21. En- . raramente é capaz de induzir um estado canceroso. nucleotídio no códon 12 desse alelo havia sofrido muta- do do tecido canceroso e fragmentado em pequenos tre. paradoxo é que a mutação de cada oncogene.. tratos. oncogene à celula a grande maioria delas ocorre espontaneamente no cor- com transformação po celular durante a divisão. / / A A proteína Ras mutante não é regulada Membrana Membrana plasmática nuclear \ Citoplasma \ Núcleo DNA Proteína Ras .. _ \ por desfosforilação 1 Ras..Cf' A divisão celular extracelular não mutante mutante transduz transcrição imprópria ocorre de maneira influencia o permanece no um sinal constitutivo de genes participantes controlada. (Veja a discussão sobre translo. tirosina quinase. inativa .... mo 9 (Figura 21.. na verdade. do GTP ligado.. para o núcleo. P . a leucemia mielo._P t 0 ._ 1 '' ... criando um acreditava-se que tivesse apenas uma deleção no braço gene de fusão cujo produto polipeptídico tem a termi- longo. levando à divisão celu lar descontrolada... Sinais extracelulares como fatores de crescimento estimulam a conversão de Ras inativo em Ras ativo... estado da \ ligado e . 1 ------. os to. B. ao núcleo.. esses sinais são transmitidos a outras proteínas e.. O produto proteico normal do gene ras alterna entre os estados inativo e ativo.P . Esse cromossomo anormal foi original. portan.. o sinal extracelular l \ e A proteína Ras é ativada por i ' 0 ativa transduz 0 O"A proteína Ras Cf Esse sinal regula 'ff A divisão celular a transcrição ocorre de maneira influencia o 1 fosforilacão do GDP i o sinal para de genes participantes controlada. Como essa sinalização é intermitente e regulada. estado da proteína estado ativo.. onde induzem a expressão de genes participantes da divisão celular.4 Sinalização pela proteína Rase câncer. depen- dendo se está ligado a GDP ou GTP.~. > ativa extracelular I I \ \ f 1 GTP RNA ! ~ ..p 0 .. longo do cromossomo 22 uniu-se ao corpo do cromosso- ranjos cromossômicos. por fim.. a extremidade do braço longo do cromossomo 9 uniu-se CROMOSSÔMICOS E CÂNCER ao corpo do cromossomo 22. A. _. da divisão celular... O ponto de quebra da translocação gênica crônica (CML) está associada a uma aberração do no cromossomo 9 é o oncogene c-ab~ que codifica uma cromossomo 22. e a porção distal do braço Alguns tipos de câncer humano estão associados a rear.. A proteína Ras mutante existe principalmente no estado ativo... Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 581 A proteína Ras normal é regulada Membrana Membrana plasmática nuclear \ Citoplasma \ Núcleo Proteína Proteína DNA Ras Ras Sinal ..SA).P '\ÂP .. proteína _.. Por intermédio de Ras ativo... e o ponto de quebra no cromossomo 22 mente descoberto na cidade de Philadelphia e. Ras mutante. entretanto. a característica marcante do câncer. da divisão celular... está em um gene denominado bcr. resultado da translocação recíproca entre por que. ....... a análise subsequente com técnicas nação amino da proteína Bcr e a terminação carboxi da moleculares mostrou que o cromossomo Philadelphia proteína c-Abl. Embora não se compreenda exatamente é... O sinal Cf A proteína Ras 'fl A proteína Ras 'l»"' Esse sinal causa a 4. ··)lioi. é denominado cromossomo Philadelphia. Por exemplo. esse polipeptídio de fusão torna os leucócitos os cromossomos 9 e 22. genes bcr e c-abl foram unidos fisicamente.P 0f>. . Essas proteínas transmitem seus sinais de maneira mais ou menos constante. a divisão celular ocorre de maneira controlada. A princípio.inativada : o núcleo.. REARRANJOS cações no Capítulo 6. "Y GTP GDP . Por translocação.. Sinal ···· ···········)lioi- ativa extracelular RNA GTP Câncer 0""/} 0"/} 0"/} '\P. O mecanismo pode implicar a atividade da ..) Na translocação Philadelphia.. cancerosos. B • FIGURA 21. que é rigorosamente dos três cromossomos (2. essas mutações afetam os genes que predisposição ao desenvolvimento do câncer segue um .. veja o Capítu- a função da tirosina quinase da proteína c-Abl foi ativada lo 20). E mostrado apenas o cromossomo translocado (14q +)que tem tanto o oncogene c-myc quanto os genes de cadeia pesada de imunoglobulina (IGH).. que podem induzir tumores quando são hiperexpressos ou quando sofrem mutação para produzir proteínas com atividade anormal • As mutações em proto-oncogenes promovem ativamente a proliferação celular • Alguns cânceres estão associados a rearranjos cromossômicos que estimulam a expressão de proto-oncogenes ou que alteram a natureza de seus produtos proteicos. CÂNCERES HEREDITÁRIOS E A HIPÓTESE nes são hiperexpressos ou quando produzem proteínas que atuam como ativadores dominantes. . como são celular. a célula tende a DE DOIS EVENTOS DE KNUDSON se tornar cancerosa. mais conhecidos. Por isso. Nelas. Assim. associado à leucemia mielogênica crônica. mais comuns (Figura 21. entre elas algumas rearranjo resulta na superexpressão do oncogene c-myc que participam do controle do ciclo celular. inicialmente pela análise de cânceres raros nos quais a tações e. o oncogene c-myc no essa fusão é um ativador dominante da tirosina quinase cromossomo 8 é justaposto aos genes para as cadeias pe- c-Abl.bcr 1 bcr . 2 2 3 Genes da Genes da c-abl +-Y. Pontos de Ponto de 3 cadeia /GH quebra 4 quebra cadeia /GH c-myc ~ Ponto de c-myc quebra A B • FIGURA 21.-. Cromossomos normais Cromossomo translocado 8 14 14q+ 3 Cromossomo 2 1 Philadelphia p 2 1 3 1 p 1 2=1 )llo . Uma translocação recíproca implicada no linfoma de Burkitt. 14 torna essas células cancerosas. Genes suP-ressores tumorais Muitos cânceres envolvem a inativação de genes cujos normalmente limitam o crescimento celular. B. . As translocações dos cromossomos 8 e 14 são as constitutivamente pela fusão do gene bcr/c-abL Portanto.582 Fundamentos de Genética Cromossomos normais Cromossomos translocados 9 22 9q+ 22q. A translocação recíproca implicada no cromossomo Philadelphia que está . mas é desregulada em cé. em células que produzem cadeias pesadas de imunoglo- do fosforilado. Entretanto. Esse forilação anormal de outras proteínas.SB). o desenvolvimento com. 14 e 22) que têm genes codifi- controlada em células normais. a superexpressão de leucócitos associado a translocações recíprocas. sadas de imunoglobulina (IGH) no cromossomo 14. A. PONTOS ESSENCIAIS • Alguns vírus têm genes (oncogenes) capazes de induzir a formação de tumores em animais • Os oncogenes virais são homówgos aos genes celulares (proto-oncogenes). Essas c-myc que ocorre em células com a fusão IGH/c-myc criada translocações sempre abrangem o cromossomo 8 e um pela translocação t8. . tirosina quinase da proteína c-Abl. Na verdade. 2 1 2 . (também conhecidas como anticorpos. _ c-abl q 1 1 1 q 2 3 . Os alelos normais de genes como c-ras e c-myc produzem proteínas que regulam o ciclo celular. c-myc codifica um fator de transcrição que ativa genes que O linfoma de Burkitt é outro exemplo de câncer de promovem a divisão celular. essas proteínas causam o crescimento e a bulina . em geral. Muitos genes supressores tumorais foram descobertos pleto de um estado canceroso costuma exigir outras mu. es- produtos têm papéis importantes na regulação do ciclo sas mutações definem uma segunda classe de genes rela- cionados com o câncer . O gene divisão descontrolada das células. cadores dos polipeptídios que formam imunoglobulinas lulas que produzem o polipeptídio de fusão..5 Translocações implicadas em cânceres humanos. os genes supressores tumorais. Em seu esta. .isto é. Quando esses ge.os antioncogenes ou. nas células B do sistema imune. A desregulação da tirosina quinase c-Abl causa fos. estrutura do gene candidato foi examinada em células re- tísticas. Uma vez isolado. Essa predisposição se e a outra ocorre durante o desenvolvimento dos tecidos deve à heterozigosidade para uma mutação hereditária somáticos do olho. Nos casos esporádicos. Nos casos hereditários. a mutação hereditária específica. determinaram-se a estrutura. as duas mu- com perda de função no gene supressor tumoral. localizado na região definida por essa deleção. são células somáticas e se essa mutação desativar a função necessários dois "eventos" para desativar um gene que do alelo selvagem do gene supressor tumoral. sequência e os padrões de expressão do gene. Os outros 60% não estão associados a uma gene RB. dois "eventos" inativadores. Esses casos não heredi. que vários casos de retinoblastoma estavam associados a Em 1971. Primeiro.(segundo evento) RB- Tumor ocular • FIGURA 21. Na maioria das populações impede o retinoblastoma . Por fim. Terceiro. RB.000 crianças.2. tese de dois eventos de Knudson. técnicas de clona- uma mutação hereditária que predispõe ao surgimento gem posicional foram usadas para isolar um candidato a do câncer. Alfred Knudson propôs essa explicação uma pequena deleção no braço longo do cromossomo para a ocorrência do retinoblastoma. tiradas do tecido tumoral ocular. a tários são ditos esporádicos. . São necessárias duas mutações inativadoras para eliminar a função do gene RB. A análise do heredogra. constatou-se um em cada cópia do gene supressor tumoral. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 583 padrão dominante de herança. Knudson propôs que os casos de retinoblastoma. da. Assim. O cân. o normalmente inibe a formação de tumor no olho. Assim. são provocados hipótese de dois eventos de Knudson.6). uma das mutações Assim. Segundo. Conforme a previsão da tanto hereditários quanto esporádicos. desenvolvimento do câncer requer duas mutações com Achados de pesquisa recentes comprovaram a hipó- perda de função . tações inativadoras ocorrem durante o desenvolvimento cer só se desenvolve se houver uma segunda mutação nas do olho. o mapeamento citogenético mais preciso localizou o ma indica que em aproximadamente 40% dos casos há gene RB no locus 13q14. (Figura 21. Portanto. é necessário que o gene que normalmente raro que acomete crianças. a incidência de retinoblastoma é de aproxima. Em segui- damente 5 em 100.6 Hipótese de dois eventos de Knudson para explicar a ocorrência de casos hereditários e esporádicos de retinoblastoma. um câncer do olho 13. em qualquer tipo de retinoblastoma.(primeiro dois alelos RB+ evento) RB- Mutação somática Mutação somática cria outro alelo cria um alelo RB- RB.esteja humanas.ou seja. as duas cópias des- por inativação das duas cópias de um gene específico se gene foram inativadas nas células de retinoblastoma.(segundo (primeiro evento) evento) RB- Tumor ocular Mutação somática cria outro alelo RB. o gene candidato parecia ser o verdadeiro gene inativadoras foi transmitida pela linhagem germinativa. De acordo com análises esta. experimentos de cultura celular demonstra- Retinoblastoma Retinoblastoma hereditário esporádico Pais RB- V V O filho herda um Filhos O filho herda alelo RB.simbolizado por RB . mossomo 17. há participação de um gene supressor tumoral d iferente. diferenciação. Em seguida. R. intensivamente. Localização no Síndrome Tumor primário Gene cromossomo Função proposta da proteína Retinoblastoma familiar Retinoblastoma RB 13q14.caten i na (PAF} Câncer colorret al hereditário sem Câncer colorret al fvfSH2 2p16 Reparo de erro de pareament o do DNA polipose (HNPCC} fv1LH1 3p21 Pfv1S1 2q32 Pfv1S2 7p22 Neurofibromatose tipo 1 Neu rofibromas NF1 17q11. morte celular programada e repa- no braço curto do cromossomo 11. um câncer do sistema morais atuam em diversos processos celulares. e em quase todas elas o defeito está matose. em um gene supressor tumoral.584 Fundament os de Genética ram que um cDNA do alelo selvagem do gene candidato nesse gene ou por mutações em outros genes supresso- poderia reverter as propriedades cancerosas das células res tumorais ainda não identificados. neurofibro. Human cancer syndromes: clues to the origin and nature of cancer. essas três Pesquisas recentes mostraram que a proteína supressora doenças são raras.é uma proteína de expressão generalizada que interage com uma família de fatores de PAPÉIS CELULARES DAS PROTEÍNAS transcrição participantes da regulação do ciclo celular. a hipótese de dois eventos de Knudson Cerca de 1% dos cânceres é hereditário.Lindau Câncer renal VHL 3p25 Regulação do alongamento transcricional Melanoma familiar Melanoma p16 9p21 Inibidor de CDK Ataxia-telangiectasia Linfoma ATfvf 11q22 Reparo do DNA Síndrome de Bloom Tumores sólidos Blfvf 1Sq26. é o gene APC localizado no braço longo do pRB cromossomo 5. no tumor de Wilms. o gene supressor tumoral é o lVTl localizado divisão. . Para conhecer as tumorais cultivadas. e apenas uma fração dos casos obser. é o gene NFl localizado no braço longo do cro. síndrome de Li-Fraumeni.2 Ligação de proteínas da membrana ao • • men1ng1omas citoesquelet o Tumor de Wilms Tumor de Wilms WT1 11p13 Repressor da transcrição Câncer de mama familiar 1 Câncer de mama BRCA1 17q21 Reparo do DNA Câncer de mama familiar 2 Câncer de mama BRCA2 13q12 Reparo do DNA Doença de Hippel. ro do DNA. apresentaremos algumas se. distúr- bio caracterizado pela ocorrência de numerosos tumores no cólon. Em cada caso. NF2 22q12. não em um oncogene. Em- vados está relacionada com mutação hereditária no gene bora o gene RB tenha sido descoberto por sua associação supressor tumoral correspondente. E. e na polipose adenomatosa familiar. Assim como o retinoblastoma.1 DNA helicase Fonte: Fearon. de tumor RB participa da regulação do ciclo celular.2 ).1 Fator de t ranscrição mama Polipose adenomatosa familiar Câncer colorret al APC Sq21 Regulação de ~. entre eles car- Tabela 21. fo- foi aplicada a outros cânceres hereditários. leia câncer comprovaram. entre eles tumor de Wilms.2 Síndromes de câncer hereditário.3 Regulação do ciclo celular e da transcrição Síndrome de Li-Fraumeni Sarcomas. Nas seções a seguir. Entretanto. Science 278:1043-1050. 1997. ram identificadas mais de 20 diferentes síndromes de câncer hereditário. doença caracterizada por tumores benignos e lesões das proteínas supressoras de tumor que foram estudadas cutâneas. câncer de TP53 17p13. as mutações nesse gene também provocados por duas mutações somáticas independentes estão associadas a outros tipos de câncer. que o gene Problema resolvido: Estimativa das taxas de mutação em candidato era o verdadeiro gene supressor tumoral RB. SUPRESSORAS DE TUMOR Desde então. doença de Hippel-Lindau e alguns tipos de cân- ceres de cólon e de mama (Tabela 21. entre eles urogenital.denominado pRB . Os demais casos são com o retinoblastoma. constatou-se que o produto proteico desse gene .2 Regulação da sinalização mediada por Ras Neurofibromatose tipo 2 Neuromas acúst icos. sem sombra de dúvida. retinoblastoma. Esses experimentos de reversão do dimensões genéticas da hipótese de dois eventos. na neurofibromato. As proteínas codificadas por esses genes supressores tu- Por exemplo. esses fatores de transcrição ficam livres para ativar Assim. seja por tumores humanos que tenham mutações inativadoras em mutações que reduzem ou extinguem a capacidade da nenhum desses genes. e camundongos homozigotos para proteína RB de se ligar a fatores de transcrição E2F. me de Li-Fraumeni. Na ausência desse freio. cada por um gene supressor tumoral denominado TP53. Essa proteína é codifi- Consequentemente. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 585 Estimativa das taxas de mutação em retinoblastoma PROBLEMA 3. início da fase G 1 do ciclo celular.5 X 10-7 mutações 2. camundongos ção deixa-os livres para ativar os genes-alvo e dar partida homozigotos para mutações knockoitt nesses dois genes no mecanismo de síntese de DNA e divisão celular. Além disso. nases dependentes de ciclina. pais. tendem a ª''a11çar rapidamente no ciclo. capacidade de pRB de se ligar a esses fatores de tra11scri- sentam fenótipo anormal. do ciclo celular falharem. gene RB de um dos pais. pos de câncer. seus genes-alvo. osteossarcoma e Mais adiante em G 1. não só no retinoblastoma..de um dos pais X 2 X 106 cé lulas por olho X 2 1.7 X .ários genes cujos produtos condu- zem a célula ao longo de seu ciclo. os fatores do ciclo celular codifica. 10-7 mutações/ano . por mutações. Quando dois eventos são independentes. A in- uma mutação kn ockout em qualquer um deles não apre. No temente e formam tumores. O número médio de ção do gene RB nos primeiros 2 anos de vida . um distúrbio domina11te raro i10 . p107 e p130 (nomeados segundo a lular é perturbado i1as células ca11cerosas. Na morrem logo após o nascimento.5 X 10-7 mutações/2 anos = 3. Não se conhecem das duas cópias do gene RB. de RB morrem durante o desenvolvimento embrio11ário. noblastoma (RB) podem ter tumores em um olho (RB uni lateral) 4. Entretanto. seja por deleções.7). a taxa de mutação é 3/(4 X 106) = 7. pRB liga-se às proteínas E2F.ida. o produto gênico RB é essencial para a . e o mecanismo Mutações hereditárias de TP53 estão associadas à síndro- de síntese de DNA e divisão celular se ma11tém latente. é preciso determi - nar o número de eventos de mutação em comparação com o embrionária . pRB é fosforilada pela ação de qui- carci11oma da bexiga.qual será a taxa de mutação somática do mutacionais. pode haver mais probabilidades de cada um para calcular a probabilidade de que de um tumor. também podem ter papéis estra. simbolizado por pRB.o segundo evento tumores (três) é uma estimativa do número médio de eventos na hipótese de Knudson . número total de chances desses eventos. Dois genes homólogos a RB latente de um no''º ciclo celular. por determinados . Em pacientes que haviam herdado uma mutação do ambos ocorram. foi elimi11ado um dos freios naturais do proces- membros p107 e p130 da família RB de proteínas partici. as células dividem-se incessan- pel de pRB na regulação do ciclo celular ( Figura 21.. multiplicam-se as ou nos dois olhos (RB bi lateral).írus de DNA. pRB é desfosforilada e cada célula-filha entra na fase regulação do ciclo celular. foram encontrados em genomas de mamíferos. ele estimou que o número tota l de retinoblastos . dos por esses genes i1ão são produzidos. Nesse estado modificado. 7. os verdade. Além disso. O retinoblastoma ocorre quando os dois genes RB são inativados olhos por paciente = 4 X 106 chances de um evento mutacional. Knudson constatou que o número tota l ANÁLISE E SOLUÇÃO médio de tumores formados era três. Se cada tumor nesse grupo de pacientes for causado por outra muta. as células pam de importantes processos celulares. não podem se ligar a p53 foi descoberta por seu papel na indução de cânceres sequências acentuadoras específicas em seus genes-alvo. olho. e.era de aproximadamente 2 milhões em cada olho.. Se outros freios Ai1álises moleculares e bioquímicas esclareceram o pa. e seus Esse ava11ço ordenado e rítmico ao 1011go do ciclo ce- produtos proteicos. é uma o ª''anço da célula para a fase Se a mitose. Uma dessas mutações inativadoras pode ser herdada de um dos ou. cinoma pulmonar de pequenas células.as células que formam a retina Para estimar a taxa de mutação somática.juntos. em cada olho. camu11dongos homozigotos para uma mutação knockout pRB libera os fatores de tra11scrição E2F ligados a ela. Após a mito- proteína nuclear de 105 quilodálto11s que participa da se. Desse modo. Casos esporádicos de retinoblastoma ocorrem quando as duas Alfred Knudson baseou sua hipótese de dois eventos do câncer em mutações inativadoras surgem durante o desenvolvimento do uma análise estatística do retinoblastoma. Assim. cervical e da próstata. O número de chances desses eventos é uma função gene RB por ano? do número total de genes que podem sofrer mutação e produzir um tumor: 1 gene RB+ por célula em um paciente que já herdou FATOS E CONCEITOS uma mutação RB. uma família de fatores de transcrição que contro- p53 lam a expressão de . codificadores de proteínas que induzem O produto gênico RB.ração tégicos i1a regulação do ciclo celular. Então. Quando os fatores de A proteína supressora de tumor de 53 quilodáltons transcrição E2F estão ligados a pRB. so de divisão celular. em uma base anua l. Os pacientes com reti. Em muitos ti- massa em quilodálto11s) . há inati. )AI> (f A célula ultrapassa o ponto de verificação START e entra na fase S. pRB liga se à família E2F de fatores pRB E2F de transcricão.. . I 1 ciclina D/CDK4 I 1 I \ ~ ' . Outros aminoácidos constituído de três domínios distintos: um tipos de mutações são encon trados n a porção OD dopo- domínio de ativação de transcrição N-terminal (TAD). Na verdade.586 Fundamentos de Genética Início de G1 :\AI> 4. A fosforilação de pRB pelos complexos ciclina/CDK libera as proteínas E2F para ativar seus genes-alvo. lipeptídio. que ativam seus genes-alvo.. pRB paralisa o ciclo celular na fase G. " carc1nogenese. .)AI> CJ pRB fosforilada libera as proteínas E2F ativo E2F ligadas. mutações em DBD A proteína p53 é um fator de transcrição com 393 são tipicamente recessivas com perda de função. es- u ma variedade de cânceres. essas mutações sas mutações comprometem ou extinguem a capacidade são encontradas n a maioria dos tumores humanos.)AI> M fl' Divisão celular • FIGURA 21. transcricional desses genes. V . Por sua interação negativa com os fatores de transcrição E2F. qu al pode se desenvolver qualquer um dos vários tipos e um domínio de h omo-oligomerização C-terminal diferentes de câncer.AI> I I 1 1 0-Y Complexos ciclina/CDK Complexo I 1 fosforilam pRB. e inicia se a replicação de DNA. que codificam proteí- nas úteis para que a célula ultrapasse o ponto de verificação START e entre na fase S. a perda da função de p53 é uma etapa essencial n a seridas em seus genes-alvo. assim impedin do a ativação . Complexo ciclina 1 E/CDK2 1 1 1 1 1 . Por. Mutações somáticas que inativam (OD) (Figura 21. Eviden temente. Moléculas de p53 com esses tipos de mutação u m domínio central n o cerne de ligação ao DNA (DBD) dimerizam-se com polipeptídios p53 de tipo selvagem e .)AI> 'fj' As proteínas E2F ligadas são incapazes de estimular a transcrição de seus genes-alvo. da p53 de se ligar a sequên cias de DNA específicas in- tanto. s .tf J No início de G 1. pRB fosforilada RNA :\AI> Proteína 4. Portanto.C t J' As proteínas codificadas pelos alvos dos fatores de transcrição E2F Final de G1 do ciclo participam do progresso do celular ciclo celular...SA).j. A maioria das mutações inativado- as duas cópias do gene TP53 também estão associadas a ras de p53 está localizada em DBD.7 Papel de pRB no progresso do ciclo celular.. fatores de transcrição E2F. Interrupção do ciclo celular B • FIGURA 21.é bloqueada. como radia.1>-fl CJ As proteínas E2F não estão Genes. assim perm i- nível da p53 é baixo. DBD =domínio de ligação ao DNA. Em células normais. o nível de p53 aumen ta radicalmente. uma proteína catalisa uma reação ou um gene é expresso) e uma seta sem ponta indica influência negativa (p. e o ciclo celular proteicos é interrompido. Os números referem-se às posições do aminoácido no polipeptídio. t p53 Via de interrupção do ciclo celular Via apoptótica . TAD =domínio de ativação da transcrição. E2F . a via apoptótica é ativada e V A pRB hipofosforilada inibe Via apoptótica a célula é destruída. ou ativa outro conjunto com um agente que cause danos ao DNA. mutações em OD degradação de p53. Em cada via.j. ~ U A proteína pRB permanece em 71 estado hipofosforilado pRB )Ir pRB hiperfosforilada .1>-fl '\f>-fl Cf Na ausência de repressor. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 587 Mutações negativas dominantes ~ . mas quando as células são tratadas tindo o reparo do DNA lesado. A barra que corta a seta indica que a influência .j.~.A proteína E2F antagoniza a CDK proteína BCL-2. Essa resposta célula danificada. Foram identificadas duas vias de resposta. repressão da síntese ou atividade da proteína ou repressão de uma via). p53 induz a '\f>-fl síntese da proteína BAX.~~~~ 00D ~~. ex.1>-fl OV Atuando como fator de transcrição. ex. B.8 A. impedem que os polipeptídios de tipo selvagem atuem à lesão do DNA é mediada por uma via que diminui a como ativadores de transcrição. Domínios principais em p53. é fosforilada e convertida em u ma forma estável e ativa.- 00 ~. OD =domínio de oligomerização. Assim. uma seta com ponta indica influência positiva ou mudança de direção (p. ~. de genes cujos p rodutos acabam por causar a morte da ção. p53 estimula a transcrição de genes celular ao estresse (Figura 21. ""fj' A proteína p21 inibe as atividades de fosforilação das CDK.1>-fl (Y As proteínas codificadas pelos alvos dos fatores de transcrição E2F não Produtos são produzidas. V '\f>-fl Atuando como fator de p53 induz a síntese de p2 l. p21 BAX transcrição. Em resposta à lesão do DNA. A proteína p53 tem um papel essencial na resposta Uma vez ativada..~ 1 42 113 290 330 360 393 Mutações recessivas com perda de função A A lesão do DNA induz aumento da quantidade de p53. . V disponíveis para induzir a Morte celular transcrição de seus genes-alvo.j. alvo . Papel de p53 na resposta celular à lesão do DNA.SB). o cujos produtos interrompem o ciclo celular.j. uma proteína é sintetizada ou fosforilada.. p53 têm efeito negativo dominante sobre a função da p53.posit iva ou negativa . um repressor BCL-2 da via apoptótica. Essa via é desencadeada quando p53 celular.grupogen. As interações com esses fatores de transcrição ativa o gene para p21. A embora sejam prope11sos a desenvolver tumores à medida ausência dessa proteí11a libera um importante freio da que en. pode haver acúmulo de e o consequente aumento do número de células leva outras mutações causadoras de descontrole.ração mutacional de p53 é uma etapa no epitélio intestinal. e a predisposição à sua formação p21 fosse i11ati. nal. Quando essas mutações ocorrem.98). as células geradoras das projeções di- a célula ma11tenha sua integridade genética. substituídas por células novas geradas por divisão.com. Os indivíduos sem mu- A proteína pAPC de 310 quilodáltons foi descoberta tação para PAF rarame11te apresentam múltiplos ade110- pelo estudo da polipose adenomatosa do cólon. indiferenciado. Em . no intestino de heterozigotos para PAF resulta da ocor- rência independente de segundos "e. os portadores de denominada BCL-2. uma proteí11a codificada por gene ati. . e a divisão celular prossegue sem regulação de respostas celulares ao estresse. países ocide11tais. Você clas- sificaria o gene p21 como um gene supressor tumoral? sário 110 epitélio intestinal porque esse tecido perde uma quantidade enorme de células todos os dias . que possibilita que fu11ção de pAPC. O modo de programação da morte ce. tem papel essencial 110 controle da re11ovação das células inibidor dos complexos de proteína ciclina/ CDK. ao surgime11to de muitos tumores be11ignos peque11os muitas vezes a inati. E11tretanto. p53 não pare- . rem para divisões subsequentes. proteína que inibe as atividades de fos. produzem mais células de seu próprio tipo. podem surgir um ou alguns adenomas .588 Fundamentos de Genética Um fator proeminente em resposta à interrupção do hereditário que costuma levar ao câ11cer colorretal. são favorecidas qua11do sinais que chegam à superfície forilação das qu inases dependentes de ciclina (CDK). . Durante essa pausa. Assim.9A) . Essa ciclo celular é p21. ções durante a regeneração natural do epitélio intesti- te a embriogênese. Porta11to. A pro- seria operante em uma célula que tivesse mutações com perda liferação celular induzida por sinal é um processo 11eces- de função nos dois genes p21? Explique sua resposta. e a célula prossegue para sua própria destruição. a idade média por p53. as informações atuais suge- é interrompido.br. Assim. há parece implicar a proteína produzida a partir do gene alta probabilidade de que pelo menos um deles se trans- BAX A proteína BAX é antagonista de outra proteína forme em um tumor maligno. com 2. p53 pode desencadear uma res. Qua11do o gene BAX é ativado uma idade relativamente jovem. seu modo supressor. A proteína p21 é um .843 ami11oácidos ( Figura 21. 110S EUA. apesar de seu papel essencial na proliferação celular. Assim.rem-se no intestino de tose. inclusive determi- A proteína p53 controla duas vias que respondem à lesão do nados fatores de tra11scrição que estimulam a expressão DNA celular.rentos" de mutação pAPC nas células do epitélio intestinal. seu produto proteico libera a proteí11a BCL-2 de é de 42 anos. a proteína p53 não parece ter papel im.em seres ~ leia a resposta do problema no site humanos. Uma via interrompe o ciclo celular para perm itir de genes cujos produtos proteicos promovem a divisão o reparo do DNA lesado. de células 110 epitélio intestinal. a formação de ''ários tumores benignos ce influenciar o curso do desenvolvimento embrionário. ximadamente 1 em 7. é herdada como um distúrbio autossômico dominante A proteína p53 também pode mediar outra resposta conhecido como polipose adeno1natosafamiliar (PAJi). distúrbio mas. a capacidade de sintetizar proteína pAPC funcional. Múltiplos adenomas desenvol. a frequência na população é de apro- parar os da11os celulares. controle. Esses tumores são de11ominados estratégica na via canceríge11a. . que normalmente suprime a via de uma mutação de PAF desenvolvem câncer colorretal em apoptose (morte celular). As células gitiformes no epitélio i11testinal permanecem em estado sem p53 ativa têm dificuldade de empregar esse freio. O texto Resolva! Abaixo da p53 desafia o leitor a imaginar o que aconteceria se pólipos ou adenomas. Essa via celular estimulam a divisão celular ( Figura 21 . Em caso de perda da ''ação de um freio 110 ciclo celular.000. Embora do p21 é si11tetizada em resposta ao estresse celular. o alelo APC selvagem que elas têm sofre várias muta- portante na morte celular programada que ocorre duran. as células perdem tações knockout em TP53 desenvolvem-se normalmente. / A proteína pAPC parece controlar a divisão celular por sua capacidade de ligação à l3-cateni11a. A 13-catenina também se Abaixo da p53 liga naturalmente a outras proteínas. Nor- .restimento (epitélio) do intestino grosso.rez de orquestrar esforços para re. por acaso. proteína presente no interior das células. A' medida que essas células conti11uam Se essas células avançarem no ciclo celular e prossegui- a se dividir. Um mecanismo Embora os adenomas sejam inicialmente benignos. os os mecanismos reguladores desse processo não sejam complexos cicli11a/ CDK são inativados e o ciclo celular totalmente compreendidos.rada por mutações. é possível reparar rem que pAPC controla a proliferação e a diferenciação o DNA celular lesado. vado pelo fator de transcrição p53. Assim. Camu11do11gos homozigotos para mu. pessoas heterozigotas para uma mutação de PAF porque Curiosamente. os dois genes APCforem inativados por mu- . p53 é responsável pela ati. dura11te a adolescência e até pouco depois dos 20 anos. cerca de 10 11 . taçoes somat1cas. . no re. Quan. posta suicida na qual a célula danificada é programada Pacientes com PAF apresentam múltiplos adenomas para destruição. .relhecem. Essa liberação aciona a via de apop. lular por p53 não é bem compreendido. Nos ao estresse celular. grande proteína. se.e as células perdidas têm de ser http://gen-io. Como pAPC man tém baixos os níveis de 13-caten in a tante n a inibição da formação de tumores no in testin o. pAPC retamente em células epiteliais maduras. células com mutações em pAPC perdem a capacidade de tado de n ão divisão ocorre porque as células epiteliais controlar os níveis de 13-catenina. Sem esse controle. Assim. 3b). interações entre pAPC e ~-cateni na impedem a ativação dos fatores de transcrição e a divisão celular é inibida. a expressão de genes cujos produtos promovem o a divisão celular. preservam o vigor para divisão e n ão se difere n ciam cor- mulam a divisão celular. Domínios principais em pAPC. Essa passagem do estado de divisão para o es.1 1324 2075 1 1 li 1 171 1020 1169 2200 2400 2843 y y Domínio de Domínio oligomerização básico A Célula jovem Célula madura Sinal extracelular Ausência de sinal •• •• extracelular ' . e a 13-caten in a n o complexo é destin ada à degrada. As epitélio.9 A. Papel de pAPC no controle do ciclo celular. ººQ ºº o DNA RNA B • FIGURA 21. Em células jovens (etapas 2a.j.. elas maduras n ão receb em os sinais extracelulares que esti. as moléculas normais de pAPC têm papel impor- ção. B. o surgimento de um tumor no revestimen to in testin al. malmente. I \ transcricão • LEF ou TCF / \ no citoplasma.A.'\A. as células recém-criadas perdem a capacidade nas células maduras do epitélio intestinal. Em células maduras (etapas 2b. 3a). lular. uma proteína que pode ativar os fatores de transcrição LEF ou TCF. '' / ' '\ / / / pAPC \ / Proteínas \ I 1 I . O resultado é forma um complexo com a 13-catenin a no citoplasma ce.P Membrana ~cr plasmática Síntese de 13-catenina em resposta a uma via sinalizadora. Os números referem-se às posições do aminoácido no polipeptídio. é pequena a de se dividir à medida que se afastam da parte generativa chance de que a 13-catenina se combine aos fatores de do epitélio e assumem seus papéis n a parte madura do transcrição que estimulam a divisão celular e os ative. .P LEF ou TCF 1 1 f7 1 1 1 1 Formação de um complexo de Formação de um complexo de 13. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 589 Domínios 1e li de ligação da 13 catenina n 1 "----. A proteína pAPC influencia o avanço no ciclo celu lar por interação com ~-caten i na. )1 ~ Migração do complexo 13. / 13-catenina \ 13-catenina com pAPC I \ catenina com fatores de / \ no citoplasma. Na ausência desses sinais. O complexo 13-catenina/pAPC catenina/fator de transcrição Membrana medeia a degradação até o núcleo a fim de ativar nuclear da 13-catenina. um sinal extracelular ativa esses fatores de transcrição e a divisão celular é estimulada. o celular. repetições de di e trinucleotídios microssatélites (Ca- Tanto pBRCAl quanto pBRCA2 têm funções impor- pítulo 13) em todo o genoma apresentam variações tantes nas células. As proteínas pBRCAl e pBRCA2 com PAF. mossomo 13 em 1994 e isolado em 1995. as proteínas pBRCAl e pBRCA2 mutantes nes que controlam o reparo de erros de pareamento parecem comprometer a capacidade de uma célula de do DNA (Capítulo 13).590 Fundamentos de Genética phMSH2 pBRCA 1 E pBRCA2 A proteína phMSH2 é o homólogo humano de uma Versões mutantes dos genes supressores tumorais BRCAl proteína de reparo do DNA denominada MutS encon. Estudos celulares e bioquímicos mos- e um deles dá origem a um câncer. as sequências de mas que reparam o DNA lesado em células humanas. Na etiologia dos cânce- DNA observadas em bactérias com mutações dos ge. ou em três outros mutações inativadoras de BRCAl e BRCA2 na população homólogos humanos dos genes de reparo de erro de humana. bacteriano conhecida como RecA. mor maligno não é atribuível à ativação descontrolada • morais. e pBRCA2 é um polipeptídio de é caracterizado por pequena quantidade de adenomas. em algu- lidade de todo o genoma observada em tumores do mas famílias também é maior o risco de câncer de cólon HNPCC. O risco de câncer de mama e ovário é 1O a 25 vezes causal entre a perda da função de hMSH2 e a instabi. são responsáveis pelos casos segregam essas mutações pode ser difícil (veja Em foco: hereditários de HNPCC. de um único proto-oncogene ou à inativação de um úni- . em particular com pRAD51. foi mostrada a relação ção. um cromossomo que antes havia sido por cerca de 7% dos casos de câncer de mama e 10% implicado no HNPCC por análise de ligação. O homólogo humano de um detectar ou reparar o DNA lesado. HNPCC depois que pesquisadores constataram que as um homólogo eucariótico da proteína de reparo do DNA células nos tumores de HNPCC apresentam instabili. Ao contrário da PAF. Sua participação no rio hereditários. BRCAl foi mapeado no cromossomo 17 câncer humano foi esclarecida pelo estudo do câncer co. codificam grandes proteínas. o HNPCC de 220 quilodáltons.indicou a predisposição ao desenvolvimento desses cânceres é que estava inativado em tumores removidos de alguns herdada como um alelo dominante com alta penetra- pacientes com HNPCC. Camundongos homozigotos para uma frequentes de comprimento. de sequência desse gene . desses genes bacterianos é mapeado no braço curto do Mutações nos genes BRCAl e BRCA2 são responsáveis cromossomo 2. maior em portadores que em não portadores. em 1990 e isolado em 1994. a formação de um tu- somáticas em proto-oncogenes e genes supressores tu. a idade traram que cada proteína está localizada nos núcleos de média de ocorrência do câncer é de 42 anos. também contêm um domínio que possibilita a interação O gene hMSH2 foi relacionado com a herança do física com outras proteínas. Por serem encontradas muitas diferentes da linhagem germinativa em hMS2. Os dois genes sômico dominante com frequência populacional apro. Nos EUA. e BRCA2 JOi mapeado no cro- lorretal hereditário sem polipose (HNPCC). o aconselhamento genético das famílias que pareamento bacteriano. Câncer e aconselhamento genético). e BRCA2 foram implicadas nos cânceres de mama e ová- trada em bactérias e leveduras. res humanos.designado hMSH2 . distúrbio autos. Nessas células. A análise dos casos de câncer de ovário nos EUA. 384 quilodáltons. Assim. A análise subsequente mostrou que mutações ou próstata. Assim. é provável que pBRCAl e pBRCA2 participem de um dos muitos siste- dade genética geral. pBRCAl é um polipeptídio ximada de 1 em 500. PONTOS ESSENCIAIS • Os genes supressores tumoraisforam descobertos por sua associação com cânceres hereditários raros como retinoblastoma • A inativação mutacional de vários genes supressores tumorais é característica da maioria das formas de câncer • São necessários dois eventos de mutação para eliminar as duas cópias funcionais de um gene supressor tumoral em uma célula • As proteínas codificadas por genes supressores tumorais têm papéis estratégicos na regulação do cicl. Para cada gene. Essa instabilidade é re- mutação knockout em um desses genes morrem precoce- maniscente dos tipos de variações de sequências de mente durante a embriogênese. Vias genéticas da carcinogênese Os cânceres são consequência do acúmulo de mutações Na maioria dos casos de câncer. a mesma células normais e que cada uma contém um domínio de idade de surgimento de câncer maligno em pacientes ativação de transcrição. e o marido de uma mulher com uma mutação de BRCA 1 ase. Science 278: frequência de alguns alelos mutantes de BRCA 1 e BRCA2 chega a 1050.ao me. tem de compartilhar a decisão da ooforectomia profi lática.com cônjuge. sultados? Ao paciente? A família do paciente? Aos pais? Aos ticular". 1997. Para um tenha fi lhos. de BRCA 1 tem de começar a lidar com a perspectiva de ser por- Esses testes costumam basear-se na reação em cadeia da polimer. tumores benignos do intestino o adenoma pode crescer e apresentar desenvolvimento grosso desenvolvem-se em indivíduos com mutações ina.. Desse modo. quer avanço tecnológico. O teste genético para pesquisa de genes supressores tumorais sor tumora l mutante. 2. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 591 CÂNCER E ACONSELHAMENTO GENÉTIC0 1 identificação de mutações hereditárias em genes supresso. Se um paciente com história familiar de nação com base no genótipo? Quais seriam as modificações das câncer de mama solicitar avaliação a um conselheiro genético. Por exemplo. Por exemplo. co gene supressor tumoral. dos vários genes supressores tumorais localizados no bra- mores para cânceres com potencial letal exige mutações ço longo do cromossomo 18 podem e11tão induzir o pro- em vários outros ge11es. A consciência da condição de portador também pode gene grande com muitos alelos mutantes diferentes segregados na influenciar outras pessoas. A quem devem ser revelados os re- não é definitivo porque o indivíduo pode ter uma mutação "par. Essa via de mutação é resumida gresso adicio11al do adenoma. tumores. a capacidade de detectar mutações em recer pistas. A perspectiva de morte precoce ovários) profi lática. Em vez disso. Se o pro- formação e no desenvolvimento de difere11tes tipos de to-011coge11e K-ras for ativado em um desses adenomas. do grupo étnico do indivíduo. que políticas de seguro e emprego? Os direitos reprodutivos de indiví- ' mutações ele deve pesquisar? As vezes dados de outros membros duos com mutações nocivas devem ser limitados? Como em qual- da família ou informações do grupo étnico da pessoa podem ofe. que cíficos. o indivíduo pode preferir não se submeter tem mutação do gene APC deve ser submetida periodicamente ao teste porque a carga psicológica de se saber portador de um à colonoscopia.e a chance de transmitir um pressor tumoral mutante seria motivo de comemoração . o avanço desses tu. Entretanto.que podem se Podemos ver essa diversidade e complexidade na transformar em adenomas em estágio inicial. uma criança que não existe tratamento. Entretanto. Bruce. alelo mutante aos descendentes pode impedir que o indivíduo nos na mesma medida em que se pode confiar no teste. Se os testes mutantes provavelmente segregados nas famílias. As- genético. com retirada de lesões intestinais suspeitas. Por exemplo.1054. filhos ou emprego . pode-se instituir tratamento médico para mutantes suscita diversas questões psicológicas. como parentes. foram identificadas a privacidade dos resultados do teste genético? Que políticas os mais de 300 mutações diferentes no gene BRCA 1.10A. a formação de na Figura 21. . a 1 Ponder. o conselheiro deve solicitar o teste devemos proceder. os portadores dessas mutações sim. é difícil elaborar um teste com boa relação custo-eficá. as respostas a essas perguntas es- para esse alelo. o crescimento e a metástase geralmente depen. que nunca foi identificada na população. ou gene mutante com potencial letal pode ser opressiva. mutante pode ser submetido a teste para mutações conhecidas O teste para detecção de genes supressores tumorais mutantes . moleculares mostrarem que um indivíduo tem um gene supres. Em populações de judeus asquenazes. Um indivíduo sob risco de ter um gene supressor tumoral impediria o casal de gerar fi lhos.pelo menos as mais frequentes.células com for- diversas e complexas. Genetic testing for cancer risk. Nos casos em que reduzir a chance de um câncer leta l. fi lhos? Ao empregador? Ao locador do apartamento? À seguradora A existência de alelos particulares dificulta o aconselhamento de saúde? Que medidas a sociedade deve instituir para proteger relativo a cânceres hereditários.5%. Mutações inativadoras em qualquer um tivadoras no gene APC. judeus asquenazes sob risco de câncer de mama ou ovário estão sob alto risco de desenvolver tumores com possível risco de hereditário devem ser submetidos a teste para pesquisa dos alelos morte. enquanto a frequência combinada de todos os alelos mu- res tumorais inaugurou uma nova era no aconselhamento tantes em populações brancas não judias é de apenas 0. população. Esses tecidos tes. de tecidos anormais no epitélio intestinal. as vias ge11éticas da carcinogênese são anormais co11têm células displásicas . isto é. Mutações inativadoras do gene APC ini- tumor. A consciên- uma mulher com mutação dos genes BRCA pode ser submetida a cia de ser portador pode influenciar planos de carreira e decisões mastectomia (retirada das mamas) ou ooforectomia (retirada dos relativas a casamento e filhos. matos i11comuns e núcleos aume11tados . Se alguns alelos mutantes forem característicos tão longe de ser claras. e a maioria deles destina-se a detectar alelos mutantes espe. Uma fi lha jovem cuja mãe tem um teste positivo para a mutação cia para detectar mutações localizadas em outra parte do gene. o resultado negativo cria muitas questões éticas. e cerca de 50% governos devem adotar para proteger as pessoas contra discrimi- delas são particulares. pode impedir que a pessoa assuma compromissos permanentes Evidentemente. Com frequência. às vezes em uma idade relativamente precoce. mais completo. ciam o processo de tumorigênese pelo desenvolvimento dem do acúmulo de mutações em vários genes diferen. e mutações inativadoras . amigos e colaboradores. Atualmente. tadora. o resultado negativo do teste para um gene su. Se determinado alelo mutante tiver sido detectado genes supressores tumorais nos deixa muitas dúvidas sobre como em outras pessoas da família. o conselheiro deve solicitar o teste para eles. 1%. por exemplo. entretanto. Na au. traduz suas instruções em ação dentro da célula..1 identificado ao r-. lar programada.. Assim... sos sinalizadores que estimulam a divisão e o crescimento. outros si- técnica clássica de tratamento do câncer de próstata.. essas células são programadas crescimento é descontrolado porque há supremacia para morrer.. dos sinais estimulantes.. e provavelmente são necessárias ainda Essa autossuficiência pode ser causada por modifica- mais mutações para que haja metástase desse carcinoma ções de fatores extracelulares que estimulam a divi- para outras partes do corpo. podem adquirir a capacidade de sobreviver na ausên- dem transformá-lo em um carcinoma com crescimento cia de androgênio.. do sistema que faz a transdução desses estímulos ou ram esclarecidas (Figura 21....-. 16.. ex... e dois eventos inativado. 1. As células cancerosas adquirem autossuficiência nos proces- res no gene TP53) para o desenvolvimento de um carci.. As mutações em outros duzidos por elas próprias. es- O hormônio esteroide androgênio é necessário para ses fatores opostos equilibram-se e a consequência é a proliferação de células no epitélio prostático. nais inibem a divisão celular.i Adenoma 1--1. Durante o avanço para malig- .i Carcinoma displásico inicial intermediário avançado normal A Via do câncer de próstata independente de androgênio • lnativação do gene • lnativação de vários • lnativação do gene • Superexpressão supressor genes supressores supressor tumoral de oncogene BCL-2 tumoral HPCl tumorais CDHl • Alteração do • Silenciamento do gene (p.. são necessárias até o estágio de independência de androgênio são qua- no mínimo sete mutações independentes (dois eventos se sempre fatais.10 Vias genéticas da carcinogênese. Os cânceres de próstata que avançam capem e invadam outros tecidos. 17 e 18 podem transformar tumores da sante. Em células normais. provavelmente porque um excesso vigoroso.i. As mutações em HPCl.. Outras mutações de gene supressor tumoral do produto do gene BCL-2 reprime a via de morte celu- podem tornar possível que as células carcinomatosas es..108).. prostata em canceres metastáticos. inativadores do gene APC. uma mutação ativadora do Douglas Hanahan e Robert Weinberg propuseram seis gene K-ras.. A divisão celular é estimulada resistentes à terapia de privação de androgênio.. As células cancerosas são anormalmente insensíveis a sinais do proto-oncogene BCL-2 pode tornar esses cânceres inibidores do crescimento. assim criando uma alça de genes supressores tumorais localizados nos cromosso.i Epitélio 1-. e a superexpressao "' A Jll' • - 2. As células do tumor de próstata. a autossuficiência ocorre quando braço longo do cromossomo 1. foram apontadas como as células respondem a fatores de crescimento pro- origem de tumores da próstata.1 próstata independente normal exame histológico localizado de androgênio B • FIGURA 21 . noma intestinal. no gene supressor tumoral TP53 no cromossomo 17 po. feedback positiva que estimula a divisão celular inces- mos 13. uma por vários sinais bioquímicos._. o sência de androgênio. RB) • lnativação do gene receptor supressor tumoral supressor tumoral androgênico TP53 por TP53 hipermetilação • lnativação do gene supressor de metástase KA/l Epitélio Câncer Câncer de Câncer de próstata prostático 1-. o crescimento controlado. dois eventos inativadores em um gene supres.i Adenoma 1--1..592 Fundamentos de Genética Via do câncer colorretal metastático • lnativação do gene • Ativação do • lnativação do • lnativação do • lnativação de outros supressor oncogene gene supressor gene supressor genes supressores tumoral APC K-ras tumoral em 18q tumoral TP53 tumorais Epitélio intestinal 1--1. são celular ou por modificações de qualquer parte As vias genéticas do câncer de próstata também fo. características das vias cancerígenas: sor tumoral no cromossomo 18. porém... Nas células cancerosas. No gene do câncer de próstata hereditário localizado no caso mais extremo.i Adenoma 1--1. As células cancerosas desenvolvem mecanismos de auto- nutrição. tece. e as células lesadas sobrevivem e se estabelecem uma relação nova. a metástase é a ocorrência mais 4. bre os processos causadores de câncer avançou bastante. proteção de um organismo contra o acúmulo de cé. apropriadamente no corpo. uma etapa essencial no avanço para mova estratégias mais eficazes de prevenção e tratamento o câncer é a indução do crescimento de vasos sanguí. desse modo. Quando esses agentes são complexo necessita de um sistema vascular que leve identificados. As células cancerosas podem escapar da morte celular pro. A medida que um câncer avança em (Capítulo 10). Assim. As células cancerosas adquirem potencial ilimitado de replica- grave no avanço de um câncer. as células nos adenomas intes. que estimulam o surgimento de vasos sanguíneos. direção à malignidade. Então. multiplicam. as uma via de destruição que as elimina do organismo. ção. Atualmente cial ilimitado de replicação por superarem a perda de muitos países mantêm programas de pesquisa para iden- DNA nas extremidades dos cromossomos. Quando isso acon- das tendem a progredir para um estado canceroso. O conhecimento so- dos a crescer entre essas células. Isso ocorre racterísticas supracitadas. do câncer. Nenhum ambiente. tecidos normais. Con- ocorra é preciso que haja modificações profundas na sequentemente. As células cancerosas adquirem a capacidade de invadir e lulas lesadas que poderiam pôr em risco sua vida. p53 tem papel essencial na • para o organismo. nominado angi. letal com as células adjacentes. os fatores que aumentam a taxa de cromossomos. que Em vista da importância de mutações somáticas na acrescenta sequências de DNA às extremidades dos etiologia do câncer. mentários sobre o teste de Ames para identificar mutáge- 5. Quando esse bloqueio falha. Mais de 90% das mortes por cân- meio de mecanismos que ainda não são totalmente cer são causadas por metástase de câncer para outras compreendidos. Quando as células adquirem poten- mutação aumentam a incidência de câncer. Essa limitação é causada pela perda Muitos estudos determinaram que a mutação somá- diminuta. por aumento da atividade da enzima telomerase. o lular. Portanto. As células que ultrapassam o haver perda de cromossomos inteiros ou de segmentos limite reprodutivo tornam-se geneticamente instáveis de cromossomos. Há acúmulo de mutações. mas inexorável.ogênese . Quando os tumores metastatizam. está totalmente livre de essa função. as autoridades de saúde pública elaboram nutrientes até ele. essas células estão a caminho de formar um tumor ma. ricos em gordura e pobres em fibras. p53 envia as células lesadas para partes do corpo. de DNA das extremidades tica é a base do desenvolvimento e do avanço de todos ~ de cromossomos a cada vez que o DNA é replicado os tipos de câncer. as células avançam equilíbrio é desviado em favor dos fatores indutores. 6. no Capítulo 13). pode nutrir-se 3. como taba- alimentadas diretamente pelo sistema circulatório. assim. . o tumor dispõe ligno. esses fatores são mantidos em equi- tinais não respondem mais à TGFí3. células cancerosas se desprendem do tumor primário Quando há disfunção de p53. quando os vasos sanguíneos são induzi. onde ção é bloqueada. uma proteína que líbrio de maneira que os vasos sanguíneos cresçam instrui pRB a bloquear o avanço ao longo do ciclo ce. Depois do crescimento de capilares. de um meio seguro de nutrição. por fim. podem surgir tumores secundários . As células cancerosas transcendem esse probabilidade de desenvolvimento de cada uma das ca- limite pela reposição do DNA perdido. Essas células tendem a produzir descen. duradoura e. as células cancerosas perdem a capacidade de neos pelas células do tumor. As células normais são capazes de se dividir cerca de 60 a 70 vezes. Em seres humanos e outros animais políticas para reduzir ao mínimo a exposição humana a vertebrados. em tecidos Portanto. Conhecem-se muitos responder corretamente aos sinais inibidores do cres. em tecidos cancerosos. gismo. Para que esse processo dentes ainda mais anormais que elas próprias. fatores indutores ou inibidores da angiogênese. linhagens derivadas de células lesa- superfície das células cancerosas.o tumor é nutrido e pode se No futuro. O efeito acumulativo dessa perda im. Por cownizar outros tecidos. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 593 nidade. por um processo de. essa via de autodestrui. replicam seu DNA e se dividem. de G1 para S. porém. Por exemplo. Em cimento. a capacidade de escapar da morte celular muito distantes do tumor primário. e seguem na corrente sanguínea até outro local. Essa instabilidade genética aumenta a e morrem. o sistema circulatório é responsável por eles. suas células tornam-se cada vez põe um limite para a capacidade reprodutiva de todas mais descontroladas. As células de tumores pré-malignos não carcinógenos. e pode as linhagens celulares. e é difícil mudar comportamentos huma- apresentam crescimento agressivo porque não são nos que contribuem para o risco de câncer. diz-se que tificar agentes mutagênicos e carcinogênicos (veja os co- estão imortalizadas. E dificílimo con- programada é uma característica essencial no avanço trolar e erradicar os cânceres que se disseminaram para o câncer maligno. podemos esperar que essa compreensão pro- expandir. Todo tecido de um organismo multicelular nos químicos. exposição excessiva ao sol e consumo de alimentos Entretanto. Como vimos. e crescer até um tamanho em que se torna um perigo gramada. O excesso de tuador poderia acarretar a expressão incorreta. Resposta: Uma mutação que impedisse especificamente da de função causam câncer? a ligação da 13-catenina a pAPC poderia causar cân- Resposta: (a) Oncogenes.1íduos com muta- tes com ganho de função causam câncer? (b) Em ções do gene da 13-catenina. juntas. como podemos explicar suas poderia perturbar os controles normais da divisão diferentes propriedades? celular. câ11cer. Que po11to de verificação do ciclo celular impede a ge11e. Uma terceira possibilidade (C) é que a i11- Resposta: Existem pelo menos três possibilidades. Uma tegração do . Nos dois casos. (a) Em que classe de genes as mutações domina11. A 13-catenina que não se ligasse à pAPC estaria . não. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. Outra possibilidade (B) é são de um oncogene tem de ser regulada correta- que o oncogene viral seja expresso incorretamente mente.írus aos cromossomos da célula infec- (A) é que o vírus ape11as acrescenta mais cópias do tada poderia pôr o oncoge11e viral próximo de um oncogene à célula e que. câncer? 5. Esses causar divisão celular descontrolada. o polipep- Se esses dois oncogenes codificam exatamente o tídio seria produzido incorretamente e. cer.. mas um onco. . tações inativadoras do ge11e APC. portanto. Explique como 2. ou seja. O câncer intestinal ocorre em indivíduos com mu- G 1 do ciclo celular.594 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • Diferentes tipos de câncer estão associados a mutações em diferentes genes • As células cancerosas podem estimular o próprio crescimento e divisão • As células cancerosas não respondem a fatores que inibem o crescimento celular • As células cancerosas podem escapar dos mecanismos naturais que destroem células anormais • As células cancerosas imortalizadas são capazes de se dividir incessantemente • Os tumores podem expandir-se quando induzem o crescimento de vasos sanguíneos em seu interior para nutrição das suas células • As células cancerosas metastáticas podem invadir e colonizar outros tecidos. essas produzem acentuador no DNA cromossômico e que esse acen- quantidade excessiva do polipeptídio. que classe de genes as mutações recessivas com per. Um oncogene no ge11oma de um retrovírus tem acentuadores poderiam desencadear a expressão alta probabilidade de causar câ11cer. A expressão i11de. Resposta: TP53. As polipeptídio poderia causar divisão celular desco11. Por que alguns rearranjos cromossômicos causam promovem a di.rida ou excessiva poderia sob o controle de acentuadores no DNA viral. Que gene supressor tumoral sofre mutação com Resposta: Os pontos de quebra desses rearranjos freque11- maior frequência em cânceres humanos? temente justapõem um oncogene celular a um pro- motor que estimula a expressão intensiva do onco. do oncogene i10 mome11to errado ou sua supe- gene em sua posição cromossômica normal. disponível para se ligar aos fatores de transcrição rais. que estimulam a expressão de ge11es cujos produtos 3. Resposta: O po11to de verificação START110 meio da fase 4. rexpressão constitutiva. (b) Genes supressores turno. mesmo polipeptídio. três explicações enfatizam a ideia de que a expres- trolada.risão e o crescimento celular. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas ~~~~~~~-===========================================::::=~~~~~~ 1. também poderia ocorrer em i11di. o gene que codifica p53. A superexpressão do produto gênico pode replicação do DNA lesado em uma célula? causar a divisão e o crescime11 to celular excessivos. mutação 110 gene supressor tumoral RB só causa troviral poderia explicar a superexpressão desse câncer em condição homozigota.-. transforma-as lar processado em seu genoma? em células cancerosas._______ ... . O que isso 21. ~ --. ~ ~ Traducão • Excesso do produto polipeptídico ~Poo/de do oncogene Genes -.7 Qua11do oncogenes celulares são isolados de dife- fatores ambie11tais.-.. Como é possí- ''el distinguir esses dois tipos de células? 21..--. Por quê? grados que adquiriram capacidade de autorregu- 21..10 Uma mutação 110 011cogene celular ras pode cau- lação? sar câ11cer em condição heterozigota.---. Su- sequência codificadora. então.---.. constata-se que as nominado doença ge11ética? sequências de aminoácidos dos polipeptídios codi- ficados por ele são muito semelhantes. las embrionárias cultivadas. .Câncer do oncogene B O oncogene virai é expresso incorretamente sob o controle de um acentuador celular Acentuador celular >: ----. / / t Câncer A O oncogene virai é expresso incorretamente sob o controle de um acentuador virai Acentuador virai 1 Excesso do Traducão • produto polipeptídico . 59 ou 61 da 21." . mesmo 011coge11e mutante é tra11sfectado em célu- mais 11ão são simples oncogenes retrovirais i11te..1 Nluitos cânceres parecem estar relacionados com 21. mas uma 21. O que essa di- gene nos tecidos de um animal infectado? ferença e11tre mutações dominantes e recessivas ... .2 Tanto as células embrionárias quanto as células sugere sobre as funções desses polipeptídios? cancerosas dividem-se com rapidez.. Por que. )ir. contribuir para o descontrole do ciclo celular..--- Genes c-onc .----... Proponha uma explica- gira o mecanismo pelo qual a aneuploidia poderia - çao.. --..5 Como sabemos que os oncogenes celulares nor. mRNA v-onc extras ~~ \AA~ .3 A maioria das células cancerosas é aneuploide. normais --. -.4 Você esperaria encontrar um retrovírus indutor de tuição de glicina por valina no códon 12 é transfec- tumor que tivesse um gene supressor tumoral celu- tado em células NIH 3T3 cultivadas.6 Como a ausência de íntrons em um oncogene re. . Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 595 O vírus acrescenta mais cópias do oncogene à célula ~ --.-.9 Quando um oncogene c-H-ras mutante com substi- 21.-.-. )ir. o câ11cer é de. 21..8 A maioria dos oncogenes c-ras obtidos de tecido canceroso tem mutações no códon 12..Câncer ~ ~ polipeptídico mRNA do oncogene e Avaliação adicional 21. rentes animais e comparados.. Isso não ocorre quando o 21. / Excesso do Traducão • ~ produto . mais ou menos sensível aos efeitos da radiação io- te para detecção da mutação predisponente? Co.18 O gene BCL-2 codifica uma proteína que reprime e RB em atividades celulares normais? a via de morte celular programada. Uma mutação sensível à temperatura no mento embrionário. Use esse dado estatístico para estimar o BCL-2.15 Em que sentido pRB é um regulador negativo de 21. p139 e p107 em embriões e 25ºC? E a 35ºC? As respostas seriam diferentes se a adultos? proteína E2F atuasse como homodímero? 21.22 Camundongos homozigotos para uma mutação knockout do gene TP53 . contribuem para o fenótipo canceroso das células.20 As células cancerosas frequentemente são homozi- 21. mólogo p107 de RB não apresentam tendência a crição. a proteína p16 é um ini. E recomendável que 11-1 faça o tes. Como essa cer ovariano familiar causado por mutação do mutação afetaria o ciclo celular? Essa célula seria . do homólogo p 130 de RB e heterozigotos para a 25ºC.24 Camundongos heterozigotos para uma mutação fatores de transcrição E2F? knockout do gene RB desenvolvem tumores hipo- 21. Suponha que a frequência com cogene ou como gene supressor tumoral? que mutações somáticas inativam o gene RB seja de uma mutação por 106 divisões celulares. a proteína BAX interfere na função da proteína blastoma. o defeito genético de base é uma mutação porção de TP53 que codifica o domínio de ligação recessiva com perda de função. Preveja o fe- nótipo de células heterozigotas para uma mutação 21. Camundongos homozigotos gene codificador do fator de transcrição E2F altera para uma mutação knockout do gene codificador a capacidade dessa proteína de ativar a transcrição. uma mutação knockout do gene codificador do ho- malmente.596 Fundamentos de Genética indica sobre os papéis dos produtos dos genes ras 21. Como seria possí.14 O heredograma a seguir mostra a herança de cân. a capacidade da proteína de desenvolver tumores. camundongos reconhecer sua sequência-alvo de DNA não é com. nizante? mente as vantagens e as desvantagens do teste. O gene BCL-2 se- não hereditário geralmente têm tumor em um ria classificado como proto-oncogene ou como só olho. a proteína mutante ativa a transcrição nor.11 Explique por que as pessoas com retinoblastoma ativadora dominante nesse gene.isto é.12 Aproximadamente 5% das pessoas que herdam mente o produto proteico do gene BCL-2 . Entretanto. frequentemente ao DNA de p53. Pode-se es. enquanto as pessoas com retinoblastoma gene supressor tumoral? hereditário geralmente desenvolvem tumores nos dois olhos.17 Durante o ciclo celular. Como essa irrita- Esse gene seria classificado como proto-oncogene ção contribuiria para o risco aumentado de câncer ou como gene supressor tumoral? colorretal? .13 Cânceres hereditários como retinoblastoma apre.16 Determinado fator de transcrição E2F reconhece fisários e tireóideos. Esse gene seria classificado como proto-on- retiniano do olho. e muitas dessas mutações são mapeadas na tanto.21 Suponha que uma célula seja heterozigota para a natureza recessiva da mutação? uma mutação que causou a união firme e constitu- 21. 21. Preveja o fenótipo de células homozigotas para uma mutação com perda de função no gene número de divisões celulares que formam o tecido BAX. vel conciliar o padrão de herança dominante com 21. gotas para mutações com perda de função no gene sentam um padrão de herança dominante. genes morrem durante o desenvolvimento em- perar que células heterozigotas para essa mutação brionário. Entre. para essa mutação morrem durante o desenvolvi- ne-alvo. mas. A dieta pobre em nótipo de células homozigotas para uma mutação fibras e rica em gordura pode irritar o epitélio de com perda de função no gene codificador de p16. No entanto. gene BRCAl. Camundongos homozigotos a sequência TITCGCGC no promotor de seu ge. maior em indivíduos com dieta pobre em fibras e bidor da atividade de ciclina/ CDK Preveja o fe. TP53. um gene RB inativado não desenvolvem retino. Explique como essas mutações consequência de uma deleção.25 Demonstrou-se que o risco de câncer colorretal é 21. homozigotos para mutações knockout nesses dois prometida em nenhuma temperatura. a 35ºC. O que esses achados sugerem sobre os sensível à temperatura dividam-se normalmente a papéis dos genes RB. Esses camun- 1 • Câncer ovariano dongos seriam mais ou menos sensíveis aos efeitos li O Normal exterminadores da radiação ionizante? 21. 21.são viáveis. não há ativação da trans. revestimento do intestino grosso.19 O produto proteico do gene BAXregula negativa- 21.23 Mutações cancerígenas do gene APC deveriam 111 aumentar ou reduzir a capacidade de ligação de pAPC à 13-catenina? 21. rica em alimentos gordurosos. 21. tiva de p53 ao DNA de seus genes-alvo. A mutação do gene supressor tumoral VHL é fre. de VHL e clique em KEGG pathway: renal cell carci- noma para identificar o local de ação da proteína 1. Onde está localizado esse gene? nos três organismos sugere acerca do processo evo- Qual é o comprimento do polipeptídio VBPI? Como lutivo? esse polipeptídio parece agir dentro das células? . Qual é sua localização no genoma? proteínas ela interage? Qual é o comprimento de seu produto polipeptídico? 4. camundongo e ser huma- VBPI. Um dos elementos de A região em torno desses homólogos é semelhante interação é a proteína de ligação de Hippel-Lindau. ção de que a expressão de p21 é induzida por radio- tata? terapia em camundongos homozigotos para uma mutação knockout do gene TP53'? Explique. de transcrição. Capítulo 21 1 Base Genética do Câncer 597 21. Qual é o seu papel nas células renais? Com que sobre o gene VHL.ncbi. A proteína VHL participa das vias bioquímicas den- renal. Essa hipótese condiz com a observa- to gênico KAII na etiologia do câncer de prós. Pesquisadores concluíram que essa forte fracamente expresso em linhagens celulares de. tro das células. Existem homólogos do gene VHL nos genomas do As diferentes isoformas da proteína VHL são criadas rato e do camundongo. expressão é estimulada por ativação transcricional rivadas de cânceres de próstata metastáticos.27 A proteína p21 é fortemente expressa em células expresso em tecidos prostáticos normais. nos três organismos: rato.y da página de VHL para localizar 2. Pesquise nos bancos de dados o gene que co- no? O que a estrutura dessa região cromossômica difica essa proteína. A proteína VHL interage fisicamente com outras esses homólogos. Use a função Map Viewer por recomposição alternativa? na seção Homolog. Genômica na Web em http://www.nlm. O do gene p21 pela proteína p53 que atua como fator que esse achado sugere sobre o papel do produ.gov A síndrome de Hippel-Lindau é caracterizada por câncer 3. porém irradiadas. Pesquise nos bancos de dados do NCBI informações VHL. Procure a seção Pathways na página quente nesse tipo de câncer. Em que cromossomos eles estão? proteínas dentro das células.nih.26 ORNA mensageiro do gene KA/1 é fortemente 21. mas orientou-o a voltar ao hospital na semana seguinte para fazer um exame de estresse cardíaco. exceto por uma história familiar de cardiopatia. atividade física e tabagismo. onde passou duas horas no pronto-socorro. o cardiologista concluiu que o risco de um infarto do miocárdio das artérias coronárias (centro à esquerda). além de uma dor fraca no braço e no ombro es- querdos. O méd ico liberou o Sr. O médico solicitou uma série de exames para avaliar o quadro. além de um grande número de genes. Ele não esta- va acima do peso. ainda relativamente jovem. corrigia provas. o Sr. . eran aracterísticas ex as PANORAMA Características complexas Estatística em genética quantitativa Análise de características quantitativas Correlações entre parentes Apesar da história fam iliar de cardiopatia. não fumava e exercitava-se com regularidade. e não ha- via anormalidades ao eletrocardiograma. situação pode levar a um infarto do miocárdio. Os batimentos cardíacos eram regulares.A princípio. Esses sintomas persistiram por alguns dias. aos 45 anos. Reston acred itou que tivesse uma gripe leve. Reston. Em uma manhã de sábado. Paul Res- ton. Depois de falar ao telefone com um enfermeiro da clínica de saúde local. Os exames bioquímicos para diagnóstico de lesão cardíaca também foram negativos. no fim do mês de dezembro. Na se- gunda-feira subsequente. Reston era baixo. Reston pediu que seu filho o levasse até um hos- pital próximo. a pressão arterial era normal. sua função cardíaca foi avaliada enquanto ele corria na esteira. Os resultados foram bons e. o cardiologista enfatizou que a doença cardíaca não é herdada como Uma combinação de fatores uma característica mendeliana simples. o Sr. ele po- Doença cardiovascular 1 deria ter herdado genes que o pusessem em risco. mas a dor no braço e no ombro sugeria outra possibilidade: um infarto. de acordo com Angiografia colorida do coração que mostra o estreitamento de uma eles. Reston morrera vít ima de um infarto do miocárdio. O cardiologista explicou que comportamentais humanas a doença cardíaca é uma característica complexa influenciada por muitos fatores: alimentação. Ele estava um pouco cansado e sentia um leve des- conforto gástrico. Reston não apresentava outros fatores de risco importantes. por exemplo. o Sr. o risco dessa Genética quantitativa de características doença no Sr. Pennsylvania. Essa hipótese pa- receu mais real quando ele lembrou que seu pai morrera por infarto do miocárdio súbito há muitos anos. No entant o. mas requer a interação de genéticos e ambientais muitos fatores genéticos e ambientais diferentes. essa fatal era menor que 1%. Como o pai do Sr. professor de biologia em uma escola de ensino médio de uma área residencial nos arredores de Pittsburgh. Além disso. Sem tratamento. 47 anos. o peso da semente variou de 150 mg a 900 mg. Herman Nilsson-Ehle. maior produtividade. e assim por diante. mentes de feijão. apresen- tou evidências de que o componente genético dessa CARACTERÍSTICAS COMPLEXAS variação poderia i11cluir a contribuição de vários ge- nes difere11tes.. Características sensíveis a tado como aa bb cc. Portanto. Essa capacidade de gêmeos mo11ozigóticos . A va. Ao cruzar uma .1). Outra indicação da influência tretanto. a variação de fatores cia a doenças. ati. gerações. o genó- estudo da característica e. de um fenótipo com o subseque11te. INFLUENCIAM AS CARACTERÍSTICAS fluenciados por uma combinação de fatores genéticos e QUANTITATIVAS ambientais.ram-se à semente original.maior teor de proteí11a. .reis. e de que os alelos para grãos ver- indivíduo da amostra a números. e é difícil distinguir os efeitos indi. sabemos que os genes influenciam esses tipos poní. tamanho do corpo e vários aspectos do comporta- ge11éticos e ambientais. de características. O caso extremo é o de assemelha. números de alelos responsáveis pelos pigmentos. melhos co11tribuíam para a intensidade do pigmento de lisados por várias téc11icas estatísticas. residual provavelmente não era causada por diferenças mais foram modelados pela propagação de indi. viduais por análise genética convencional. cujas cores . peso. rio (Figura 22. De acordo com essas hipóteses. Cada . Uma indicação é que indivíduos com Joha1111sen definiu li11has de seme11tes i1esse intervalo e relação genética são semelhantes.gêmeos dese11volvidos a partir definir linhas de feijão com diferentes pesos caracterís- de um só ovócito fertilizado. En- quanto em aparência. Phaseolits vulgaris. O biólogo dinamarquês Wilhelm Johannsen foi um dos primeiros a mostrar que a variação de uma característica Muitas características. A semelha11ça entre esses ticos das sementes i11dicava que parte da variação dessa bo-êmeos é surpree11de11te.ram da determinação da cor do grão. F2 com sete classes diferentes. capturar camundongos em um celeiro e pe. Percebemos essas se- manteve cada linha por autofertilização durante várias melhanças entre irmãos. As seme11tes de cada uma dessas li11has "puras" entre parentes mais distantes.resti. um que determinava grãos vermelhos e o Esse método quantitativo reduz os fe11ótipos de cada outro. Sua qualidade essencial é a sua me11sura. os trabalhos de modificar fenótipos por cruzame11to seletivo indica que Johannsen. resistên. A autofertilização da F 1 produziu uma tica. altura. Bb Cc e a F2 teria uma série de genótipos com diferentes bilidade. Johannse11 observou que o peso das sementes ge11ética é que esses tipos de características respondem também varia''ª dentro de cada li11ha pura.raram à consta- as características têm base genética. . A causa tinha de ser. são necessárias outras técnicas para estudar a herança de características complexas. Os exemplos são ele obteve uma F 1 com fenótipo vermelho intermediá- tamanho do corpo. pressão arterial e capacidade reprodutiva. FATORES GENÉTICOS E AMBIENTAIS rentes mostram que fenótipos complexos podem ser in.. por sugeriram que três genes de distribuição independen- exemplo. quantitativa tem dois compo11entes . tanto em comportame11to característica é causada por diferenças genéticas. entre pais e filhos e. porém. Na agropecuária.ariedade de grãos em uma população. grãos brancos. porque cada linha era resultado de endocru- com características desejáveis . Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 599 Características com lexas Experimentos de cruzamento e comparações entre pa. e o genótipo do genitor de grãos esse tipo de tratamento são denominadas característ icas . Em geral. tação de que a variação fe11otípica de uma característica essa base genética é complexa. Nils- sar cada um deles ou colher espigas de mill10 de uma son-Ehle formulou a hipótese de que cada gene tinha plantação e contar o número de grãos de cada uma.ríduos ge11éticas.. le.ridade enzimá. Joha1111sen estudou o peso de se- mento. em última análise.um genético e ou- rios ou muitos genes. como AA BB CC. dois alelos. Entre as plantas dis- Todavia. Desse modo. como a suscetibilidade a doen- quantitativa é causada por uma combi11ação de fatores ças. tro ambiental. publicados em 1903 e 1909. genes. possibilitando o forma aditiva.. então. às vezes. a i11. VÁRIOS GENES INFLUENCIAM AS CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS - QUANTIFICAÇAO DE Outro escandinavo. zamento sistemático para tor11á-la homozigota para seus menor gordura corporal. que podem ser ana.egetais e ani. Essa capacidade de ambientais não controlados. Há participação de vá. tipo do genitor de grãos brancos poderia ser represen- gação de sua base genética. Nilsso11-El1le estudou a variação da cor Muitas características complexas variam co11ti11uamente em grãos de trigo.ermelhos.ermelho-escuros. Essa variação ao cruzamento seletivo. O genótipo da F 1 seria Aa qu antitativas. não apresentam padrões simples de herança. te participa. Poderíamos. Parece haver fusão imperceptível brancos com uma variedade de grãos .ariavam do riação fenotípica desses tipos de características pode branco ao vermelho-escuro. O número de classes da F2 ser quantificada pela medida da característica em uma e a proporção fenotípica observada por Nilsson-Ehle amostra de indivíduos da população.. Os alelos que contribuem de maneira F3 provavelmente era causado pela segregação de me- aditiva para a pigmentação são representados por letras maiúsculas. V) Q) em média.. Parece haver partici- pação de. Em uma linhagem pura. B e e) controlem a cor dos que em F2 • O grau reduzido de variação nas linhas da grãos. Em cada linhagem pura. A clas.. ro e intermediário da corola e aproximadamente o mesmo o 1 t!IJ U· %4 grau de variação que ele observara em cada linhagem ro parental. Assim._ Q) segregação e a distribuição independente de diferen- ~4 w. B .2 Comprimento da corola como traço quan. East obteve uma F 1 que tinha comprimento N w. East observou alguma fenótipo na F2 variação fenotípica. pu- blicado em 1909. mostrou que um padrão de herança complexo poderia ser explicado pela segregação e dis- X e e tribuição de múltiplos genes. aproximadamente igual ao observado na F 1. não teria nenhum.64 que a F 1• Essa variabilidade tinha duas origens: ( 1) a <Q) ::::J cr .1 Herança da cor dos grãos em trigo. no mínimo. B.. provavelmente determinada por F2 influências ambientais ( Figura 22. Cruzando as duas 2 964 linhagens. VA a O geneticista norte-americano Edward M.. em outra. do 93 mm. a classe de comprimento da corola nas linhagens de tabaco de cor vermelha intermediária teria três e a classe de cor East? Podemos fazer uma estimativa aproximada com- Comprimento da corola (mm) Causas de 55 70 85 . Herança do de F2 comprimento da corola em tabaco. o padrão de herança complexo que East observou em relação ao comprimento da corola poderia ser explicado por uma combinação de segregação genética e influências classe fenotípica na F 2 teria um número diferente des. ses alelos que contribuem para a pigmentação.._ Q) tlO Q) F 1 . tes pares de alelos que controlam o comprimento da 6 5 4 3 2 1 o corola e (2) fatores ambientais. "O ro entretanto.28).. cinco genes. East fez o endocruza- Número de alelos para pigmentação mento de algumas plantas da F 2 para produzir uma F3 e observou menor variação nas diferentes linhas da F 3 • FIGURA 22. O trabalho de Nilsson-Ehle. Cada gene tem dois alelos. Quantos genes participaram da determinação do se branca. por exemplo. East am- pliou os estudos de Nilsson-Ehle para um traço que não apresentava proporções mendelianas simples na Vermelho-intermediária B b F2 • East estudou o comprimento da corola em flores de e e tabaco ( Figura 22.600 Fundamentos de Genética Vermelho-escura vermelha escura. as plantas da F2 eram muito mais variáveis u e §. o com- primento médio da corola era de 41 mm. Ao fazer o intercruzamento das plantas da tlO . Flores de tabaco de corola longa.. A.. nor quantidade de diferenças alélicas. - 40 100 vanacao Linhagens Ambiente puras X F1 do Ambiente intercruzamento de linhagens puras F2 da ! Ambiente e autofecundação genótipo de F1 A F3 da Ambiente e • FIGURA 22.2A). de Distribuicão . ambientais. autofecundação genótipo titativo. Considera-se que três genes de distribuição independente (A. East obteve uma F 2 com o comprimento da corola. seis. isso descartaria a hipó. limiar é avaliada por determinação da taxa de concor- trolados por vários fatores. bientais. como tamanho A semelhança em relação a uma característica de do grão. Os indivíduos que se desenvolvem a partir des- F2 e não encontrou nenhuma com o fenótipo de um ses zigotos são conhecidos como gêmeos monozigóticos dos genitores. a de concordância na esquizofrenia varia de 30 a 60% característica aparece quando a suscetibilidade ultrapas. Assim. eles têm 100% dos genes iguais. são con. Muitos fatores. portanto. parental curta) e 1/4 tivesse corola longa (como a li. sobretudo ticos. indicação de que fatores genéticos influenciam a pro- alimentação. Com cinco genes. no trans- sa determinado nível (limiar). Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 601 parando as plantas da F2 a cada linhagem parental endogâmica. . os indícios de que as caracterís. Segundo os geneticistas. Quando a variável. suponhamos que os alelos para corola longa te. seria de gêmeos. cor do grão e comprimento da corola. Doenças mentais e doença cardíaca em parentes próximos. As características de variação contínua. esperaríamos que 1/4 das plantas da F2 tivesse corola curta (como a linhagem • FIGURA 22. Podemos concluir. a fre- quência de cada tipo parental na F2 seria de 1/64. a característi- nhagem parental longa). esperaríamos que 1/16 das seja contínua. Se o comprimento da corola fosse deter- minado por um gene. estudos com gêmeos sugerem que essas duas ticas de limiar são influenciadas por fatores genéticos doenças mentais são influenciadas por fatores gené- provém de comparações entre parentes. dância . que todos os genes controladores Indivíduos do comprimento tenham distribuição independente com a e que as contribuições de cada gene para o fenótipo característica sejam iguais. Se houvesse a participação de três genes. nham ação aditiva. East estudou 444 plantas da ticos. está gêmeos MZ e cerca de 4% em gêmeos DZ.024 cada. em gêmeos MZ e de 6 a 18% em gêmeos DZ. ou bivitelinos é igual à de dois irmãos quaisquer. apresentam a caracter1st1ca em meio a pares em que terísticas que não variam continuamente na população pelo menos um dos gêmeos tem a característica. Além <Q) =i cr disso. Por taxa de concordância estimada da fenda labial. e ~ se houvesse a participação de quatro genes.3 Modelo para expressão de uma característica de limiar. como pais ou como esquizofrenia e transtorno bipolar também po- irmãos. porém. nível sanguíneo de colesterol. tese de controle do comprimento da corola por quatro Mais frequente é o desenvolvimento simultâneo de ou menos genes. Q) ~ LL. as frequências parentais na de-se e dá origem a dois zigotos geneticamente idên- F2 seriam de 1/1. . dem ser consideradas características de limiar. As vezes. Supõe-se que a distribuição dessa variável na população o comprimento da corola. eles têm 50% dos genes em comum. Suponhamos que a linhagem que tem a corola mais curta seja homozigota para um conjun- to de alelos e que a linhagem com corola mais longa ·-uco e Limiar seja homozigota para outro conjunto de alelos. (MZ) ou univitelinos. tanto. A taxa vel denominada suscetibilidade. A semelhança entre esses gêmeos dizigóticos (DZ) comprimento da corola entre as duas linhagens endo. é de aproximadamente 40% em é uma característica quantitativa no sentido habitual. A também parecem ser influenciadas por vários fatores. Se dois genes determinassem ca é expressa. . A taxa de presente ou ausente. Aparentemente. Esses fatores de risco contribuem para uma variá. tabagismo babilidade de fenda labial ao nascer. tanto genéticos quanto am. esperaríamos que a seme- lhança fenotípica fosse maior em gêmeos MZ que em CARACTERÍSTICAS DE LIMIAR gêmeos DZ. que há dois ovócitos fertilizados independentes no útero ma- pelo menos cinco genes responsáveis pela diferença de terno. plantas da F2 fossem semelhantes ao genitor de corola curta e 1/16 fossem semelhantes ao genitor de corola longa. A doença cardíaca não mento embriológico. predispõem concordância muito maior em gêmeos MZ é uma forte um indivíduo à doença cardíaca: peso. um ovócito humano fertilizado divi- 1/256. por- gâmicas de East. em gêmeos MZ e de cerca de 20% em gêmeos DZ. muitas pessoas desenvolvem doença cardíaca distúrbio congênito causado por erro do desenvolvi- na quinta ou sexta década de vida. com alelos a (para corola cur- Suscetibilidade ta) e A (para corola longa). Em seres humanos. Esse tipo de característica torno bipolar. Por causa de sua identidade genética. atividade física. a suscetibilidade. Os geneticistas constataram que algumas carac. alcança um limiar. a taxa de concordância é de 70 a 80% é denominada característica de limiar (Figura 22. um exemplo.3).a fração de pares de gêmeos em que ambos . 47 ção contínua em uma população. Assim . 1. a variância (s2) e o das em um estudo gen ético do trigo.43 cil. Em todos os casos. São dados a média (X). 14. Em geral..88 z 5 população. apresentaremos os con.1.78 quantitativa é coletar medidas da característica de indi- vídu os em uma população. Estatística em . mede a frequência das quatro populações foram plantadas na mesma estação para determi- observações em cada intervalo. 1. Nas características com variação quantitativa.4 Distribuições de frequência e estatística descrit iva regulares que possibilitam caracterizar cada indivíduo da do tempo até a maturidade em quatro populações de trigo. 1. No gráfico.72 52 . E difí. análises V) genéticas de rotina como as que fizemos com a cor dos <'O 1:::: olhos em Drosophila e com distúrbios humanos como o <'O o. Q) "O F1(de Ax Bl racterísticas. albin ismo estão fora de questão. 63. nar o tempo de maturação. o eixo horizontal. as evidências de que uma característica de limiar tem base genética provêm de estudos com gêmeos • A taxa de concordância é a fração de pares de gêmeos em que ambos apresentam uma caracte- rística em meio a pares em que pelo menos um deles tem a característica. . 52 . A F2 (de F1 x F1l DISTRIBUIÇÕES DE FREQUÊNCIA ~ - X . ou x. mede os va- lores da característica. A e B população em relação à característica. modal A B O que distingue as características quan titativas é a varia.70 ceitos básicos de estatística necessários para esse tipo de an álise. Esse grupo é denominado amostra.26 A primeira etapa no estudo de qualquer característica 5 5 . Para esses tipos de ca. de 40 plantas. cada obser- são linhagens endogâmicas cruzadas para produzir híbridos da F1• As vação na amostra pode ser marcada em um dos intervalos plantas da F1 foram intercruzadas para produzir uma F2• Sementes das no eixo x.602 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • A semelhança entre parentes e a resposta ao cruzamento seletivo indicam que características complexas têm base genética • Algumas características complexas podem ser quantificadas para permitir análise genética detalhada • Muitos fatores genéticos e ambientais influenciam a variação observada nas características quantitativas • As segregações fenotípicas podem ser um modo de estimar o número de genes que influenciam uma característica quantitativa • As características que se manifestam quando uma variável contínua subjacente (a suscetibili- dade) alcança um limiar podem ser influenciadas por fatores genéticos • Em seres humanos. - Q) X . 5 .92 52 . 5 . Os pesquisadores desvio padrão (s)..85 X ..20 com base em descrições estatísticas do fenótipo em uma E '::::i 52 .. Nas próximas seções. 2. é preciso recorrer a outro tipo de análise. enet1ca uantitativa Legenda: A : Tempo As distribuições de frequência das características quan... a moda. 3. foram obtidos dados A Figura 22. Esse eixo é dividido em intervalos Tempo até a maturidade (em dias) • FIGURA 22. 72.39 5 . • ~: Classe midas. O eixo vertical. 2. 55. se não impossível. distinguir as p roporções de segre- gação porque a quantidade de fenótipos é grande e h á 5 fusão imperceptível de um fenótipo com o subsequen- te. Esse tipo de variação . .62. médio de 15 maturacão titativas podem ser caracterizadas por estatísticas resu. - 10 X . ou y.4 mostra distribuições de frequência obti. Os dados da amostra po- dem ser apresentados graficamen te como distribuição de 50 55 60 65 70 75 80 freq uência. o. só é possível medir uma pequena fr ação dos indivíduos da população.05 constitui u m problema enorme para o geneticista. designada s2. o di- quência podem ser resumidas por estatísticas simples visor é uma unidade menor que o tamanho da amostra. Xn). devagar. Uma dessas estatísticas re. Ela mostra o "centro" da distribuição. e a letra grega L indica a somatória de todos esses quadrados A MÉDIA E A CLASSE MODAL dos desvios. há números apro- registrado em dias. também média. Os estatísticos desenvolveram uma altamente endogâmicas com homozigosidade comple. Os dados em uma distribuição de frequência poderiam As distribuições das amostras de F1 e F2 indicam que ser dispersos ou agrupados. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 603 mediram o tempo de maturação do trigo. distribuição. a linhagem A amadureceu com rapidez e a Nessa distribuição em sino. 1 99% dias são apresentados à direita. Dados amplamen- alelos que controlam o tempo de maturação contribuem te dispersos produzem uma variância de valor elevado. O expoente 2 no símbolo s2 é um lembrete de que usa- sumidas é denominada média.. as linha. Duas populações (A e B) eram linha. Verificamos experimentais na mesma estação. de forma aditiva para a característica.X) 2 é o quadrado da diferença em uma distribuição de frequência. Calcula-se a média da soma do quadrado dos As características essenciais de uma distribuição de fre. As médias das amostras de -3 -2 -1 +l +2 +3 F1 e F2 são 62.) calculadas a partir dos dados. O tempo até a maturidade de cada planta foi metria das distribuições. Essa coincidência reflete a si- das espigas. ou média aritmética. Em notação matemática. Algumas são assimétricas. A variância da amostra. forman- As duas linhagens parentais A e B eram variedades do uma longa cauda. Na Figura 22. em cada caso. Observe que a dis. porém. co que indica a somatória de todas as medidas da amostra. Assim.4 as clas- rentes populações de trigo foram cultivadas em parcelas ses modais são indicadas por setas curtas. enquanto dados muito agrupados produzem um peque- tribuição da amostra de F2 é bem mais ampla que a de no valor. denominado quadrado do desvio da média). ainda havia alguma variação fenotípi- ca. Agora vejamos os mecanismos pe- los quais os geneticistas quantitativos resumem os dados Nessa fórmula. dois e três desvios padrões da maioria das observações.20 e 63. entre a k-ésima observação e a média da amostra (com frequência. é calculada F 1• A variabilidade adicional observada na população F2 pela fórmula reflete a segregação genética ocorrida quando as plantas s2 = L (Xk ..95% ---+-~ posições das médias da amostra são indicadas por triângu. Quatro dife.66% 1 .4. A essa característica. e uma era uma média e da classe modal. onde Xk representa 1 1 a k-ésima das n observações individuais. é possível aplicar a extensa gens A e B eram homozigotas para diferentes alelos de teoria sobre distribuições normais à analise desses dados. (Por motivos técnicos. distribuição normal. Com frequência. A posição intermediária no eixo x sugere que os dado estatístico denominado variância. extensa teoria sobre um tipo específico de distribuição ta ou quase completa. o valor "típico". 1 1 los sob as distribuições. Nem todas as distribuições têm F 1 produzida pelo cruzamento dessas duas linhagens. A ausência de superposição fenotí. 1 1 1 portanto.5).1. respectivamente. a média e a classe modal estão linhagem B. provavelmente consequência de microdiferenças am- A VARIÂNCIA E O DESVIO PADRÃO bientais nas parcelas experimentais. dados em uma distribuição de frequência. genes que controlam o tempo de maturação. exatamente no centro. os valores numéricos dessas mé.1) da F 1 se reproduziram.5 Distribuição de frequência normal mostrando a por- A classe modal de uma amostra é a classe que contém a centagem de medidas dentro de um. denominado distribuição normal (Figura 22.X) 2/ ( n . as distribuições pica entre as amostras dessas duas linhagens demonstra de dados da amostra aproximam-se do formato de uma sua singularidade genética.16 dias). Assim como a média. • FIGURA 22. usamos um diários. L ~ = (X1 + X2 + X3 + . Na Figura 22. e 40 plantas de cada que em cada distribuição a média está dentro ou muito população foram monitoradas até o amadurecimento próximo da classe modal.72 dias. /~. desvios por divisão por n . captura o "centro" da distribuição. Para medir a dispersão de essas populações tinham tempos de maturação interme. Ao que tudo indica. Calcu- lamos a média da amostra (X) somando todos os dados na amostra e dividindo pelo número total de observações 1 ( n). Em cada linhagem. pamento da maioria das observações em uma extremi- mento das plantas da F 1• dade e somente algumas na outra extremidade. ambas são Média um pouco menores que a média das médias aritméticas de Desvios padrões (s} da média duas linhagens parentais endogâmicas (64. (Xk . Como indicam as frequências de simétrica. com agru- quarta população era uma F2 produzida por intercruza. a média é: 1 1 1 1 X= (L Xk)/n 1 1 1 A letra grega L nessa fórmula é um símbolo matemáti. .. ximadamente iguais de observações acima e abaixo da gens produzidas por endocruzamento. as 1 • ~-+--. o ano em que a guerra terminou. Quando calculamos de seus genes. depende de fatores genéticos e ambientais que o afeta- tigações experimentais de E. Assim. em nenhuma das linha- das diferenças. Quando calculamos a variância. Esses fato- Fisher. porque é expresso nas mesmas unidades que as aproximado da sua distribuição. H. que consolidou a hipótese dos fatores múltiplos res são diferentes em cada indivíduo. Nessa distribuição. calculada pela soma desses variação genética entre as plantas. rença entre ela e cada observação na amostra. sem dú.X) 2/ (n . ram ( Figura 22. Ele representou em componentes genéticos e ambientais. Fisher fez esse trabalho na variabilidade fenotípica medida pela variância. Em uma seção pos- quadrados das diferenças. se conhecermos apenas a média e o desvio padrão de uma característi- . T. 95% estarão dentro de dois desvios padrões drões das quatro populações de trigo. O desvio padrão (s) é a raiz quadrada da distribuição normal são totalmente especificados por variância da amostra. costuma-se usar outro dado estatístico. para descrever a variabilidade distribuição normal. tores genéticos e e representa o desvio da média causado terísticas são controladas por muitos fatores diferentes por fatores ambientais. sua média e seu desvio padrão. Além disso. é dificil de interpretar porque as unidades de genéticas entre indivíduos de uma população. A bientais produzem a variabilidade observada. g representa o desvio da média causado por fa- A ideia principal em genética quantitativa é que as carac. M. Nesta seção veremos como a estatística é usada na aná. e outros produzem baixos valores de T.1) e os desvios padrões s = Wsão estatísticas que indi- cam a distribuição dos dados em torno da média em uma distribuição de frequência. ca quantitativa e supusermos que a distribuição dessa E mais fácil interpretar esse dado estatístico do que ava. Entretanto. A segunda portanto. podemos construir o formato riância. Johannsen. a variância. Nas plantas da F2. das duas linhagens parentais é altamente endogâmica e. e então usar o os efeitos desses fatores como desvios da média geral na componente genético para fazer previsões sobre os fenó- população: tipos da prole de cruzamentos específicos. Fisher sugeriu que determinado valor de uma carac- lise genética de características quantitativas. representa a média popu- lacional.5). e depois somamos os quadrados têm genótipos idênticos. T= µ. mas todas observação e a média. a posição no ambiente e no genótipo. T. espera-se que seja homozigota para a maioria é que a variância é sempre positiva. de T. quando era professor na Grã-Bretanha. R. maturação. O objetivo terística quantitativa. diferenças genéticas e am- Convém observar duas características da variância. terior. + g+ e HIPÓTESE DOS FATORES MÚLTIPLOS Nessa equação. veremos como estimar que parte da variância de Embora a variância tenha propriedades matemáticas uma característica quantitativa é causada por diferenças desejáveis.4 apresenta as variâncias e os desvios pa. Essa hipótese dos fatores múl. As plantas da F 1 são heterozigotas para os a variância. East. na população tiplos surgiu na segunda década do século XX por inves. racterística quantitativa costuma assemelhar-se a uma denominado desvio padrão. Como os quadrados das diferenças são gens parentais nem na F 1 esperamos encontrar grande sempre positivos. característica é normal. s2 = 2. a maior parte da variação observada. A. a distribuição de uma ca- Por conseguinte. Assim. O formato e a posição de uma de uma amostra. ex. Alguns fatores produzem altos valores Nilsson-Ehle e outros. usamos a média toda ela. foi um teórico. durante a I Guerra Mundial. A população F2 da média e 99% estarão dentro de três desvios padrões apresenta variância e desvio padrão máximos. medidas originais. Sua análise teórica foi publicada em 1918. Cada uma como valor central da distribuição e encontramos a dife.604 Fundamentos de Genética mos os quadrados das diferenças no cálculo da variância vida porque segrega genes que controlam o tempo de da amostra. a letra gregaµ. medida são elevadas ao quadrado (p. Fisher . PONTOS ESSENCIAIS • Amédia(X= (LXk)/n) eaclassemodalapontamocentrodeumadistrihuiçãodefrequência • A variância (s2 = L (Xk . Nas outras primeira é que ela mede a dispersão dos dados em torno populações. também é positiva. 66% das medidas estarão dentro de um desvio padrão A Figura 22. Como já foi mencionado. elevamos ao quadrado a diferença entre cada alelos diferentes nas duas linhagens parentais.6). da média (Figura 22. de um valor específico da característica. é resultado da influência combi- da análise é dividir a variação observada da característica nada de fatores genéticos e ambientais. Análise de características uantitativas Os geneticistas quantitativos concentram suas análises em sua apresentação moderna. deve-se apenas a fatores ambientais. se não da média. da média. W.88 dias 2).. No esquema de Fisher. 28 dias 2 razão do ambiente (e). a segregação e a distribuição produziram uma série efeitos de diferenças ambientais.26 dias2 • Em termos da equação H 2 =V/V g T de variância de Fisher. Hoje dizemos que uma característi- Assim. Para estimar a variância am- iro U· ro biental. duos de uma população é informativa.98 dias 2 + 2.98 dias 2 também contribuem. agora pode- mos estimar ~subtraindo-a da variância total vr enfatizou que há influência de muitos fatores. A variância fenotípica total dessa sher. ele descobriu tribuição de genes por ocasião da reprodução das plan- como dividir a variância geral da característica em duas tas da F 1• Essas plantas eram heterozigotas para os genes variâncias constituintes. ro e: mes porque ambas são resultantes de endocruzamento. na análise de Fi- de genótipos . Com essa estimativa da variância ambiental._ l. i:= (~ + VB + VFI)/3 duais da média populacional. por H 2 • Em termos dos componentes de variância de Fi- trada na Figura 22. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 605 ância ambiental ( lQ. No entanto. = 14. podemos usar os dados das populações parental ::::l a.28 dias 2 ca quantitativa e supôs que muitos aspectos do ambiente = 11. g' g e .6 Fenótipos quantitativos e desvios de medidas indivi. 1 1 da média 1 Para obter um valor representativo de i:. Especificamente. tivo. concentrou-se na estatística que Essa variabilidade genética ocorreu pela segregação e dis- chamamos de variância. podemos cal- cular a média das variâncias desses grupos: • FIGURA 22.2. ambas as quais têm de ser estimadas o com uso de outros dados. população ( VT) é de 14._ endogâmicas. Assim. Em razão dessa T4 T3 1µ =média Ti T2 Medidas 1 1 uniformidade genética.88 dias2 ) /3 constituído de um desvio decorrente do genótipo (g) e um desvio em = 2. vemos que a maior parte da variância quantitativa em termos dos fatores genéticos e ambien- do tempo de maturação da população da F2 do trigo é tais que contribuem para eles.05 dias2 + 2.28 dias2 dimento de análise da variabilidade de uma característica Com essa divisão. 14.92 dia2 + 2.26 dias 2 . Para compreender melhor como a variância VT= V+ g Ve fenotípica total é dividida em componentes genético e ambiental. VP costuma ser denominada variânciafenotípica total. dade da característica. a variabilidade que verificamos lg3+~1 1 individuais 1 1 1 1 1 em cada uma dessas três populações reflete necessaria- Desvios 1 gl + ei 1 1 mente diferenças por efeitos ambientais. A variação que observamos na F2 decor- igual à soma de uma variância genética (V) e uma variân- re principalmente de diferenças fenotípicas entre esses cia ambiental ( i:) : genótipos. dividamos a variância é denominada herdabilidade em sentido amplo e simbolizada do tempo de maturação na população daF2 de trigo mos.. Supõe-se que cada desvio individual seja = (1. turação na população da F2 do trigo foi dividida em dois componentes: PARTIÇÃO DA VARIÂNCIA FENOTÍPICA VT= Vg + Ve Com essas ideias simples. Ele suge. a variância fenotípica total para o tempo de ma- ca controlada por muitos genes é poligênica. o e F1• As populações parentais são geneticamente unifor- a. Fisher desenvolveu um proce. Para medir a variabili- ocasionada por diferenças genéticas entre os indivíduos. A discussão do método de Fisher de divisão da vari- ância fenotípica total em seus componentes genéticos e HERDABILIDADE EM SENTIDO AMPLO ambientais escapa à finalidade deste livro.. Quando se reproduzi- ferenças genéticas entre indivíduos e outra que mede os ram. esse total pode ser representado =Vl(V + "V) como a soma de uma variância genética ( ~) e uma vari. Essa proporção Para analisarmos a ideia básica.4.26 dias 2 = 11.três genótipos diferentes para cada gene sher. desde então esse método foi usado em muitos contextos Frequentemente o cálculo da proporção da variância fe- diferentes e deu origem a uma técnica estatística geral notípica total devida a diferenças genéticas entre indiví- denominada análise de variância. solucione o problema de Resolva! Estimativa Nessa equação de variância.J. V=V-V g T e riu que muitos genes contribuíam para uma característi. a variância do traço quantita- dos componentes genético e ambiental da variância. a variância de uma característica quantitativa ( VT) é heterozigoto. ro A população da F 1 também é geneticamente uniforme u e: <CJ) ::::l porque é criada por cruzamento de duas populações g . uma que mede os efeitos das di- diferentes na população parental.. espera-se que todas as plantas da F 1 sejam identicamente heterozigotas para os genes que diferem nas populações parentais endogâmicas. O filho pode ter sangue tipo A ou tipo O . porém. genética causada por alelos com ação aditiva (como 110 nótipos tenham diferentes fe11ótipos: os efeitos de alelos exemplo da cor das flores que acabamos de citar) da vari- individuais. Assim. Esse traço Comprimento é determi11ado estritamente pelo ge11ótipo. o fenótipo só depende portante. a herdabilidade em sentido amplo resume as alelos w tem flores brancas. porém. cia genética da qual depende a herdabilidade em sentido Os ge11eticistas quantitativos distinguem a variância amplo inclui todos os fatores que fazem com que os ge. tipo de um indivíduo não é e11coberto pela dominância riabilidade observada é atribuível a diferenças genéticas. Endogâmica 2 93 7 Por exemplo. de O.riduais. Quando se aproxima de 1. vermelhas ou rosa.rer com exatidão o fenótipo da A partir desses dados. A variação genética decorrente de efeitos ambiental da variância de dominância e epistasia tem pouco poder prediti''º· E. por causa da dominâ11cia. H2 = 11. no Capítulo 4). Antirrhinum 1najus. Considere. Se duas pessoas com sangue tipo A tiverem um F2 de F1 X F1 68 43 filho. cada alelo Wintensifi- pecífico para a população. dominância impede a previsão exata. Qua11do se aproxima das flores praticame11te não tem componente ambiental. por exemplo. Assim. embora seja possí. 11esse caso. A variâ11.rel a diferenças genéticas e11tre os indi.rada em uma população. os geneticistas definem um terceiro compo- tornam possí. H2. a herdabilidade em A exemplo dos tipos sa11guí11eos ABO. pense nos tipos sanguíneos ABO em se- lações F1 e F2 derivadas de cruzamentos entre essas linhagens: res humanos (ver Tabela 4. depen- bientais da variância na população F2• dendo do genótipo dos pais. a variação da cor sentido amplo varia entre O e 1. a incerteza se deve à segregação e11tanto. a he- crito com o expoente 2 para lembrar que esse dado esta. As flores dessa planta são brancas. Entretanto. tístico é calculado a partir de variâncias. para a característica de cor das flores. a http://gen-io. E11tretanto. pendendo do ge11ótipo (ver Figura 4. completa de um alelo sobre o outro. o cruzamento Na população F2 do trigo. populações diferentes podem ter ''alores diferentes alelos determi11antes da cor contribuem para o fenótipo de herdabilidade em sentido amplo. fazer previsões. O cruzamento de duas plan- sentido amplo de outra população. Assim.26 = 0. criança.1. didos pela dominância. o ge11ó- 'ríduos. veremos que a divisão desses componentes de variabilidade genética e a conce11tração vd= variância de dominância no componente que inclui os efeitos de alelos individuais Além disso. 110 Capítulo 4). peque11a parte da variabilidade observada 11a po. tas vermelhas só produz prole vermelha. dois indivíduos Endogâmica 1 41 6 com fenótipos idênticos podem ter genótipos diferentes. 11ão mostra quais são essas difere11ças. E im. que são quanti.risão do fenótipo da criança. No Capítu. zamento de plantas vermelhas e bra11cas só produz prole riabilidade observada no tempo de maturação do trigo rosa. epistáticas entre alelos de diferentes ge11es: .rel ~ leia a resposta do problema no site fazer algum tipo de pre. é es. podemos dizer que os tica. Esses diferentes i11terações epistáticas e11tre diferentes genes.98/ 14.84. A pla11ta com dois Portanto. ca a cor em um grau fixo. No rozigotos e.br. ra11ça da cor da flor da boca-de-leão. 11ão é possível pre. a maior parte dava. do número de alelos Wprese11tes. Para determinada caracterís. a variação População médio (mm) Variância (mm 2 ) ambiental praticamente não tem efeito sobre o fenóti- po. V:. as relações de dominância entre alelos e as â11cia ge11ética causada por dominâ11cia. nessa população. a pla11ta com um alelo w e um co11tribuições relativas de fatores ge11éticos e ambie11tais alelo W tem flores rosa e a planta com dois alelos W tem / para a variabilidade obser. mendeliana. uma pessoa com sangue tipo A pode ser JA Híbridos da F1 63 8 JAou JAi. flores vermelhas.grupogen. Nesse sistema. componentes da ''ariâ11cia são simbolizados por: lo 4. de duas plantas brancas só produz prole bra11ca e o cru- Esse resultado mostra que.= variância genética aditiva Nas duas próximas seções. A única incerteza ocorre no cruzamento de hete- se deve a difere11ças ge11éticas e11tre os i11di\ríduos. A capacidade de prever um fenótipo da prole é me- lhor nas situações em que os ge11ótipos não são confu11- O símbolo de h erdabilidade em se11tido amplo. de- dades elevadas ao quadrado. M. 11ão se pode de modo estritame11te aditivo.606 Fundamentos de Genética HERDABILIDADE EM SENTIDO RESTRITO A capacidade de previsão em genética quantitativa depen- de do grau de variação ge11ética causada por efeitos de ale- Estimativa dos componentes genético e los indi. observar que esse dado estatístico é es. Esse tipo de ação do alelo supor automaticamente que a herdabilidade em se11tido aumenta a capacidade de fazer previsões em cruzamen- amplo de uma população represente a herdabilidade em tos e11tre plantas difere11tes. vimos como esses fatores i11flue11ciam os fe11ótipos.com. toda a variância é consequê11cia de diferenças ge11éticas. que não terá sangue tipo B nem AB. estime os componentes genéticos e am.rel prever os fenótipos da prole a partir dos 11ente de ''ariância que mede a variação por interações fenótipos dos pais. East estudou a variação do comprimento das flores em Para ver como a dominância limita a capacidade de duas linhagens endogâmi cas de plantas de tabaco e nas popu. 84% dava. sabemos.1. 11ão à dominância. pulação é atribuí. Em razão da técnica de cálculo. é a diferença Tamanho do corpo em Drosophila 0. a para determinar seus quocientes de inteligência (QI). A expressão entre parênteses. Essa variância. Quanto mais próxima de um. riância fenotípica total coino a soma de quatro compo- nentes: QI µ =1100 11\. London. A melhor previsão do QI de Oswald é Estimativas da herdabilidade em sentido restrito (h 2) T0 = µ + h2 [(~\1+ TF)/ 2.40 entre o valor médio dos pais e a média da população.+ TF) / 2.65 pos dos pais. A magnitude dessa parte é determinada pela herdabilidade em sentido restrito. por suposição. a média da popula- melhor a altura de um ser humano do que o tamanho ção. Michael e Frances por Tabela 22.1 apresenta algumas esti- mativas da herdabilidade em sentido restrito para vários traços. o componentes de variância constituem a variância gené. a equação de previsão do fenótipo de Oswald Tamanho dos filhos de porcos 0.µ ] Comprimento da cauda em 0.. O QI aproximadamente 0. p. O Fonte: D. [ TP .7. Tp -µ ância genética aditiva. Entretanto. o QI de Oswald. restrito é o desvio previsto do fenótipo da prole em rela- . Podemos usar essa estatística junto com o QI dos pais para prever o QI de Oswald? Indiquemos o QI de Oswald. que foi dado para adoção ao nas. portanto. A Tabela 22. C'O tica total: e: C'O u e: V=V+Vd+V g a i <(!) ::::i cr (!) Se lembrarmos que VT = V. Oswald (O).µ ].o 120 / VT =V+Vd+V+V 1 '. E a média dos fenóti- Estatura em seres humanos 0. conseguiríamos prever estimativa do QI de Oswald seria 100. cujo símbolo é h2• Assim.1 TO' ~vt e TF' respectivamente. Não teríamos como prever em que tipo de ambiente dos filhotes de uma ninhada de porcos. 2nd ed. têm pou. lntroduction to Quantitative Genetics. + h2 [TP. A estatura humana é altamente hereditária. Se o QI não tivesse componente genético. por µ. 120.40 camundongos A expressão entre colchetes. Nem poderíamos usar o QI PREVISÃO DE FENÓTIPOS de Michael e Frances para fazer qualquer previsão sobre Para compreendermos melhor o significado da herda..35 símbolo TP. se conhe. Michael e Frances tiveram observada no QI se deve aos efeitos aditivos dos alelos. ajuda a prever os fenótipos da 1 // prole a partir dos fenótipos dos pais. To 106 h2 = Va/ VT • FIGURA 22. geralmente Característica h2 é denominada valm médio dos pais. Assim. Falconer. um filho. 1981 . Apenas uma plo.isto é. vários estudos indicaram que a varia- Frances (F) fizeram um teste de inteligência tradicional ção do QI tem um componente genético. (TM . cerca de 40% da variação médio da população é 100. pu lacional é hereditária.Tp / a t e 1 115 Desses quatro componentes de variância. parte do desvio do valor médio dos pais (TP) em relação à média po- maior é a proporção da variância genética aditiva na va. e a média populacional. somente a vari. e maior é a capacidade de prever o fenótipo da prole. como a dominância. já que. consideremos a situação dos não teriam nenhuma relação com o desenvolvimento apresentada no d iagrama da Figura 22. Michael (M) e mental.7 Previsão do fenótipo da prole com base no fenótipo Do mesmo modo que a herdabilidade em sentido am. produto dessa diferença pela herdabilidade em sentido Longman. S. nossa melhor cêssemos os fenótipos parentais. não poderíamos prever que tipos de fatores não genéticos influenciariam seu desenvolvimento mental. h 2 varia entre O e 1. esses três ::::i e.4 . dos pais e na herdabilidade em sentido restrito do traço. e. Se indicarmos o valor médio dos pais pelo Produção de leite em gado leiteiro 0. i:. riância fenotípica total. + ~ podemos expressar a va. os genes recebi- bilidade em sentido restrito. mas cer. Na verdade. doméstico Oswald cresceria e.05 será simplificada em Produção de ovos por aves 0. não.10 T 0 = µ. o tamanho dos filhotes de porco. como 2 h [Tp-µ]~ rn/ uma fração da variância fenotípica total. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 607 ~= variância epistática o As interações epistáticas. A herdabilidade em sentido restrito do QI foi estimada em pontuação de Michael é 110 e a de Frances. "- Li.µ ] para características quantitativas. 51. é denominada 1 herdabilidade em sentido restrito. Juntos. e os pais adotivos querem prever o QI de Oswald. IC'O u- C'O ca utilidade na previsão do fenótipo. l'. Oswald fosse criado em um lar com nenhu. • FIGURA 22. exceto pela substituição de TP por T. T. As ideias são resumidas na Figura 22. com alimentação inadequada e outras condições desfavoráveis.4. . Observe que essa 1.remos lembrar que esse número é uma I previsão. I I to sobre esses co11ceitos em Resolva! Uso da herdabilida. a herdabilidade SELEÇÃO ARTIFICIAL em sentido restrito traduz a diferença e11tre o ''alor mé- dio dos pais e a média da população em uma diferença Além de prever o fenótipo da prole. Assim.alguns teriam até mesmo selecionados um QI maior que um dos pais e outros um QI me11or que a média populacional de 100.risão. o \ralor pre\risto de T 0 é médio da característica é de 20 u11idades. A equação de previsão é dos pais. e o valor pre.A razão RIS http://gen-io.4). . a herdabilidade em senti. I I I I I I I I Uso da herdabilidade em sentido restrito To= 23 1 1 1 Linda e William têm QI de 120 e 90. sentido restrito tem outra utilidade: prever o desfecho de Somando essa difere11ça hereditária à média.grupogen. 1 dabilidade em sentido restrito seja de 0. suponhamos que a = 106 médi~ desses indivíduos selecio11ados seja de 30 unida- des.. 1 Ts = 30 por exemplo.risto do fenótipo da prole é io-ual à média equação é igual à equação de previsão do fenótipo de um . Teste seu co11hecime11. seu QI po. prever o fe11ótipo da prole. em um am. O QI médio dessa distri- buição seria igual a 106.) dos fenótipos dos pais.rel um programa de cruzamento seletivo de uma população. não uma certeza. A ''ariabilidade nessa distribuição é decorrente da segregação mendeliana dos alelos que influenciam o QI e de fatores ambie11tais. indivíduo da prole.4) [115 . respectivamente. I I de em sentido restrito. E possí\rel prever o \ralor médio da característica na Esse resultado i1os diz que o QI de Oswald deve estar prole desses pais selecionados? A resposta é sim.100] na cauda superior da distribuição.<. I deria ser bem me11or que 106. o QI de Oswald poderia ser I I R = h2S muito maior que 106. que mostra as dis- Agora substituamos as qua11tidades conhecidas de tribuições de frequência de uma característica quantita- cada termo na equação de previsão: µ = 100.608 Fundamentos de Genética ção à média da população. A resposta à seleção (R) é a diferença entre a média da ~ Leia a resposta do problema no site prole e a média de toda a população que incluía seus pais.4. R=ro-~l w pulação em geral. no entanto. I I biente doméstico propício. TP = (110 + ti''ª entre os pais e a prole.8 O processo de seleção artificia l. lação em geral. não um \ralor definitivo. Convém destacar. selecionamos como pais os indivíduos T0 = 100 + (0. o valor 120) / 2 = 115 e h2 = 0. Informa a proximidade entre a prole e a média dos pais.µ ] sentido restrito (0. desde entre o valor médio dos pais (115) e a média da popu- que seja conhecida a herdabilidade em se11tido restrito lação (100).8. é a média dos pais selecionados e h2 Quando a característica é perfeitamente hereditária. h2 = é a herdabilidade em se11tido restrito. mas de.4. Na po.. 1 ma ou pouca estimulação intelectual. µ é a média da popu- de Oswald seria mais próximo do valor médio dos pais. porém. a herdabilidade em "hereditária" que podemos esperar encontrar na prole.. Na geração pare11tal. que o QI que calculamos para Oswald é uma pre. Esses 40% correspondem à herdabilidade em To= µ+ h2[T. Se analisássemos milha- res de casais cujo QI médio dos pais fosse igual a 115. a maioria das cria11. Nós previmos que o QI de Oswald I =(Ü. o QI médio é de 100 e estima-se que a her. Na verdade. Se. Para formar a geração seguinte. Se Linda e Willi am 1 t iverem um fi lho e a criança for criada em um ambiente méd io. . Na \rerdade.r do restrito é um dado estatístico fundame11tal. é igua l à herdabilidade em sentido restrito. Portanto. Por outro lado.r.com. Pais ças teria QI maior ou me11or . o esperado seria que os valores de QI dos filhos formassem uma distribuição de frequência. está em um ponto a 40% de distância e11tre a média da população e o ''alor médio do traço. Se a herdabilidade em sentido res- trito do QI fosse maior que 0.3)xl0 seria 106. o valor previsto do QI em que T0 é a média da prole. O diferencial de sele- qual será seu QI previsto? ção (5) é a diferença entre a média dos pais selecionados e a média da população. é possí.br. g esperados (60 µ. constatamos que a média é 104. A princípio. O termo entre colchetes à 120. é a difere11ça e11tre a média outra característica cuja herdabilidade em sentido restri- dos pais selecionados e a média da população da qual to é desconhecida. Qual é a . Além disso.g por geração.000 5. Q) .. Podemos simplificar ainda mais os termos.g. Voltemos Ao reorganizarmos os termos na equação de seleção. isso foi aproximadamente o que Enfield observou. é muito ses experimentos. Essa total ausência de superposição nas distribuições de (. seleção pela herdabilidade em sentido restrito. Franklin Enfield As últimas gerações do projeto de Einfield ilustram muito bem e colegas fizeram amplos experimentos com um animal de labo. é indivíduo da prole para uma situação em que muitos pais a diferença entre a média da prole e a média de toda a (embora selecionados) produzem um grupo inteiro de des. pelas linha- gens altamente produti. em grande parte. Assim. nenhum indivíduo da população selecionada era tão pequeno quanto os maiores indivíduos da popu lação inicial original Gerações m (Figura 1). Ts = 30..3) X 10 = 3.g.ARTIFICIAL SELEÇAO seleção artificial é uma prática comum de melhoramento a eficiência de seleção.g = 60 µ.J. foi de 1.800 µ. Essa discrepância se deveu a fatores que reduziram O e 120 são indicadas por setas.000 4.800 a 3.000 µ.µ]. ao nosso exemplo. de certo ponto. a média de uma característica quantitativa em uma popu.500 +6. agropecuária costuma ser medido em anos. Nes. O termo entre colchetes à direita. Tribolium castaneum. o peso das pupas variava de 1. temos ''esse um aumento progressivo da média da população. Agora suponhamos que selecio11emos a variação de do como diferencial de seleção. e11tão / E uma prática comum no melhoramento de \regetais e animais e é responsá\rel. Em geral. a herdabilidade em sentido restrito para o peso da pupa foi esti- mada em cerca de 0. assim. racterística é de 100 e a média dos pais selecionados é de tensidade da seleção artificial. e não em semanas ou a longo prazo tende a superestimar essa resposta..g2. seleção por S.g em cada geração. para 5. Entretanto. população na geração anterior. o 20 40 60 80 100 120 Para alcançar esse resultado surpreendente. Na prole. O texto Em foco: Seleção artificial mostra como isso ocorre [To . embora seja impressionante.. Se o processo de seleção fosse lação.µ ] . Assim. S = 10 e R = (0. meses.g/geração X do corpo aumentado. . um pu lações de Tribolium selecionadas por tamanho aumentado. geração. A análise detalhada mostrou que durante essas gera- de pupa e selecionou os mais pesados para serem pais da próxima ções a eficiência de seleção foi muito reduzida por uma correlação geração.500 5.400 µ. se dificação da média da população decorrente da seleção indicarmos a resposta à seleção por R e o diferencial de dos pais.400 µ. µ = 20. a resposta acumulativa ratório.µ] = h2 [Ts . menor é a eficiência re- a média era de 2.g (60 µ. Após produtiva. Com esses valores.ras de espécies ''egetais e animais Assim. Esse processo foi mantido por 125 gerações. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 609 Na verdade. o peso médio da pupa havia aumentado a seleção de aumentos adicionais de tamanho. Enfield usou um diferencial de seleção de 200 µ.g.3 X 200 µ. O pouco menos que os 2. número que. l. o besouro-castanho da farinha. é co11heci.. inclusive fatores como infertilidade dos na agropecuária.000 µ.400 µ. [ T 0 . Para estudar a eficácia da seleção artificial. a resposta à sele- cendentes. Isso reduziu o diferencial de seleção efetivo e dificultou 125 gerações de seleção.. quanto maior é o besouro. [ ~'I . mais que o dobro da média da população inicial. que então forma a população da próxima ge. Depois de subtrair µ nos dois lados da equação e repetido geração após geração. a resposta à seleção é o produto do diferencial de que são empregadas atualmente i1a agropecuária..µ ]. / na pratica.g. a • FIGURA 1 Distribuições de frequência do peso da pupa em po- resposta acumu lativa durante esse período foi de 2. e suponhamos que podemos ver com mais clareza como a seleção modifica h2 = 0. T0 = 20 + 3 = 23. No início negativa entre o tamanho e a capacidade de reprodução . ção mede a variação da média da característica em uma ração. esse ponto. Ele verificou o peso dos animais no estágio 85 gerações). Assim. Enfield fez a seleção de animais com tamanho menor que a resposta esperada de 5.g e a variância era de 40. Esse processo é co11hecido como se leção artifi cial.000 µ.3. a 110''ª equação toma possível prever a mo. adaptamos a equação de previsão para um esquerda.3.g por geração X formato das distribuições é só aproximado. porém.. é conhecido como resposta à seleção. assim. o melhoramento é lento indivíduos selecionados. Nas 40 primeiras gerações.000 Peso da pupa (microgramas) 0. a resposta à seleção prevista era de 3. A média da população para essa ca- foram selecionados. O diferencial de seleção mede a in. embora a herdabilidade seja um porque o tempo de geração de espécies importantes para a preditor razoável da resposta à seleção durante algumas gerações.100 µ.depois do experimento. As médias nas gerações 40 gerações).500 4. esperaríamos que hou- inserir colchetes em torno do termo à esquerda. Entre a 40ª e a 125ª geração.) e: <Q) frequência indica que a constituição genética da popu lação havia :::J cr sido radicalmente alterada. locz). do inglês "quantitative trait". e Zachary Lippman fizeram um experimento para deter- lium pesa cerca de 1 g. produtividade do arroz e do milho. posicionaram-nos nos mapas ge- prática por Steven Tanksley e colegas. doença cardiovascular e esqui. eles trataram frutos têm tamanho. pimpinellifolium foram cruzadas com a va- ção dos Zoei responsáveis pela variação do peso do toma. e nesse exem- plo. nativos da América do que usam marcadores fenotípicos apresentados no Ca- Sul. pimpinellifo. semelhantes à groselha. e recentemente desenvolveram técnicas para iden- tificar genes individuais que influenciam características complexas. Com esse tipo de análise. por cada planta foram pesados. apresentados na Figura 22. em vegetais. posto em ma do tomate e. pimpinellifolium e L. Tanksley eco- dos experimentos de melhoramento. Todas essas variedades foram obtidas por seleção zeram experimentos de recombinação semelhantes aos artificial de tomateiros selvagens. Tanksley e colegas iniciaram as tentativas de identifica. como a mosca-das-frutas e o camundongo. escuúmtum dife. consideremos um legas catalogaram um grande número de RFLP no geno- estudo sobre o peso do fruto em tomateiros. e uma só plan- te pela construção de mapas moleculares detalhados de ta da F 1 foi autofertilizada para produzir a prole da F2 • cada um dos 12 cromossomos do tomate. pimpinellifolium. Acredita-se que o L. e em nossa própria espécie. R = 104 .9 Variação de tamanho. pro. depois. os RFLP como marcadores genéticos moleculares e fi- ra 22. além de suscetibilidade a doen. Os procedimentos experimentais são indicação expressiva do poder da seleção artificial. os frutos produzidos ram o fato de que L. pimpinellifolium. em cada uma delas.000 g .3 e os Zoei QT nos organismos em que podem ser implementa. Os tomates cultiva. Existem de recombinação em híbridos criados por cruzamento muitas variedades diferentes. Eles explora.610 Fundamentos de Genética herdabilidade em sentido restrito? Pela equação de res- posta à seleção. riedade Giant Heirloom de L. verificamos que R/S = h2. e o locus de um gene que influencia uma característica quantitativa é denominado locus de característica quantitativa . comentários relacionados no Capítulo 15). escuúmtum em razão da mu- crescimento em porcos. que tem frutos pítulo 7. 88 Zoei de RFLP foram posicionados pequenos. Plantas L. Na verdade. A partir desse exemplo. escuúmtum. obesidade no camundongo. a herdabilidade em sentido restrito. EcoRI pode clivar um sítio espe. Por exemplo. néticos dos cromossomos pela observação da frequência dos pertencem à espécie Lycopersicon escuúmtum. enquanto um fruto da variedade minar quais desses Zoei estavam associados a diferenças cultivada Giant Heirloom pode pesar até 1.100 = 4 e S = 120 . As características estudadas incluí- ram número de cerdas na mosca-das-frutas. e. de importância agropecuária. mas não é capaz de dução de leite no gado leiteiro.2 = h2. to: 1 g em L. Assim.9). os geneticistas quantitativos estudaram muitas características diferentes em muitos organismos diferen- tes. seja o ancestral gené. formato e cor característicos (Figu. LOCJ DE CARACTERÍSTICA QUANTITATIVA A análise estatística tornou-se a base da genética quan- titativa desde o artigo de Fisher em 1918.10. Em cada estágio do experimento. formato e cor de tomates. ou simplesmente QTL. como milho e arroz. vemos que a resposta a um experi- mento de seleção artificial pode ser usada para estimar a herdabilidade em sentido restrito. os das duas espécies diferentes. O . cal (GAATTC). Esses Zoei foram identifica- dos e mapeados em cromossomos específicos em organis- mos-modelo em laboratório. A posição de um gene no cromossomo é de- nominada locus (plural. pimpinellifolium e 500 g em L. escuúmtum. Ao todo. Técnicas moleculares modernas tornaram possível pesquisar Zoei QT em genomas. velocidade de engorda e clivar esse sítio no DNA de L. As linhagens parentais rem nos sítios onde as enzimas de restrição clivam o DNA eram radicalmente diferentes em relação ao peso do fru- genômico.100 = 20. Um fruto de L. do comprimento do fragmento de restrição (RFLP) que podem Para ilustrarmos os métodos usados para identificar ser analisados por Southern blotting (veja a Figura 15. Então. câncer. Tanksley tico dos tomates cultivados. como porcos e bois. cífico no DNA de L. nos mapas dos cromossomos do tomate. R/S = 4/20 = 0. animais • FIGURA 22.abreviado como locus QT. Diferenças desse tipo criam polimorfismos zofrenia em seres humanos. tação da sequência de reconhecimento de EcoRI nesse lo- ças como diabetes.uma de peso do fruto. Tanksley. and 5. o que sugere que no L. 2001. Genetics 158: 4 13-422. tinham frutos com 17. .. Z. --11)11~ Análise Por exemplo. Essa variação é causada pela segregação de genes talhados do mapeamento possibilitaram que Tanksley e que afetam o peso dos frutos. f2 20 - LL N 18 ro 16 .. LE/LE e LP/LE. pimpinellifolium e o alelo LE que têm diferentes pesos é derivado de L. em média. e al.. 11. Depois de examinar a relação entre o peso do fruto e os genótipos em todos os outros wci de RFLP. respecti- O Determinação dos vamente. escu/entum (LE) limorfismos do comprimento do fragmento de restrição (RFLP). Determinou-se o genótipo de cada planta da marcadores moleculares presentes em cada F2 para os marcadores LP e LE em cada um dos 88 wci de planta da F2• RFLP. identificar os marcadores de RFLP presentes. pimpinellifolium. Portanto. Esses genótipos Peso médio dos frutos (g) por planta 0""~ podem ser designados LP/LP. ter um marcador de cada espécie. que foi autofertiliza- 1g X 500 g da para produzir muitas plantas F2• Todas as plantas da F2 foram caracterizadas em relação à característica quantitativa de peso do fruto e a uma série de loci cujos alelos são definidos por po- L. digerido com "O o Q) . estudos mais de- 20 g.. o "O 15 10 RFLPA wcus TGl 67. e o fruto Lippman concluíram que existem outros cinco wci para das 188 plantas da F2 geradas tinham.. Entretanto. Para deter- Q) E ':::::1 z 4 -. Por fim.1 g enzimas de restrição e analisado por Southern bwt para 6 . o peso do fruto. inclusive mais um no cromossomo 2. 0 ÃP 7 "O V) 14 . dois no cromossomo 1. não podemos concluir que o alelo para maior peso do fruto esteja realmente no wcus o V) Q) o. uma planta da F2 poderia ser ho- 2 1 . 0 Pesagem dos frutos de êro 12 o. as plantas hete- 0"""Y rozigotas para os marcadores LP e LE tinham frutos de O Análise da relação entre 10.0 g e que as plantas homozigotas para o marcador LE cada locus de RFLP e o peso dos frutos. pimpinel/ifo/ium (LP) L. genoma. o alelo LE não tem efeito sobre o peso do fruto... ---- DNA Então.. o peso variou muito.5 g do perto do locus A de RFLP. . Dissecting the genetic pat hway to extreme 0""~ fruit size in tomate using a cross between t he small-fruited wild 8 Autofertilização das species Lycopersicon pimpinellifolium and L. Duas espécies diferentes de tomate fo- ram cruzadas para produzir uma planta F1.o 20 Locus de do fruto. 5 • • • Locus de RFLP B TGl 67. Portanto. 8 -. Dados reproduzidos de Lippman.. 10 . Assim. Tanksley e Lippman estudaram a relação entre os genótipos em cada wcus de RFLP e o peso dos frutos. eles constataram que as plantas homozigotas para o marcador LP tinham frutos com 8. nesse wcus de RFLP parece que o marcador LE está associado ao maior peso -- o.. ~ - todas as plantas da F2• determinaram os genótipos de RFLP das plantas da F2• O DNA foi extraído de plantas individuais. parece que um QTL para o peso do fruto está localiza- 10. homo- o 1 1 1 1 1 1 o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 zigota para o marcador de L. Tanksley e fruto da planta da F 1 tinha. esculentum há um alelo para peso do fruto aumentado em algum lugar perto do R - :::::1 . essa análise aponta para a existência de um QTL que afeta o peso do LP /LP LP /LE LE/LE fruto perto de TGl 67 no cromossomo 2. esculentum. Para um locus de RFLP (A). esculentum var.. minado locus de RFLP. -. Tanksley e Lipp- Genótipo man designaram esse QTL como fw2.. ORFX. em média. um empreendimento heroico.ou wci QT . porém.5 g.. Média= 11..2e mostras- .-. Entre as plantas da F2.. apenas que esteja próximo.4 g.5 g. Os dados resultant es foram analisados para verificar se havia 0""~-v relação entre o peso do fruto e os genótipos em algum dos loci O Cruzamento de variedades de RFLP. um no cromossomo 3 e outro no gumas plantas tinham frutos com peso médio acima de cromossomo 11 (Figura 22.1 g. isto é. Gi- plantas da F1• ant Hei rloom.. Tanksley e Lippman sem que é um gene único. o alelo do fruto e diferentes marcadores moleculares em LE aumenta o peso do fruto quando é homozigoto. O alelo LP é derivado de L. Para localizar esses genes colegas apontassem com precisão o QTLfw2.11 ). Esse gene é expresso ..n mozigota para o marcador de L... Para o outro muitos toei em todo o locus de RFLP (B). no locus de RFLP TGl 67 no cromossomo de RFLP 2.no mapa genético.. 10. 2.10 Métodos de identificação de loci QT para o peso p do fruto em tomateiros. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 611 • FIGURA 22. esculentum ou heterozigota. and S. Dados reproduzidos de Lippman. Para um geneticista quantitativo. LE ou LP.1 g e 500 g.1O mostra como Zachary Lippman e Steven Tanksley 1.3. o fenótipo do heterozigoto está próximo do fenótipo do homozigoto LPILP.2 12. não. Portanto.3 é quase intermediário entre os 1 Dados reproduzidos de Lippman. Os toei QT.2 é alelos. estão situados próximos. Lippman e Tanksley identificaram seis toei QT que influenciam o mediário entre os fenótipos dos dois homozigotos. As médias na F1 e na F2 são muito mais próximas QTL Locus de RFLP LPILP LPILE LEILE do peso do fruto de L. os alelos desse toeus genetic pathway to extreme fruit size in tomato using a cross between the parecem ter ação mais ou menos aditiva para determinar o peso small-fruited wild species Lycopersicon pimpinellifolium and L. em média. Tanksley. o fenótipo do heterozigoto identificaram toei QT para o peso do fruto em tomateiros. Tanksley. eseutentum var.11 associados a efeitos no peso do fruto. Detecção da dominância em um QTL PROBLEMA FATOS E CONCEITOS a. não intermediário entre os dois homozigo- Que QTL mostra dominância para o traço peso do fruto? Qual dos tos. a dominância existe quando de seus frutos .2. Z. var. Os é intermediário entre os fenótipos dos dois homozigotos. 3 TC36 6. dados indicam que a dominância influencia o peso do fruto em 3. Para fw2. A Figura 22. . 2001. determinou o genótipo das plantas da F2 para esses dois toei. Ceneties 158: 413. eseutentum. Outro toeus. pimpinellifolium que de L. Essa observação indica que o alelo LP do QTL fw2.3.2 TC167 8. Quando um único toeus atua em uma característica.fw2.5 g. Já o fenótipo do heterozigoto em QTL fw11. 1 g. Giant Heirloom. Os frutos da F1 tinham.422.fw11 .612 Fundamentos de Genética • Loei de RFLP e QT para o peso do fruto em quatro cromossomos no genoma do tomate. O peso médio dos frutos nas gerações P. a dominân- tomateiros? cia é indicada quando o fenótipo do heterozigoto não é inter- b. a dominância RFLP TC36 no cromossomo 11. os alelos não atuam de modo estritamente aditivo. designados pelas letras fw.4 10. Quando há ação aditiva dos alelos. 11. peso do fruto. fw11 . pais no cruzamento inicial diferiam radicalmente no peso médio 2. a 10. Quando muitos toei atuam em uma característica. Os toei de RFLP destacados estão FIGURA 22. 2001. F1 e F2 indica que a dominância participa da determinação dessa característica Genótipo das plantas da F2 quantitativa. foi localizado perto do toeus de 4. mas o QTLfw11.2.0 17. Essa tendência é uma indicação clara de dominância. Cenetics 158: 413-422. é dominante? parcialmente dominante em relação ao alelo LE.2 20. Dissecting the fenótipos dos dois homozigotos.0 b. Assim. Lippman e Tanksley constataram a relação entre os genótipos e ANÁLISE E SOLUÇÃO o peso médio do fruto (todos os valores em gramas) 1• a. and S. Dissecting the genetic pathway to extreme fruit size in tomato using a cross between the small-fruited wild species Lyeoper- sieon pimpinellifolium and L. Giant Heirloom. foi localizado é indicada quando o fenótipo da F1 não é intermediário entre os perto do toeus de RFLP TC167 no cromossomo 2. Um toeus. Z.5 fw2. Quando se fenótipos dos dois pais. e os frutos da F2 tinham. Por que esses dominância é um desvio da aditividade estrita.2 mostra dominância. escu/entum do fruto. O QTLfw2. em média. triglicerídios APOB Apolipoproteína B 2 Colesterol LDLb APOC-3 Aoolioooroteína C3 11 TriQliceríd ios APOE Aoolioooroteína E 19 Colesterol LDL. dominância e epistática Vg = Vª + Vct + Vi • A herdabilidade em sentido restrito é a proporção da variância f enotípica total devida aos efeitos aditivos dos a/.e (T0 ) dados ofenótipo médio dos pais (Tp) e ofenótipo médio da população(µ) de origem dos pais:T0 = µ + h 2 (Tp. na maioria das ve.eção: R = h 2S • Usando marcadores mo/. ªLipoproteína de alta densidade. ser consideradas características limiares poligênicas. densidade e nível de triglicerídios. pressão arterial.2 Loci de característica quantitativa que contribuem para a variação em fatores de risco para doença cardiovascular. A Tabela 22. Behavioral Medicine 22:141-149. Tabela 22. mas. triglicerídios CETP Proteína de transferência de éster de colesterol 16 Colesterol H DL DCP Dioeotidil carboxioeptidase 17 Colesterol H DL. o risco de que um gêmeo monozigótico morra por mapeamento de l. blipoproteína de baixa densidade. os geneticistas são capazes de identificar e mapear /. pessoas que têm metade dos ge- os Capítulos 20 e 21). novas tecnologias como os chips por essa doença antes de 65 anos é três a sete vezes maior gênicos que detectam polimorfismos de nucleotídio único que o risco em gêmeos dizigóticos. Essas tecnologias também foram estatísticos indicam que a suscetibilidade à doença car- usadas para encontrar associações entre marcadores mcr diovascular está sob controle genético. Esses e outros dados aceleraram o trabalho.elos: h 2 = Vª/VT • A herdabilidade em sentido restrito é usada para prever os fenótipos da pro!. que é uma importante causa de mor.µ) • A resposta à se/. Há muito se sabe que a semelhante à do oncogene c-ras. que parentes equivalentes de pessoas não afetadas.eculares. específicos que contribuem para a variação dos fatores As vezes. acompanhe Problema resolvido: coronariana são sete vezes mais propensas à doença do Detecção da dominância em um QTL. PONTOS ESSENCIAIS • A variânciafenotípica total pode ser dividida em componentes genético e arnhiental:VT = Vg + Ve • A variância f enotípica em uma população geneticamente uniforme estima Ve • A herdabilidade em sentido ampw é a proporção da variância f enotípica total que é variância genética: H 2 = Vg/VT • A variância genética pode ser subdividida em variâncias genética aditiva.eção artificial pode ser prevista a partir da herdabilidade em sentido restrito e do diferencial de se/. as associações entre os marcadores e as doenças associados ao risco de desenvolver essa doença. Além A pesquisa de Tanksley mostra que a identificação e o disso. Para se aprofundar na análise dos nes em comum com parentes que tiveram cardiopatia wci QT do tomateiro. P. inclusive algumas que vem se concentrando no esforço de identificar genes podem . seu produto po. oressão arterial FGA/B Fibrinogênio A e B 4 Fibrinogênio HRG Glicoproteína rica em histidina 3 Glicoproteína rica em histidina LDLR Receotor de lipooroteína de baixa densidade 19 Colesterol LD L LPA Liooproteína (a) 6 Colesterol H DL. suscetibilidade a essa doença é influenciada por fatores deria participar da transdução de sinal nas células (veja genéticos. Locus Produto gênico Cromossomo Fator de risco AGT Angiotensina 1 Pressão arterial APOA-1 Aoolioooroteína A 1 11 Colesterol HDLª APOA-2 Aoolioooroteína A2 1 Colesterol H DL APOA-4 Apolipoproteína A4 11 Colesterol H DL.. . 1997.oci de característica quantitativa. nível de lipoproteínas de alta e baixa Iniciamos este capítulo com uma história sobre doen. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 613 no início do desenvolvimento das flores e tem estrutura te na sociedade pós-industrial. Vogler et ai. Por exemplo. triglicerídios LPL Liooproteína lioase 8 Trigliceríd ios PLAT Ativador do plasminogênio tecidual 8 Nível de ativador do plasminogênio tecidual PLANH1 Inibidor do ativador do plasminogênio-1 7 Nível de PAl-1 Fonte: G. são descobertas em amostras da população em geral. guns dos Zoei QT identificados nessas tentativas. Esses fa- são encontradas em heredogramas. obesidade. zes.2 lista al- ça cardiovascular. Felizmente. Assim.oci QT pode ser uma tarefa elaborada e cardiopatia coronariana quando o outro gêmeo morreu demorada. Genetics and behavioral medicine: risk factors for cardiovascular disease. tores incluem nível plasmático de colesterol. A pesquisa atual leculares e várias doenças humanas. . por fim. • 165 .8 1. e cada par de gêmeos 172. Consideremos... meios-ir- mãos. parações entre parentes . como pesquisador identificar o gene ou genes implicados.6 • • y • 0. Conjunto de dados pareados nos quais o coeficiente de correlação é próximo de zero. comparações entre parentes podem oferecer informações úteis sobre a variação genética da Grande parte da análise genética clássica requer com.0 .4 0.-----------. e assim por diante. loca..4 ..50 167. • • • 167.2 0. • 1 1 1 1 1 147. Com frequência. Nas características complexas que podem proporcionar estimativas das herdabilidades em implicam muitos genes e também são influenciadas por um grupo de fatores ambientais. B.50 172.pais e filhos.. . A.50 147..50 - • 170 . . irmãos.50 157. O procedimento habitual é acompanhar uma característica específica ao longo de CORRELAÇÃO DE FENÓTIPOS uma série de cruzamentos ou rastreá-la em um conjunto QUANTITATIVOS ENTRE PARENTES de heredogramas. exemplo.50 177. . . • •• • • • ~ b 162.50 152.---------.. • • • •• • •• 157. • •• 155 .12 Correlações entre pontos de dados pareados. Cor- • 1 1 ' ·~ 0. dados sobre a altura de gêmeos monozigóticos.0 relação positiva da altura entre gêmeos monozigóticos (dados cedidos X por Thomas Bouchard. Todavia. é possível dis- tinguir se a característica tem ou não uma base genética..50 . esse tipo de análise é sentido amplo e restrito. dificílimo.8 - • • • ••• • . analisá-los A Figura 22.614 Fundamentos de Genética Correta ões entre arentes Análises quantitativas da semelhança entre parentes em nível molecular. caracter1st1ca. B .50 162. Pela análise dos dados.50 - ~ • Q)- • • • • E~ cQ) ::l ~ +-' <e 160 .. • • 0. outros estudos podem possibilitar ao de uma característica quantitativa.12A mostra esses dados. os parentes têm fenótipos semelhantes Em caso afirmativo.. •• • 152. • • • 0. • • • • • • FIGURA 22.50 Altura (cm) Gêmeo 2 A 1. lizar esses genes nos cromossomos e.50 .50 - 150 . University of Minnesota).6 0. espera-se Valores teóricos de coeficientes de correlação para que o coeficiente de correlação aumente com o grau de gêmeos MZ e DZ e indivíduos sem parentesco (SP). Caso parte da varia- Tabela 22. de dominância e epistático do a+ 1. como a altura dos gêmeos Os termos a. Indiquemos a altura to são equivalentes. T. pares de irmãos. Os geneticistas analisaram as relações entre essas quantidades. Quando um gêmeo é variação genética aditiva em uma população. Esse tipo de situação é ilustrado na Figura 22. quando um nância e a epistasia influenciam uma característica. Partindo dessas suposições. Além disso.3 ção de uma característica quantitativa seja ocasionada por diferenças genéticas entre os indivíduos. é igual meos representados nos eixos x e y. de pares de colegas de quarto na universidade. relação genética. o coeficiente de correla- das. O valor do coeficiente de correlação varia de -1 te.5% dos Valor teórico do coeficiente de genes em comum. do gêmeo assinalado no eixo x pela letra X e a altura do Os coeficientes de correlação calculados pela fórmula outro gêmeo assinalada no eixo y pela letra Y. à média da população (µ) mais desvios genético (g) e vos desvios padrões da amostras. inclusive os efeitos aditivos de alelos. A. Também é necessário conside- e Y (pareamento sistemático de valores altos em um eixo rar que os fatores genéticos que influenciam o fenótipo com valores baixos no outro eixo) e +1 indica correlação são independentes dos fatores ambientais e que os fatores positiva perfeita. gêmeos monozigóticos. que têm 12.12B. Assim. peso. na ção de um par de parentes é igual à proporção da variân- qual não há relação sistemática entre os valores assinala. A Tabela 22. correlação . cia total da característica decorrente dos fatores genéticos dos nos eixos x e y. A letra grega L indica a somatória do índice T= µ + g+ e k de todos os pares de gêmeos. SPJ c2 . Se a domi- baixo. começando com o r= L[ (Xk -X)(~ .altura. O coeficiente de correlação dos dados e ambientais compartilhados pelos parentes. O gráfico deixa claro que gêmeos monozigóticos ( h2 ) é a proporção da variância fenotípica causada por têm alturas muito semelhantes. positiva em relação à altura. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 615 é representado por um ponto no gráfico. Parentesco correlação (r) MZS H2 . gêmeos monozigóticos apresentam forte relação de diferentes tipos de gêmeos humanos. MZJ H2+C2 DZS (1/2)h2 + 0 2 ENTRE PARENTES DZJ (1/2)h2 + 0 2 + C2 Já vimos que a variação de uma característica quantitativa SPS o pode ser dividida em componentes genético e ambiental. muito próximo apresenta interpretações teóricas dos coeficientes de cor- de +1.84. de em sentido amplo e a herdabilidade em sentido restri- geralmente simbolizado pela letra r. respectivamen- no gráfico. o outro também tende a ser alto. X e Y são as médias das amostras dos gê. e a herdabilidade em sentido restrito ou y. Também podemos por terem sido criados separados. QI todos os fatores genéticos que contribuem para o termo etc.3 dos gêmeos na Figura 22. d e i nessa expressão são. e a altura do outro gêmeo é assinalada no eixo vertical uma população. Essa análise supõe que Nessa fórmula.12A é de +0. e pares de primos em primeiro grau. A altura de um A herdabilidade em sentido amplo (H2) é a proporção membro de cada par é assinalada no eixo horizontal ou da variância fenotípica causada por variação genética em x. a correlação deve ser maior em criados juntos 0) ou separados (S).Y) ]/[ (n-l)sx sy] trabalho pioneiro de R. então a herdabilida- dado estatístico denominado coeficiente de correlação. O nome ramos que a herdabilidade em sentido amplo seja maior dado a esse padrão de semelhança é correlação positiva. que a herdabilidade em sentido restrito. do que em primos de primeiro grau. de quantitativa. o cálculo desses coeficientes pode usar g na expressão de cálculo do valor de uma característica dados de diferentes tipos de parentes . Fisher. apresentada na seção anterior podem ser interpretados ciente de correlação para todos os pares de gêmeos no em termos de herdabilidade em sentido amplo e herda- gráfico é calculado a partir da expressão bilidade em sentido restrito.por exemplo. o coefi. os MZS não têm em calcular os coeficientes de correlação usando dados de indivíduos sem parentesco . Assim. espe- gêmeo é alto. sx e sY são os respecti. Gêmeos monozigóticos criados separados (MZS) têm E possível calcular os coeficientes de correlação de to. em que -1 indica correlação negativa perfeita entre X desvio genético da média. os componentes aditivo. e n é o número de pares ambiental (e) da média: de gêmeos. esses gêmeos têm em comum dos os tipos de fenótipos quantitativos . dizemos que não há correlação entre as medi. Quando o coeficiente de correlação é genéticos e ambientais não apresentam interação não adi- igual a zero. o valor de uma característica em um indivíduo. o outro também tende a ser baixo. pares de meios-irmãos tos de dominância e os efeitos de epistasia. genótipos idênticos. Se esses fatores que é resumido quantitativamente pelo cálculo de um não influenciam uma característica. Portanto. os efei- pares de gêmeos.por exemplo. Entretanto. tiva. que têm 100% dos genes iguais. Essa fórmula oferece aos =µ+a+d+i+e pesquisadores um método para atribuir um número a um conjunto de medidas pareadas.DAS CORRELAÇOES INTERPRETAÇAO . isto é. Esse último recebidos dos pais. As correlações entre decorrente da dominância e da epistasia reflete a baixa outros tipos de parentes . bém indicaram que o comportamento é afetado por fa- tores genéticos. PONTOS ESSENCIAIS • O coeficiente de correlação resume o grau de associação entre medidas pareadas. Indivíduos sem parentesco criados separados (SPS) a correlação entre eles é igual à proporção da variância ou juntos (SPJ. nético. a função mental. E importante de correlação para gêmeos DZ é maior ou igual a (1/2) destacar.616 Fundamentos de Genética comum os efeitos ambientais representados pelo termo eia e epistasia. Assim.3. máxi- específicas de alelos de seus pais. indicado pelo termo C 2 na Tabela 22. Portanto. cortejo. o efeito do ambiente em comum A semelhança entre gêmeos dizigóticos (DZ) é igual ( C2) se forem criados juntos. os efeitos de dominância e epistáticos são apenas cos criados separados oferece uma estimativa máxima da parcialmente iguais. Portanto. ça de Huntington é causada por uma mutação domi- portamentos com o auxílio de experimentos. é igual à herdabilidade Esse efeito não contribui para a correlação entre gêmeos em sentido amplo. essa pende apenas de seus genótipos idênticos. terpretação é tema de considerável incerteza. H. A correlação entre gêmeos monozigóticos razão da origem comum. meios-irmãos e primos probabilidade de que gêmeos DZ herdem combinações em primeiro grau . o coeficiente de correlação ser encontradas na população em estudo. A doen- a identificar os determinantes genéticos desses com. Inclui. os geneticis- um coeficiente de correlação entre gêmeos DZ é preciso tas podem usar correlações entre parentes para estimar dividir seu componente genético por 2. As pesquisas em seres humanos tam- nalidade em seres humanos. Xk eYk: r = ~ [ (Xk . o coeficiente mas da herdabilidade em sentido restrito. Por exemplo. Além disso. Só agora se começam tornam-se deprimidas. porém. essa correlação é igual à proporção dizigóticos criados juntos (DZJ). Genética quantitativa de características comP-ortamentais humanas A teoria da genética quantitativa foi usada para avaliar a com linhagens mutantes de vermes. até mesmo psicóticas. ambiente comum além de genótipos idênticos.2. para interpretar Graças a esses e outros resultados teóricos.irmãos. será igual a (1/2) h2 mais uma fração da e na expressão. No caso de gêmeos genética quantitativa. repro.2) mais a propor. porém. dizigóticos criados separados (DZS) porque esses tipos Gêmeos monozigóticos criados juntos (MZJ) têm um de gêmeos não compartilham o mesmo ambiente. Consequentemente.X) (Yk . e a correlação entre gêmeos dizigóti- iguais. Estudos nante que se manifesta em adultos. geralmente depois . Portanto. embora em gê. adotadas pela mesma família) não têm genes em comum ção decorrente de fatores ambientais iguais. sua in- será igual a (1/2) h2 • Se houver algum grau de dominân. camundongos revelaram vários genes que influenciam o comportamento. criados separados torna possível estimar a herdabilidade meos DZ os efeitos aditivos dos genes em comum sejam em sentido amplo. já que 1/2 é a as herdabilidades em sentido amplo e restrito para traços fração de genes iguais em gêmeos DZ (ou irmãos) em quantitativos. crianças sem parentesco total decorrente de genótipos iguais (H.Y) ]/[ (n . é tre esses tipos de indivíduos não inclui o componente ge- conhecido como ambientalidade. o coeficiente de correla- da variância fenotípica total devida a diferenças genéticas ção incluiria ainda o efeito do ambiente em comum ( C2). Na teoria da fração é representada pelo termo IP. entre os pares de gêmeos . porém menor ou igual a (l/2)H2• Se a dominância e a de várias conjecturas simplificadoras. elas dução e várias outras atividades. moscas-das-frutas e herdabilidade das características de inteligência e perso. a correlação en- componente. por exemplo. pessoas com doença de Os animais apresentam uma grande variedade de com. diferença entre (l/2)H2 e (l/2)h2 • Na Tabela 22.3. Essa diminuição da similaridade herdabilidade em sentido restrito. que podem ou não epistasia forem desprezíveis. a correlação entre MZS de. Huntington perdem gradualmente o controle motor e portamentos associados à alimentação. à medida que a doença avança. Desse modo.l)sx Sy] • O coeficiente de correlação pode ser usado para estimar a proporção da variância total de uma característica quantitativa decorrente dos fatores genéticos e ambientais compartilhados por parentes • A correlação entre gêmeos rrwnozigóticos criados separados torna possível estimar a herdabili- dade em sentido amplo • A correlação entre gêmeos dizigóticos criados separados oferece uma estimativa máxima da herdabilidade em sentido restrito.também oferecem estimativas. à de dois irmãos quaisquer. que todas essas estimativas dependem h2. são muito altos comportamental. os metabólitos tóxicos no tecido nervoso. do sobrevivem até a meia-idade.que consiste na restrição da menores . criados juntos 0) ou separados (S)ª.. até acreditam que a doença de Alzheimer pode ser causada 70% da variação do QI é atribuível à variabilidade genética por cópias extras ou alelos mutantes de um gene locali.22 0.e foram usados muitos testes diferentes .75 a média da população seja igual a 100 e o desvio padrão. podem ser vadas na população em geral. Outro exemplo para indivíduos sem parentesco criados juntos são prati- da influência do genótipo sobre o comportamento é a camente iguais a zero. distúrbio causado pela presença de cação de que qualquer que seja o elemento medido pelo um cromossomo 21 extra. sempre desenvolvem Por exemplo. tem um grande componente genético. uma forma de demência que tam.47 de uma pessoa?-. na determinação do QI. 1962 0. quan.o desenvolvimento mental é anormal. 1998 0. Em comparação. conclusão é respaldada por outras análises de correlação. raciocínio e solução de problemas. Essas análises são uma forte indi- síndrome de Down. As pessoas com doença de rece ter maior influência que o componente ambiental.78 0. esses distúrbios não oferecem muitas informações PERSONALIDADE sobre a natureza das diferenças comportamentais obser. e os coeficientes de correlação . 1998. Traços de personalidade. assim. como a inteligência. Newman et ai. essa pontuação foi usada para avaliar Média 0. em relação à inteligência (medida nes também podem causar doença de Alzheimer.69 quociente de inteligência ( Ql). da população. genética) entre pais e filhos pa- idade bem mais avançada. psicólogos tentaram caracterizar e quanti. Alguns dos dados mais reveladores são origina. 1937 0. Alzheimer perdem as funções de memória e intelectu. Os resultados desses testes tendem a ser menos confiáveis tro da esfera de ação da genética quantitativa. fatores genéticos? Essas perguntas polêmicas estão den. Os valores observados desse coeficien- próprias ou aos outros. de um século.4 memória. os coeficientes de correlação de gê- núria é outro distúrbio genético humano com fenótipo meos MZ. Com permissão de Wayne State University Press. das influências genéticas. Pedersen et ai. pelo QI).7. Os testes . . As pessoas com esse distúr. Atualmente. A fenilceto. que proporção da variabilidade geral é causada por dade e outros para avaliar interesses vocacionais e sociais.32 ficado do QI. 257-279. Entre- tanto. teste de QI.tentam medir a capacidade geral de raciocínio.. que incluem habilidades verbais e matemáticas.22 0. Essa estimativa da herdabilidade em senti- zado no cromossomo 21. 1992 0. aplicaremos a teoria da genética quantitativa sonalidade humana de um modo que possibilita a análise ao estudo de duas características complexas do compor. alguns para avaliar características da personali- tivo..7 a 0.75 0. Por mais Coeficientes de correlação de QI em gêmeos MZ e DZ.é realmente um indicador da inteligência Newman et ai. do amplo significa que. 1990 0. Nas próxi. Atualmente os pesquisadores te de correlação são de aproximadamente 0. Tabela 22.80 0. influences on adult intelligence and special mental abilities. criados juntos ou separados. T. Sem tratamento . Nos testes de QI. discrimina- ção de objetos diferentes e percepção espacial.82 0. fenilcetonú.provavelmente porque eles têm apenas meta- quantidade de fenilalanina consumida na alimentação de dos genes em comum. Talvez a análise genética mais completa da perso- nalidade na população em geral seja a originada do Minnesota Study of Twins Reared Apart (Estudo de gê- INTELIGÊNCIA O termo inteligência refere-se a uma variedade de aptidões mentais. Embora haja considerável discussão sobre o real signi. tamento humano. Human Biol. inclusive no en. ria e síndrome de Down indicam que fatores genéticos podem influenciar o comportamento humano. 1980 0. relação com o QI de seus pais biológicos que com o QI bém acomete indivíduos sem anomalias cromossômicas. as diferenças entre as pessoas estão mais relacio- Distúrbios como doença de Huntington. ta provém do coeficiente de correlação para gêmeos MZ toramento constante para evitar que machuquem a si criados separados.4 ). A pon. Essa bio têm capacidade mental abaixo do normal e. Assim. Que fração da variação entre os QI é atribuível a dife- al de maneira gradual. há amnésia e renças genéticas entre as pessoas? A estimativa mais dire- desorientação progressivas. Todavia. Pessoas com essa doença acumulam . A variação genética é res.75 15.71 tuação obtida em um desses testes é convertida em um juel-Nielsen.. a inteligência e a personalidade. com necessidade de moni. não existe cura. ficar essas aptidões pela aplicação de testes de inteligên- Estudo MZJ MZS DZJ DZS cia. que os dos testes de QI. mas inexorável. de seus pais adotivos. Alelos mutantes de outros ge. Genetic and environmental genético. ferentes.na faixa de 0. dimensionado de modo que Shields. Bouchard et ai.8 (Tabela 22. avaliados por testes. J. coeficientes de correlação de gêmeos DZ tendem a ser céfalo. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 617 dos 30 anos. nadas com fatores genéticos que a fatores ambientais. Os psicólogos usam muitos testes di- ponsável por algumas dessas diferenças? Em caso afirma.38 se a variação da capacidade mental tem um componente ªDados e referências de Bouchard. medem aspectos da per- mas seções.83 0. o QI de crianças adotadas tem maior cor- doença de Alzheimer. a li- embora com frequência muito menor e geralmente em gação biológica (ou seja. 70: dos de estudos de gêmeos monozigóticos e dizigóticos. 39 semelhantes que os gêmeos DZ. por exemplo. Na esquizofrenia. e. que são geneticamente idênticos.39 a 0. ( c) o maior des\rio padrão? . Esca la de tradicionalismo MPQ 0. não acresce11ta nada à altura básica nozigóticos é de 60% e para gêmeos dizigóticos é de 10 cm do caule. 14 cm. ape11as das adiante tem (a) a maior média.28 0. A menor co11cordância em gêmeos dizigóticos provavelmente reflete o fato de que têm Resposta: (a) O fenótipo do heterozigoto quádruplo deve ape11as 50% dos genes em comum. medida por testes de QI. A frequência terminada por quatro ge11es de distribuição inde. desig- de 10%. designado pelo so- 2. B.49 dos casos. PONTOS ESSENCIAIS • O estudo de gêmeos monozigóticos e dizigóticos.48 0.48 esquizofrenia e alcoolismo. a avaliação de características de personalidade.53 da por fatores genéticos. A maior concordância do alcoolismo e11tre Itens de atitudes sociais não religiosas 0. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. isto é. Os resultados desse projeto sugerem Coeficientes de correlação médios para gêmeos que diferenças genéticas explicam uma fração signifi. 1990. vez até 50% (Tabela 22. a concordância para gêmeos mo- brescrito zero. (b) a maior va- as homozigotas para todos os alelos com sobrescrito riância.40 um deles é alcoólatra. 3. Inventário de interesses vocacionais de Jackson NA 0. ªResumido com permissão de Bouchard et ai. o outro gêmeo é alcoólatra em Atitudes sociais 41 % das vezes. A. que fração da prole terá 10 cm de altura? base genética. Science 250: 223-228. desses homozigotos quádruplos para zero será de pe11dente. MZ criados juntos (J) ou separados {S) submetidos cativa da variação geral da personalidade humana.43 entre pares de gêmeos MZ do sexo masculino em que Esca la de interesse ocupacional de Minnesota 0. enquanto o outro alelo. zero terá o fenótipo básico de 10 cm. C e D. Assim. Inventário psicológico da Califórnia 0. a herdabilidade em sentido amplo Instrumento de teste MZJ MZS dessas características é razoa\relmente alta. e cada um deles segrega dois (1/ 4) 4 = 1/256. um projeto de pesquisa de longa duração posto em prática na Univer- Tabela 22.34 gêmeos MZ sugere que essa característica é i11fluencia. um alelo de cada gene.50. foi útil na avalia- ção do grau de influência dos genes sobre o comportamento da população humana em geral • Estima-se que a herdabilidade em sentido amplo para inteligência. Em uma espécie de vegetal. Qual das duas distribuições de frequê11cia mostra- (b) E11tre a prole da planta autofecundada.50 0. Já i1os gêmeos DZ isso ocorre em 22% Esca las de religiosidade 0. Estimou-se a ocorrê11cia dessas características em pares de gêmeos MZ e DZ.49 0. Outra ob- Características de personalidade ser\ração sobre o controle genético da personalidade Questionário multidimensional de personalidade 0. American Association for the Advancement of Science. Copyright 1990. Assim. 1nteresses psicológicos e a constatação geral é de que os gêmeos MZ são mais Inventário de interesses de Strong Campbell 0.49 0. (b) se essa planta for autofecun. Se a altura do caule é determi11ada pela ação aditiva de todos os alelos desses ge11es. tal.50 \reio do estudo de distúrbios como depressão maníaca. Esses fatos i11dicam que a esquizofrenia é 11ado pelo sobrescrito um. ser a altura básica (10 cm) mais as co11tribuições de cada alelo com sobrescrito um (4 cm). seja de 70% • Estima-se que a herdabilidade em sentido amplo para características de personalidade varie entre 34 e 50%.ª psicológico de gêmeos MZ criados separados ''ªriam de 0.5). acresce11ta 1 cm à altura uma característica de limiar de base ge11ética? básica do caule. indica que BºB 1 CºC 1 DºD 1.49 0.5 sity of Minnesota.51 0. a esquizofrenia é uma característica de limiar de dada. a altura do caule é de. criados juntos ou separados. (a) Resposta: A maior concordância em gêmeos mo11ozigó- qual é o fenótipo de uma planta com genótipo AºA 1 ticos. alelos. O coeficie11te de correlação interesses psicológicos e atitudes sociais como parte da personalidade e a pontuação do teste de interesse do Minnesota Study of Twins Reared Apart.618 Fundamentos de Genética meos criados separados de Min11esota). Esse . é (130 + 90)/ 2 = 110. h2 < 2 X 0. Se considerar- Resposta: Espera-se que a variância genética seja maior mos que nem a dominância nem a epistasia causa que zero na população F2 porque há segregação variação desse traço.ariância fenotípica total. a .. V. A distri- buição A tem a maior variância e o maior desvio 6.30 = 0. as moscas da F 1 são 3. Estime a herdabilidade em sentido amplo do 0. foram cruzadas para pro. B 5. a dades.60. 30% desse des\rio de\re ser hereditário. são cruzados e produzem número de cerdas abdominais em fêmeas de Dro. Duas linhagens altamente endogâmicas de fenó. se multiplicarmos o zamento inicial entre P 1 e P 2 • Espera-se que as li. que foi intercruzada para Resposta: Teoricame11te.22. A \rariância do número de cerdas Resposta: O valor médio dos pais (a média dos dois pais) entre as moscas da F1 foi 3.30. Suponha que o coeficiente de correlação para al- padrão. Assim. 0.44 te coerentes? .e Assim. e a herdabilidade em sentido restrito é 0. isto é.i:. A cor- Um macho e uma fêmea que medem 130 e 90 uni.ariâ11cia ob. correlação por (1/2) h2 . a variância ge11ética nessas populações deve ser praticamente igual a zero.32. 0. uma prole numerosa. defi11ida como V/ Vr é 2. Assim.ariância genética de (l/2)h2 + D 2. 0. obteve os seguintes coeficientes de correlação dos biental.37.78. Portanto. valor da herdabilidade em sentido restrito para al- tipos difere11tes. tura nessa população? duzir uma população F 1. Diferencie herdabilidade em sentido amplo e her- dabilidade em sentido restrito. MZS. a herdabilidade em sentido Resposta: A correlação em gêmeos MZ criados separa- amplo. dos.44 = 0. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 619 lidade ge11ética. Em que linhagem ou gêmeos DZ criados separados é estimado como população espera-se que a .11. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. ou separados. Um grupo de pesquisadores estudou a variação do dades.alor des\ria-se da média ram intercruzadas para produzir uma população da população (100) em 10 unidades. Duas linhage11s endogâmicas com números dos de maneira aleatória. 0. estimaremos o coeficie11te de para as diferenças ge11éticas introduzidas pelo cru. Resposta: A distribuição B tem a maior média. Vg' e da variância DZJ. DZS. restrito. O que essa correlação sugere sobre o 4. herdabilidade em sentido amplo é de 0. i:. A variância observada nas moscas da F2 .3. Qual é o valor esperado de cerdas diferentes foram cruzadas para produzir da característica nessa prole? uma F 1 híbrida. 0. obteremos uma nhagens endogâmicas e a população F1 criada por estimativa máxima da herdabilidade em se11tido cruzamento tenham pequena ou nenhuma variabi.44. o valor pre\risto da característica para Resposta: Como foram produzidas por cruzame11 to de a prole desses dois pais é de 100 + (0. = 5.. rem acerca do grau de atribuição da variação do QI do a variâ11cia observada nas moscas da "F 1 da vari. Se a herdabili- F2 na qual a variância do i1úmero de cerdas foi de dade em sentido restrito para a característica for de 5. um grupo de pesquisadores suecos servada entre essas moscas estima a variância am..33. O que essas correlações suge- ambiental. VT' é a soma da variâ11cia genética.. na população se deve à variação ge11ética.78. criada em ambientes escolhi- sophila. significa que 78% da variabilidade do QI 2. A herdabilidade em sentido res- o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 trito inclui apenas variância genética aditiva como uma fração da . em que D2 i11dica as correlações decor- uma característica quantitati\ra seja maior que zero? rentes da dominância e da epistasia. Essas moscas da F 1 fo.3.11/5. respectivame11te. o coeficiente de correlação para produzir uma população F2 . quentemente. P 1 e P2 . O valor médio de uma característica é de 100 uni. podemos estimar Vu subtrain..80. coeficie11te de correlação por dois. Portanto. Em um estudo de gêmeos MZ e DZ. Conse- número de cerdas na população F2 . criados juntos ge11eticame11te uniformes. Resposta: A herdabilidade em se11tido amplo inclui toda a variâ11cia genética como uma fração da variâ11cia fenotípica total. à variação genética? Os resultados são i11ter11amen- ância observada nas moscas da F2 : ~ = Vr.3 X 10) = 103.3.33 = 2.78. tura entre gêmeos DZ humanos criados separados seja de 0. duas linhagens endogâmicas. relação ligeiramente maior em gêmeos MZ criados . resultados do teste de QI: MZJ. 3 No alcoolismo. 56. em outra. soa a essa doença? 51. Por que eles não Supondo-se que haja distribuição i11depe11de11te dos medem simplesmente a dispersão pelo cálculo da Zoei A e B.6 cm2 .32 = 0. em espigas de milho. a \rariância do número de grãos de mi- buição de cada alelo desses genes para a altura da lho é 426. 51. Se cada alelo marca. medida em ce11tímetros da segui11te forma: 46.1 Se a cardiopatia é considerada uma característica 22.43. Pla11tas da variedade de 23 cm fo·- ram cruzadas com pla11 tas da variedade de 84 cm.48. dogâmicas e uma população polinizada aleatoria- nado por genes com efeitos iguais e aditivos. 51.620 Fundamentos de Genética juntos reforça essa co11clusão e sugere que o efeito mente é causada por erro de amostragem. do amplo estimada a partir da correlação entre gê- rência: a correlação em gêmeos DZ criados juntos meos MZ criados separados (0.17 e V= e 2.08.64. oito coelhos eram pequenos e oito. Por que essa variância apenas 23 cm acima do solo. dados.2 Uma \rariedade de trigo com grãos vermelhos (ge- nótipo A' A' B' B') foi cruzada com uma \rariedade 22.8 Duas linhagens endogâmicas de milho foram cru- monozigóticos é de 55% e em gêmeos é de 28%.2 cm2 por vários genes.78) sugere (embora é menor que em gêmeos DZ criados separados. considerando-se todas as incerte- esperado seria de que a correlação em gêmeos DZ zas estatísticas associadas a esses dados) que parte criados juntos fosse igual ou maior que em gêmeos da variação genética do QI é causada por fatores ge- DZ criados separados. respectivamente.9 Um estudo de variação quantitativa do número de Na F1.11 Medidas do comprime11to da espiga foram obtidas esperada de trigo de 46 cm na prole? de três populações de milho . Esses zadas para produzir uma F 1. (a) 22. que fe11ótipos serão esperados na F2 ? medida e a média da amostra. como medida de dispersão em uma amostra de cruzada para produzir uma F2 .6 cm2 nas duas variedades en- mente puras.2 cm2 e 9.4 A altura da espiga de trigo madura é determinada da F2 mostraram variâncias fenotípicas de 15. Dados sobre o comprime11- to da espiga de uma amostra de indivíduos da F 1 e 22.4 cm2 na população de polinização grandes. Quantos ge11es determinantes de tama. a taxa de concordância em gêmeos 22. Em uma linhagem altame11te sas linhagens de trigo? (b) Qual é o grau de contri. 2 X 0. Essa incoerência provavel. 53. quais serão as frequências feno típicas? média dos desvios sem elevá-los ao quadrado? 22. 56. 51. a espiga está e 27. (b) a variância e ( c) o desvio padrão. . 56. Após cerdas abdominais em fêmea de Drosophila mos- autofertilização. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 22. As variâ11cias fenotípicas entre variedades grandes e pequenas genetica. De mente derivada de um cruzamento entre as duas um total de 2. 11éticos não aditivos. 53. influências ambientais comuns dos sem maior análise.012 a11imais da F2 de cruzamentos linhagens endogâmicas.6 Uma amostra de 20 plantas de uma população foi limiar. 22. sua multiplicação por 2 deve /. endogâmica. Assim. parecem ser responsa\re1s por uma porcentagem oferecer a estimativa máxima da herdabilidade em muito pequena da variação geral do QI na popu. Vg = 3. O fato de que essa lação. riam contribuir para a suscetibilidade de uma pes. 48 e 58. aleatória. dogâmicas e 26. população de F2 na qual as plantas de 23 cm e Qual era a herdabilidade em sentido amplo? 84 cm apareceram com frequê11cia de 1/ 256. se11tido restrito. mas há uma incoe. O i1ão fortemente.duas variedades en- 22. 58. as plantas da F 1 produziram uma trou estimativas de Vr = 6. 51. Calcule (a) a média.5 Suponha que o tamanho do coelho fosse determi.91. está 84 cm fenotípica era maior na F2 que i1a F 1? acima do solo. 51. eles calculam esse dado estatístico por cál- do aumenta a quantidade de pigme11to no grão i10 culo da média do quadrado dos desvios e11tre cada mesmo grau. 22. foram de 9.10 Um pesquisador vem estudando o número de grãos Qua11tos genes determinam a altura da espiga nes. qual é a herdabilidade espiga? ( c) Se uma planta de 53 cm fosse cruzada em sentido amplo para número de grãos? com uma pla11ta de 23 cm. que fatores genéticos e ambientais pode. 53. 53. Estime a herdabilidade em sentido am- 11ho eram segregados nesses cruzame11tos? plo do comprimento da espiga nessas populações. Em uma \rariedade. que foi intercruzada dados sugerem que o alcoolismo tem base genética? para produzir uma F2 . como dominância e epistasia. a espiga estava 53 cm acima do solo. A F1 foi inter. 51. Se acei- do ambiente comum sobre a correlação do QI é tarmos a correlação em gêmeos DZ criados separa- desprezível. qual seria a frequência 22. As correlações dos gêmeos DZ geralmente estimati\ra é menor que a herdabilidade em senti- estão de acordo com essa visão.7 Os geneticistas quantitativos usam a variância com grãos brancos (genótipo AA BB). Nessa linhagem. 3. por isso. características de personalidade mostrados na Ta- Plantas com um tempo médio até a floração de ape. Nessa 22. enquanto a herdabilidade em senti. Use a função de dos de QTL do arroz e do milho.5 cm.oci. Qual é hipótese sobre a número de fileiras de grãos no milho? Em quantos dos ação dos produtos gênicos na etiologia da doença de 1O cromossomos do milho estão esses Wci QT? Alzheimer? . APP.nlm. em sentido restrito para o QI seja 0. Um estudo de produzem uma prole numerosa. peso aumentado da pupa em TriboZium. Atualmente muitas pessoas vivem até a sétima e a oita- mos. O QI médio do restrito para a massa corporal em seres huma. Um peixe adulto que. respectivamente. Um macho e uma fêmea que medem 124 e dir esse número pela fração de genes comuns em 126 unidades. A partirdes- rística nessa prole? se resultado. no genoma humano. Se o peso médio da pupa inicial número médio esperado de cerdas nessa prole? era de 2. depois.13 Uma pessoa afirma que a herdabilidade em senti. Se a herdabilidade em sentido restrito 22. meios-irmãos humanos constatou que o coeficien- biente médio.21 De acordo com as correlações observadas para as população.gov 1.3)? geração.18 O QI de Leo é 86 e o de Julie. e a herdabilidade em sentido restrito é de lação entre meios-irmãos criados separados e divi- 0.19 Um método para estimar o valor máximo da her- 22. PSENl e PSEN2. Em que cromos- dos 12 cromossomos do arroz contêm pelo menos um somos estão localizados? Clique em cada Zoeus para desses l. Capítulo 22 1 Herança de Características Complexas 621 22.17 Um melhorista de peixes quer aumentar a veloci.7. bela 22. Por que essa afirmação esperado do primeiro filho de Leo e Julie? deve estar equivocada? 22. o tempo médio até a floração é 100 dias. 110.oci QT? Quantos Wci QT foram mapeados para o ler um resumo sobre o gene. Entre eles. foi usado em um experimento para seleção de Um macho com 10 cerdas é cruzado com uma fê. tinha um comprimento modificações pudessem ser induzidas por fatores médio de 15 cm foi usado para produzir uma nova ambientais.000 µg e houve seleção por 1O gerações. 22. QT foram busca na página Homo sapiens na internet para loca- mapeados para o peso de 100 grãos de arroz? Quantos lizar esses l. criada em am.nih. dade de crescimento.22 Correlações entre parentes oferecem estimativas para tempo de floração for de 0.16 Um melhorista está tentando reduzir o tempo de maturação em uma população de girassóis. sentido restrito do comprimento de alevino com turação em populações de trigo.4 resume dados sobre o tempo de ma.14. qual é o peso médio esperado da pupa? 22. O comprimento médio de alevinos com cações epigenéticas da cromatina que regula genes 6 semanas atual é de 10 cm. No Capítulo 19.3. bientais que influenciam características quantitati- dade de crescimento de um estoque por seleção vas são independentes e não interagem de maneira de comprimento aumentado 6 semanas após a peculiar. 6 semanas de idade e oriente o melhorista em rela- recem alguma informação sobre a influência da ção à viabilidade do plano para aumentar a veloci- dominância sobre essa característica? Explique. Insira carac.12 A Figura 22. consideramos as modifi- eclosão. cluem APOE. Como as influências epigenéticas sobre geração de alevinos. Quantos l. a doença de Alzheimer Siga os links até a página do lia mays e. inclusive em plantas agrícolas como arroz e milho.4.14 O valor médio de uma característica é de 100 uni. são cruzados e meios-irmãos recebidos dos pais.elated tornou-se mais frequente.20 Um diferencial de seleção de 40 µg por geração sophila é de 0. Esses Zoei in- terísticas específicas no campo de busca e explore os da. o comprimento características complexas poderiam ser incorpora- médio era de 12. o que se pode dizer sobre o valor da am- nas 90 dias foram usadas para produzir a próxima bientalidade ( C2 na Tabela 22.ncbi. e observamos a possibilidade de que algumas dessas com 6 semanas de idade.5. Esses dados ofe. da população é 100.2. Suponha que herdabilidade nos é de 0. 22. vá até o site Gramene. Geneticistas encontraram Resources. qual será o tem- das herdabilidades em sentido amplo e restrito com po médio até a floração na próxima geração? base na suposição de que fatores genéticos e am- 22. Qual é o QI do amplo é de apenas 0.oci. qual é o valor máximo da herdabilidade em sentido restrito para altura nessa população? 22. va décadas de vida e. te de correlação para altura era de 0. em R.4.15 A herdabilidade em sentido restrito para o número de cerdas abdominais em uma população de Drcr 22. Qual é o estimada em 0.3. O mapeamento de QTL foi realizado em muitos organis. A herdabi- mea de 20 cerdas. Estime a herdabilidade em das à teoria básica da genética quantitativa? Genômica na Web em http://www. Qual é o valor esperado da caracte. soas ao desenvolvimento desse distúrbio. O número médio de cerdas é 12. e um grande número dos filhos é lidade em sentido restrito para o peso da pupa foi classificado quanto ao número de cerdas. dabilidade em sentido restrito é calcular a corre- dades. 2. uma fonte de informações variantes em vários Zoei que parecem predispor as pes- sobre genômica comparativa de gramíneas. com destino ao Caribe. os A vida na ilha Pitcairn não era fácil. amigo de Bligh e subordinado imediato. Bligh e a tripulação partiram do Taiti em 6 de abril de 1789. Dois anos depois. fruta-pão. por Fletcher Christian... muito mais do que poderia comportar. Bounty. Com um mente incorporada ao Império Britânico. do Oceano Indico e o oeste do Pacífico. atravessando o sul . contornando o Cabo da Boa Esperança e. eles relaxaram e aproveitaram a hospitalidade do povo local. em 1838. Em seguida. a ilha Pitcairn foi formal- Christian. entre eles Fletcher britânicos aportaram na ilha e. que constatou que apenas chegaram à civilização. Por fim. A viagem foi longa e difícil. e eles partiram no Bounty e.. por isso. Mal tinham Fletcher Christian e seus seguidores incendiaram o Bounty e ini- se passado 3 semanas. a ilha foi águas desertas do sul do Pacífico. Liderados ciaram a construção de seus novos lares. resolveram procurar outro lugar para viver. os amotinados retornaram ao um dos amotinados originais ainda estava vivo. oes PANORAMA Teoria das frequências alélicas Seleção natural . mas os cartógrafos 17 dos antigos habitantes voltaram à ilha Pitcairn e restabeleceram a a haviam assinalado no lugar errado no mapa e. uma pequena ilha desabitada a 1.. todas descendentes dos primeiros colonizadores. houve um motim da tripulação. a colônia já con- grupo de polinésios . e eles navegaram até o Taiti cruzando o sul do Atlântico. que sobreviveu por mais de 150 anos e hoje é o lar de cerca refúgio oportuno para os amotinados. ex-colônia penal britânica distante 3. de 50 pessoas. Em 23 de janeiro de 1790. Em 1855. era um colônia.M. em 15 de janeiro de 1790. depois. Depois de colherem as amostras de Ilha Pitcairn no sul do Pacífico.. Bligh e seus homens visitada por um navio baleeiro americano. o Tenente William Bligh e uma tripulação de 45 homens partiram da Inglaterra a bordo do navio H.seis homens. onde eles deveriam co- lher amostras de fruta-pão que seriam levadas para a ilha caribenha da Jamaica.350 milhas do Taiti. onde alguns decidiram ficar.500 milhas. e alguns foram mortos por mulheres. doze mulheres e um bebê . uma a Pitcairn. A princípio.Deriva genética aleatória Populações em equilíbrio genético Uma colônia distante Em setembro de 1787. mas nove. navios Taiti. Em 1808. Os homens lutavam por terra amotinados puseram Bligh e seus aliados em um bote à deriva nas e mulheres.. enética .tava quase 200 habitantes. Uma tempestade violenta bloqueou a passagem ao redor do Cabo Horn. . A ilha Pitcairn fora descoberta décadas antes. chegaram em 1856 todas as pessoas foram transferidas para a ilha Norfolk.S.. O destino era a ilha do Taiti no Pacífico. Quando final- mente chegaram ao Taiti. ra? Podemos usá-las para prever as frequências as frequências dos diferentes tipos de homozigotos e he- genotípicas? Na primeira década do século 20. como L Me LNrepresentam 100% dos ração após geração e as alterações temporais ocorridas alelos desse gene específico. alguns desses genes foram transmitidos a seus filhos e. por fim. p + q = 1. Além disso. vigor e capacidade reprodutiva das pessoas. a história da população da ilha Pitcairn estão dentro da esfera de ação da genética de populações. indivíduos representativa dela. 3.303) + 3. as vias de descendência ge11ética? Houve mutação de al. influenciam = 12. Portanto.787) + 3.isto é. genótipos diploides da próxima geração serão formados que produz o tipo sanguíneo N (veja o Capítulo 4).258 = 0. os cromossomo 4: L 1w. M LfvlLM 1.787 A prole dos primeiros colonizadores recebeu genes des- MN LMLN 3. se p representa a frequência do alelo L1w e estuda ge11es em grupos de i11divíduos. RELAÇÃO ENTRE FREQUÊNCIAS A teoria da ge11ética populacional é uma teoria de frequências alélicas. estimamos que na pulações exami11a a variação alélica e11tre os indivíduos.5395 e q = a transmissão de variantes alélicas de pais para filhos ge. é possível calcular cia prediti. se nos co11ce11trarmos em O PRINCÍPIO DE HARDY-WEINBERG determinado gene. Esses matemático britâ11ico. a probabi- los da amostra: lidade de produzir um homozigoto AA i1a população é 1.rantadas separadamente por G.1 aleatoriamente.303 atuais da população. mão.258. Essa relação. um i11divíduo diploide é homozigoto As frequências alélicas estimadas têm alguma importân- ou heterozigoto. amostra é o dobro do tamanho da amostra: 2 X 6. da amostra: [(2 X 1. Frequência dos tipos sanguíneos M-N em uma amostra de 6. aos membros N LNLN 1. agora denominada princípio de Hardy-Weinberg. diminuiu ou manteve-se igual? Qual é o sig11ifi. britânicos e polinésios. A probabilidade de que um Para estimar as frequências dos alelos LMe L N.258 = 0. e LN. Quais genes fundadores foram trans- mitidos ao longo do tempo? De que modo fatores como saúde. Esses tipos sa11guí- A seja p e a frequência de a seja q.1).4605. A e a. que produz o tipo sa11guí11eo M. As pela união aleatória de ovócitos e espermatozoides. médico ale- cálculos são a base da teoria da genética de populações. Hardy e Weinberg publicaram artigos in- dependentes que descreviam a relação matemática entre ESTIMATIVA DAS FREQUÊNCIAS ALÉLICAS as frequências alélicas e as frequências genotípicas. am- pessoas heterozigotas LML 1v têm sangue do tipo MN . p = 0. e a partir dessas frequências po- vidas foram le. A população da Ilha Pitcairn é resultado da reunião de Ti po sanguíneo Genótipo Número de ind ivíduos dois grupos diferentes de pessoas.ras sistemáticas e aleatórias.rersidade genética na ilha au. Em uma população. na constituição genética de uma população em razão das forças evoluti.039]/12.4605. Hardy. A frequência do alelo LN é o dobro do i1úmero de cado do tamanho da população? A composição genética homozigotos LNL 1v mais o número de heterozigotos da população modificou-se com o tempo . me11tou. q representa a frequê11cia do alelo L 1v.1 apresenta da- Suponhamos que determinado ge11e segregue dois dos de uma amostra de pessoas submetidas a teste para alelos em uma população. Se considerarmos que 11eos são determi11ados por dois alelos de um gene no há cruzamento aleatório dos membros da população. e Wilhelm Wei11berg.129 indivíduos. e as . e que a frequê11cia de identificação do tipo sa11guí11eo M-N .039 ses dois grupos e. e a pro- calculamos a incidê11cia de cada alelo e11tre todos os ale- babilidade de que co11tenha a é q.039]/12. essas dú- terozigotos de um gene. A genética de po.129 maneiras como elas escolhem os parceiros. Para os heterozigotos . A Tabela 23. .rer as frequências genotípicas de uma popu- ser estudada. Capítulo 23 1 Genética de Populações 623 Teoria das fre uências alélicas Quando os membros de uma população se reproduzem Tabela 23. per- Como geralmente uma população é grande demais para mite-nos pre. bos haploides (Figura 23. apenas ovócito (ou espermatozoide) co11tenha A é p. recorremos à análise de uma amostra de lação a partir de suas frequências alélicas. H. 0. evoluiu? L1wL1v. Cada gene do ge11oma existe em GENOTÍPICAS E FREQUÊNCIAS ALÉLICAS 1 diferentes estados alélicos e.5395. 2. tudo isso di. ao se reproduzirem. e a probabilidade de produzir locus do tipo sanguíneo. demos estimar a frequência de cada alelo do gene. Como cada indivíduo da amostra tem dois alelos do simplesmente p X p = f. especialidade que Desse modo. é fácil prever as frequências dos genóti- pos a partir das frequências de seus alelos constituintes.ridido pelo número total de alelos Essas e outras questões sobre a constituição genética e da amostra [(2 X 1. o número total de alelos na um homozigoto aa é q X q = rf. A frequência do alelo LM é o dobro do número de gum gene durante a transmissão ao longo do tempo? De homozigotos L ML 1w mais o número de heterozigotos que modo a imigração e a emigração da ilha afetam sua LML 1v. Em 1980. tudo isso dividido pelo número total de alelos composição genética? A di. população da qual a amostra foi retirada. 4605) = 0. seleção natural e deriva genética obtida. os genótipos M-N estão em proporções de Har- aleatória . + (1. cerão de novo na prole. a frequência estimada do AA Aa alelo L M foi de p = 0. não causa redução adicional dos graus de os membros da população. Assim. as frequências genotípicas criadas dade porque ( 1) a soma dos três números previstos é fi- por ocasião da fertilização serão preservadas. Podemos jamos como o princípio de Hardy-Weinberg se aplica inverter o princípio de Hardy-Weinberg e usá-lo para . população são: Genótipo Número previsto Genótipo Frequência 0.) O valor crítico do qui-quadrado com um grau Hardy-Weinberg .0 Aa rf Essas frequências previstas podem ser obtidas pelo desen.129 = 1. Assim.2).0) 2 - - o'022 3 aleatoriamente para produzir os zigotos da próxima gera. a probabilidade total de formação de um zigo.persistem geração após geração. as frequências previstas dos três genótipos na população.5395. genotípicas a partir das frequências alélicas. portanto. A análise precedente indica como podemos usar o DE HARDY-WEINBERG princípio de Hardy-Weinberg para prever as frequências Retornemos ao exemplo do tipo sanguíneo M-N e ve.2121 X 6.4605) 2 = 0. há duas possibilidades: um espermatozoide A pode tir dos quais as duas frequências alélicas foram estima- se unir a um ovócito a. as frequências alélicas sub.1. Podemos conferir o consenso entre os números observa- quências genotípicas de Hardy-Weinberg. Cada um desses eventos ocorre os números de genótipos observados com os números com probabilidade p X q.2121 Essas previsões condizem com os dados originais a par- Aa. essas forças so. Assim. essas frequências apare.784.044.784.têm papéis estratégicos no processo evolutivo. Os geneticistas de populações referem-se a elas como fre. além dis- líbrio por alteração das frequências alélicas. dy-Weinberg .2 3.300. migração.0 ção.1. esses números previstos multiplicando as frequências de to Aa é 2pq. de liberdade é 3. Se esses zigotos tiverem chances iguais de sobreviver A estatística do qui-quadrado tem 3 .8 Aa 2pq 0. por ocasião da fertilização. Adiante neste que as frequências genotípicas previstas estão de acordo capítulo analisaremos as forças que perturbam esse equi- com as frequências observadas na amostra e. ou um espermatozoide a pode . e a frequência estimada do A alelo L N foi de q = 0. A partir dos dados da amostra A (p} a (q} apresentada na Tabela 23.787 .e. com base na premissa de reprodução Hardy-Weinberg pelo tamanho da amostra retirada da aleatória. combinam-se . é claro. com o cruzamento alea. dos e previstos pelo cálculo da estatística do qui-quadra- A principal premissa do princípio de Hardy-Weinberg do (Capítulo 3): é que a reprodução dos membros da população seja ale. e preciso comparar se unir a um ovócito A.044. 1. e quando a xada pelo tamanho da amostra e (2) a frequência alélica próxima geração se reproduzir.5395) 2 = 0.p e.1 Quadrado de Punnett mostrando o princípio de Har.3.+ 2pq + rf. Calculamos prováveis. agora podemos usar essas frequências para prever as frequências genotípicas do gene do tipo Espermatozoides Aa sanguíneo M-N: a ªª (q} pq q2 Genótipo Frequência de Hardy-Weinberg p2 = (0. . 0.129=1. rf = (0.624 Fundamentos de Genética Ovócitos a uma população real. Isso significa que 1.039.um achado que não causa grande surpresa considerando-se que o casamento geralmente não é fun- APLICAÇÕES DO PRINCÍPIO damentado no tipo sanguíneo.4605. x2 = (1. deduzimos que na população da qual a amostra foi .1.8) 2 + atória em relação ao gene em estudo. que é muito maior jacentes .1. dados da amostra original apresentados na Tabela 23. p foi estimada diretamente a partir de dados da amostra. Consequentemente. Os resultados são extraordinariamente semelhantes aos volvimento da expressão binomial (p + q) 2 = fl.300.2911 X 6. Com o princípio de Hardy- (p} p2 pq -Weinberg.129 = 3.044. e como os dois são igualmente previstos pelo princípio de Hardy-Weinberg. concluímos é denominada equilíbrio de Hardy-Weinberg.2 = 1 grau de liber- até o estágio adulto.2 AA fl.mutação.784.303 .8 os adultos da população praticamente formam um pool de gametas que.5395) (0.4968 X 6. Essa condição que o valor observado. (A frequência q pode ser estimada indiretamente como 1 tório e sem diferenças de sobrevida ou reprodução entre .841 (ver Tabela 3.4968 dy-Weinberg. das? Para responder a essa pergunta.300. 2pq = 2(0.2) 2 + (3. as frequências genotípicas de liberdade.2911 • FIGURA 23. temos HARDY-WEINBERG rf = 0. nha dois alelos. O cruzamento pode não ser aleatório.88 Visão normal e q = 0. Por exemplo. JAi 2pr precisamos aplicar o princípio de Hardy-Weinberg de B PP q- modo inverso para estimarmos a frequência de alelos Pi 2qr mutantes.) As frequências genotípicas nessa população são calcu- Sexo Genótipo Frequência Fenótipo ladas pelas seguintes fórmulas: Masculino e p = 0. de Fé entre Oe 1. (e) é q= 0. indivíduos podem acasalar-se porque têm uma re- são estimadas a partir das frequências dos genótipos em lação genética. genes ligados ao X e a genes com múltiplos alelos. representa a fre. chances iguais de sobreviver e se reproduzir. contando os di- ferentes tipos de alelos.77 Visão normal AA f+pqF Cc 2pq= 0. Podemos xos. Essa estatística permite-nos calcular desenvolvimento do trinômio (p + q + r) 2 = p2 + q2 + i2 + a frequência do alelo mutante causador de PKU? 2pq + 2qr+ 2pr: Não podemos proceder como antes. em que Ocorresponde à ausência de temos: endogamia e 1 corresponde à endogamia completa.0198 brevemente todas essas exceções ao princípio de Har- Assim. a frequência do alelo para visão normal das cores q. Assim. e que a população na qual há segregação do gene te- ( C) é p = 0. Designando essa frequência alélica por EXCEÇÕES AO PRINCÍPIO DE q. os tipos as frequências de Hardy-Weinberg e que a frequência sanguíneos A-B-0 são determinados por três alelos JA. respectiva- típicas? Por exemplo. é possível prever a frequência de pes. quências alélicas e frequências genotípicas. F (Capítulo 4). q e r. no sistema de tipo sanguíneo A-B-0 são calculadas por madamente 0. e as frequências dos genótipos nas mulheres são . presentes Tipo sanguíneo Genótipo Frequência na população porque os fenótipos de heterozigotos e de A JAJA f homozigotos normais são indistinguíveis. quências de genótipo de Hardy-Weinberg. i. A incidência de PKU.99) (0. 1. Em vez disso. dos dois homozigotos aumentaram em comparação com são de uma expressão polinomial.01) = 0. A e a.0001 Existem muitos motivos pelos quais o princípio de Har- q= Vo.0001.01 dy-Weinberg poderia não se aplicar a determinada po- Assim. está claro que as frequências de genótipos de Hardy-Weinberg são obtidas pela expan. Sob a suposição de casamentos aleatórios. (Supomos. Se as frequências desses alelos forem p. Por exem- são colorida em seres humanos. por exemplo.12. . estima-se que 1 % dos alelos na população seja pulação. as frequências alélicas plo.12 Discromatopsia Genótipo Frequência com cruzamento consanguíneo Feminino cc f = 0. Suponhamos que um gene te- cerca de 12% têm discromatopsia. quantificar esse efeito usando o coeficiente de endo- cerca de 88 % dos homens têm visão normal das cores e gamia. como o que controla a vi. perde-se a relação simples entre fre- caso de um gene ligado ao X. AB JAP 2pq quência de homozigotos mutantes na população. a incidência do distúrbio mente.21 Visão normal Aa 2pq-2pqF cc rf = 0. que o intervalo aleatória e de frequências alélicas iguais nos dois sexos. O cruzamento aleatório é a O princípio de Hardy-Weinberg também se aplica a premissa básica do princípio de Hardy-Weinberg. a frequência desses o zz• • r indivíduos deve ser igual ao quadrado da frequência de alelos mutantes. é quência de homozigotos em comparação com as fre- claro. De acordo com as premissas da reprodução (Lembre-se do que dizia o Capítulo 4. então as frequências dos seis genótipos diferentes metabólico recessivo fenilcetonúria (PKU) é de aproxi.0001.reduz a frequência de heterozigotos e aumenta a fre- berg a essas frequências alélicas estimadas. que as frequências alélicas sejam iguais nos dois se.0001 = 0. a previsão é de que aproximadamente 2% da po. a população soas na população portadoras heterozigotas do alelo pode ser subdividida em unidades parcialmente isoladas mutante: ou pode ser um amálgama de diferentes populações que se encontraram recentemente por migração. P e dos heterozigotos diminuiu em comparação com a fre- . No Caso contrário. as proporções A partir dessas fórmulas. os mem- mutante. Cruzamento não aleatório. nessas popula. 0. com respectivas frequências p e ções.02 Discromatopsia Aa if + pqF No caso de genes com alelos múltiplos. Esse tipo de cruzamento não aleatório homens. nos EUA. mutantes e normais. Usando o princípio de Hardy-Weinberg da bros da população com diferentes alelos podem não ter maneira habitual. Capítulo 23 1 Genética de Popu lações 625 prever frequências alélicas a partir de frequências geno.88 e a frequência do alelo para d iscromatopsia nha alcançado um nível de endogamia medido por F. pulação sejam portadores.denominado cruzamento consanguíneo (Capítulo 4) calculadas pela aplicação do princípio de Hardy-Wein. dy-Weinberg. Analisemos Frequência de portador= 2pq = 2(0.) Nas populações do norte da Europa. notípicas em relação às previsões de Hardy-Weinberg.rê que as duas um irmão. Quando i11divíduos se deslocam de um ter- ritório para outro. e a frequência de a será (0. membro da população é capaz de cruzar com qual- 2. Aso- AA p bre\ri. Com o cruzamento aleatório em cada popula- que haja cruzamento de todos os indivíduos da população com ção. cada alteração da frequência tos. A intro- dução de genes por migrantes recentes pode alterar as frequências alélicas e ge11otípicas de uma população e perturbar o estado de equilíbrio de Hardy-Weinberg. as previsões de Hardy-Wei11berg. Podemos pensar em peixes que \rivem em . suponha a é 0. os peixes de um lago poderiam ter uma Genótipo Número observado Número esperado alta frequê11cia do alelo A. R e r. . suponha que depois de muitas Supo11hamos que a barreira geográfica e11tre as gerações de cruzamento aleatório. 4. Na população Um gene autossômico segrega dois alelos. populações seja retirada e que haja completa unifica- pulação se reproduzam por autofertilização. Uma amostra de 200 adultos dessa popu. O nome pan-mixia significa que qualquer Hardy-Weinberg. para cada meros esperados i1ão estão de acordo com os números homozigoto. de um gene ilhas em um arquipélago. e11- frequências de 0. com respectivas I tanto a frequê11cia de A qua11to a de a são 0.2.grupogen. solucione a questão em Re. todos os indivíduos da po. quais quanto i1a população II a frequê11cia de A é 0. Qua11do uma população cons- com diferentes valores de F. Quais serão as frequências genotípicas da prole? Em populações terão diferentes frequências genotípicas vez disso. Portanto.0. A subdivisão geográfica tor11a a população gene- das frequências dos dois alelos entre as moscas na ticamente heterogênea. Na população unificada.8 bora as frequências genotípicas possam respeitar as ~A2 34 541 pre\risões de Hardy-Weinberg em cada lago.2).65.1 poderiam ter uma baixa frequência desse alelo.br. Essas populações estão or- autossômico. com um primo em primeiro grau? Quais serão as frequências genotípicas da prole? Por fim. gráficas ou ecológicas ao cruzamento i1a população. ção das duas. Sobrevida desigual. diz-se que é solva! Os efeitos da e11dogamia sobre as frequências de pan-mítica.com. e essa heterogeneidade viola amostra.5. porém.35.2) / 2 = 0. titui uma unidade de intercruzamento.8) / 2 = 0. ~ berg a essas frequências estimadas. ganizadas por aspectos geográficos e ecológicos que lação produziu os seguintes dados: poderiam ser relacionados com diferenças genéticas. suponha que haja cruzamento de todos os indivíduos (Figura 23.48. é freque11te a subdivisão das po- i11di. as frequê11cias quências genotípicas da prole desse tipo de endocruzamento? alélicas serão as médias simples das frequê11cias das populações separadas. levam consigo seus genes. não esperaremos que as frequências genotípicas dos Na natureza.5 + ~ leia a resposta do problema no site http://gen-io.isto é.48 = a uniformidade das frequências alélicas em toda a po- 0. . Subdivisão da população. pulação. Quais serão as fre. Observe que. e a frequência do alelo A 2 é 1 .52. que mostram excesso de heterozigotos e exatamente à metade da diminuição da frequência dos quantidade i11suficie11te dos dois tipos de homozigo- heterozigotos. as frequê11cias ge11otípicas na po- . Além disso. o aumento da frequência corresponde observados.8 e a de serão as frequências dos genótipos esperadas? Agora. Em- A1A2 140 99.rência dos heterozigotos A 1A 2 é maior que a de Aa o ambos os homozigotos. A discrepância é tão ób. tamento entre os números observados e esperados.ríduos formados a partir desses zigotos respeitem pulações. Para . Os efeitos da endogamia sobre as Tomemos como exemplo a situação mostrada i1a Figura 23.5 + 0. Duas populações de tama11hos iguais são frequências de Hardy-Weinberg separadas por uma barreira geográfica. A1 e ~. isso não ' acontece quando se abrange toda a população de pei- Os números esperados foram obtidos por estimativa xes. não há barreiras geo- mento aleatório tiverem diferentes taxas de sobrevida. Se zigotos produzidos por cruza. Por exemplo. Em uma população totalme11te e11dogâmica. a frequência de A será (0. o princípio de Hardy-Weinberg pre. E claro que os nú. aplicaram-se as fórmulas de Hardy-Wei11. Migração. taxas de sobrevida Aa q desiguais podem produzir des\rios das frequências ge- . a frequência do alelo A 1 é (2 X 26 + 140) / (2 uma premissa tácita do princípio de Hardy-Weinberg: X 200) = 0. . A F = 1.3 e O. Se o cruzamento for aleatório. Por exemplo. E11tão. quer outro membro .2. 0. e as frequências genotípicas tornam-se: explicação para a discrepância provavelmente está na difere11ça de sobrevida dos três ge11ótipos dura11te o Genótipo Frequência com F = 1 desenvol\rime11to do zigoto até o estágio adulto. um grupo de lagos conectados intermitentemente dere uma população de Drosophila com cruzamento por correntes ou em aves que \rivem em um grupo de aleatório que segrega dois alelos. Além disso.erificar como as frequências genotípicas variam 3. 7. . enquanto os do outro lago A1A1 26 46.ria que é desnecessário ge11otípica é diretamente proporcio11al ao coeficiente de calcular o qui-quadrado para testar a medida do ajus- e11dogamia.. consi.626 Fundamentos de Genética quência de Hardy-Weinberg. 455 para Aae (0.04)/2 = 0.145. .2 USO DAS FREQUÊNCIAS ALÉLICAS NO geográfica 1 1 ACONSELHAMENTO GENÉTICO 1 ' 1 As vezes. 2(0. que o risco de uma criança aleatória em uma população quências previstas pelo princípio de Hardy-Weinberg: na qual a frequência do alelo mutante é 0. O V População unificada homem e a mulher da geração I tiveram três filhos e o último deles tinha doença de Tay-Sachs.983) = 0.8 1 0.5 0.017) (0.422 para AA.3 mostra um caso simples.410 0. mutante Esse exemplo demonstra que a unificação de popu. A Figura 23. a probabilidade de que II-2 seja portador do ale- • FIGURA 23.5 • Barreira 0.35) = 0. A razão dessa discrepân- cia é que as frequências genotípicas observadas não TS ts TS ts foram criadas por cruzamento aleatório da popula. combi- namos as probabilidades de que cada um deles seja por- pulação unificada serão as médias simples das fre. Qualquer um deles poderia ter Frequência observada 0.32)/2 = 0.3 Análise do heredograma usando dados da população também causa perturbação temporária do equilíbrio para calcular o risco de doença de Tay-Sachs em uma criança. X (2/3) X (1/ 4) = 1/180 = 0. sua chance de 0. 1 ção unificada. Supondo-se que a frequência do alelo mutante seja de 0.25 + 0. a de alelo para o filho [ (1/2) X (1/2) = 1/4]. que é 20 vezes maior quências genotípicas observadas não são iguais às fre.123 para aa. quência aproximada de 0.017 no grupo étnico de II-1. a li ts ts unificação de duas populações com cruzamento ale.25 0. 1 1 0.32 0. 123 Assim. que é de 0.64)/2 = 0. transmita o alelo 2 2 tir das frequências alélicas da população unificada.2 Efeitos da unificação da população sobre as frequências lo mutante é 2/3.65) (0. sabemos que tanto I-1 quanto I-2 eram heterozigotos Genótipo AA Aa aa para o alelo mutante. 1 2 3 4~ \ atório não produz uma população com frequências Probabilidade de 1 1 1 2 genotípicas de Hardy-Weinberg. que essas fre.145 transmitido esse alelo para II-2. A chance de que seu marido (II-2) seja portador é determinada por análise do here- dograma.445 0. No entanto. No entanto. o risco Aa será (0.410 e a de aa será (0. _ _ I_ . ambos transmitam o frequência de AA será (0.35 ser portador ( TS ts) é calculada usando-se o princípio de Hardy-Weinberg: 2(0. No entanto. A crianca em 1 1 2 1 1 lações de cruzamento aleatório causa a perturbação risco é ·afetada 30 x 2 x 3 x 2 = 180 temporária do equilíbrio de Hardy-Weinberg.445.422 0.65 aproximadamente 1/30. tador (1/30 para II-1e2/3 para II-2) com a probabilida- quências genotípicas nas populações separadas: a de de que. porém.50 + 0. (0.04 • dograma para calcular o risco de doença genética em um indivíduo.64 0. elas foram criadas pela 1 2 combinação de frequências genotípicas de popula- ções separadas com cruzamento aleatório.017. Em vez disso.50 0. o equilíbrio de Har- 1 1 dy-Weinberg será restaurado. Hardy-Weinberg 0. Observe. os conselheiros genéticos usam dados de fre- 1 Frequência AA Aa ªª 1 AA Aa ªª quência alélica em conjunto com a análise do here- genotípica 0. um portador (TS ts} 30 doença de cada por apenas uma geração para que sejam estabe. II-2 tenham um filho com doença de Tay-Sachs. não houve Previsão de transmissão por ambos porque II-2 não tem a doença.033. Tay-Sachs Probabilidade de que 1 1 lecidas frequências genotípicas de Hardy-Weinberg e o genitor portador seja possível prever as frequências genotípicas a par.006. caso sejam portadores.25 de que a criança tenha doença de Tay-Sachs é (1/30) + 0.65) 2 = 0. se uma população 1 População 1 1 População li que recebeu migrantes apresentar cruzamento alea- 1 1 tório por apenas uma geração. Assim.35) 2 = 0. A mi- gração de indivíduos de uma população para outra • FIGURA 23. basta que o genitor seja ' 3 Afetado por que haja cruzamento aleatório da população unifi. Como II-4 morreu por doença de Tay-Sachs. Capítulo 23 1 Genética de Populações 627 Populações separadas de Hardy-Weinberg.455 O.25 1 0. que é cau- Legenda: sada por mutação autossômica recessiva ( ts) com fre- A .017 em determinadas popu- a ~I~ lações. Para calcularmos o risco de que II-1 e alélicas e genotípicas. Assim. Em um habitat de floresta. que os organismos produzem mais descendentes que o No caso de uma população cujo tamanho é estável. sobreuida desigual dos genótipos. por genes. suponhamos de sobreviver e de se reproduzir é um fenótipo . 2. ção. é preciso reconhecer que a capacidade determinada espécie de inseto. o princípio de Hardy-Weinbergpossibilita prever as frequências genotípicas de genes autossômicos e ligados ao X a partir das frequências a/. subdivisão geográfica ou migração • O princípio de Hardy-Weinberg é útil no aconselhamento genético. . Entretan- le características que favorecem a sobrevida e a reprodu- to. e as características filhos é menor que 1. Depois de muitas gerações dessa competição. suponhamos que a aptidão seja determinada Para situar o mecanismo da seleção natural em um con. A e a. a aptidão média) é racterísticas associadas à forte capacidade de competição 1. um filho. e em uma população em cresci- associadas à fraca capacidade competitiva desaparecem. 1. ro -o o . Em uma população em declínio. se sobreviver e tiver 2 filhos. Os ge.élicas • O princípio de Hardy-Weinberg não se aplica a populações em que haja cruzamento consanguíneo. neticistas denominam essa capacidade de sobrevivência onde o crescimento vegetal é exuberante. • FIGURA 23..4 Significado da aptidão média (w) para o tamanho da população em função do tempo. dessa população pro- brevivência. uma variável quantitativa geral- te nas populações em vista de diferenças de sobrevida e mente simbolizada pela letra w. a seleção para sobrevida e reprodução em face de competição é o mecanismo que modifica as caracterís- ticas fisicas e comportamentais de uma espécie. se morrer reprodução entre os genótipos. O tamanho da população cresce. o número médio de tornam-se prevalentes na população. Ele afirmou geralmente simbolizada por w. por um único gene que segrega dois alelos. ao menos em parte. a forma escu- População em crescimento População estável População em declínio +o iro üi > 1 w =l w<l u- ro ::J a. Sele ão natural As frequências alélicas são modificadas sistematicamen. em média. A média Charles Darwin descreveu a força essencial que impulsio- de todos esses valores é a aptidão média da população. cada indivíduo . man- tém-se estável ou decresce dependendo do valor da aptidão média.élicas podem ser estimadas por enumeração dos genótipos em uma amostra de uma população • Considerando-se a premissa de cruzamento aleatório. Portanto. na as mudanças evolutivas nas populações. em texto genético. te dominante em relação a a. os organismos <luz. quando o tamanho da população não é modificado.e que alelo a determine a cor clara. e assim por diante.e e ro E ro ~ -Tempo . a ambiente pode sustentar e que existe uma luta pela so- aptidão média é 1. Em face dessa competição.. e que A seja completamen- é determinado. que o velmente o fenótipo mais importante de todos .628 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • As frequências a/.. ou não se reproduzir. E claro que alguns indivíduos que sobrevivem e se reproduzem transmitem para a pro- têm mais de um filho e outros não têm filhos. se sobreviver e tiver 1 filho. Além disso. as ca- o número médio de filhos (ou seja. mento é maior que 1 (Figura 23. Cada membro de uma população tem seu próprio valor de aptidão: O.4). que o alelo A determine a cor escura dos insetos. o a. Darwin SELEÇÃO NATURAL NO NÍVEL DO GENE denominou esse processo de seleção natural.prova. Para verificarmos como as diferenças de aptidão entre os indivíduos causam mudanças nas características de uma CONCEITO DE APTIDÃO população. e reprodução de aptidão. 5 para 0. Ao constituir a próxima geração.231 + (1/2) (0. Em cada lativa para a pró.SA mostra como a seleção natural causará a s1• Se s1 = 1.25) X pela aplicação do conceito de aptidão relativa. Assim. alelo recessivo deletério. ção subsequente. mo- essas premissas. o crescimento vegetal é escasso. Hardy-Weinberg e o coeficiente de seleção s= 0.25 0.487. por exem.513 ªª Contribuição proporcional 0. geralmente simbolizado pela letra . pende. = 0.256 0. simbolizada por q' . Na próxima geração. esse alelo será totalmente eliminado da população. Além disso. é denominado coeficiente de seleção. e esperaríamos que a seleção de seleção é mais forte em Resolva! Seleção contra um natural reduzisse a frequência do alelo a na população.5. Já nos campos abertos. e. então aa é efetivamente um genótipo letal extinção do alelo a. a ocasião da fertilização de cada geração. é claro.1=0. a composição genética inicial da popu.1. por fim.50 q- = 0. mas isso vamente superiores aos outros dois genótipos.50 + 0. que a frequência de a seja q = 0. ªª Aptidão relativa: 1 .9 alelo recessivo ou contra ele. os homozigotos aa são seleti- natural ainda reduziria a frequência do alelo a.1=0. (A diferença de frequência de a será q' = 0. Se s1 fosse muito menor. digamos apenas 0..9) = 0. obte- remos as contribuições proporcionais de cada genótipo Esse desvio da aptidão. a fre- à medida que os insetos amadurecem. a fre- Aptidão relativa no habitat 1 quência de a. Assim. . concentremo-nos na população de in- setos no habitat de floresta. definimos arbitrariamente que a aptidão do genótipo ou genótipos competitivamente su- Se dividirmos cada uma dessas contribuições relativas periores é igual a 1 e expressamos a aptidão do genótipo ou genótipos inferiores como um desvio em relação a 1.25 2pq= 0. agindo genótipos nos dois habitats. A Figura 23. Assim. será igual a 1. No habitat de floresta.487 Essas aptidões relativas não dão nenhuma informação que é ligeiramente menor que a frequência inicial de 0. sobre a capacidade reprodutiva absoluta dos diferentes Assim. geraçao: xima - um desses ambientes. a aptidão dos genótipos AA e Aa é maior que cerá gametas na proporção de sua frequência e aptidão a aptidão do genótipo aa. a frequência de a diminuirá um pouco plo.25 alelo recessivo a é deletério na condição homozigota e ocasião da fertiliza.25) X 1 (0. as frequências genotípicas de Para verificar o efeito da seleção natural sobre as fre. Genótipo: AA Aa ªª Essas duas situações ilustram a seleção a favor de um Aptidão relativa: 1 1 1-0. Em cada gera- genótipos em determinado ambiente. será de campo: q' = 0. a contribuição relativa dos três genótipos .) De acordo com quência de a aumentará e. 0. . dimi- pacidade de competição de cada genótipo com os outros nuiu a frequência de a de 0.50 0. temos: quências alélicas.1. Consequen.5.50) X (0. sabemos que aa é um competidor mais fraco que mais em vista da seleção contra os homozigotos aa. por meio da aptidão inferior dos homozigotos aa.SB mostra a via guiada pela seleção rumo à fixação de a.25 to da população seja aleatório e que os genótipos este- jam presentes nas frequências de Hardy-Weinberg por Após uma geração de seleção no habitat do campo.975).01. - para a proxima geraçao: s.5. a seleção atua contra ele. onde relativa. o Frequência (por p2 = 0. a forma clara do inseto sera: sobrevive melhor que a forma escura. Capítulo 23 1 Genética de Popu lações 629 ra do inseto sobrevive melhor que a clara.225 = 0. ocorreria muito devagar. e as relações de Genótipo: AA Aa aptidão são invertidas.513.9 1 e que s1 = 0.225 .513) = 0. Suponhamos que a frequência Genótipo: AA Aa inicial de A seja p = 0. no habitat de floresta. Contribuição re- ªª Podemos expressar essas relações matematicamente (0. pelo valor de sua soma (0.25 + 0. No habitat de campo. a seleção natural.. - para a proxima geraçao: • seguir: A partir desses números podemos calcular a frequência Genótipo: AA Aa ªª do alelo a após uma geração de seleção apenas pela ob- Fenótipo: escuro escuro claro servação de que todos os genes transmitidos pelos ho- Aptidão relativa no habitat 1 1 1-s1 mozigotos aa são a e que metade dos genes transmitidos de floresta: pelos heterozigotos Aa são a. O grau de fraqueza de- fim. A Figura 23.5. mede a intensidade da seleção natural que atua nos genótipos da população.231 nótipos de insetos em cada um dos habitats na tabela a .50 (0.1 = 0. Frequência: 0. a seleção No habitat de campo. Veja o que acontece quando a força (sua aptidão relativa é O). um pouco maior que a sobrevida entre os genótipos modifica essas frequências frequência inicial. mento em que podemos dizer que o alelo foi fixado na lação é: população. há favo- ção): recimento seletivo de a em relação ao alelo dominante . do valor real do coeficiente de seleção. por AA ou Aa no habitat de floresta. cada genótipo forne- temente.9 1-0. suponhamos que o cruzamen. começando com q = 0.25 1=0. informam a ca.0. A cada geração subsequente.. Genótipo: AA Aa Podemos resumir as relações de aptidão entre os três ge. Entretanto. 8.6 A. que é deletério tanto na condição homozigota quanto heterozigota.é mais eficaz que a seleção contra um alelo recessivo. mostraram que a seleção e ·~ 0. .grupogen. Considere que os genóti- pos AA e Aa são igualmente aptos.br. Preveja as frequências dos três genótipos dessa população. A cunra na Figura 23. Em virtude de sua dominância. Essa espécie existe em duas cores.g 0. homozigotos recessivos serão 1. A forma escura da mariposa Biston betularia sobre a http://gen-io.70 ficos da Figura 23.630 Fundamentos de Genética 1. enquanto os homozigotos aa apresentam apenas 25% da sobrevida dos homozigotos AA ou dos heterozigotos Aa. Seleção a favor do alelo a .. O processo mostrado i1esse gráfico modifica - 2 090 com eficiência a frequência do alelo recessivo e faz com o ' . a maioria dos alelos recessivos sobreviven- .50 Habitat de floresta i1ão conseguem se "ocultar" i1a condição heterozigota. contra o alelo a .60 letério pode subsistir em uma população por muito mais ~ 0.40 A curva na Figura 23.10 tótico aproxima-se de um limite na parte inferior do gráfi- l. º·ººo 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ra (Figura 23..) ·~ 0.. A seleção é menos eficaz nesse caso porque só pode agir contra o alelo Número de gerações recessivo qua11do é homozigoto. A modificação dessa cunra é mais e(..ro.10 natureza. portanto. que representa a perda do alelo recessivo. Selecão .. Seleção a favor do alelo recessivo a no habitat de campo. E 090 tes será encontrada em heterozigotos.5B mostra o curso da seleção a favor de um ale- lo recessi''º· Essa cunra ascende rapidamente até o topo do gráfico.6) .20 gradual que a da curva i1a Figura 23. A forma clara sobre casca de árvore coberta por fuligem da polu ição industrial.. portanto.00 raros..5 floresta. B ~ Leia a resposta do problema no site • FIGURA 23.com. A. casca de uma árvore coberta de líquens. onde estão imunes o ' ·~ 0. º·ººo 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 co. Uma vez reduzida a fre- A quência do alelo recessi. ponto em que o alelo recessivo está fixado na A Seleção cont ra um alelo recessivo deletério Suponha que as frequências dos alelos A e a são 0.e.J. porque todo alelo (/) (/) ' ~ 0.80 ao efeito purificador da seleção.5A mostra o curso da seleção co11- . 11abitante de ·~ 0. contra um alelo dominante deletério .J. 8. Seleção contra o alelo recessivo a no habitat de FIGURA 23.30 áreas florestais na Grã-Bretanha.50 Habitat de campo tempo que um alelo dominante deletério.re que a seleção afavorde um alelo recessivo. clara e escu- l.60 da seleção.~ o 30 ' tra um alelo recessivo. esses alelos ~ 0.00 população.5B e de modo assimp- cr ~ 0..5.70 dominante na população é exposto à ação purificadora Q) ~ 0.20 do tipo que analisamos modifica frequências alélicas na cr ~ 0.40 Estudos com a mariposa Biston betitla1ia.> o 80 que logo alcance um valor final de 1. a forma clara é homozigota para um alelo Número de gerações B • A. verificamos que um alelo recessivo de- Q) ~ 0. Obser. Qual é a aptidão relativa desses genóti- pos? Qual é o valor do coeficiente de seleção que atua contra os homozigotos aa? Preveja a frequência do ale lo a nos zigotos da próxima geração.g 0.5 em uma população com reprodução aleatória. Comparando os dois grá- (/) ~ 0. o nível de poluição determinadas áreas da Inglaterra. A Figura 23. a frequência da forma escura aumentou em industrializadas. a probabilidade de que os dois filhos sejam CC é (1/ 4) X (1/ 4) = 1/16. nações usando os métodos apresentados no Capítulo 3. A a forma clara nas paisagens poluídas com fuligem das áreas partir de 1850. Entretanto.um fenômeno denominado deriva genética aleatória. dustrializada de Midlands. diminuiu bastante e a forma clara da mariposa ressurgiu. As características são hereditá. quência mais provável de centre os dois filhos. PONTOS ESSENCIAIS • A se/. Cc x Cc. .7). da popula. Quaisquer que tenham sido os processos contra a for- plo. também reconheceu que a herança (que ele não com. Cc Cc cesso evolutivo. a se/. O. Entre os pais.eção natural é quantificada pelo coeficiente de se/. A. a frequência da forma escura aumentou de 1 para ma clara da mariposa.5 ao mecanismo mendeliano afeta profundamente o pro. a origem primária de toda a variabilidade gené. ?• ? • ALTERAÇÕES ALEATÓRIAS DAS Frequência de e Genótipos da prole Probabilidade FREQUÊNCIAS ALÉLICAS o cc cc Para investigarmos como as incertezas associadas ao me- canismo mendeliano podem causar alterações aleatórias 0. A probabi- Em seu livro A Origem das Espécies. 75 cc Cc que é o número esperado se cada indivíduo . a probabilidade de que a frequência de c não seja sempre alguma imprevisibilidade na transmissão de uma modificada entre pais e filhos é de 6/16. por exem. e a forma escura tem um alelo dominante C. consideremos um cruzamento Cc Cc entre dois heterozigotos. Fisher investigaram as impli- cações evolutivas dessa imprevisibilidade. a probabilidade ção é afetada por processos aleatórios. Essa é a fre- preendia) é imprevisível. nascimento: CC e Cc ou Cc e CC). a frequência de c é de 0.7 apresenta toda a distribuição mutação.5 cc cc } 6/16 das frequências alélicas.isto é. que produz dois filhos. sobretudo na região in. Capítulo 23 1 Genética de Populações 631 recessivo c. Sewall Wright e R. é um processo aleatório que afeta profundamente prole. Na ver- rias.5. Esse aumento drástico foi atribuído à seleção contra recuperação ambiental nessa região da Inglaterra. A partir de suas análises teóricas. X (1/2) X 2 (porque existem duas ordens possíveis de lução. Deriva enética aleatória As frequências alélicas passam por modificações impre. visíveis nas populações por causa das incertezas durante Por exemplo. alelo e nos dois filhos de pais heterozigotos. Nas seções subsequentes. há característica de uma geração para a próxima. não haveria evolução. exploraremos como as incertezas da transmissão genética podem cau- sar modificações aleatórias das frequências alélicas . seja CCtambém é 1/4.eção • No nível do gene. assim. eles parecem ter sido revertidos pela 90%. No século uma chance considerável de que a frequência de c au- 20. há dade.eção natural ocorre quando os genótipos têm diferentes capacidades de sobreviver e se reproduzir . Darwin associada a cada combinação. a filhos é 1/4. depois que os princípios de Mendel foram redesco- bertos. Entretanto. quando têm diferentes aptidões • A intensidade da se/.25 cc Cc 0. E possível enu- merar os possíveis genótipos dos dois filhos e calcular a • FIGURA 23. sem mutação. a probabilidade de que o primeiro filho seja CC é 1/4. de probabilidade das várias combinações genotípicas da tica. Assim.eção natural modifica as frequências alélicas nas populações. O surgimento de de observar a combinação genotípica CC e Cc nos dois novos mutantes nas populações é imprevisível. Nos últimos tempos. assim. ele também reconheceu que a evolu. Darwin enfatizou o lidade de que um filho seja CC e o outro seja Cc é (1/ 4) papel da seleção natural como força sistemática na evo. e a probabilidade de que o segundo filho a reprodução. Esse dado também indica a frequência do alelo c a evolução. trial. 1 cc cc ção substituir a si próprio (Figura 23.7 Probabilidades associadas às possíveis frequências do probabilidade associada a cada uma das possíveis combi. Em torno das cidades altamente embora não na mesma frequência do período pré-indus- industrializadas de Manchester e Birmingham. mas os filhos não são réplicas exatas de seus pais. fica claro que a aleatoriedade associada Frequência de e = 0. desde que os alelos sejam seletivamente neutros e que haja cruzamento aleatório da população. nuição da heterozigosidade em 2~v . sensíveis aos efeitos de redução da variabilidade da Em uma população muito grande . por fim. C e e. 5/ 16 + 5/16 = 10/16. Nessa ocasião. E importante reconhecer que o cruzamento da população seja aleatório e que os genó- o tamanho da população é crucial para esse proces- tipos estejam presentes nas proporções de Hardy-Wein- so ( Figura 23. por fim. As- 2~ . a deriva ge- e e q para o alelo e ..024 de aumento da frequência de e é de 5/16.mostra que. natural. Geracões • das.2 Essa situação ilustra o fenômeno de deriva genéti. Grandes populações são menos sensí- infinita .8 Declínio da frequência de heterozigotos causado por pode ser modificada mesmo sem a força da seleção deriva genética aleatória em populações de tamanhos diferentes (N). Quando essas alterações ale. nos alelos meio . a população terá apenas um monitoramento da frequência de heterozigotos ao longo alelo do gene e p = 1 e q = O ou p = O e q = 1. Assim. alterações. e consideremos a deriva causa a diminuição contínua da variabilidade que nenhum dos alelos influencie a aptidão. lisado estão.p para o alelo e e 1 . 0.e a probabilidade de que o alelo seja excluído da população será 1 menos sua frequência netlca aleatoria causa o declínio da heterozigosidade em atual. em última análise. Assim. Os gene- quando será perdida toda a variabilidade genética da ticist:is avaliam o efeito do tamanho da população por população. Em uma população pequena de tamanho apresentada no início deste capítulo.3 ou outra. Em cada geração._ 0.e Q) continuar igual.5. Além disso. há uma chance LL. Nas grandes populações. levando.632 Fundamentos de Genética mente ou diminua na prole apenas por causa das incer. as frequências alélicas modificam-se aleato- Problema resolvido: Aplicação da deriva genética à riamente em razão da deriva genética. A chance (/) N = 1. podemos atribuir probabilidades específicas aos possíveis desfechos evolutivos e. enquanto nas pe- rações. atu- rozigotos como H e a frequência de heterozigotos na almente. durante muitas ge- o efeito da deriva genética é mínimo. destinados à fixação ou Para expressarmos a magnitude dessa alteração em perda. .p para o alelo E~s~ equaçã? . por do tempo. EFEITOS DO TAMANHO DA POPULAÇÃO Com essa equação é possível verificar o efeito acumulativo da deriva genética aleatória durante mui- A suscetibilidade da população à deriva genética aleató- tas gerações.4 . Em um total de t gerações. quenas.5 tezas associadas ao mecanismo mendeliano. há previsão de dimi- ria depende de seu tamanho. Então. e e e g~nética de uma popul~ção.9 o o. acompanhe o finito N. Para cada par de pais na população que g . o 100 200 atórias ocorridas em todos os pares de pais são soma. '"O co 0. à fixa- são seletivamente neutros. ele pode ser a força evolutiva primária.8).0 ~-------=::L::::::::::::::::====~ frequências desses alelos. geralmente Se alelos seletivamente neutros do tipo que temos ana- denominada heterozigosidade. é possível determinar as probabilidades associa- uma geração. Concentremo-nos.. com respectivas frequências p e q. isto é. esperaríamos que a hete.praticamente deriva genética.2NH na população será sua frequência atual . extraordinariamen- 1 t te. indiquemos a frequência atual de hete- das a esses dois desfechos finais? Suponhamos que. mais uma vez. quando a deriva genética aleatória é a força motriz rozigo~idade diminuísse até um nível determinado pela equaçao na evolução. a relação matemáti- ca entre H e Hé q. As populações pequenas são as mais berg em todas as gerações. isto é. a heterozigosidade será. a proba- 1 bilidade de que determinado alelo acabe sendo fixado H = l .tlO de diminuição também é de 5/ 16. pode haver alterações agregadas nas frequências alélicas. também será modificada.q para o alelo e. reduzida a O.2N H pulação. em uma geração. As popu lações começam com p = q = 0. Para verificar como a deriva poderia ter reduzido frequência dos heterozigotos que têm esses dois ale- a variabilidade genética na população da ilha Pitcairn los será 2pq. essas probabilidades independem do tamanho da po- H= t 1 . Assim. <Q) (.) e ~ ca aleatória.de alterações aleatórias das frequências alélicas. de que o mecanismo mendeliano cause alterações nas 0. é maior que a chance de .. Então. a frequência de heterozigotos. suponhamos que çao e perda de alelos. a composição genética da população • FIGURA 23. Em vista dessas ilha Pitcairn. e a chance . sim. 1 .as frequências de C e e serão constantes e a veis. a frequência de e seja p e a frequência de e seja próxima geração como H. a chance de N N= 256 que a frequência de e seja modificada em uma direção e $Q) 0.1 segrega alelos diferentes de um gene. Qual é o valor esperado de H atual- lidade genética na ilha Pitcairn.20: perderam por morte ou infertilidade de seus portadores. Um tipo de equilíbrio di11âmico ocorre qua11do a seleção vas podem ter ações contrárias e criar um equilíbrio di. essas forças evoluti. H (a heterozigosidade) fosse 0.M. Essa população ideal está em estado em uma população. nea da população em direções opostas. N = 20 e H = 0. a colônia da ilha Pitcairn foi um sistema praticamente fechado. seleção e deri. a genes para uma ilha . Desde o início em 1790.S. a população não se altera porque não há for- e sem migração ou mutação para introduzir novos alelos.1/2N)1º H se perderam por deriva genética. Bounty estabeleceram-se na ilha Pitcairn. Algumas pessoas ANÁLISE E SOLUÇÃO deixaram a ilha. é causada por incertezas na segregação mendeliana • Em organismos diploides. não tinham uma popu lação. Em uma população de tamanho N. ças evolutivas em ação. favorece os 11eterozigotos à custa de cada tipo de homo- .ra. depois de t gerações. 15 Suponhamos também que dez gerações tenham se passado des- Portanto. espera-se que a deriva gené- po fundador de homens e mu lheres levou uma amostra finita de tica reduza a heterozigosidade em 1/2N a cada geração. No dinâmico no qual as frequências alélicas não se modifi- . nâ1nico i10 qual não há modificação real das frequências tica podem opor-se umas às outras e criar um equilíbrio alélicas. a taxa de perda da variabilidade genética por deriva genética aleató- ria é l/2N. de equilíbrio genético. Po Q ula çõese~ eg uilíbriog. 3. mas pouquíssimas migraram para lá. A maioria Para prever o va lor atual de H podemos usar a equação dos alelos presentes na ilha atualmente é cópia dos alelos leva- . heterozigosidade é determinada por Ht = (1 .uma amostra de duas popu lações maiores.20) na época da função da colônia. tende a haver modificação simultâ- cam mais.20.1as opostas criam um equilíbrio dinâmico indefinidame11te. Agora podemos a11alisar como as frequências genotípicas de Hardy-Weinberg persistem forças evoluti. Alguns alelos se com t = 1O. A perda de variabilidade é acumulativa. PONTOS ESSE N C1A1 S • A deriva genética. 78)(0. mas essas tendên- cias opostas anulam-se mutuamente e levam a população Em uma população de cruzamento aleatório sem seleção a um ponto de equilíbrio. britânica e polinésia. espera-se que a deriva genética tenha reduzido a variabi- de a fundação da colônia. 2. O gru. em mente? cerca de 25%. seleção e deriva gené. medida pela heterozigosidade. E11tretanto. a variação aleatória de frequências alélicas em populações. Esse tipo de equilíbrio difere fu11damentalmente do equilíbrio da população ideal de Hardy-Weinberg. equilíbrio dinâmico. Na realidade. Outros H10 = (1 . ideia de que estavam iniciando um experimento genético.1/40) 1º(0._ en_e_ 't_ic_o~~~~~~~~~~ As forças evolutivas da mutação.20) médio da popu lação da ilha Pitcairn fosse de 20 pessoas e que = (O. =O.1/2N) t H estava presente na fundação está presente hoje. a probabilidade de que um alelo seja fixado é igual à sua frequência atual na população. No equilíbrio de Hardy-Wein- ou deriva genética para modificar as frequê11cias alélicas berg ideal.1/2N)t H. A heterozigosidade é uma medida da variabilidade genética de no H. onde N é o tamanho da população • As populações pequenas são mais suscetíveis à deriva genética que as grandes • A deriva genética acarreta a fixação de um alelo em um locus e a perda de todos os outros ale- los. E claro que nem todo alelo que H = (1 . Suponhamos que o tamanho = (1 . Capítulo 23 1 Genética de Populações 633 Aplicação da deriva genética à ilha Pitcairn PROBLEMA FATOS E CONCEITOS Quando Fletcher Christian e seus companheiros amotinados 1. a situação é muito mais complicada. dos pelos fundadores da colônia. migração e mutação - SELEÇAO BALANCEADORA estão quase sempre em ação modificando a composição genética da população. 5 + 1) = têm aptidão aproximadamente 11 % menor que os hete- 113eq=11(0. Esse resultado mostra que os homozigotos HBBA HBBA cerá um equilíbrio dinâmico quando p = 0. a frequência do Genótipo: AA Aa ªª alelo HBIF é de até 0.2). a inferioridade seletiva dos em frequências consideráveis por seleção a favor dos he.1 = tl(l + t) sejam letais (s = 1) e que a aptidão dos homozigotos aa corresponda a 50% da aptidão dos heterozigotos ( t = t= (0.t contêm coefi. frequência do alelo HBIF. Em algum momento essas tendências opostas compensam-se mutuamente. Genótipos: AA Aa Aptidão relativa: 1-s 1 ªª 1-t Frequências: p2 2pq q2 Aptidão relativa média: w = p 2 X (1 .isto é. No ponto de seleção contra os homozigotos HBBAHBBA decorrente da equilíbrio.1 .s) + 2pq X 1 + q2 X (1 . Genótipo: HBIFHBIF HBIFHBBA tabelecimento de equilíbrio dinâmico.2 Cálculo das frequências alélicas de equilíbrio com seleção balanceadora.um valor típico no oeste da Africa quências alélicas quando as forças seletivas opostas estão . Indivíduos com essa doença são homozigotos para um alelo mutante do gene da 13-globina. da a um polimorfismo equilibrado. No entanto. . os termos 1 . uma doença redu- é denominada sobredominância. Assim. Para determinar Aptidão relativa: 1-s 1 as frequências dos dois alelos no ponto de equilíbrio. podemos deter.eção no sangue.51 (0.e se observarmos que s = 1 porque os homozigotos em equilíbrio . HBIF seja p = 0. Com tamanhos efeitos prejudiciais. e a frequência maior suscetibilidade à malária: de a é q = si ( s + t) .9 Parasito da malária Plasmodium falciparum (amarelo) No equilíbrio. comes. mas também preserva esses alelos por seus gene da 13-globina: efeitos sobre os heterozigotos. Aptidão relativa: 1-s 1 1. a doença falciforme está associa. em algumas partes do mun- do. Como exemplo. a seleção ten. quando as frequências alélicas não HBIFHBIF morrem. resolver essa equação para as fre.5+1) = 213. homozigotos HBIFHBIF e HBBAHBBA em comparação terozigotos .uma condição conhecida como polimorfismo com os heterozigotos cria um polimorfismo equilibrado equilibrado. os dois homozigotos têm menor aptidão que os porque são mais suscetíveis à infecção pelos parasitos heterozigotos. gotos têm menor aptidão que os heterozigotos HBIFHBBA Assim. sobretudo na região tropical da Africa.9) = 0. Âp = O. Como a doen- minar que a aptidão relativa dos heterozigotos é igual a ça falciforme geralmente é fatal sem tratamento médico. Os dois alelos serão mantidos rozigotos HBIFHBBA.5). Esses homozi- cientes de seleção que supostamente estão entre O e 1. p = t!(s + t) e q = sl(s + t) emergindo de hemácias infectadas.s) + (112)2pq]lw = p(1 .11 0. depois. suponhamos que os homozigotos AA p =ti (s + t) 0.634 Fundamentos de Genética zigoto na população. a 1 e a aptidão relativa dos dois tipos de homozigotos é aptidão de homozigotos HBIFHBIF tem sido igual a O ao menor que 1: longo da história.2. é preciso derivar uma equação que descreva o processo Se considerarmos que a frequência de equilíbrio de ~ de seleção e. Podemos esquematizar essa si- de a eliminar os alelos A e a por seus efeitos sobre os tuação atribuindo aptidões relativas a cada genótipo do homozigotos. Essa cristalização faz com que as hemácias as- balanceadora ou vantagem do heterozigoto. Com base nessas premissas. tora de aptidão que é disseminada nas regiões com alta Em casos de vantagem do heterozigoto.9). sumam um formato característico de foice. podemos estimar a intensidade da estão mais se modificando (Tabela 23. a frequência de A é p = ti (s + t). denominada sel. no qual os dois alelos do gene da 13-globina são mantidos Em seres humanos.sp )lw Modificação da frequência de A por seleção: 5 µ. Nessa situação.m llp = p' -p = pq(tq-sp)lw • FIGURA 23. mozigotos que têm o alelo selvagem HBBA. designado HBIF. a população estabele.1)1(0. A superioridade dos heterozigotos às vezes causadores da malária (Figura 23. na população.t) Frequência de A na próxima geração após seleção: p' = fp 2 (1 .se 1 .t por que o alelo HBIF ainda permanece na população? A resposta é que existe seleção moderada contra ho- Nessa formulação. e têm uma forma grave de anemia na qual as moléculas de hemoglobina cristalizam-se Tabela 23. dado estatístico de- usarmos o valor de u apresentado anteriormente. Se heterozigotos em uma população . Suponhamos que cada nova mutação seja . há um balanço das forças opostas de mutação e deriva genética e estabelecimento de um equi- q=v.2 vezes maior que a frequência de equilíbrio Se considerarmos que haja cruzamento aleatório da de um alelo letal recessivo. a deriva genética diminui H maior que 0.11). esse processo acabaria tornando todas as populações completamente homozigotas. A seleção natural parece agir contra ªª alelos deletérios em condição heterozigota. Embora essa taxa seja muito baixa.eçiio purificadnra. e a frequência de equilíbrio do alelo mutante pode ser determinada pelo cálculo da frequência de é simplesmente a raiz quadrada da taxa de mutação.0055 ou 3. esses alelos não são com- A~a Genótipo: AA Aa pletamente recessivos.10). em equilí.é igual a condição homozigota. A frequência de homozigotos em uma população - = 0. Um valor típico deu seleção é 3 X 10-5 mutações por geração. Em Assim. As ' vezes. e a mutação faz exatamente o oposto 1/Vs. Por exemplo. Se o alelo mutante não for totalmente letal em com frequência denominada homozigosidade . heterozigota é denominada sel. Para um alelo mutante letal em condição homozigo. BALANÇO MUTAÇÃO-SELEÇÃO População Outro tipo de equilíbrio dinâmico é criado quando a se- leção elimina alelos deletérios produzidos por mutação recorrente. Por exemplo. No entanto. temos algum momento. por ser recessivo. Assim. 0. e estes estarão sujeitos à força da seleção contra os homozigot os recessivos. população. Em • FIGURA 23. quência igual a sif ( Figura 23. a mutação U= srj- repõe a variabilidade perdida por deriva genética. Já vimos que a deriva genética aleatória elimina a variabi- ção igualando a frequência de mutação à frequência de lidade de uma população. A seleção contra esses homozigo- tos neutralizará a força de mutação. Ao longo do tempo. que introduz o alelo brio. líbrio dinâmico. a frequência de equilíbrio será 1 .nominado heterozigosidade e simbolizado pela letra quência de equilíbrio de um alelo letal recessivo será q H. O equilíbrio genético é alcançado quando a int rodução do alelo na população por mutação de frequência u é cientemente frequente para que surjam homozigotos aa compensada pela eliminação do alelo por seleção com intensidades na população. assim como em taxa= u Aptidão relativa: 1 1 1-s condição homozigota. de maneira proporcional à sua frequência e ao valor do coeficiente de seleção s. E plausível que esses alelos também tenham sido mutação mantidos em populações humanas por seleção balance- adora. Capítulo 23 1 Genética de Popu lações 635 Vários outros alelos HBB mutantes são encontrados Alelo recessivo em frequências consideráveis em regiões tropicais e sub. s = 1. se s for igual a 0. vimos que a variabilidade genética ta. podemos resumir a situação do seguinte ram que os alelos letais são menos frequentes do que pre- modo: veem os cálculos anteriores. a A mutação introduz alelos mutantes na população com seleção contra alelos mutantes em condição homozigota ou frequência igual a u. as frequências de equilíbrio Frequência: f 2pq if desses alelos são menores do que preveríamos.en.10 Balanço mutação-seleção para um alelo recessivo algum momento.J. consideremos o caso de um alelo recessivo deletério a produzido por mutação do sq2 Eliminação por alelo selvagem A em frequência u. deletério com frequência q.0017 em uma proporção que depende de e aumenta 1 .1. e a seleção elimina-os com fre. A discrepância entre as fre- Mutação Seleção quências observadas e previstas foi atribuída à dominância produz a elimina a parcial dos alelos mutantes .isto é. com o tempo há acúmulo do alelo mutante na população e. Podemos calcular a frequência do alelo mutante no equilíbrio criado pelo balanço mutação-sele. e se designarmos a frequência de A como p e Estudos com populações naturais de Drosaphila indica- a de a como q. o alelo mutante torna-se sufi.0017.ou era . u Introdução por dêmica.do mundo nas quais a malária é .H. Se não houvesse força contrá- eliminação por seleção: ria. Anteriormente. depois de isolar q. deletério tropicais . porém. a fre.H. Quando esses dois pro- cessos estão contrabalançados. então.(Figura 23. ele pode estar presen- te em condição heterozigota sem causar prejuízo. a frequência desse alelo levemente deletério será q = mutante na população. estabelece-se um equilí- BALANÇO MUTAÇÃO-DERIVA brio dinâmico. todo evento de mutação cria um heterozigoto. a frequência de equilíbrio de heterozigotos é 0. menta H é proporcional à frequência dos homozigotos e para valores ainda maiores de N. 11 ' ' .. ..H) ·-= . H é de 1 % ou menos em uma amostra de Zoei. Q) Heterozigotos "O t'O 0.J.. por exem- " 2u(l .8. / -----. suge- Quando as forças opostas de mutação e deriva são rindo que ao longo do tempo de evolução.. manos. " podemos calcular H para diferentes valores de N (Figu- ra 23. estima-se que H" seja de aproximadamente 12%. Se considerarmos que a taxa de mutação é u = 1 X 10-6 .. nho da população era. Em geral. A razão dessa discrepância é que as estimativas baseadas Isolando H.. populações.tamanhos que levam em conta ~ restrições ao cruzamento e à reprodução.H). assim.. A taxa com que a mutação au.. Essa probabilidade é simplesmente a taxa novo alelo..Pressão de mutação (introduz variação) o 2u (1 . além de oscila- H= 4Nu/(4Nu + 1) ções temporais do número de indivíduos reprodutivos.H) e à probabilidade de mutação de rozigotos aumenta de modo assimptótico em direção a 1. assim.. há com cruzamento aleatório. a frequência de hete- na população (1 . e cada novo alelo contribui para a heterozigo- de mutação u para cada alelo no homozigoto. " homozigoto em heterozigoto é 2u.... .5 "O V) o . um dos dois alelos em determinado homozigoto em um Assim. há domínio da mutação alelo diferente.. de 30. Para N < 10.:::::::::::::::::..636 Fundamentos de Genética . acordo com o censo.. seja 1o-6. a taxa de diminuição de H domínio da deriva em relação à mutação em pequenas pela deriva é ( 2~v )H (veja seção anterior. A frequência de equilíbrio de heterozigotos é alcançada quando a in- trodução de variabilidade por mutação em taxa ué compensada pela eliminação de variabilidade por deriva genética em taxa 2~. da população dessa espécie foi pequeno. a taxa com Os valores de H em populações naturais variam de que a mutação aumenta Hem uma população é igual a acordo com a espécie.•1----. . o inverso da taxa de mu- manho da população). a frequência de equilíbrio de seletivamente neutra.. Efeitos do ta. ' ' ::::1 O" Q) / Homozigotos Q) "O jl...... em dados de heterozigosidade são tamanhos geneticamen- brio no ponto de balanço mutação-deriva: te efetivos da população .000.000 a 40. a população alcança um nível de equi.11 Balanço mutação-deriva para variabilidade.. Portanto. as estimativas do tamanho da popu- lação baseadas em dados de heterozigosidade são muito 1 2u(l -H) = 2N H menores que as estimativas obtidas de dados censitários. Para Nigual a 1/u. 102 103 104 105 106 107 Tamanho da população Deriva genética • FIGURA 23. assim convertendo esse homozigoto em sobre a deriva genética... o tamanho contrabalançadas..Q / / / / -----.~ N o. Q) +-' Q) \ \ ::r: '. determinamos a heterozigosidade de equilí. em grandes populações. Assim. / o l_~1-~. Em seres hu- líbrio de variabilidade simbolizado por H" Podemos cal. Supõe-se que a taxa de mutação pela frequência de heterozigotos Hem uma população de tamanho N. cular esse valor de equilíbrio de H igualando a taxa com sugerindo que ao longo do tempo de evolução o tama- que a mutação aumenta H à taxa com que a deriva dimi.12 Frequência de equilíbrio de heterozigotos (hetero- (elimina a variação) zigosidade) em balanço mutação-deriva em função do tamanho ge- • FIGURA 23.12). medido neticamente efetivo da população.. o nível de equilíbrio da variabilidade (medido O tamanho geneticamente efetivo de uma população é pela heterozigosidade) é uma função do tamanho da po. No guepardo africano. Em uma população de tamanho N heterozigotos na população é bastante baixa.. a sidade porque o grande tamanho da população protege probabilidade total de a mutação converter determinado o alelo contra a perda por deriva genética aleatória. tação.L~_J_~_J_~_J~_J .. em média.. ...000 in- nui H: divíduos. plo.. quase sempre menor que o tamanho dessa população de pulação e da taxa de mutação. 2025.1 8. talmente aleatório (inclusive com possibilidade de minante e recessivo são 0. Suponha que os alelos do gene T sejam seletiva- frequêi1cias observadas. assim.9 leção. Genótipo Número Resposta: A frequência do fenótipo dominante repre- senta a soma de duas frequências genotípicas de AA 68 Hardy-Weii1berg: p2 ( GG) + 2pq (Gg). Capítulo 23 1 Genética de Populações 637 PONTOS ESSENCIAIS • A seleção que inclui a superioridade do heterozigoto (seleção balanceadora) cria um equilíbrio dinâmico no qual diferentes alelos são preservados em uma população apesar de serem prejudi- ciais em homozigotos • Em seres humanos. duos. a popula- mente neutros. p.rada do fenó·- (2 X 134) = 0.2025 = 0.) 2 / Esp. do princípio de Hardy-Weinberg concordem com as 5. respectiva. Essas frequências estão de acordo com pulação.441 59. a doença falciforme está associada à seleção balanceadora no locus para {3-g·lobina • A seleção contra um alelo recessivo deletério reposto na população por mutação causa um equilíbrio dinâmico no qual a frequência do alelo recessivo é uma função simples da taxa de mutação e do coeficiente de seleção: q = ~- • A aquisição por uma população de alelos seletivamente neutros é compensada pela perda desses alelos por deriva genética. A frequêi1cia X 24) + 42]/ (2 X 134) = 0.ros corres- essa estatística de teste. rejeitamos a h ipótese ponde a 90% da aptidão dos outros genótipos.1 13 15.9 AA 1 Para testar a concordância entre os números Aa 1 obser. a um pulação seja constante e que o cruzamei1to seja to- alelo recessivo g. Estime as frequências dos alelos domii1ante .45. Resposta: Usando s para representar o coeficiei1te de se- AA 68 p2 = 0. gerações à frente.1 8.8 . ªª Esp. 2. A frequência do alelo a. . . Assim.9.7975 e 0. a de que as frequências genotípicas calculadas a partir expressão 1 . A frequêi1cia Aa 42 do fenótipo recessi''º representa apenas uma fre- Aa 24 quência genotípica de Hardy-Weinberg q2(gg).336. Calcule as frequências alélicas dos seguii1 tes dados mei1te. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. q. há segregação de dois fenótipos.-Obs. A aptidão de homozigotos recessivos cor- as frequências observadas? respoi1de a 90% da aptidão dos heterozigotos e dos homozigotos dominantes. atualmei1te 34 são h eterozigotos. a frequência de heterozigotos desses alelos é uma função do tamanho da população e da taxa de mutação: H = 4Nu/ ( 4Nu + 1). Em uma população com cruzamento aleatório há frequência de heterozigotos nessa população dez muitas gerações. Um gene com dois alelos é segregado em uma po- Exercício 1. Nª Esp .664.rados e esperados. Frequência H-W Nª Esp. Qual é o valor do coefi- Resposta: Os cálculos básicos estão resumidos na tabela ciei1te de seleção que mede a ii1tensidade da sele- • a seguir: ção natural contra o alelo recessivo? Genótipo N 2 Obs.55. do alelo dominante é calculada pela subtração: p= l -q=0.0. Suponha que o tamanho da po- um se deve a um alelo dominante Ge o outro. Para Total 134 estimar a frequência do alelo recessivo. que ultrapassa o valor crítico para Como a aptidão dos h omozigotos recessi.s = 0. autofertilização). é [ (2 X 68) + 42] / a raiz quadrada da frequência obser.reja as frequências genotípicas de Hardy-Wein- berg usando as frequências alélicas calculadas no 4. o esquema de aptidão é Aa 42 2pq = 0. calculamos Resposta: A frequência do alelo A. Preveja a 3.446 59. calculamos a estatística de 1 -s teste x2 com um grau de liberdade: x2 = L:(Obs. Pre.17 8 ' Genótipo Aptidão relativa Aa 24 if = 0. populacioi1ais: e recessivo. Em uma população de 50 indiví- ção não está em equilíbrio de Hardy-Weinberg. s =O. E'ridentemei1te. 1. é [ (2 tipo recessivo: q = Y0. = 12. As frequêi1cias dos fenótipos do. Em equilíbrio. H 1 = (0. a estimativa des. é 1 . então. a frequência do alelo i. a frequência de mulheres heterozigo- estimar a frequência do alelo i como r = \/0. A probabilidade masculi11a i1a população de origem desse casal é de de que seu primeiro filho tenha discromatopsia é .99) 10 X alelo normal dominante para o alelo letal recessi- (0. obser\ramos que a frequência timativa da frequê11cia do alelo muta11te. a frequê11cia de 11eterozigotos é maior porque as servamos que (p + r) 2 = p2 + 2pr + 1.7) X (0. te.292 e extrair.540.46.42. obteremos p + r = 0. e su.292.3) = 0. em ambos os casos.615.. do alelo sel. Assim. JB e tribuição feminina para o zigoto será determinan- i do gene 1 como p. que é de 250/ 1. a probabilidade de transmitir esse A partir desses dados.isto é. se usarmos da população esti\rerem em proporções de Har- o princípio de Hardy-Weinberg in.0014. e os dados Se o homem com discromatopsia casar-se com uma obtidos foram: mulher que tem . qual será a chance de que o primeiro filho tenha discromatop- Tipo sanguíneo Número de p essoas sia? A 42 / Resposta: E claro que o risco de que o casal tenha um B 672 filho com discromatopsia depende do genótipo da AB 36 mulher. r. Para ajustar para esse efeito. q = 1 . a frequência i1os dados. entre as mulheres que têm visão i1ormal das cores.30.q = 0. Suponha que os alelos letais recessivos = 0.rertido.000 pessoas de um povoado isolado.040. O homem los JA.500.70. Se ela for heterozigota para o alelo para o 250 discromatopsia.500 = 0. Determinaram-se os tipos sanguíneos A-B-0 de 0. Esse i1úmero é a cores tiveram três filhos.25 pulação. a frequência do alelo JA. Assim. como q = 0. a frequência do alelo 1'3. 1. Qual é a frequência esperada = ( 1 . A seleção purificadora elimi11a alelos deletérios letério (nesse caso.1/ 2N) 1H . Para estimar expressão. deve corresponder à frequência de Har. tra11smitirá um cromossomo X com o alelo mutante ou um cromossomo Y. s = 1).:t corresponde às mulheres mutantes homozigotas foram excluídas frequê11cias combinadas dos tipos sanguíneos A (p 2 do total.68) = 0. A partir dos dados. equação q = ~.0. observamos que p + q + r zigotos e11tre mulheres com visão normal das cores = 1. calculamos + 2pr) e O (r) . Um homem e uma mulher com visão normal das seja de 2 X (0. na po- do tipo sanguí11eo O.isão normal das cores.638 Fundamentos de Genética Resposta: A e\rolução de um gene seletivamente neutro do gene B sejam criados na frequência de 2 X ocorre por deriva ge11ética aleatória. Assim.30. com exclusão es- 0. Assim. (homozigotos de tipo selvagem mais heterozigotos) 2.0. Para estimarmos p.ragem. onde i t é a taxa de mutação (do H = 34/50 = 0. Para i1a população é 0. podemos dy-Weinberg. estime as frequências dos ale.r = 1 .500 = 0. estimamos que a frequência de hetero- q. Se os genótipos dy-vVeinberg do genótipo ii. alelo para o primeiro filho será de 1/ 2.3) / (1 + 0. a frequência es e- de uma população. pecífica dos homozigotos mutantes .68 e t = 10. podemos estimar a frequência do ale- q + q) = 2q/ ( 1 + q). a proporção entre heterozigotos e homozigotos de sas frequências combinadas é (42 + 250) / 1. Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. 0. I'3 e i do ge11e do grupo sanguíneo A-B-0. mas a mutação recorre11te rada de alelos letais na população é q = 2 X 1o-6 os repõe. Se calcularmos que (p + r) 2 = 0.250 = tas será 2pq = 2 X (0. onde H 1 é a frequência de gerações de alelos letais em uma população em equilíbrio t heterozigotas no futuro. a con- Resposta: Indiquemos as frequências dos alelos JA. N = 50. Para calcular a probabilidade de que a mulher ponhamos que os genótipos desse gene estejam seja heterozigota para o alelo mutante. N é o tamanho da popu. Além disso. calcu- mos a raiz quadrada. entre eles um homem com chance de que a mulher em questão seja portado- discromatopsia. lamos 2pq/ (p2 + 2pq) = 2pq/ [p(p + 2q)] = 2q/ (p + subtraindo r.3 na última lo JA como p = 0.000 = tipo selvagem mais heterozigotos. Comecemos que a incidência de discromatopsia entre homens pela estimativa de r. p. respectivamente. vo) e sé a inte11sidade de seleção contra o alelo de- 6.3) = 0. A Resposta: A frequência de alelos letais é determinada pela partir dos dados apresentados no problema.040 .540 . No entanto.30. ob.0. q. A equação é ~ 10-6 por geração. observamos nas proporções de Hardy-Wei11berg. A incidência de discromatopsia ra heterozigota do alelo mutante. q e r.460. esse número oferece uma es- fazer essa estimativa. Substituindo q = 0. alta demais para a discromatopsia ligada ao X.p . mutação-seleção? lação e H é a frequência atual de heterozigotos.000 = 0. 46) X (1 / 2) = 0. manter o alelo HBBs em polimorfismo equilibra- lo mutante para a criança (1 / 2). Em uma população na qual a ca i1a população de origem desse casal é 1/500.10 Um casal de fenótipo normal teve uma criança 23. esse alelo é praticamente ria determinada por um equilíbrio entre a seleção letal. de com cruzamento aleatório é 0. Capítulo 23 1 Genética de Populações 639 calculada multiplicando-se a chance de que ela seja Resposta: Em um mundo sem malária. quê11cia de heterozigotos? .8 O fenótipo de olhos rubi em Drosophila é causado América Ce11 trai 86 53 29 4 por um alelo mutante ligado ao X recessi''º· A cor de olhos do tipo selvagem é vermelha. 7 A hemofilia é causada por um alelo recessivo liga- foram obtidos em po. olhos vermelhos homozigotas. e 3.4. res- de Hardy-Weinberg. olhos rubi e 45% de machos de olhos vermelhos. MN e N? 23. Assim. Nessas cia à infecção por parasitos da malária.2 A frequê11cia de um alelo em uma população gra11. preveja a frequê11cia combi11ada de lação de cruzamento aleatório maximizam a fre- todos os heterozigotos i1a população. que frequência final você pre.22.praticamente zero em em condição heterozigota co11fere alguma resistê11. comparação com os outros dois genótipos. Em determinada população. Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a caP-acidade analítica 23.9 Uma característica determinada por alelo domi- será a frequência do alelo recessi. uma doença Tsão capazes de se11tir o sabor da substâ11cia fenil.ríduos pectivame11te.2. Qual é a fre. O alelo HBB5 responsável pela doença falciforme homozigotos HBWHBBs continuariam a apresen- é ma11tido em muitas populações humanas porque tar aptidão muito baixa . Se houver cruzamento aleatório da de sexo masculino dessa população expressa a ca- população em relação aos tipos sanguíneos M-N. 5% de machos de 23.roados de nativos da América do ao X. entretanto. qual será seja homozigota? o risco de que os recém-casados tenham um filho com fibrose cística? 23. 0. (a) Se houver cruzamento aleatório dessa popula- quência de portadores heterozigotos? ção por uma geração. 10-8 por geração. o risco de do desapareceria. assim.6 Um gene tem três alelos. Uma po- América do Norte 278 78 61 139 pulação laboratorial de Drosophila é iniciada com Calcule as frequências dos alelos Ltv1 e LNnos dois 25% de fêmeas de olhos rubi. Se o cruzamento 23. com respecti- ''ªS frequências de 0. a mesma aptidão que homozigotos HBBAHBBA.23. qual é a probabilida. A1. Se a mutação do alelo tação em taxa u = 10-8 por geração.1 Os dados a seguir sobre os tipos sanguíneos M-N 23. 25% de fêmeas de grupos.11 Que frequê11cias dos alelos A e a em uma popu- for aleatório.3 e 0.1. qual 23. A f~uência de normal HBBA em HBBs ocorresse em uma taxa de equilíbrio do alelo HBB5 seria q = V it/s = 0. 23.reria mil vezes menor que sua frequência atual em re- para o alelo HBBs em um mundo livre da malária? giões do mundo infestadas por malária. Qual é a fre- quência esperada de mulheres com hemofilia? Tamanho da Grupo amostra M MN N 23. racterística? quais serão as frequências esperadas dos fenótipos M.0001. a ''antagem de portadora (0. circunstâncias. as fre- Supondo-se que a população esteja em equilíbrio quências dos alelos LM e LNforam 0. Heterozigotos HBBsHBBA teriam discromatopsia na criança é (0. a frequência do alelo HBBs ( q) se- em condição homozigota.46) pela chance de transmitir o ale. a frequê11cia Central e América do Norte: de homens com hemofilia é 1/ 4.0004 em será a frequência do alelo recessivo em cada sexo? uma população humana. qual será a frequência espe- rada de machos e fêmeas de olhos rubi? (b) Qual 23. Se o cruzamento para essa característica for aleatório na população.ro? 11ante ligado ao X mostra penetração de 100% e é expresso em 36% das mulheres de uma população.78 e 0.5 Os seres humanos portadores do alelo dominante i1ormal e outra com fibrose cística. autossômica recessi''ª· A incidência de fibrose císti- tiocarbamida (PTC). que proporção dos indi.000. quando a malária for erradicada po.3 A incidência de albinismo recessivo é 0. A 2 e A3.4 Em amostra de uma população africana. co11tra ele i1a condição homozigota (coeficiente de demos esperar o desaparecimento do alelo HBBs seleção s = 1) e a introdução na população por mu- das populações huma11as. Se frequência desse alelo é 0. a criança normal vier a se casar com uma pessoa de de de que determinada pessoa sensível a esse sabor fe11ótipo normal da mesma população.6. reprodutivos.12 Em uma população isolada.84 dos indivíduos expressam o fenótipo do lação. (a) Qual é a frequência do alelo de Hardy-Weinberg na população? dominante? (b) Se os homozigotos aa tiverem ap- 23.64 Caso 1 1 1 1-s Frequência na população 2: 0. Qual é a frequência esperada de porta- .32 e 0. a população passa por um ciclo de auto. Depois de muitas gerações de cruzamento (a) Preveja a incidência de fibrose cística na popu- aleatório. dão que homozigotos de tipo selvagem e que a fre- te 0. Caso 3 1 1.. xos (genótipo tt) e 50% de indivíduos de altura mozigota para o alelo JA? intermediária (genótipo Tt).t 1-s ficarem para formar uma única população grande. Se os genótipos do gene picas permanecerão constantes? do tipo sanguíneo A-B-0 estiverem nas propor. quais serão (a) Quais são as frequências dos alelos P 1 e P 2 nes. not1p1cas: sidere O < t < s < 1. qual cruzamento aleatório.32 0. mesmo com s = 1. lação após uma geração de seleção.16 expressam o fenótipo do seriam necessárias para estabelecer as proporções alelo recessivo a. As preferencial ( i.18 Uma população é constituída de 25% de indiví- ções de Hardy-Weinberg. as aptidões relativas dos três genótipos? Quais são sa amostra? (b) Faça um teste do qui-quadrado os coeficientes de seleção dos dois genótipos com para determinar se os genótipos na amostra estão menor aptidão? em proporções de Hardy-Weinberg. o coeficiente de Preveja as frequências dos genótipos nessa popula. as frequências dos genóti.04. ge- uma população natural.60. quantas gerações de cruzamento aleatório alelo dominante A e 0. seleção contra eles é s = 1. ração após geração. e as altos.21 Como os indivíduos com fibrose cística morrem duza a reprodução exclusiva por autofertilização. Aa e aa.19 Em experimentos controlados com diferentes ge- cessivo? Quantas mariposas escuras na amostra ten- nótipos de um inseto. (b) Explique fertilização. 0. 0. Qual é a frequência esperada de hete. 23. Caso 4 1-s 1 1. 0.04 0. 0. . um alelo letal recessivo é de aproximadamente 1 mento aleatório. 23. Suponha que uma mudança climática in. preveja as frequências genotípicas em 25.16 As frequências dos alelos A e a são respectivamen. tadores heterozigotos do alelo mutante recessivo responsável por essa doença tenham a mesma apti- 23. as frequências dos ale.6 e 0. por cruzamento aleatório. indivíduos altos com indivíduos mariposas escuras têm um alelo dominante.15. respectiva- mente. 60 eram (para Gg) e 0.64 0. essas frequências genotí- vamente. Preveja a composição 23.20 Em uma grande população de cruzamento aleató- do-se que a amostra seja representativa da popu- rio. (c) Se a população unificada continuar a se reproduzir los JA. do gene da fosfoglicose isome. será a frequência de A na próxima geração? pos GG.92 (para GG). na prox1ma geraçao. Genótipo: AA Aa ªª AA Aa aa Frequência na população 1: 0.32 0. 30 eram homozigotas P 1P 1. antes que possam se reproduzir.14 Uma população havaiana de Drosüphila segrega citos fertilizados até a fase de adultos maduros dois alelos. qual será a frequência estimada do alelo re- 23. berg. .90 população. por que a incidência de fibrose cística dificilmente rozigotos na prole das plantas autofertilizadas? se modifica. 23. As probabilidades de sobrevida dos rase (PGI). um pesquisador encon. Se indivíduos de altura intermediária com indivíduos a população estiver em equilíbrio de Hardy-Wein.640 Fundamentos de Genética 23. 23.56 (para gg). (c) Supon- 23. o cruzamento for estritamente trou 51 amostras escuras e 49 amostras claras. Suponha que os por- ção depois de muitas gerações de autofertilização. respecti.04 Caso 2 1-s 1-s 1 (a) Se as populações tiverem tamanhos iguais e se uni. Con- . tais.25 e 0.13 Em um levantamento de mariposas coletadas de fenotípica e genotípica final da população se. 25% de indivíduos bai- com sangue tipo A nessa população deve ser ho. Gg e gg são 0.23 A frequência de recém-nascidos homozigotos para (b) Se a população unificada se reproduzir por cruza. JB e ido tipo sanguíneo A-B-0 são. indivíduos baixos com indivíduos baixos e claras são homozigotas para um alelo recessivo. quência populacional do alelo mutante seja 0. 0.02. que fração das pessoas duos altos (genótipo TI). de aptidão relativa dos genótipos AA. Se todos os adultos re- heterozigotas P 1P 2 e 10 eram homozigotas P 2P 2• produtivos forem igualmente férteis.22 Explique o mecanismo de seleção de cada grupo Hardy-Weinberg com as seguintes frequências ge. dores desse alelo na população? . . de altura intermediária). e.4 em determinada população de vege.15 Em uma grande população que se reproduz por tidão 5% menor que os dois outros genótipos. um pesquisador mediu a dem a ser homozigotas para o alelo dominante? probabilidade de sobrevida desde a fase de ovó- 23.17 Duas populações isoladas estão em equilíbrio de 23. Em uma amostra de 100 moscas dessa três genótipos avaliados são: 0.t preveja as frequências alélicas e genotípicas na gran- de população imediatamente após a unificação. P 1 e P 2 .000.64. Clique 2. qual será a velocidade homozigotos HB11'HB11' são essencialmente letais.5 e 0. clique em WHO /Malaria dium f alciparum e o mosquito vetor Arwpheks gambiae. Se vezes maior que os homozigotos HH e hh. condição homozigota. qual será a frequência esperada 23. Se essa frequência é brio mutação-seleção? Genômica na Web em http://www.2.ncbi.25 Uma população segrega três alelos. e se os o cruzamento for aleatório.es? Quantos cromossomos ele tem? Os . 0. do alelo b quando a população alcançar o equilí- quência do alelo HB11' é 0. Na página sobre o Plasmodium. medida pela fre. nessa população? gotos HBBAHBBA? 23.nlm. A1. Em relates resources.nih. genomas desses organismos já foram completamente lente em áreas com alta probabilidade de malária.gov O alelo mutante causador de doença falciforme é preva.29 Um alelo g completamente recessivo é letal em machos e fêmeas.26 A população de camundongos de uma pequena ilha é constituída de quantidades quase iguais de 23. Qual é o tamanho do genoma do Plasmodium? Quantos ça? Como é o tratamento atual? Como é a transmissão cromossomos ele tem? Qual é o tamanho do genoma do parasito Plasmodium de uma pessoa para outra? do Anophel. qual será a frequência esperada do alelo letal razão de uma expansão da heterocromatina.28 Camundongos com genótipo Hh têm aptidão duas com respectivas frequências de 0. Se houver mutação do ale- to dos machos tem aproximadamente o dobro do lo dominante G em g em taxa de 10-6 por gera- comprimento do cromossomo Y dos demais em ção.2. qual será a probabilidade de que o cro. Onde está disseminada essa doen- 1. parasito. doença sequenciados? causada por um parasito transmitido por mosquitos. ~ e ~' 22. Se quando a população alcançar o equilíbrio muta- a aptidão dos camundongos com cromossomo Y ção-seleção? for igual à dos camundongos com cromossomo Y 23.30 Indivíduos com o genótipo bb têm aptidão 20% pequeno.27 Em algumas regiões do oeste da África. Capítulo 23 1 Genética de Popu lações 641 23.3. qual é a intensidade de seleção contra os homozi- quência de heterozigotos. menor que indivíduos com os genótipos BB ou mossomo Y grande seja fixado na população de Bb. Se houver mutação de B em b em uma taxa de camundongos? 10-5 por geração. qual será a frequência será a probabilidade de fixação de ~ por deriva esperada do alelo h quando a população de ca- genética? Qual será a probabilidade de perda de mundongos alcançar o equilíbrio dinâmico por A3 por deriva genética? seleção balanceadora? 23. de perda da variabilidade genética. Se dão superior dos heterozigotos HB11'HBBA. O cromossomo Y de um quar. qual ver cruzamento aleatório. Se hou- houver neutralidade seletiva desses alelos. para ter acesso a links para informações sobre vários aspectos da malária.24 Uma população de 50 indivíduos reproduz-se de tal consequência de um equilíbrio dinâmico por apti- modo que seu tamanho permanece constante. clique no link overview nos links Mataria e Mosquito na página Genornic biowgy para para ter acesso a informações resumidas sobre esse encontrar informações sobre o parasito da malária Plasrno. a fre. enética vo utiva PANORAMA Surgimento da teoria evolutiva Variação genética em populações naturais Evolução molecular .._ Especiação Evolução humana busca pessoal do artista por respostas a algumas questões profun- D'ou venons nous? Que sommes das da vida. Entretanto, é mais do que a declaração de um indiví- nous? Ou allons nous? duo que buscava inspiração, liberdade e realização nos mares do Em 1897, no Taiti, o artista francês Paul Gauguin pintou uma tela sul. A pintura de Gauguin reflete uma busca universal sobre o que enorme com um título provocador: "De onde viemos? O que so- significa ser humano. Durante o século 19, as pessoas começaram mos? Para onde vamos?" O quadro, atualmente em exposição no a ver essa questão sob uma nova óptica, sobretudo com o surgi- Boston Museum of Fine Arts, mostra um grupo de polinésios, jo- mento da teoria evolutiva. A Origem das Espécies, de Charles Da- vens e idosos, recostados, sentados, andando e comendo em uma rwin, publicada em 1859, apresentou as ideias de que as espécies paisagem de cor estranha. As pessoas parecem desoladas e ab- não são fixas e que as populações de organismos modificam-se sortas, e algumas parecem fitar interrogativamente o observador, ao longo do tempo. Em um livro posterior, A Descendência do Ho - propondo, por assim dizer, aquelas três perguntas inesquecíveis mem, Darwin propôs que a espécie humana também estava su- que Gauguin escreveu na margem da tela. Essa tela melancólica, jeita às forças evolutivas. As ideias de Darwin perturbaram muitas criada por Gauguin quase no fim da sua vida, parece mostrar a pessoas . .... ·- . "De onde viemos? O que somos? Para onde vamos?" Pintura de 1897 do artista francês Pau l Gauguin. Capítulo 24 1 Genética Evolutiva 643 Sur imento da teoria evolutiva A teoria da evolução, inicialmente enunciada por Charles servar esses indivíduos e geralmente serão herdadas Darwin, é baseada em princípios genéticos. pela prole. Portanto, esta também terá uma maior chance de sobreviver,já que, dos muitos indivíduos A publicação de A Origem das Espécies em 1859 provocou de qualquer espécie nascidos periodicame11te, só enorme controvérsia - não porque a ideia de evolução um pequeno número sobrevive. A esse princípio, pelo qual toda pequena ,,ariação, se útil, é presenra- das espécies fosse nova, mas sim porque Darwi11 a defen- deu tão bem. O livro de Darwin foi escrito de maneira da, dei o nome de Seleção Natural. convincente e era rico em evidências. Segundo ele, as DarV\ri11 propôs que a seleção era a força propulsora espécies modificam-se gradualmente durante longos da evolução na natureza porque conhecia bem como a períodos. Algumas se dividem em duas espécies ou mais; seleção artificial modificara as características de espécies outras são extintas. As ideias de Darwin inquietaram mui- domesticadas. Ele reconhecia o impacto da seleção artifi- tas pessoas que acreditavam que todas as espécies eram cial na criação de diferentes raças de bois, cães e galinhas criação divina e que, exceto por variações triviais entre (Figura 24.1 ); ele também conhecia seu papel na modela- os indivíduos, as espécies não se modificam - isto é, são gem de variedades de vegetais hortícolas e agrícolas. imutáveis. O livro de Darwin co11testa''ª essa visão. Embo- Darwi11 também foi um i1aturalista de primeira ordem. ra i1ão tenha dito muito sobre a origem dos primeiros or- Najuventude, ser\riu durante 5 anos no navio hidrográfi- ga11ismos na Terra, afirmou que durante milhões de anos co britânico H.M.S. Beagle. O Beagle partiu da I11glaterra eles haviam se modificado e diversificado para produzir em 1831, viajou até a América do Sul e retornou à Ingla- a abundância de espécies vivas atualmente. Além disso, terra em 1836. A longa permanência na costa da Améri- Darwin afirmou que essa muda11ça e diversificação, que ca do Sul proporcionou a Darwin muitas oportu11idades denominou de "divergência de característica", era conse- de observar plantas, animais e formações geológicas. Por quê11cia de processos totalme11te naturais. exemplo, i1as Ilhas Galápagos, i1a costa do Equador, ele observou várias espécies de aves que tinham aparê11cia - TEORIA DA EVOLUÇAO DE DARWIN e comportame11 to difere11 tes, mas que ele depois reco- nheceu que estavam relacionadas entre si e com ª''es do Darwin propôs que uma espécie se modifica em conse- continente sul-americanos (Figura 24.2). A partir dessas quê11cia de gerações de competição entre os indivíduos. e de outras observações, Darwin chegou à ideia de que Os i11di,ríduos de uma espécie variam em relação às ca- as espécies não são fixas. Ele inferiu que elas mudam ao racterísticas hereditárias que i11fluenciam a capacidade de sobrevivência e reprodução. Os indivíduos que apre- sentam essas características terão, em média, mais filhos que os demais. Em vista dessa contribuição desigual para - . ,,. . a geraçao segu111te, as caractenst1cas que promovem a sobrevida e a reprodução te11derão a se tomar mais fre- que11tes i1a espécie. Durante muitas gerações, esse pro- cesso, que Darwin batizou de seleção natural, modifica as características da espécie - isto é, a espécie evolui. Em seu livro, Darwin resumiu suas ideias sobre a e'rolução por seleção i1atural: Mais uma vez, pode-se perguntar, como as varie- dades, que chamei de espécies incipientes, con- Cocker spaniel Buldogue inglês verteram-se finalmente em espécies competentes e distintas, que na maioria das ,,ezes apresentam diferenças óbvias entre si muito maiores que as variedades da mesma espécie? Como surgem esses grupos de espécies, que co11stituem os chamados gê11eros distintos e que apresentam difere11ças en- tre si maiores que as espécies do mesmo gênero? Todos esses resultados ... são consequência da luta pela sobre,rivência. Em razão dessa luta, as varia- ções, ai11da que pequenas, e quaisquer que sejam suas causas, desde que tragam algum proveito para os indi,ríduos de uma espécie, em suas relações infi- nitamente complexas com outros seres orgânicos e Wyandotte dourado laceado Bantam Brahma clara com suas condições físicas de vida, tenderão a pre- • FIGURA 24.1 Variação entre raças de cães e ga los. 644 Fundamentos de Genética Tentilhão-cantor (Geosoiza olivace} Tentilhão-dos-cactos (G. scandens} Tentilhão-da-terra de bico médio lG. fortís) • FIGURA 24.2 Tentilhões nas Ilhas Galápagos. longo do tempo e que algumas, exemplificadas pelos fós- variantes. Por fim, Darwin propôs uma teoria de heran- seis que encontrou durante as viagens, foram até mesmo ça baseada na transmissão de características adquiridas. extintas. No entanto, a teoria era imperfeita. Os biólogos atraídos Darwin passou mais de 20 anos analisando e interpre- pelas ideias de Darwin sobre evolução tentaram, como tando os dados coletados na viagem do Beagl,e. Além dis- ele, explicar como as variantes favorecidas pela seleção so, em sua propriedade rural, em Kent, Inglaterra, fez ex- natural são transmitidas de pais para filhos. Em 1900, a perimentos com várias plantas e animais domesticados. redescoberta dos princípios de Mendel apresentou a ex- As observações feitas nesse trabalho experimental, junto plicação tão buscada: as características são determinadas com sua leitura e análise extensa dos dados coletados na por genes, que segregam alelos diferentes, e os genes são viagem do Beagl,e, proporcionaram as ideias que levaram transmitidos aos descendentes em gametas produzidos à publicação de A Origem das Espécies. por seus pais. A análise da transmissão genética em cru- zamentos experimentais e heredogramas rapidamente deu origem a um novo tipo de análise que incluía popu- GENÉTICA EVOLUTIVA lações inteiras. Assim nasceu a especialidade da genética A teoria da evolução de Darwin tinha uma grande lacu- evolutiva, e, em 1930, sobretudo graças às contribuições na. Não explicava a origem da variação entre os indiví- de Sewall Wright, R. A. Fisher e]. B. S. Haldane, ela se duos nem o mecanismo de herança de determinadas tornou a base da teoria darwiniana. PONTOS ESSENCIAIS • Char/,es Darwin formulou uma teoria segundo a qual as espécies evoluem por força da se/,eção natural • Depois da redescoberta do trabalho de Mendel, as ideias de Darwin foram fundamentadas nos princípios mendelianos de herança. Variação enética em P-ºP-ula ões naturais Muitas abordagens experimentais diferentes oferecem mentação, tamanho, e assim por diante. Mais tarde, eles informações sobre a variação genética em populações de destacaram características que têm relação mais direta com os cromossomos e os genes. Nas seções a seguir, co- organismos. mentaremos a variação nos níveis fenotípico, cromossô- A Origem das Espécies, de Darwin, começa com uma análise mico e molecular. da variação. Sem variação, as populações não evoluem. Logo após a redescoberta dos princípios de Mendel, os VARIAÇÃO DOS FENÓTIPOS biólogos começaram a documentar a variação genética em populações naturais. A princípio, esses esforços con- Os naturalistas descreveram a variação fenotípica em centraram-se em características visíveis do fenótipo - pig- muitas espécies. Por exemplo, os moluscos terrestres têm Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 645 listras coloridas diferentes nas conchas, os esquilos e ou- examinaram a prole para avaliação das características as- tros mamíferos pequenos têm pelagem de diferentes co- sociadas a genes mutantes - por exemplo, olhos brancos res e as borboletas e mariposas têm desenhos diferentes (em vez de olhos vermelhos) e corpos amarelos (em vez nas asas ( Figura 24.3). No reino vegetal, a variação feno- de corpos cinza). Esse trabalho registrou a presença de típica pode se manifestar por diferentes tipos de flores. alelos mutantes em populações naturais. Todos esses tipos de diferenças fenotípicas são denomi- Os seres humanos também são polimórficos. A análi- nados polimorfisrrws, palavra derivada do grego que signi- se do heredograma e a amostragem da população pos- fica "muitas formas". Para esclarecer a base genética de sibilitaram que os pesquisadores identificassem muitos um polimorfismo, é necessário levar os organismos para polimorfismos humanos. Os dados clássicos provêm do o laboratório e cruzá-los com outros. Infelizmente, essa estudo dos tipos sanguíneos, que são determinados por conduta é impossível em muitos organismos. Por isso, os antígenos na superficie celular. Com frequência, os ale- geneticistas tenderam a concentrar as investigações de los que codificam esses antígenos são polimórficos. Por variações fenotípicas naturais em organismos que podem exemplo, o sistema de tipos sanguíneos Duffy identifica ser criados e cruzados em laboratório. dois antígenos, cada um deles codificado por um alelo Alguns dos estudos clássicos foram realizados na Rú s- diferente de um gene no cromossomo 1. Os dois alelos sia, onde os pesquisadores coletaram Drosophila de po- Duffy, denominados Fyª e Fyb têm frequências diferentes pulações naturais, promoveram seu endocruzamento e em populações diferentes (Tabela 24.1). Na Inglaterra, Caramujo-de-listra-marrom (Liguus fasciatus} Caramujo-de-listra-amarela Esquilo cinza (Sciurus carolinensis} Esquilo albino Borboleta-rabo-de-andorinha-amarela (Papi/io g/aucus} Borboleta-rabo-de-andorinha-preta • FIGURA 24.3 Variação fenotípica natural em moluscos terrestres, esquilos e borboletas. 646 Fundamentos de Genética Flats, Califórnia, a frequência do arranjo ST diminuiu Tabela 24.1 de mais de 50% em março para cerca de 30% em ju- Frequências de alelos do locus do grupo sanguíneo nho. Essa variação de frequência foi observada em todos Duffy em diferentes populações humanas. os anos de coleta de amostras. Além disso, Dobzhansky e colaboradores observaram variações prolongadas nas Ale lo Coreia África do Sul Inglaterra frequências dos arranjos em algumas populações. Em Fy 0,995 0,060 0,421 Lone Pinho, Califórnia, por exemplo, a frequência do Fyb 0,005 0,940 0,579 arranjo ST aumentou de 21 % em 1938 para 65% em Fonte: Dados retirados de Cavalli-Sforza, L. L. e A. W. F. Edwards. 196 7. Phyloge- 1963. Esses pesquisadores também fizeram experimen- netic analysis models and estimation procedures. Evolution 21: 550-570. tos laboratoriais para medir as habilidades competitivas de moscas com diferentes arranjos cromossômicos. Os experimentos sugeriram que a seleção balanceadora tem papel importante na manutenção desses polimorfis- tanto Fyª quanto Fyb são comuns, , mas na Coreia, apenas A o mos cron1cos na natureza. Fyª é comum, e no sul da Africa, somente Fyb. Assim, a situação do polimorfismo Duffy varia entre os grupos ét- nicos humanos. VARIAÇÃO DA ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS VARIAÇÃO DA ESTRUTURA Em 1966, R. C. Lewontin, J. L. Hubby e H. Harris ini- ciaram uma nova era no estudo da variação genética em CROMOSSÔMICA populações naturais quando aplicaram a técnica de ele- A variação fenotípica pode ser um reflexo da variabili- troforese em gel para detectar diferenças de aminoácidos dade genética subjacente. Existe algum mecanismo para nas proteínas. Lewontin e Hubby estudaram a variação detectar a variabilidade por análise do próprio material de proteínas em Drosophila, e Harris a estudou em seres genético? Os cromossomos politênicos das glândulas sa- humanos. Sua técnica mostrou-se tão eficaz que logo foi livares de larvas de Drosophila oferecem aos pesquisado- aplicada ao estudo da variação genética em todos os tipos res uma oportunidade ímpar de pesquisar a variação da de organismos, entre eles seres vivos tão diversos quanto estrutura cromossômica. Moscas capturadas na natureza a estrela-do-mar, a aveia selvagem e a cigarrinha-das-pas- podem ser levadas ao laboratório e cruzadas para produ- tagens. Com essa técnica, um pesquisador é capaz de dis- zir larvas, que são examinadas à procura de alterações no tinguir diferentes formas de determinada proteína por- padrão de bandeamento de seus cromossomos politêni- que cada forma se move em uma velocidade específica cos. Durante mais de 25 anos, Theodosius Dobzhansky através do gel de eletroforese. Essas formas revelam que e seus colaboradores fizeram esse tipo de análise em vá- o gene para essa proteína tem diferentes alelos, alguns rias espécies de Drosophila nativas das Américas do Norte "rápidos" e outros "lentos". Assim, é possível identificar e do Sul. Os estudos mais completos empregaram três os alelos presentes em um indivíduo e, por análise de espécies intimamente relacionadas, D. pseudoobscura, D. muitos indivíduos, verificar suas frequências em uma po- persimilis e D. miranda, encontradas no oeste da América pulação. do Norte. A eletroforese em gel da proteína ofereceu a primeira Dobzhansky e seus colaboradores identificaram mui- grande evidência de variação genética em nível molecu- tos arranjos diferentes dos padrões de bandeamento nos lar. Em muitas espécies, um quarto a um terço dos genes cromossomos politênicos dessas espécies. Cada arranjo codificadores das proteínas solúveis apresentam polimor- é constituído de uma ou mais inversões do padrão de fismos eletroforéticos e, quando se considera determina- bandeamento mais comum. Por exemplo, no terceiro do gene polimórfico, cerca de 12 a 15% dos indivíduos cromossomo de D. pseudoobscura, eles encontraram 17 de uma população são heterozigotos para esse gene. Es- arranjos diferentes em populações naturais. O padrão sas duas estatísticas - a proporção de genes polimórficos e a proporção de indivíduos heterozigotos - são medidas de bandeamento Standard, denominado ST, era mais simples e convenientes do grau de variabilidade genética frequente em populações ao longo do litoral da Califór- em uma população. nia e no norte do México; nessas áreas, 48 a 58% dos terceiros cromossomos da amostra de moscas captura- das apresentavam o padrão de bandeamento ST. Houve VARIAÇÃO DAS SEQUÊNCIAS predomínio de diferentes arranjos em outras áreas. Por exemplo, o arranjo conhecido como Arrowhead (AR) NUCLEOTÍDICAS foi encontrado em 88% dos cromossomos das amostras O sequenciamento de DNA , oferece os dados finais do Arizona, Utah e Nevada, e o arranjo conhecido como sobre variação genética. E possível analisar qualquer Pike's Peak (PP) foi encontrado em 71 % dos cromosso- sequência - codificadora, gênica e não gênica. As pri- mos das amostras do Texas. Amostras repetidas de po- meiras tentativas de estudar a variação genética por se- pulações selecionadas verificaram a modificação sazonal quenciamento de DNA empregaram material clonado das frequências dos arranjos. Por exemplo, em Piiíon dos genomas de diferentes indivíduos. Em seguida, os Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 647 Sítios de início da transcrição Promotor r-11~- - -Transcrito adulto- - • Promotor r--1~- - - Transcrito larvar- - • adulto larvar codificador codificador , , Exon 1 , Éxon 2 Éxon 3 Exon 4 lntron adulto , Códon de iniciação lntrons Sítio de larvares poliadenilação A Número de Densidade de pos1çoes pos1çoes Tamanho polimórficas polimórficas (x 1Q3) Regiões codificadoras 765 pb 14 18,3 • lntrons 789 pb 18 22,8 Regiões não traduzidas 332 pb 3 9,0 (5' e 3' UTR) Regiões flanqueadoras 863 pb 8 9,3 B • FIGURA 24.4 A. Estrutura molecular do gene Álcool desidrogenase (Adh) em Drosophila melanogaster. B. Polimorfismos de sequência de DNA em diferentes regiões do gene Adh. Dados reproduzidos de Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417. clones foram sequenciados e as sequências, compara- lisina em vez de uma treonina na posição 192, altera a das, para identificar diferenças ao longo de seus com- mobilidade da proteína Adh durante a eletroforese em primentos. gel; o polipeptídio com lisina move-se mais rápido que Como exemplo desse tipo de análise, considere os re- o polipeptídio com treonina. Todas as outras diferenças sultados de um estudo de variabilidade da sequência no nucleotídicas na sequência codificadora do gene Adh não gene da álcool desidrogenase, Adh, em Drosophila mela- influenciaram a sequência de aminoácidos do polipeptí- nogaster realizado por Martin Kreitman. Onze genes Adh dio. Os geneticistas referem-se a elas como polimmfismos clonados de diferentes populações foram sequenciados silenciosos; elas são resultantes da degeneração do código a fim de obter os dados para o estudo. O gene Adh é genético; ou seja, mais de um códon é capaz de especi- constituído de quatro éxons e três íntrons. A transcri- ficar a incorporação de um aminoácido específico a um ção do gene Adh pode ser iniciada por dois promotores, polipeptídio. um que atua no adulto e outro que atua na larva. O pro- Hoje, a obtenção de dados da sequência de DNA para motor adulto está na região 5' em relação ao promotor estudar a variação , genética natural é bem mais fácil do larvar. Assim, os transcritos adultos do gene Adh contêm que antes. E possível amplificar determinadas regiões todos os quatro éxons e três íntrons, enquanto os trans- do genoma por PCR, e os produtos do DNA resultantes critos larvares contêm apenas os três últimos éxons e podem ser sequenciados por máquinas. Em seguida, po- os dois últimos íntrons. As sequências codificadoras do dem-se usar sofisticados programas de computador para gene Adh começam no segundo éxon; portanto, todas analisar os dados da sequência e identificar variações en- as sequências codificadoras estão presentes no transcri- tre os indivíduos. Essa técnica possibilita que os pesquisa- to larvar e também no transcrito adulto. Kreitman cata- dores avaliem o nível de variação em regiões funcional- logou as diferenças entre os genes Adh que sequenciou mente diferentes do DNA, por exemplo, em éxons em (Figura 24.4). Ao todo, 43 posições de nucleotídios eram - , comparaçao com introns. polimórficas. A maioria dos polimorfismos estava em re- As tecnologias de chip gênico (Capítulo 15) são outro giões não codificadoras do gene Adh- em íntrons, ou nas recurso para documentar variações no DNA. Essas tec- regiões 3' e 5' não traduzidas - e no DNA que flanqueia nologias tornam possível rastrear o DNA genômico à o gene. Alguns polimorfismos também foram encontra- procura de polimorfismos de, nucleotídio único (SNP), dos nas sequências codificadoras do gene; porém, ape- encontrados a cada 1 a 2 kb. E possível analisar paralela- nas um desses polimorfismos causou a diferença de um mente muitas amostras diferentes de DNA genômico, e aminoácido no polipeptídio Adh. Essa diferença, uma numerosos SNP podem ser detectados em um único chip. 648 Fundamentos de Genética PONTOS ESSENCIAIS • A variação genética em populações naturais pode ser detectada em níveis fenotípico, cromossô- mico e mo/,ecular • Estudos clássicos determinaram a existência de polimorfismos genéticos para características f enotípicas visíveis e para tipos sanguíneos • Os polimorfismos da estrutura cromossômica foram documentados em várias espécies de Dro- sophila por análise dos padrões de bandeamento de cromossomos politênicos • Os polimorfismos da estrutura do polipeptídio foram detectados pela técnica de e/,etroforese em gel das proteínas • Os polimorfismos da estrutura do DNA foram detectados por sequenciamento de DNA c/,onado ou amplificado por PCR e pelo uso de chips gênicos diagnósticos. Evolu ão molecular As sequências de DNA e proteína oferecem informações modo, a aparência e o possível comportamento desses or- sobre as relações filogenéticas entre diferentes organis- ganismos antigos. As comparações entre organismos vi- mos e sobre sua história evolutiva. vos e os restos fossilizados de organismos extintos estimu- laram especulações sobre a origem das espécies. Assim, com a visão adquirida a partir do estudo dos fósseis, os A capacidade de clonar, amplificar, manipular e sequen- naturalistas começaram a pensar sobre a vida em termos ciar moléculas de DNA de qualquer tipo de organismo históricos. teve enorme impacto sobre o estudo da evolução. Em As moléculas de DNA, como os fósseis, contêm infor- A Origem das Espécies, Darwin referiu-se repetidas vezes à mações sobre a história da vida. As moléculas de DNA evolução como um processo de "descendência com mo- nos seres vivos atuais são derivadas de seus ancestrais - dificação". Ele destacou as características de organismos, pais, avós, e assim por diante - voltando no tempo até que são transmitidos de modo mais ou menos fiel para os primeiros organismos. Cada molécula de DNA é o os descendentes a cada geração, mas que também são resultado final de um longo processo histórico de muta- modificados à medida que os organismos se adaptam às ção, recombinação, seleção e deriva genética. Em termos variações das condições ambientais. Hoje, sabendo que a metafóricos, a sequência de nucleotídios em uma molé- hereditariedade depende da sequência de nucleotídios cula de DNA é a versão atual de um texto antigo que, ao no DNA, compreendemos a base molecular do concei- ser copiado geração após geração, passou por processos to de Darwin. As moléculas de DNA são transmitidas de de modificação (mutação), corte e colagem (recombina- pais para filhos geração após geração. Entretanto, esse ção), preservação por seu valor (seleção) e disseminação processo de transmissão genética não é perfeito. Quan- aleatória (deriva). Nas palavras de Emile Zuckerkandl, do ocorrem mutações, as moléculas de DNA modificadas um dos pioneiros no estudo da evolução molecular: as são transmitidas para a prole. Durante longos períodos, moléculas de DNA são "documentos da história evolu- as mutações acumulam-se e a sequência de DNA é mo- tiva". dificada; os segmentos de moléculas de DNA também Assim também são as moléculas de proteínas. Os poli- podem ser duplicados ou rearranjados. Esse processo de peptídios são codificados por genes, que são segmentos evolução molecular tem de estar na base da evolução de ~ de moléculas de DNA. A medida que os genes evoluem, organismos sobre a qual Darwin escreveu. também evoluem as proteínas que eles codificam. Por- tanto, os geneticistas podem investigar a evolução em ní- MOLÉCULAS COMO ''DOCUMENTOS DA vel molecular pelo estudo das sequências nucleotídicas no DNA ou das sequências de aminoácidos nas proteínas. HISTÓRIA EVOLUTIVA'' A análise das sequências de DNA e proteína tem vá- Um grupo de dados que levou Darwin a propor que as rias vantagens em relação aos métodos mais tradicionais espécies evoluem originou-se do estudo de rochas no de estudo da evolução com base em anatomia, fisiologia solo. Na época de Darwin, os fósseis - restos mineraliza- e embriologia comparativas. Primeira, as sequências de dos de animais e vegetais mortos há muito tempo - eram DNA e proteína seguem regras simples de hereditarieda- coletados com entusiasmo. Essas rochas diferentes eram de. Já as características anatômicas, fisiológicas e embrio- curiosidades exibidas nos salões vitorianos, mas também lógicas estão sujeitas a todas as vicissitudes da hereditarie- eram evidências de organismos que haviam um dia habi- dade complexa (Capítulo 22). Segunda, é fácil obter os tado a Terra. A partir do estudo detalhado dos fósseis, os dados da sequência molecular, que também são sensíveis naturalistas eram capazes de reconstruir, ao menos grosso a análises quantitativas formuladas no contexto da teoria Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 649 da genética evolutiva. Em geral, a interpretação dessas das de sequências ancestrais totalmente diferentes são di- análises é muito mais direta que a interpretação de análi- tas análogas. A construção de árvores filogenéticas sempre ses com base em dados morfológicos. Terceira, os dados deve ser baseada na análise de sequências homólogas. da sequência molecular possibilitam que pesquisadores Atualmente existem muitos métodos para construir investiguem relações evolutivas entre organismos com árvores filogenéticas a partir dos dados das sequências fenótipos muito diferentes. Por exemplo, as sequências de DNA ou proteína. Em geral, esses métodos têm qua- de DNA e proteína de bactérias, leveduras, protozoários tro características em comum: (1) alinhamento das se- e seres humanos podem ser comparadas para estudar as quências para possibilitar comparações entre elas; (2) relações evolutivas entre eles. identificação do grau de semelhança (ou diferença) en- Um problema do enfoque molecular da evolução é tre duas sequências; (3) agrupamento das sequências na que os pesquisadores geralmente não conseguem obter base da semelhança e (4) posicionamento das sequências dados sobre as sequências de DNA ou proteínas de or- nas extremidades de uma árvore. ganismos extintos. Em alguns casos excepcionais, esses A Figura 24.6 mostra árvores construídas por compa- dados foram obtidos de fósseis. Em nenhum desses ca- ração das sequências de DNA mitocondrial de um ser sos, porém, a amostra fossilizada tinha mais de algumas humano, um chimpanzé, um gorila, um orangotango e dezenas de milhares de anos. Portanto, os organismos um gibão. O DNA mitocondrial (mtDNA) de cada pri- verdadeiramente antigos estão fora do alcance de qual- mata hominoide é uma molécula circular que contém quer investigação molecular. Outro problema é que nem cerca de 16.600 pares de bases. Um segmento de 896 pa- sempre é claro o modo como os dados sobre a sequência res de bases foi clonado a partir de cada tipo de DNA molecular respondem às questões sobre evolução em ní- mitocondrial e sequenciado. Em seguida, as sequências vel fenotípico. resultantes foram comparadas para determinar o grau de semelhança (e diferença). Ao todo, encontraram-se diferenças de sequências em 283 das 896 posições nu- FILOGENIAS MOLECULARES cleotídicas analisadas. As árvores apresentadas na Figu- As relações evolutivas entre os organismos são resumidas ra 24.6 foram construídas por minimização do número em diagramas denominados árvores filogenéticas, ou sim- de eventos mutacionais necessários para explicar como plesmente filogenias. Essas árvores podem mostrar apenas as relações entre os organismos ou podem superpor as relações a uma linha cronológica para indicar como ocor- ~ Chimpanzé reu a evolução de cada organismo. Uma filogenia que só mostra as relações é uma árvore sem raiz, enquanto a que '--- Gorila mostra sua derivação é uma árvore com raiz (Figura 24.5). Nos dois tipos de árvore, as linhagens bifurcam-se em ra- .....___ Ser humano mos. Os ramos nas extremidades da árvore - denomina- • ....______ Orangotango dos ramos terminais - levam aos organismos em estudo. Arvore A Cada bifurcação da árvore representa um ancestral co- . _ _ - - - - - - Gibão mum dos organismos mais externos. Em análises moleculares das relações evolutivas, os or- ....-- Ser humano ganismos são representados por DNA ou proteínas. Algu- mas análises são baseadas em um único gene ou produto ---- Chimpanzé gênico. Outras análises combinam dados obtidos por se- quenciamento de diferentes genes ou produtos gênicos. ----- Gorila ' As vezes, as análises usam sequências de DNA não gênico • para identificar as relações entre os organismos. Arvore B - - - - - Orangotango Os descendentes de uma sequência de DNA ou proteí- na ancestral são ditos homólogos, mesmo que tenham diver- . _ _ - - - - - - Gibão gido significativamente do ancestral e sejam diferentes um do outro. Duas sequências semelhantes, ainda que deriva- ~ Ser humano '--- Gorila A B C D .....___ Chimpanzé e Presente • ....______ Orangotango D Arvore C Passado A ' - - - - - - - Gibão • A. Arvore sem raiz B. Árvore com raiz • FIGURA 24.6 Árvores filogenéticas de primatas hominoides • FIGURA 24.5 Diferença entre árvores filogenéticas sem raiz (A) e construídas a partir da análise de uma sequência de 896 pares de com raiz (B). bases de DNA mitocondrial. 650 Fundamentos de Genética as difere11tes sequências de mtDNA foram derivadas de dos com o emprego de técn icas estatísticas para estimar um ancestral comum. Esse critério para construção da os comprime11tos de cada ramo favorece a árvore B. Essa árvore é denominado princípio da parcimônia. O n úmero ár,rore também é apoiada pela an álise de outros tipos de de e\rentos mutacionais necessários para a árvore A foi sequências de DNA. Assim, os seres h umanos estão mais de 145, para a árvore B foi de 147 e para a árvore C foi próximos dos cl1impanzés q ue dos gorilas, estão men os de 148. Todas as outras possíveis árvores n ecessitavam de próximos ainda dos orangotangos e estão mais distantes pelo me11os vários outros eventos mutacionais. Assim, o dos gibões. Para aplicar o procedimen to de construção princípio da parcimônia produz três árvores filogenéticas de ánrore às sequências de mtDNA de diferentes indi,rí- que explicam plausivelmente as relações e\roluti\ras entre duos de determinado grupo étnico h umano, acompa11h e os primatas h ominoides. A partir dessas ánrores, consta- o Problema resol,rido: Uso d o DNA mitocondrial para tamos que a relação dos gibões e orangotangos com os ide11tificar u ma filoge11ia. seres h uman os é menos clara que a relação dos ch impa11- zés e gorilas com os seres h uman os; porém, não podemos - TAXAS DE EVOLUÇAO MOLECULAR discer11ir de imediato a relação en tre seres h umanos, ch impanzés e gorilas. As ánrores A, B e C representam as As árvores filogenéticas moleculares mostram as rela- três possibilidades. Uma análise mais sofisticada dos da- ções evolutivas entre as sequências de DNA ou proteína. Uso do DNA mitocondrial para identificar uma filogenia PROBLEMA ANÁLISE E SOLUÇÃO Derbeneva et ai. (2002, Am. }. Hum. Cenet. 71: 415-421) sequencia- O tipo padrão de mtD NA dos aleútes difere do tipo IX em uma ram o DNA mitocondrial (mtDN A) obtido de uma amostra de 30 posição nucleotídica (16092). É diferente de todos os outros tipos aleútes das Ilhas Commander, as ilhas no extremo oeste do arquipé- em duas ou mais posições nucleotídicas - posições 8910 e 9667 lago das Aleutas. Identificaram nove tipos de mtDNA, cada um desig- no tipo 1, e essas duas posições e no mínimo mais uma posição nado por um algarismo romano. Cada item na tabela a seguir indica em todos os demais tipos. Portanto, o tipo padrão está a uma a posição de um nucleotídio diferente do nucleotídio encontrado no mutação de distância do tipo IX, e a duas mutações de distância tipo VI II, que foi usado como padrão. Essas diferenças são regulares do tipo 1, mas em outra direção. Todos os outros tipos estão a uma nos vários tipos, isto é, o nucleotídio diferente na posição 9667 no ou mais mutações de distância do tipo 1. N ós podemos resumir as tipo 1 é igual ao nucleotídio diferente na posição 9667 no tipo li. A relações entre os tipos em um diagrama filogenético, que, entre- partir desses dados, construa um diagrama que mostre as relações tanto, não informa qual mtD N A é ancestral dos outros - ou seja, , , . fi logenéticas entre os diferentes tipos de mtDNA dos aleútes. e uma arvore sem raiz: Posições nucleotídicas Tipo Número na amostra diferentes do tipo VIII 1 13 8910,9667 III IV li 4 6554, 8639, 8910, 9667, 1631 1 111 3 8910,9667, 16519 V 5081 8910 3 8910,9667, 11062 I VIII 16092 IX IV 9667 V 1 8460, 8910, 9667 Padrão 8460 10695 VI 1 5081, 8910, 9667 VI V II 1 8910,9667, 10695, 11 113 11113 V III 3 Padrão 6554 VII IX 1 16092 8639 16311 FATOS E CONCEITOS 1. O mtDNA humano é uma molécu la circu lar constituída de aproximadamente 16.570 pares de nucleotídios (Capítulo 15). 2. Ao comparar duas sequências de mtDNA, cada diferença de um II par , de bases representa uma mutação. 3. Arvores filogenéticas são construídas por aproximação das sequências de DNA mais semelhantes e minimização do núme- ro de mutações necessárias para explicar as diferenças entre todas as sequências de DNA. Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 651 Tabela 24.2 Número de aminoácidos diferentes nas a-globinas de vertebrados representativos. Camundongo Galinha Tritão Carpa Tubarão Ser humano 6 35 62 68 79 Camundongo 39 63 68 79 Galinha 63 72 83 Tritão 74 84 Carpa 85 Se associarmos os pontos de ramificação de uma árvo- dois organismos muito distantes, seres humanos e car- re a momentos específicos na história evolutiva das se- pas. A a-globina desses dois organismos difere em 68 dos quências, podemos determinar a taxa de evolução das 141 sítios de aminoácidos; portanto, a proporção de sítios sequências. Como exemplo desse tipo de análise, consi- diferentes é 68/141 = 0,48 - ou seja, quase metade dos dere a a-globina, que é um dos dois tipos de polipeptídio sítios modificaram-se durante a evolução das linhagens encontrado na proteína do sangue hemoglobina. O po- que produziram essas duas espécies. Com essa alta fre- lipeptídio a-globina tem 141 aminoácidos. Nós podemos quência de sítios modificados, poderíamos esperar que comparar a sequência da a-globina de um organismo alguns dos sítios tivessem se modificado várias vezes. Por- com a sequência da a-globina de outro organismo e con- tanto, a proporção observada de sítios diferentes, 0,48, tar o número de aminoácidos diferentes entre as duas subestima o número médio de modificações ocorridas sequências. A Tabela 24.2 apresenta essas diferenças. As di- durante o longo período desde a separação das linhagens ferenças entre as a-globinas de seres humanos e camun- de seres humanos e carpas. Felizmente, podemos ajustar dongos são as menores (16); as diferenças entre carpas e a proporção observada para cima para representar as tubarões são as maiores (85). múltiplas substituições de aminoácidos em determinados O registro de fósseis oferece informações sobre even- sítios. Esse ajuste usa um procedimento estatístico deno- tos fundamentais na história evolutiva dos seis tipos de minado carreção de Poisson, explicado no Apêndice E: Ta- organismos incluídos na Tabela 24.2. Por exemplo, as xas evolutivas. A Tabela 24.3 apresenta as diferenças em linhas evolutivas que deram origem aos seres humanos cada par de organismos, corrigidas pelo modelo de Pois- e aos camundongos divergiram há cerca de 80 milhões son. Cada valor estima o número médio de modificações de anos, no final da Era Mesozoica, e as linhas que de- ram origem às carpas e aos tubarões divergiram há, no mínimo, 440 milhões de anos, no final do Período Or- doviciano da Era Paleozoica. A Figura 24.7 mostra esses Ser humano Camundongo Galinha Tritão CarpaTubarão Presente e outros pontos de ramificação na história evolutiva dos seis organismos diferentes. A árvore na Figura 24. 7 foi construída a partir de dados do registro de fósseis. No entanto, sua estrutura é com- 100 patível com os dados moleculares apresentados na Tabe- la 24.2. Seres humanos e camundongos apresentam a me- 170 maa nor diferença de aminoácidos na a-globina, e estão mais 200 próximos - isto é, separados pelo menor tempo evolutivo - na Figura 24. 7. A a-globina de galinha é a seguinte mais próxima das a-globinas dos dois mamíferos, seguida pelas do tritão, da carpa e do tubarão. Pode-se usar o grau de 300 diferença entre as sequências de aminoácidos desses seis organismos para estimar a taxa de evolução da a-globina. 350 maa Para obter essa taxa, primeiro é preciso determinar o número médio de modificações de aminoácidos ocorri- 400 das desde a separação de duas linhagens a partir de um 440 maa ancestral comum. Podemos começar com os dois orga- nismos mais próximos, seres humanos e camundongos, 500 que diferem em 16 dos 141 sítios de aminoácidos na Milhões de a-globina. Portanto, a proporção de sítios diferentes na anos atrás (maa} a-globina dessas duas espécies é de 16/141=0,11, o que também podemos interpretar como o número médio de • FIGURA 24.7 Filogen ia de vertebrados representativos construída a diferenças por sítio de aminoácido. Agora consideremos partir do registro de fósseis. 652 Fundamentos de Genética ocorridas por sítio de aminoácido i1a a-globi11a durante lutivos, isso sugere que as substituições de ami11oácidos o período decorrido desde que as li11hagens em evolução ocorrem como se determinadas por um relógio. Assim, se separaram de um ancestral comum. Observe que i1as às ,rezes eles falam metaforicamente do processo evoluti- linhage11s dos seres humanos e das carpas, o número mé- vo como se seguisse um relógio molecular. Amplas análises dio de modificações por sítio de aminoácido é de 0,66, o indicaram que, i1a verdade, a taxa de evolução molecu- que corresponde a quase 1,4 ''ez a proporção observada lar varia um pouco entre diferentes linhagens. A Tabe- de diferenças de aminoácido entre as a-globinas de seres la 24.3 mostra uma pista dessa variação dos dados, já que humanos e carpas. a taxa de e'rolução calculada nas linhagens de mamíferos Com o número médio de substituições por sítio de é um pouco menor que as taxas nas outras linhagens. aminoácido para cada par de organismos, agora podemos Portanto, é provável que i1ão haja um relógio molecular calcular a taxa de e'rolução da a-globina. Essa taxa é o nú- universal que siga o mesmo horário em todas as linha- mero médio de substituições por sítio de aminoácido di- gens em evolução. Em algumas linhagens, porém, pode vidido pelo tempo total de evolução das duas li11hagens. haver relógios locais - isto é, nelas a taxa de ''ariação mo- Por exemplo, as li11hagens que produziram seres humanos lecular evoluti''ª é quase consta11te. e camu11do11gos separaram-se de um a11cestral comum há Os cálculos baseados na premissa de um relógio mo- 80 milhões de a11os. Porta11to, o tempo total de evolução lecular podem ser muito úteis para estimar o momento, dessas li11hage11s é de 2 X 80 milhões de anos = 160 mi- no tempo histórico, de di,rergência das linhagens a partir lhões de anos. Se di,ridirmos o número médio de substitui- de um ancestral comum. Esse método foi usado para de- ções de aminoácido por sítio por esse tempo, estimamos a terminar a data de acontecimentos i1a evolução de i1ossa taxa evoluti''ª da a-globina i1as li11hagens de ser huma110 própria espécie, que tem poucas evidê11cias fósseis. Por e camundo11go. Usando o número médio de substituições exemplo, estima-se que as linl1as que deram origem aos de ami11oácidos por sítio corrigido pelo modelo de Pois- seres humanos e chimpanzés tenham divergido entre 5 e son, mostrado na Tabela 24.3, constatamos que o número 6 milhões de a11os. Veja uma aplicação desse tipo de análi- médio de substituições de aminoácidos por sítio ao lon- se em Resol,ra!: Cálculo do tempo de divergência. go de todo o tempo evolutivo é de 0,12 por sítio/ 160 mi- lhões de anos= 0,74 X 10-9 substituições de ami11oácidos por sítio/ ano. A partir dessa taxa e de todas as outras ta- xas apresentadas na Tabela 24.3, ' 'emos que a a-globi11a ''em evoluindo em pouco menos de uma substituição de Cálculo do tempo de divergência aminoácido por sítio a cada bilhão de anos. O número médio de diferenças de aminoácidos por sítio corrigi- do pelo modelo de Poisson nas a -globinas de seres humanos e RELÓGIO MOLECULAR camundongos é de O, 12; em seres humanos e cangurus é de 0,20. As linhagens dos seres humanos e camundongos divergiram de Os valores calculados para cada par de organismos na Ta- um ancestral comum há cerca de 80 milhões de anos. Há quanto bela 24.3 significam que a taxa de evolução da a-globina tempo divergiram as linhagens humana e de cangurus? foi mais ou menos igual em todas as linhagens evolutivas ~ Leia a resposta do problema no site analisadas. Essa aparente constância da taxa também foi http://gen-io.grupogen.com.br. observada com outras proteínas. Para os biólogos evo- Tabela 24.3 Número médio de diferenças de aminoácidos por sítio corrigido pelo modelo de Poisson nas a -globinas de vertebrados representativos e taxas evolutivas associadas.ª Camundongo Galinha Tritão Carpa Tubarão Ser humano O, 12 0,28 0,58 0,66 0,82 0,74 0,84 0,83 0,82 0,93 Camundongo 0,33 0,59 0,66 0,82 0,95 0,85 0,82 0,93 Galinha 0,59 0,72 0,89 0,85 0,89 1,01 Tritão 0,74 0,91 0,93 1,03 Carpa 0,92 1,05 ªO número em cima é o número médio de diferenças de aminoácidos entre as cx-globinas dos dois organismos. O número embaixo é a taxa anual de substituição de aminoácidos por sítio durante a evolução das cx-globinas nas linhagens que produziram esses organismos {X 109 anos). Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 653 VARIAÇÃO NA EVOLUÇÃO DAS to-ponte da pré-proinsulina, que é descartado durante a formação da molécula ativa de insulina. Assim, proteínas, SEQUÊNCIAS DE PROTEÍNAS ou partes de proteínas, com maior importância funcional O polipeptídio a-globina parece estar evoluindo a uma evoluem mais devagar que aquelas com menor importân- taxa um pouco menor que uma substituição de aminoá- cia funcional. cido a cada bilhão de anos. A taxa de evolução de ou- tras proteínas é igual? Análises extensas mostraram que a taxa de evolução de algumas proteínas é igual, mas que VARIAÇÃO NA EVOLUÇÃO DAS de outras é maior ou menor. As taxas observadas de evo- SEQUÊNCIAS DE DNA lução das sequências de aminoácidos variam em três or- A variação na taxa evolutiva também é observada quan- dens de magnitude. Nos extremos, a taxa de evolução do do se examinam as sequências de DNA. As sequências fibrinopeptídio, derivado de uma proteína participante de DNA em pseudogenes - genes duplicados que não da coagulação sanguínea, é maior que 8 substituições de codificam produtos funcionais porque sofreram uma ou aminoácidos por sítio a cada bilhão de anos, enquanto a mais lesões como mutações por mudança da matriz de das histonas, que interagem intimamente com o DNA, leitura ou sem sentido - têm as taxas evolutivas mais al- é de apenas 0,01 substituição de aminoácido por sítio tas. Por exemplo, a taxa evolutiva do pseudogene lflal da a cada bilhão de anos. Também é possível observar va- a-globina é de 5,1 substituições de nucleotídios por sítio riação nas taxas evolutivas de alguns polipeptídios. Por a cada bilhão de anos. Por outro lado, nucleotídios na exemplo, a taxa de substituição de aminoácidos na su- primeira ou segunda posição de códons em um gene de perficie da a-globina é de aproximadamente 1,3 substi- a-globina funcional evoluem a uma taxa de O, 7 substitui- tuição por sítio a cada bilhão de anos, enquanto a taxa de ção de nucleotídio por sítio a cada bilhão de anos. Essa substituição de aminoácidos no interior da molécula é de diferença de sete vezes da taxa evolutiva pode ser explica- apenas 0,17 substituição por sítio a cada bilhão de anos. da pelo conceito de restrição funcional. Os nucleotídios A pré-proinsulina, precursora do hormônio peptídico de um pseudogene não são restringidos por seleção por- insulina, é outro exemplo de variação intramolecular da que a função do pseudogene já foi destruída. Entretanto, taxa evolutiva. Esse polipeptídio tem quatro segmentos. os nucleotídios na primeira e na segunda posição de um O primeiro segmento é um peptídio sinalizador, o segun- códon de um gene funcional são restringidos porque sua do e o quarto segmentos formam a molécula de insulina substituição quase sempre modifica o aminoácido especi- ativa, e o terceiro segmento é uma ponte peptídica que ficado por esse códon. Algumas dessas substituições são inicialmente une os dois segmentos ativos. Quando há conservadoras no sentido de que o novo aminoácido é formação de insulina ativa, esse segmento-ponte é dele- semelhante, do ponto de vista estrutural e funcional, ao tado e os dois segmentos ativos são unidos por ligação aminoácido original. Por exemplo, se o primeiro nucleo- covalente por pontes dissulfeto. Os segmentos sinaliza- tídio no códon CTT for substituído por A, o aminoácido dor e ponte evoluem a uma taxa um pouco maior que especificado por esse códon passará de leucina para uma substituição de aminoácido por sítio a cada bilhão isoleucina. Esses dois aminoácidos têm propriedades de anos; porém, os dois segmentos ativos evoluem a uma semelhantes. No entanto, outras substituições nesse có- taxa de apenas 0,2 substituição por sítio a cada bilhão de don podem causar uma alteração não conservadora da anos. Assim, no polipeptídio pré-proinsulina, há variação sequência de aminoácidos. Por exemplo, se CTT passar relevante da taxa evolutiva. a TTT, o aminoácido especificado pelo códon passará de O que poderia explicar a variação observada das ta- leucina para fenilalanina, cujas propriedades químicas xas evolutivas? A hipótese dos geneticistas é de que, nas são muito diferentes. proteínas com evolução mais rápida, a sequência exata Os nucleotídios na terceira posição de códons em ge- de aminoácidos não é tão importante quanto nas proteí- nes funcionais são um caso especial e interessante. Esses nas de evolução mais lenta. Eles especulam que em al- nucleotídios evoluem muito mais rápido que os nucleotí- gumas proteínas as substituições de aminoácidos podem dios na primeira ou segunda posição. A razão dessa evo- ocorrer com relativa impunidade, enquanto, em outras, lução mais rápida é a degeneração do código genético. há rigorosa seleção contrária. De acordo com essa visão, Muitos aminoácidos são especificados por mais de um có- a taxa de evolução depende do grau com que a sequência don. Por exemplo, a prolina é especificada por quatro có- de aminoácidos de uma proteína é restringida pela sele- dons: CCT, CCC, CCA e CCG. Desde que os dois primei- ção para preservar a função da proteína. As proteínas de ros nucleotídios de um códon sejam C, a terceira posição evolução lenta são mais restringidas que as proteínas de pode ser ocupada por qualquer nucleotídio que o códon evolução rápida. Portanto, a variação das taxas evolutivas especificará a prolina - a terceira posição nucleotídica é é explicada pelo grau de restrição funcional da sequência degenerada quatro vezes. Portanto, a substituição do últi- de aminoácidos. A ideia também se aplica a partes de mo nucleotídio em um códon de prolina - por exemplo, proteínas. Por exemplo, espera-se que a seleção restrinja a substituição de T em CCT por C para criar um códon com mais rigor os aminoácidos específicos situados nos CCC - não deve ter consequências para a estrutura e a sítios ativos das enzimas ou perto deles que os aminoá- função do polipeptídio codificado por um gene. Mas a cidos que só ocupam espaço, como aqueles no segmen- substituição do primeiro ou segundo nucleotídio de CCT 654 Fundamentos de Genética por qualquer outro modifica o aminoácido especificado A mutação está na raiz de todas as substituições de pelo códon. Assim, as duas primeiras posições no códon nucleotídios e aminoácidos ocorridas durante a evo- CCT são mais restritas que a terceira posição. lução. Sem mutação, as moléculas de DNA e proteínas Cerca de metade dos códons são degenerados quatro não poderiam evoluir. As taxas de mutação determinadas vezes na terceira posição nucleotídica. A maioria dos ou- experimentalmente são da ordem de I0-9 a 19-8 eventos tros códons é degenerada duas vezes nessa posição, isto por nucleotídio a cada geração. Essas taxas refletem os é, qualquer um dos dois nucleotídios na terceira posição efeitos dos erros de polimerase e de lesões químicas do especifica o mesmo aminoácido. Esse alto nível de dege- DNA. Sem dúvida, seriam maiores se as células não fos- neração é responsável pela aceleração da taxa evolutiva sem dotadas de diversos mecanismos para evitar erros de dos nucleotídios da terceira posição. replicação e reparar o DNA lesado. A substituição de nucleotídio que não modifica o Algumas das mutações espontâneas melhoram a ap- aminoácido especificado por um códon é denominada tidão dos organismos - ou seja, são mutações benéficas substituição sinônima. A substituição de nucleotídio que que poderiam, com o tempo, disseminar-se em uma po- modifica o aminoácido especificado por um códon é pulação e se tornar fixas. Outras mutações diminuem a denominada substituição não sinônima. Um conjunto de aptidão e são eliminadas de uma população pela força da dados sobre sequências de DNA mostrou que as substitui- sel,eção purificadora. Como cada gene já é o resultado final ções sinônimas são mais frequentes que as não sinônimas de um longo processo evolutivo, é improvável que muitas nas linhagens em evolução. novas mutações melhorem a função de um gene. Mui- Também observamos variação das taxas evolutivas de tas mutações, como as alterações aleatórias em parte de nucleotídios nas porções não codificadoras dos genes um mecanismo complexo, tendem a comprometer a fun- (Figura 24.8). Os nucleotídios nos íntrons evoluem com ção. Entretanto, algumas mutações podem ter pouco ou mais rapidez que os nucleotídios nas regiões não traduzi- nenhum efeito sobre a aptidão. Os geneticistas afirmam das 5' e 3'. As diferentes taxas evolutivas observadas com que essas mutações são sel,etivamente neutras. Nós podería- esses tipos de sequências não codificadoras provavelmente mos facilmente imaginar que as substituições sinônimas refletem a variação das restrições funcionais sobre elas. Em de nucleotídios na terceira posição de códons fossem se- geral, esses tipos de sequências não evoluem tão rapida- letivamente neutras, como qualquer tipo de substituição de nucleotídio de um pseudogene, que já foi comprome- mente quanto os pseudogenes, nem tão devagar quanto os tido por mutação prévia. As substituições conservadoras nucleotídios na primeira ou segunda posição dos códons. de aminoácidos nas proteínas também poderiam ser se- Em vez disso, as taxas de evolução são intermediárias. letivamente neutras. O destino de uma mutação seletivamente neutra de- TEORIA NEUTRA DA pende por completo da deriva genética al,eatória. A maioria das mutações seletivamente neutras é perdida pela popu- EVOLUÇÃO MOLECULAR lação logo depois de seu surgimento. Uma parcela muito Os geneticistas evolutivos desenvolveram uma teoria - pequena delas sobrevive por algumas gerações, e uma denominada Teoria Neutra - para explicar a evolução do fração ainda menor é disseminada na população e tor- DNA e das sequências de proteínas. Ela se concentra em na-se fixa. Quando a evolução ocorre por deriva genética três processos: mutação, seleção purificadora e deriva ge- aleatória, a frequência de fixação é a taxa de mutação dos nética aleatória. genes em alelos seletivamente neutros. O texto Resolva! o 4 -o 15 ~ w e - ro g co O'> 3 (!) ....... -o .._ cn o (!) o. 2 tO O ·- _ u- ..+:> .i3 cn +:> .._ cn o .g o. 1 (/) Região Sítios não Sítios Sítios Região flanqueadora 5' 5' UTR degene- degenerados degenerados flanqueadora 3' rados duas vezes quatro vezes Regiões codificadoras • FIGURA 24.8 Variação das taxas evolutivas entre diferentes partes de genes. Capítulo 24 1 Genética Evolutiva 655 - EVOLUÇAO MOLECULAR E EVOLUÇÃO FENOTÍPICA Evolução por mutação e deriva genética Por defi11ição, a Teoria Neutra não dá informações sobre a evolução de características adaptati,ras. O pescoço lon- Suponha que a taxa de ocorrência de novas mutações neutras de go da girafa, a tromba do elefante e a corcova do camelo um gene em uma população seja u e que o tamanho da popula- são adaptações que promovem a aptidão. Assim também ção, N, seja constante ao longo do tempo. Formule um argumen- é o encéfalo grande e altamente co11voluto de um ser to para mostrar que a taxa de fixação das mutações neutras por humano. Darwi11 enfatizou que adaptações como essas deriva genética aleatória é apenas u, a taxa de mutação. evoluem porque são favorecidas pela seleção natural. ~ Leia a resposta do problema no site No sentido darwiniano clássico, então, a evolução impli- http://gen-io.grupogen.com.br. ca seleção positiva de alguma característica, não apenas seleção negati''ª contra mutantes prejudiciais ou, como supõe a Teoria Neutra, ausência total de seleção. Além disso, Darwin reconheceu uma conexão entre a evolu-, Evolução por mutação e deriva ge11ética desafia o leitor ção das adaptações e a diversificação de organismos. A a construir um argumento que justifique essa afirmação. medida que se adaptam ao que Darv.ri11 denominou "con- Na Teoria Neutra, a taxa de evolução não depe11de dições de vida", os organismos tornam-se diferentes uns do tamanho da população, da eficiê11cia da seleção nem dos outros. As alterações fenotípicas ocorridas durante de peculiaridades do sistema de cruzame11to. Depe11de esse processo produzem novas variedades e, por fim, no- ape11as da taxa de mutação i1eutra, que deve ser mais ou . menos co11stante em diferentes linhagens ao longo do ''ªS espec1es. ~ A evolução das adaptações e a diversificação de orga- tempo. Assim, a Teoria Neutra explica por que as substi- nismos são, em última análise, causadas por modifica- tuições de ami11oácidos e nucleotídios parecem ser co11- troladas por um relógio. ções moleculares. Entreta11to, a modificação molecular A Teoria Neutra, porém, não requer que a taxa e'rolu- não é uma garantia de evolução fenotípica. Crocodilos, tiva de todas as sequências de polipeptídios e DNA sejam tubarões e límulos (Figura 24.9) acumularam substituições iguais. Em algumas posições de uma sequência, todas ou de aminoácidos e nucleotídios em taxas semelhantes a quase todas as mutações serão seletivamente neutras - grupos altamente diversificados de animais, como ª''es, por exemplo, os i1ucleotídios em um pseudogene ou na mamíferos e i11setos. Todavia, a julgar pelo registro fós- terceira posição de um códon quatro vezes degenerado. sil, o fenótipo desses tipos de organismos modificou-se Em outras posições, uma parcela menor das mutações muito pouco desde seu surgimento há centenas de mi- será seletivame11te neutra, e em algumas posições qua- lhões de anos. Portanto, os "fósseis vivos" parecem ter se i1enhuma mutação será seletivamente neutra. Assim, aproximadamente a mesma taxa de evolução molecular a Teoria Neutra explica a variação das taxas evolutivas que orga11ismos cujos fenótipos divergiram muito. Essa observada entre regiões de proteínas e DNA pelas dife- observação sugere que muitas substituições de nucleotí- renças de restrições fu11cionais. As taxas mais altas são dios e aminoácidos têm pouca relação com a evolução observadas em moléculas ou em partes de moléculas que feno típica. não são restri11gidas por seleção para preservar uma fun- Que tipos de modificações genéticas poderiam ser ção - isto é, em moléculas nas quais as mutações deter- responsáveis pela evolução de novos fenótipos? Al- minam pouco ou ne11hum efeito sobre a função. As taxas gumas possíveis respostas provêm dos projetos de se- e'rolutivas mais baixas são observadas nas moléculas que quenciamento do genoma e de estudos permanentes sofrem maior pressão de seleção. da genética de desenvolvime11to. A partir dessas in,res- A Teoria Neutra teve e11orme impacto sobre o estudo tigações sabemos que a duplicação gênica é um impor- da evolução em nível molecular. tante e'rento evolutivo. O exemplo clássico pro,rém do A. Crocodilo-do-nilo (Crocodylus niloticus) 8. Tubarão-branco (Carcharodon carcharias) C. Límulo (Limu/us po/yphemus) • FIGURA 24.9 Alguns organismos considerados "fósseis vivos". 656 Fundamentos de Genética estudo dos genes da globina em animais ( Figura 24.10). Genes da a-globina Genes da J3-globina Hoje encontramos duas classes de genes da globina - Gene da mioglobina ª1 ª2 (} f3 Ô Ay Gy e os codificadores de componentes da hemoglobina, que Presente - transporta oxigênio no sangue, e os codificadores da mioglobina, que armazena oxigênio no músculo. Essas 100 - classes de genes com funções diferentes são derivadas de um gene primordial da globina, que foi duplicado há cerca de 800 milhões de anos, muito antes da diver- 200 - sificação dos animais no início da Era Paleozoica. Por sua vez, os genes da hemoglobina foram duplicados vá- 300 - rias vezes durante a evolução dos vertebrados. Até onde sabemos, os genes da a e 13-globina foram criados por 400 - duplicação há mais de 450 milhões de anos na linha da evolução que produziu os peixes gnatostomados. Os 500 - peixes ágnatos - lampreias e sua família - têm apenas um tipo de gene da hemoglobina (a); tubarões e peixes 600 - ósseos têm pelo menos dois. Há cerca de 300 a 350 mi- lhões de anos, os genes da a e 13-globina separaram-se 700 - e posicionaram-se em cromossomos diferentes. Em se- guida, cada um desses genes passou por vários eventos 800 - de duplicação para produzir aglomerados de genes da maa a e 13-globina. Em seres humanos, por exemplo, sete • FIGURA 24.10 Papel da duplicação gênica na evolução dos genes genes da a-globina estão agregados no cromossomo da globina. 16, e seis genes da 13-globina estão agregados no cro- mossomo 11. Três dos genes da a-globina e um gene da 13-globina em seres humanos são pseudogenes inativos. proteína com algumas das propriedades de cada produ- Os outros genes da globina nesses agregados codificam to gênico original. Assim, ele propôs que novas proteí- polipeptídios diferentes, mas relacionados, que trans- nas poderiam ser criadas pela combinação modular de portam o oxigênio no sangue em diferentes períodos éxons, processo denominado embaralhamento de éxons durante a vida. Alguns desses polipeptídios só atuam no ( Figura 24.11 ). Os estudos de sequenciamento de DNA embrião, outros apenas no feto e ainda outros somente forneceram dados para a hipótese de Gilbert. Por exem- no adulto (Capítulo 19). Assim, essas famílias de genes plo, o ativador do plasminogênio tecidual (TPA), uma da hemoglobina indicam que genes duplicados podem proteína que participa da decomposição de coágulos adquirir diferentes funções. sanguíneos, é codificada por um gene que parece ter Outro fenômeno que ajudaria a explicar a evolução adquirido éxons de várias origens diferentes. Um éxon fenotípica é que partes do gene podem ser duplicadas provém do gene para a fibronectina, outro do gene e recombinadas com outros genes. Genes eucarióticos para o fator de crescimento epidérmico, dois éxons são segmentados em éxons e íntrons. Logo depois da provêm do gene para o plasminogênio, e um provém descoberta dessa estrutura segmentada, Walter Gilbert de um gene que codifica uma protease. Juntos, então, especulou que cada éxon em um gene codifica um do- pelo menos quatro genes contribuíram com éxons para mínio funcional separado no produto polipeptídico do a formação do gene TPA. A recombinação de éxons va- gene. Mais tarde, ele especulou que éxons de um gene lidados pela evolução oferece possibilidades quase ili- poderiam ser combinados a éxons de outro gene para mitadas de formar proteínas mosaicos. A mistura e o criar uma sequência codificadora que especificaria uma emparelhamento de éxons, e dos domínios polipeptí- Gene da Gene do fibronectina plasminogênio Gene do F E i- ativador do plasminogênio tecidual (TPA) Gene do fator de Domínio da protease no crescimento epidérmico gene da pró-uroquinase • FIGURA 24.11 Em baralhamento de éxons exemplificado pelo gene para o ativador do plasminogênio tecidual (TPA}. Os éxons de pelo menos quatro genes diferentes foram recombinados para produzir o gene TPA. enfrentá-las ao abordarem o problema central da genéti. a expressão de outros genes. fisiológica e específicos pode alterar profundamente a aparência do comportamental. Esse método de definição de uma espécie baseia-se na observação atenta do organismo. . animais e micróbios. Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 657 dicos que codificam. caso Quando as características de dois grupos de organismos não troquem. não é difi- meobox têm papéis importantes na formação do corpo cil imaginar que tipos semelhantes de alterações podem de animais ao longo de um eixo anteroposterior. entre s1. esses ter ocorrido na natureza durante a evolução. um herbário ou uma coleção de museu ou. sim. O QUE É UMA ESPÉCIE? derado uma espécie. está claro que a alteração do de éxons. baseia-se na capacidade do pesquisador de determinar se ras diferentes. animal. ou podem se cruzar . Por exemplo. ainda melhor. EsP-ecia -ao As espécies surgem quando uma população de organis. As- esses tipos de dúvidas há mais de 150 anos quando escre. e nao trocam genes com outros grupos e consi- . Hoje. Na taxonomia clássica. . ou de genes. uma espécie é definida com ca evolutiva . os grupos são considera- mos divide-se em grupos geneticamente diferentes que dos espécies distintas. na qual os genes homeobox foram Além da duplicação gênica e do embaralhamento estudados por completo. Em Drosophila. sobretudo daqueles cujos produtos regulam uma mosca com anexos a mais na cabeça ou no tórax. um arboreto. A modificação do na evolução e pode explicar em parte por que os euca. troquem. as espécies foram definidas de manei. que precisa decidir se as são diferentes umas das outras? Que fatores contribuem diferenças entre grupos de organismos são suficientes para a formação das espécies? Charles Darwin levantou para indicar sua classificação como espécies distintas. . Com esses tipos de observação no laboratório. os biólogos continuam a classificações nas mãos de diferentes pessoas. momento ou do local de expressão de genes homeobox riotos têm tamanha diversidade anatômica. De onde surgiu toda método de definição de uma espécie também depende essa diversidade? Como é mantida? Por que as espécies da experiência do taxonomista. Os geneticistas evolutivos afirmam O termo espécie geralmente é aplicado a um grupo de que cada espécie é isolada reprodutivamente de todas as ou- organismos que têm determinadas características em co. tras espécies. não se cruzam mais. Esse método de definição de uma espécie mum. Ainda há sa estudar seu comportamento e sua morfologia. PONTOS ESSENCIAIS • Arvores . Entretanto. Os biólogos nomearam e descreveram um grande núme- como os habitantes de um ambiente natural onde se pos- ro de espécies de vegetais. os grupos de organismos trocam genes na natureza. são classificados como uma só espécie. são classificados como espécies diferentes.filogenéticas baseadas na comparação de sequências de DNA e proteínas mostram as relações evolutivas entre os organismos • A taxa de evolução molecular pode ser determinada pew cálculo do número médio de substitui- ções de aminoácidos ou nucleotídios ocorridas por sítio em uma molécula desde que duas ou mais linhagens de evolução divergiram de um ancestral comum • A quase uniformidade da taxa de evolução molecular em diferentes linhagens é descrita meta- f oricamente como um "relógio molecular" • A taxa de evolução varia entre diferentes sequências de proteínas e DNA e parece depender do grau de restrição dessas sequências pela seleção natural para preservar sua função • A taxa de fixação de mutações seletivamente neutras em uma população é igual à taxa de mutação neutra • A duplicação gênica e o embaralhamento de éxons tiveram papéis importantes na evolução • Alterações espaciais e temporais da regulação gênica podem ter contribuído para a rápida evolução de alguns tipos de organismos. uma espécie é defi. é um método subjetivo que pode levar a diferentes veu A Origem das Espécies. são suficientemente diferentes. seja como amostras em um zoológico. Esse muitas outras espécies a identificar. pode ser um processo importante genes codificam fatores de transcrição. Caso nida exclusivamente por suas características fenotípicas. Um grupo de organismos que se cruzam entre si.o problema da especiação. a diversificação evolutiva parece ter contado padrão de expressão de um ou alguns desses genes pode com modificações espaciais e temporais na expressão produzir uma mosca de quatro asas em vez de duas. Na genética evolutiva. . base no pool de genes compartilhados. os genes ho. caminho mais fácil para que ocorra esse evento é a se- tas. Caso alcancem a maturi- de organismos. temporal e comportamental não impedissem o • modificam-se cruzamento entre diferentes organismos./>. geneticamente. Cada uma reprodutivo entre populações de organismos./>. MODOS DE ESPECIAÇÃO riam considerados de espécies distintas. Se a preferência pelo habi. Por outro lado. separadas lógico. pulação de organismos em uma ou mais subpopulações rentes. . O processo pelo qual as subpopulações desenvolvem habitats diferentes nessa área. Essas duas maneiras de definir espécies nem sempre Qualquer uma dessas circunstâncias poderia impedir a estão de acordo. por uma barreira tivos dos parceiros. • •••• • • reprodutivo. . ou de trocar pólen. Depois. Portanto. as subpopulações te- Os mecanismos de isolamento pré~zigótico impedem nham desenvolvido diferentes processos fisiológicos ou o cruzamento entre indivíduos de diferentes populações hábitos de cruzamento. grupos de produzirem prole híbrida. Os mecanismos de suas preferências alimentares diferentes podem limitar isolamento pós-zigótico impedem qualquer prole híbrida o contato entre elas de tal maneira que nunca ocorram produzida de transmitir seus genes para gerações subse. se as sub- em organismos fossilizados . que são isoladas reprodutivamente uma das outras. Outra possibilidade é quentes. O evento principal na especiação é a divisão de uma po- os organismos podem ter características fenotípicas dife. duas populações de forem capazes.12). barreiras geográficas.1>-fl •••• •• •• •• •••• EJ As subpopulações rituais de cortejo. dade sexual. esses organismos seriam considerados de uma única espécie. delas torna-se uma plo. Se os mecanismos de isolamento eco. mas não estar isolados reprodutivamente.j. populações forem reunidas pelo desaparecimento das ção taxonómica de espécie. por uma fonte de alimento diferente. Quando é possível verificar o isola. Por exemplo. vamente isolados. os híbridos podem não ser viáveis ou fér- organismos que habitam a mesma área poderiam buscar teis. ticas ao longo do tempo ( Figura 24.12 Processo de especiação alopátrica. •• • •••• • • pular com sucesso. Por exem. Por exemplo. em diferentes momentos ou eles poderiam ter diferentes •••• •• • • • • •••• . genética de uma espécie. Qualquer um desses mecanismos de geográfica. enquanto em genética evolutiva. isolamento reprodutivo durante a separação geográfica é tat for forte. . mecanismos de vos ou gametas poderiam impedir a produção de zigotos isolamento híbridos. por exemplo. ver evolução independente . Grupos de organismos que ha. cruzamentos entre as populações. Quando as subpopulações são de organismos ou a união dos gametas desses indivíduos reunidas. Desenvolvem-se dades anatômicas ou químicas em seus órgãos reproduti. Quando as isolamento Jrré-zigótico impedem os membros de diferentes duas subpopulações são reunidas no mesmo território. Os organismos poderiam ser incapazes de co. as duas populações terão contato mínimo ou nulo. Os organismos podem estar reproduti. Mas quando essas acumulem seus próprios conjuntos de alterações gené- determinações não são possíveis . incompatibili. Os mecanismos de isolamento pós-zigótico operam • ••• • • • •• ••• .j. ao passo que um geneticista evolutivo os consideraria paração geográfica das subpopulações de maneira a ha- uma única espécie. da viabilidade do híbrido ou por comprometimento da • • • • fertilidade do híbrido.estamos limitados à defini. Os zigotos de cruzamentos entre • FIGURA 24. as subpopulações não comportamentais também podem produzir isolamento • • trocam genes..isto é.P • • • 0 -Y Uma população de organismos depois da formação de zigotos híbridos.j. tam o mesmo terntono. por determinada fonte de alimento e a outra subpopu- te isolados por diferentes mecanismos Os mecanismos de lação. o isolamento ecológico fundamenta- • • do na preferência pelo habitat pode impedir que as popu- lações produzam zigotos híbridos. mas podem não ser distinguidos por características fenotípicas de fácil reconhecimento.. Um ta. Fatores temporais ou •••• ••• •• • •• • cr . que durante o tempo de separação. podem não produzir gametas funcionais. podem não ser capazes de cruzar entre si ou.como. isolamento pré-zigótico poderia impedir a troca de genes entre populações que ocupam o mesmo território. O xonomista consideraria esses organismos espécies distin. as alterações genéticas acumuladas O isolamento reprodutivo é a chave para a definição podem causar seu isolamento reprodutivo.P Quando reunidas.fJ A população é subdividida zoides ou o pólen poderiam morrer nos tecidos reprodu. a maturação sexual dos organismos poderia ocorrer espécie distinta.. barreiras geográficas mento reprodutivo de organismos diferentes. se.658 Fundamentos de Genética Portanto. se para formar zigotos. seja por redução • • • • ••• habita um território. podemos mantêm afastadas as subpopulações de modo que elas aplicar a definição genética de espécie. ou os espermato- ••• ••• •• •• '\Âfl ((. uma subpopulação pode ter desenvolvido preferência bitam o mesmo território podem estar reprodutivamen. troca de gene entre populações de organismos que habi- . a técnica genética para definir espécies requer diferentes organismos poderiam não sobreviver ou não avaliação objetiva do isolamento reprodutivo de grupos alcançar a maturidade sexual. Em taxonomia. pode ter tivos tende a considerar que a especiação alopátrica é mais ocorrido muitas vezes nas ilhas oceânicas (Figura 24. O processo de isolamento reprodutivo entre subpopulações que habitam o mesmo território é denominado especiação simpátrica (termo derivado do gre- go que significa "nas mesmas comunidades"). ludoviciannus. imagine que um pequeno número lápagos na costa oeste da América do Sul. De acor. quanto mais não Na verdade. espécie ocorreu de maneira alopátrica ou simpátrica. que são bem afastadas de outras massas Uma questão nesses estudos é se o desenvolvimento da de terra no oceano Pacífico e ao seu redor. A partir da imagem superior esquerda em sentido horário: D. possibilitaram a especiação alopátrica. prevalente que a especiação simpátrica.15). Elas desenvolveram mecanismos de isolamento reprodutivo durante o período de separação geográfica ou desenvolve.14 Quatro espécies de Drosophila do arquipélago do Havaí. • • as subpopulações. de anos nas ilhas havaianas. ••• •• •• • • • • •• 0"'" G7 Uma população de organismos • • •• • habita um território . A maioria das investigações de especiação é feita post factum. do com os dados obtidos sobre a espécie. • • 0"'" • • • • CJ' Formam-se subpopulações na ausência de barreiras • • • •• • •• geográficas e começam a se • • diferenciar geneticamente. Capítulo 24 1 Genética Evolutiva 659 denominado especiação alopátrica (termo derivado do gre- go gue significa "em outras comunidades"). massas continentais podem emergir e separar ocea- '\J>. P. ou talvez seus membros só cru- zem com indivíduos semelhantes a si próprios de modo que haja pequena ou nenhuma troca genética entre as subpopulações..13). ser isolada reprodutivamente de tório? Em geral. Essas e centenas de res tentam determinar como e quando ocorreu o isola- outras espécies de Drosophila evoluíram durante os últimos milhões mento reprodutivo. A B • •• • •• • • FIGURA 24. por fim. Desertos e cadeias dependente da população principal no continente mais montanhosas podem subdividir continentes. grimshawi. ornata e D. com o tempo e.que é a especiação alopátrica pura e simples . differens.15 Espécies de Pheucticus que podem ter surgido por especiação alopátrica. Não é fácil estudar o isolamento reprodutivo. B. Essa situação com certeza. E concebível que as subpopulações pudessem desen- volver isolamento reprodutivo sem separação geográfica (Figura 24. encontrado no leste dos EUA. após a formação da espécie. Entretanto. Cada • subpopulação torna-se uma espécie distinta. isoladas re- isolamento reprodutivo entre produtivamente (Figura 24. não é possível responder a essa pergunta seus parentes mais próximos no continente. dificil imaginar outros tipos de separação geográfica que onde fundam uma população que evolui de maneira in. . Não é muito de organismos migre para uma ilha oceânica distante. . D.P nos.14). A população da ilha pode modificar-se bastante ram esses mecanismos quando habitavam o mesmo terri. oeste dos EUA. • FIGURA 24. Darwin propôs isso como explicação para as seja porque a especiação alopátrica é um processo mais espécies de vegetais e animais que observou nas Ilhas Ga- direto. já que seu desenvolvimento pode levar centenas de milhares de anos. Pheucticus melanocephalus. ou seja. os pesquisado- heteroneura. encontrado no • FIGURA 24.13 Processo de especiação simpátrica. quedas da precipitação pluviométrica podem isolar sistemas de lagos e rios. As populações subdivididas por esses tipos de barreira • <ve f A diferenciação genética causa podem se transformar em espécies distintas. Por exemplo. a maioria dos geneticistas evolu. próximo. Talvez as subpopulações se tomem ecolo- gicamente especializadas de maneira a evoluir com mais ou menos independência. D. A. onde foram identificadas mais de 1. o gorila. evoluído a partir de organismos mais primitivos. Embora os grandes primatas possam evoluem e. não conseguem fazer evoluem. que os seres humanos andar eretos sobre as duas pernas. Quando se comparam os genomas dos chimpanzés e seres humanos. Suas margens são regulares. lagos Os peixes . os seres hu- quentes.660 Fundamentos de Genética Embora a especiação alopátrica possa ter sido o meca. constata-se que são SERES HUMANOS E GRANDES PRIMATAS iguais em mais de 99%. sobretudo os Grandes Lagos Africanos Hoje. São necessárias mais pesquisas ancestral comum e que estão mais próximas uma da outra para determinar como ocorreu a evolução dos ciclídeos que das espécies de ciclídeos encontradas nos sistemas flu. uma espécie é um grupo de populações que tém um pool de genes comum • O desenvolvimento de isolamento reprodutivo entre populações é o principal evento do processo de especiação • A especiação pode ocorrer quando as populações são separadas geograficamente (alopátrica) ou quando coexistem no mesmo território (simpátrica). é claro. picais da Africa. dos grandes primatas e dos seres humanos é extraordina- riamente semelhante. grande primata. mais especificamente. e os geneticistas manos. o tronco alarga-se em direção à base. A aparente especiação simpátrica de ciclídeos sistemas de rio circundantes. . Os primatas não fazem a oposição do polegar. Não há barreiras geográficas óbvias dentro nismo prevalente na criação das espécies existentes atu. enquanto no ser humano tende a ter a mesma largura Quando propôs sua teoria da evolução em 1859 e. desses lagos. Em contraposição. também contribuiu para a diversidade das espécies. Os paleontologistas analisaram os restos fossi- primeira fase da infância. os grandes primatas. pequenos lagos de cratera da parte oeste central da origem aos grupos de espécies agora presentes nos lagos. exceto. O ar. mais desde os ombros até a cintura. Entretanto. Darwin e a pelve não é construída para manter uma postura or- provocou grande polêmica. Nos 150 anos subse~ isso por longos períodos.500 espécies de te foram aparentemente colonizados por ciclídeos dos ciclídeos. Africa suscita a possibilidade de que algumas das espé- A análise de sequências de DNA mitocondrial indica que cies nesses grandes lagos também tenham se originado as espécies de ciclídeos de cada lago são derivadas de um por especiação simpátrica. quando sugeriu que os seres humanos haviam proporcionalmente mais curtas que as do ser humano. e eles não pare- almente. exporemos algumas dessas análises. na humana. Assim. A outra espécie de Seu encéfalo é menor que o humano. O forneceram informações sobre a origem dos seres huma. No primata. talvez entre 5 e 6 milhões de anos. aprendeu-se muito sobre o curso da evolução manos são exclusivamente bípedes. viais próximos. As mãos e os pés dos primatas lizados de organismos que provavelmente foram os an- também são diferentes das mãos e dos pés dos seres hu- cestrais dos seres humanos modernos. modernos. ca . nos mais próximos. As pernas do primata são tarde. nifica que chimpanzés e seres humanos têm uma relação nos dos chimpanzés e gorilas. e o ponto de fi. Nas seções a se- Apesar de todas essas diferenças morfológicas. e analisaram dados da sequência de DNA para estudar as seus pés não oferecem a sustentação necessária para a relações entre seres humanos e seus parentes não huma- locomoção bípede. A ideia de que os organismos tostática regular.Lago Victoria. além de mandíbulas maiores e mais pesadas. o DNA guir. nos Grandes Lagos. há evidências de que a especiação simpátrica cem ter sido subdivididos ao longo de sua história. esses lagos estão isolados de outros corpos de água do leste . ciclídeos habitam muitos lagos e rios tro- de cratera localizados na parte central ocidental da Africa. vém do estudo de peixes ciclídeos em dois pequenos. diferentes espécies de maneira simpátrica. no passado relativamente recen. formato e as proporções do corpo de um grande primata também são diferentes do que se observa no ser huma- nos modernos. Esses colonizadores deram nos . inquietou muitas pessoas. no. Esse alto grau de identidade sig- Vários aspectos morfológicos distinguem os seres huma. Evolu ão humana O exame dos fósseis e a análise das sequências de DNA bem mais posterior no crânio que nos seres humanos. parece que os ciclídeos de lagos de cratera evoluíram para gumento mais forte à favor da especiação simpátrica pro. PONTOS ESSENCIAIS • Em genética evolutiva. Lago Malawi e Lago Tangani- importantes. Esses grandes primatas têm muito próxima e sugere que sua divergência de um an- dentes caninos e incisivos maiores que os seres humanos cestral comum foi bastante recente no tempo evolutivo. parece estar mais distante dos xação do encéfalo à medula espinal ocorre em posição seres humanos que o chimpanzé. sapiens. As populações membros semelhantes aos dos seres humanos modernos. os fósseis forneceram informações impor. No período entre 1.9e1. VARIAÇÃO DA SEQUÊNCIA DE DNA niões de que devem ser classificadas no gênero Australo- E ORIGENS HUMANAS pithecus. discriminar essas duas hipóteses. habilis. prova. a abertura para para os demais. dados gené- e o crânio propriamente dito tem menor comprimento ticos obtidos pelo estudo das sequências de DNA em seres e maior largura . Entretanto.foram batizados velmente deu origem às . No final. H. ao menos por curtas distâncias. nente . na Africa . humanos vivos proporcionaram métodos para testá-las.5 m de altura e caminhava Próximo há várias centenas de milhares de anos. foram achados na China surgiram há 4 a 5 m ilhões de anos. A linha evolutiva dos hominídeos vai do ancestral comum dos seres humanos e ch impanzés até os seres humanos modernos (Homosapiens). na Asia e na Africa. Todos os fósseis de hominíneos iniciais provêm da Afri- tantes sobre a evolução humana (Figura 24.t. espécie que se desenvolveu na Europa e no Oriente velmente tinha entre 1me1.se desenvolvido em um conti- rísticas semelhantes aos grandes primatas. Esses primeiros seres e na Indonésia.por exemplo. onde há cerca de um milhão de anos.e depois se espalhado em comparação com o Austrawpithecus. espécie de hominíneo a produzir fósseis mais antigos que parecem estar rigorosamente . com parentesco mais próximo têm propriedades gené- Homo sapiens Homo o erectus 1 Homo Homo Homo cn ergaster habi/is rudolfensis •CO . de 3 manos na Europa. ereto. Todavia. Esses fósseis. o H. tinha o formato do corpo e as proporções dos lações entre populações humanas atuais. continentes ou podem ter . rudolfensis e H. arcaicos mais conhecidos foram os homens de Neander- nismo. partir de populações humanas arcaicas existentes nesses Essas duas espécies "Homo iniciais" têm muitas caracte. na Asia e na Africa a Duas espécies foram nomeadas. e há algumas opi. hominíneos . eles perderam a competição com os ancestrais da como Lucy é um espécime de Australopithecus afarensis. ter se desenvol- . ergaster é o primeiro hominíneo que REGISTRO FÓSSIL pode ser incluído com certeza no gênero Homo. Assim. Os seres humanos a 4 milhões de anos. Mais tarde no registro fóssil. Esse orga.16). . muitos palentologistas questionaram a inclusão dessas duas espécies no gênero Homo. vido simultaneamente na Europa. Os seres humanos modernos podem. erectus disseminou-se e prova- de forma humana . entretanto. tal. O fóssil conhecido porém.A linha evolutiva dos pongídeos vai desse ancestral comum até os chimpanzés modernos (Pan troglodytes). Assim. nero do Homo sapiens surgiram há 2 a 2. formados linha evolutiva humana provêm do leste da Africa. Denominado Homo dem a evolução humana por meio da investigação das re- ergaster. populações . . Os fósseis ca. conhecido como Austrawpithecus afarensis.e ~ Ardipithecus Até os 4 ramidus chimpanzés modernos 5 Linha evolutiva dos pongídeos Ancestral comum de hominídeos e chimpanzés • FIGURA 24.As dúvidas na linha evolutiva dos hominídeos são indicadas por pontos de interrogação. dentro da fora da Africa foi o Homo erectus.:i C'O cn 2 oe C'O Q) Linha -o evolutiva Austra/opithecus cn afarensis tO Q) 3 dos hominídeos . Embora raros. Os registros fósseis não são capazes de a medula espinal está mais próxima do meio do crânio. surgiu outro hominíneo. A primeira .16 Ancestrais dos seres humanos descobertos por dados obtidos de fósseis.isto é. Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 661 EVOLUÇÃO HUMANA NO e seus dentes e mandíbula também tinham estrutura hu- mana. surgiu Dados genéticos possibilitam que os pesquisadores estu- outro hominíneo no registro fóssil. arcaicas de seres hu- de Ardipithecus ramidus. o H.todas características de hominíneos. H. espécie humana moderna.5 milhão de anos atrás. Os primeiros organismos classificados no mesmo gê. e foram extintos.5 milhões de anos. Analisando um quarto da variação genética de chimpanzés e cerca as sequências de indivíduos vivos. pro.. Essa sequência ancestral representa talvez 85 a 95% . No nível dos hipótese vieram de estudos de sequências de DNA mito- nucleotídios. os seres humanos têm aproximadamente condrial em diferentes populações humanas. pela análise da variação em genes. A investigação incluiu alelos seletivamente neutros (Capítulo 23). Então. ções ocorridas entre a sequência de DNA ancestral e as Passado --.entre 10. contando o número de muta- ções humanas significa que. A análise gené. temente conspiraram para manter o tamanho efetivo da Muitos tipos de variação genética foram usados para população abaixo de 100. Quando se analisa a variação genética em diferentes O genoma nuclear contém a maior parte dos polimor. outros continentes. além de variação na composição determinar o nível de equilíbrio de variabilidade para das próprias sequências de DNA. um conceito compatível . Nessa população. genética aleatória predomina em relação à mutação para fismos das proteínas. a quência ancestral da qual podem ter advindo todas as se- maior parte da variação genética na espécie humana . quências existentes. populações humanas. Indícios muito fortes a favor dessa mana é bastante uniforme geneticamente. tanto a variação genética nuclear quanto mitocondrial. Essas linhagens são destacadas em vermelho na linha de tempo. durante sua história evolu. o tamanho geneticamente efetivo da população hu- distantes.662 Fundamentos de Genética ricas em comum.17). elas ( Figura 24.000. mas o genoma mitocondrial tem a nas populações africanas que nas de outros continentes.. a variação do DNA mitocondrial africanas sugere que essas populações são as mais anti- possibilita o acompanhamento das linhagens maternas gas. é possível determi. . propriedade especial de ser transmitido exclusivamente O maior acúmulo de variação genética em populações pelas fêmeas. o momento de extinção de cada uma é indicado por um ponto. lescem em um indivíduo. e tamente é). Se as linhagens das sequências de DNA encontradas em indivíduos vivos forem acompanhadas retroativamente. Portanto. e não o ponto em que as linhagens dos indivíduos vivos coa- entre elas. Assim. a espécie hu.17 Processo de coalescência. Além disso. o que não ocorre em populações mais tiva. mas o sistema de acasalamento. observa-se que há maior variação fismos humanos. várias restri- organizá-los em uma árvore filogenética. Outras sequências de DNA do passado não são representadas em indivíduos vivos. .000 e 100. coalescem em um ancestral comum.com as hipóteses de que o na história evolutiva humana. dutos gênicos e sequências de DNA. O número de indivíduos pode ter sido maior (hoje cer- nar o parentesco de diferentes grupos raciais e étnicos. ções à reprodução e os obstáculos causados por fome.ocorre dentro das populações.Ancestral comum Tempo Presente Indivíduos ---vivos • FIGURA 24. o ancestral comum de todas A relativa ausência de variação genética em popula. a deriva estudar a evolução humana: grupo sanguíneo e polimor. é possível voltar à se- de um décimo da variação de Drosophila. tica também possibilita que os pesquisadores decifrem os doença ou catástrofes relacionadas com o clima aparen- eventos principais na história da evolução humana.000 indivíduos. ser humano teve origem na Africa e disseminou-se para Em comparação com outras espécies. mana era pequeno . . Certamente havia muitos outros. Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 663 sequências atuais e dividindo esse número pela taxa de simplesmente foram extintas. os seres humanos migraram para a Asia linhagens genéticas . Caritiana . .18 Filogenia de populações humanas com base na análise de polimorfismos de nucleotídio único. produzem uma estimativa semelhante. mais tarde.000 a 200.-Naxi 1 ' ~-vizu > Leste da Asia r Han Jap<?_nesa . .000 e 200. nino. modificadas. l. Esse resultado não significa.....-Maia . pelo processo aleatório de mutação. essas análises de sequências de DNA no cromossomo Y. análises de DNA autossômico.Tu . ~-----~. populações humanas arcaicas da Africa. .18).-Kalash 1L--Pathan Centro/Sul da Ásia . espécie humana moderna é relativamente jovem. Um estudo recente ana- sim. Análises de sequências de DNA Na atualidade. A tempo longínquo. no caso do sexo masculino .---Russa J'---Orcadiana J'--Francesa Europa ~.Basca 1---ltaliana ~ Sarda ~--Toscana _ ~---< .Oroqen '-t-----Daur -Hezhen •~-Mongol .e que se cestrais comuns eram as únicas duas pessoas vivas naquele originou nas .~. . porém. para a Austrália e as Américas.-Miaozu ~---Lahu ~.000 anos.---Xibo 4 ~.Mandenka - Banto ' Africa Pigmeus Biaka Pigmeus Mbuti San - • FIGURA 24. 100. e do cromossomo Y. no caso do sexo femi. Com o método coalescente.Mozabita - ~rubá _.. que esses an.___Drusa - -Pales~ina Oriente Médio Bedu1na . as sequências de D NA atuais podem ser reconstituídas re- do desde a existência do ancestral comum.~-TuJ1a She .-Melanésio } oceania ~----. Os resultados indicam que a atrás. que é transmitido exclusivamente pelo mitocondrial e ligado ao Y foram suplementadas por sexo masculino. e a Europa e. troativamente até os indivíduos cujas linhagens mitocon- Quando se faz esse tipo de análise em sequências de drial ou do cromossomo Y foram afortunadas o suficiente DNA mitocondrial.Pima ' . . As. é possível calcular o tempo decorri.___Brahui ~ Balochi - '---Adygei - . é a época em que viveu o ancestral comum é estimado em claro.Colombiana - ~-Yakut .00 anos mundo todo (Figura 24.___Burusho ll ' . Suas partir da Africa. mutação conhecida..____Cambojana _ '"--Uygur - ~ Hazara . o tempo decorrido entre o presente e para sobreviver e se disseminar na espécie.'---Sindhi ~ Makrani .~-----Papua ' ' . ~--.~------Suruí América .Dai .mitocondrial. o princípio da coalescência sugere que todos os seres lisou os polimorfismos de nucleotídio único em mais de humanos modernos descendem de ancestrais matemo e 900 genomas humanos de 51 populações diferentes no paterno comuns que viveram entre 100. por fim tornando-se a espécie dominante na Terra. Quantas diferentes árvores filogenéticas com raiz e ser humano e do cavalo para se obter o tempo des- bifurcação poderiam mostrar as relações evolutivas de que existiu seu ancestral comum: 184 milhões entre três organismos diferentes? de anos/ 2 = 92 milhões de anos. Qual é a definição genética de uma espécie? 3. para calcular o frequências dos alelos "rápido" e "lento" do gene tempo total decorrido desde o ancestral comum a-GPDH na amostra desse local? de seres huma11os e cavalos. tituição de ami11oácidos por sítio pela taxa evolu- cada uma delas com duas cópias do gene a-GPDJ-1. 5.136/ 0.136 subs- Resposta: Na amostra de 39 peixes do rio Dungeness. em Washi11gto11.0.ramente i1eutras é simplesmente a taxa de ocorrência dessas mutações.136 substituição ma híbrida e 1 com a forma rápida. Os polipeptídios da a-globina humana e equi11a Resposta: Espécie é uma população reproduti. desde a existência do ancestral comum de seres humanos o Alasca até o estado de Washi11gto11 (1974. Esse período tem de ser dividido igualmente entre as linhagens do 2. ocorreram por sítio nesse polipeptídio desde que .rolvime11- peixes heterozigotos para esses alelos. e a forma híbrida foi produzida em ocorridas por sítio desde o início do desen. B e C. três árvores filogenéticas diferentes.restigou as frequências de alelos as li11hagens humana e equina divergiram de um distinguíveis por eletroforese do gene codificador ancestral comum? Se a taxa e'rolutiva da a-globina de alfaglicerofosfato desidrogenase (a-GPDH) no entre mamíferos foi de 0.ramente diferem em 18 de 141 posições de aminoácidos.74 =184 milhões de anos.128) = 0. isolada de todas as outras populações .664 Fundamentos de Genética . Para calcular mas rápida e lenta foram codificadas por diferentes o número médio de substituições de aminoácidos alelos do gene. 000 a 200. As formas rápida. quanto tempo se passou desde longo da costa noroeste da América do Norte. de 4 a 5 milhões de anos atrás .0. a tiva estimada para mamíferos (0. Segundo a Teoria Neutra da Evolução Molecular.ramente furcação poderiam mostrar as relações evolutivas i1eutras em uma população por deriva genética ale- entre eles: atória? A B e A B e A e B Resposta: A taxa de fixação de mutações seleti. 000 anos e.74 substituição frequência do alelo rápido é (2 X 1 + 6) / (2 X 39) = de aminoácidos por sítio a cada bilhão de a11os): 0. com raiz e bi- qual é a taxa de fixação de mutações seleti.ralos? tion 28: 295-305). • Os dados genéticos indicam que as populações humanas modernas podem ter saído da Africa há cerca de 100. 0. Na amostra to indepe11de11te das a-globi11as huma11a e equina.ou seja. 4.74 substituição por sítio a salmão-rosado ( Onchorhynchus gorbuscha) em rios ao cada bilhão de anos. Depois. lenta e híbrida Resposta: As a-globinas humana e equina diferem em de a-GPDH foram detectadas nesse estudo. Aspinwall ob- usamos a correção de Poisson (ver Apêndice E: Ta- servou 32 peixes com a forma lenta. e a frequência do alelo lento é 1 . não Em média. e ca. em seguida. Evolit. do rio Dungeness. as for- 18/ 141 = 0. 6 com a for- xas evolutivas): -ln(l . Nevin Aspi11wall in.128 de seus aminoácidos. quantas substituições de aminoácidos troca ge11es com outras populações.10. Exercícios Aplique a análise genética básica 1. dividimos 0. PONTOS ESSENCIAIS • Os registros fósseis indicam que os ancestrais remotos dos seres humanos evoluíram na Africa. se espalhado nos outros continentes.10 = 0. Resposta: Se designarmos os organismos como A. Quais são as de aminoácidos por sítio.90. e o i1úmero médio estimado seleção. se considerarmos que existe a taxa evolutiva entre os vertebrados pode ser apli.199. Se d é a proporção Pacífico é dividido em populações de anos ímpares de diferenças de aminoácidos entre moléculas do e de anos pares que não cruzam uma com a outra. A proporção observada de diferenças de provavelmente estão sujeitas às mesmas pressões de ami11oácidos é de 0. o número médio de substituições de aminoácidos tre os salmões capturados nos anos pares. rado há cerca de 440 milhões de anos.119. Na tabela a seguir a proporção de o alelo lento de a-GPDH.28 0. 1970 e par de organismos dividindo o número observado 1971. o salmão volta ao rio correção de Poissso11 (veja o Apêndice E: Taxas evo- em que nasceu para procriar e. 45 eram homozigo- tos para o alelo rápido e 309 eram heterozigotos. En. Portanto.24 0. Capítulo 24 1 Genética Evolutiva 665 Autoavaliação Integre diferentes conceitos e técnicas 1. primeiro calculamos a do de Washingto11. Caso supo11hamos que essa taxa seja mantida du- ção de cada par de organismos? Qual é a taxa de rante toda a filogenia dos tetrápodes. concentramo-nos na comparação um ancestral comum? entre as moléculas de citocromo c do atum e do . depois de apro. Por lutivas) para calcular o número médio de substitui- causa desse ciclo de vida de 2 anos.118) = 0. a diferença observada da frequê11cia de substituições por sítio é pouco maior.20. inse- evolução do citocromo c e11tre os vertebrados? Se tos e vegetais.d). 0. Assim. 0.rergiram de peixes e insetos. O Atum Bicho-da-seda Trigo que é i11teressante em relação a esses dados? Ser humano 0. 17 eram homozigotos diferenças de ami11oácidos é mostrada em preto e para o alelo rápido e 231 eram heterozigotos. isto é. xes e insetos e das linhage11s de animais e vegetais xe divergiram de um a11cestral comum? Há quanto de ancestrais comuns.20 0. onde tios i1a molécula do citocromo c. de diferenças por 110. depois. Assim. Aos 2 anos de idade. um relógio molecular. brados. que é o número total de sí- ximadamente 9 meses. citocromo c de dois organismos. então o número Aspinwall constatou que entre os salmões captura. qual é o i1úmero médio de substituições de bilhão de a11os. tir do registro de fósseis.36 gene a -GPDH nas populações de anos ímpares e pa.18 0.rin Aspinwall recolheu dados proporção de diferenças de aminoácidos para cada de salmões maduros capturados em 1969.38 demos calcular as frequências do alelo rápido do Atum 0.45 res. Resposta: Para estimar o número médio de substituições ções de salmão-rosado i1os rios do Alasca e do esta.23 substituição de ami11oácidos por sítio a cada 110. decorrido desde a separação das li11hage11s de pei- há quanto tempo as linhagens do inseto e do pei. morre. aminoácidos ocorridas por sítio durante a evolu.27 0.24 0.32 Resposta: A partir do resumo dos dados de Aspinwall. 0. o salmão do ções de aminoácidos por sítio. O salmão nasce em rios e. do peixe (representado pelo atum) e do tetrápode 2. Para o ancestral comum de tempo as li11hagens a11imal e vegetal di. Depois. o tempo evolutivo total decorrido nessas linhagens é Atum Bicho-da-seda Trigo de 2 X 440 milhões de anos = 880 milhões de anos.34 X 17 +231) / (2X1.42 anos pares. Ser humano 20 26 35 Calculamos a taxa de substituição de aminoácidos Atum 27 40 por sítio no citocromo c dividindo o número mé- Bicho-da-seda 37 dio de substituições de aminoácidos por sítio pelo tempo e\rolutivo total decorrido: 0. Como as duas as moléculas de citocromo c do ser humano e do populações de salmão habitam o mesmo território. atum. A par- de alelos e11 tre essas populações sugere que elas di. 870 eram h omozigotos para mula -ln(l . médio de substituições por sítio é obtido pela fór- dos nos anos ímpares. a frequência é (2 Bicho-da-seda 0. Na população de a11os ímpares..003) = 0.20 substituição Se o número médio de sítios de aminoácidos que de ami11oácidos por sítio/880 milhões de anos = podem ser comparados e11tre essas moléculas é de 0. A tabela a seguir mostra o número de diferenças de (representado pelo ser humano) tenham se sepa- aminoácidos e11tre moléculas de citocromo c. de aminoácidos por sítio. concentramo-nos na comparação e11tre dente i1a população de anos ímpares. a frequência do alelo rápido na população de Para calcular a taxa de evolução entre os verte- anos pares é quase o dobro da frequência correspon.18.ergiram por deriva genética aleatória. podemos calcular o tempo cada a outros ramos da filogenia do citocromo c. Ne. 649 eram por sítio é mostrado em vermelho: homozigotos para o alelo lento. estima-se que as linhagens . migra para o oceano. usamos a cresce. po. peixes. Ao estudar o polimorfismo de proteínas em popula.e napopulaçãodos 0. é de (2 X 45 + 309)/(2 X 1. 41 915 de dez peixes difere11tes. obtemos o tempo evo.46 260 cações fracionados em gel com amostras de DNA Lost Claim 0.383 SNP examinados por tecno- sítio a cada bilhão de anos). um pesquisador pulação sul-africana e outra inglesa. Da. Dobzha11sky (1948. mozigotos para o alelo S e 46 eram heterozigotos sophila pseitdoobscitra e sua espécie-irmã no oeste para os alelos F e S. Science 307: 1072-1079) constataram citocromo c (0. Genetics 33: 158- 176) registrou as seguintes frequências do padrão 24.400 desse locus de microssatélite são visí. .2 Darwin destacou que as espécies evoluem por se.4 Theodosius Dobzahnsky e seus colaboradores es.11 2.586. e o número em uma população como indicador de sua di.6 Um pesquisador está estudando a ''ariação gené- de bandeamento Standard (ST): tica em populações de peixes e usa a PCR para amplificar repetições de microssatélites em deter- Altitude minado sítio de um cromossomo (Capítulo 16). mais tempo para acumular variantes genéticas. A proporção observada de difere11.10 3. . "' . Avaliação adicional Entenda melhor e desenvolva a ca acidade analítica 24. 22 eram ho- tudaram os polimorfismos cromossômicos em Dro. 81.440 com o tempo. genase de Drosophila 1nelanogaster.reis no gel? . Para o an cestral ajustam às ideias atuais sobre a história evolutiva comum de animais e vegetais. O Localização Frequência ST (em metros) diagrama a seguir mostra os produtos de amplifi- Jackso11ville 0. uma amostra de 23 afro-america11os. as mais antigas entre todas as li11hagens di.rer- médio estimado de substituições de amin oácidos sidade genética. Em um estudo de polimorfismos do cro.1 e supondo que haja cruzamento aleatório em relação ao tipo 24.82 bilhão humanos modernos se origi11aram na Africa.23 substituição de aminoácido por que entre 1. preveja as frequê11cias dos três ge11óti. estimamos que Esse fato também se ajusta à ideia de que os seres / o tempo evolutivo decorrido total é de 1.23 substituição de aminoácido por segregados em uma amostra de 24 americanos de sítio a cada bilhão de anos = 1.42. ta taxa de evolução do citocromo c. Dividin. i1orte-americanos.2 bilhão de anos.28. .. Em uma exte11sa análise de polimorfismos de ças de aminoácidos é de 0. / origem europeia e 73. Tuolumne 0. 3. é evidente que o grupo afro-ame- por sítio é de 0. de que a população está em equilíbrio de Har- ções em difere11tes locais da região de Yosemite em dy-Weinberg? Sierra Nevada. Portanto. As frequências observadas dos dos EUA. e o número médio es. denominadas F (rápida) e S (lenta) em uma população..24.34.890 Darwin a afirmar que as espécies modificam-se Porcupine 0.rergiram de um ancestral comum é de populações de seres humanos modernos.26 1. ricano é o mais diverso dos três grupos estudados.1 Cite algumas das evidências que levaram Charles As pen 0. - mossomo III de D.14 2. de ge11ética entre esses três grupos? Como eles se mum seja de 600 milhões de anos. homozigotos para o alelo F do gene. e11controu duas formas.6% eram segregados em E preciso repartir esse tempo igualmente entre as uma amostra de 24 americanos de origem chinesa linhagens de peixes e insetos. tável por eletroforese no gene da álcool desidro- pos do locus do tipo sa11guíneo Duffy em uma po. Assim.1 % eram cido por sítio/0.10 3.200 teoria? O que é interessante em relação a esses dados? 24. logia de microarrartjo. Qual era a pri11cipal lacu11a em sua Lyell Base 0. Qua11tos difere11tes alelos Mather 0. As po- de anos..32 1. Timberli11e 0. o tempo desde que essas duas pulações africanas.3 Usando os dados da Tabela 24.28 substituição de aminoá.rid Hinds e seus colabora- do essa média pela taxa estimada de evolução do dores (2005. concentramo-nos na humana? comparação entre moléculas do citocromo c do bicho-da-seda e do trigo. i1ucleotídio ú11ico (SNP) entre três grupos de timado de substituições por sítio é de 0.666 Fundamentos de Genética bicho-da-seda. 93.5 Em um le..5% eram segregados em luti''º total decorrido: 0. A proporção observada de Resposta: Se usarmos a porcentagem de SNP segregados diferenças de ami11oácidos é de 0.000 leção natural.rantamento de ''ariação genética detec- sanguíneo. 32 indivíduos eram 24. Dividindo essa média pela supos. calcula-se que Han. .620 24. pseudoobscitra obtido de popula. O que esses dados indicam sobre a diversida- o tempo desde que divergiram de um ancestral co. tiveram 910 milhões de anos. tres genot1pos sao compat1ve1s com a supos1çao . o número médio de substituições de aminoácidos por sítio foi estimado em 0. cada alelo tem a mesma frequência. boi e de rato mostra 40 diferenças. uma deleção (desconti. qual é o tempo médio en- ~ tre substituições sucessivas de aminoácidos nessa 1 ____ G _ _ _--1 1 . Qual é o núme- tos da história evolutiva". Todas as globinas de vertebrados têm essas histi- comparando as sequências de genes das espécies B dinas.15 Se a taxa evolutiva de substituição de aminoácido Sequências em uma proteína é K. As espécies A e B são Qual dessas árvores oferece a explicação mais espécies-irmãs. distante....8 Por que as sequências nucleotídicas de íntrons são 24.- C proteína? 2 A T ~ 24. Uma comparação entre as de éxons? sequências de aminoácidos de ribonucleases de 24. calcule o número míni.T G A 192 desses nucleotídios são funcionalmente silen- ciosos. A razão NS:S para comparação das espécies B Neutra da Evolução Molecular.. Por que as moléculas de ro médio de substituições de aminoácidos ocorri- carboidratos complexos como amido. a espécie c tem parentesco mais parcimoniosa da história evolutiva das quatro se. Comparando-se a a e a 13-glo- binas humanas. A taxa de evolução dos polipeptídios codificados por esses genes duplicados foi estimada em aproximada- mente 0. quantos poli- morfismos de aminoácidos Kreitman teria obser- 1 2 3 4 1 2 4 3 3 4 2 1 vado nas populações estudadas? 24.12 Durante o início da história evolutiva dos vertebra. celulose e das por sítio nessas duas linhagens evolutivas? Se glicogênio não são consideradas "documentos da as linhagens do boi e do rato divergiram de um história evolutiva"? ancestral comum há 80 milhões de anos..A. 3 c ________.1 . e C é cinco vezes maior que para comparação das 24. Usando essas informações. Capítu lo 24 1 Genética Evolutiva 667 para formar os genes da a e 13-globina.13 A ribonuclease.. espécies A e C...14 Se uma população de cruzamento aleatório segre- tro clones eram idênticos. um gene primordial da globina foi duplicado razões NS:S? .17 Como você explicaria a diferença de mil vezes das taxas evolutivas do fibrinopeptídio e da histona 3? Árvore e ' Árvore A Arvore B 24. O geneticista calculou a proporção de quências de DNA? substituições de nucleotídios não sinônimas (NS) e sinônimas (S) na região codificadora do gene 24. tídios silenciosos eram polimórficos. Martin Kreitman observou que 13 dos 192 nucleo- mo de mutações necessárias para explicar a deriva. onde seria partir dessa estimativa. Se havia o ção das quatro sequências (1. podem ser modificados sem substi- 4 . comparando as se- sição por histidinas nos polipeptídios da globina..11 O grupo heme da hemoglobina é mantido em po- de duas maneiras .-e G tuição de um aminoácido no polipeptídio de Adh.. isto é.primeiro. quência de todos os homozigotos na população? vel (TE): 24. A 24. T G e Em um estudo de variação genética no gene Adh. calcule quando ocorreu o mais provável encontrar polimorfismos silencio...9 As moléculas de DNA e proteína são "documen. 3 e 4) nas seguin. O que sugere essa diferença nas dos..18 Um geneticista estudou a sequência de um gene em três espécies. 2... e depois. uma proteína que degrada o RNA. B e C. mesmo nível de polimorfismos entre os nucleo- tes árvores filogenéticas: tídios não silenciosos do gene Adh. quências de genes das espécies A e C.. mais polimórficas que as sequências nucleotídicas tem 124 aminoácidos.9 substituição de aminoácido por sítio a cada bilhão de anos.800. 24. Explique a observação em termos da Teoria e C.. evento de duplicação que produziu os genes da a sos? e 13-globina. qual é a fre- nuidade) e uma inserção de elemento transponí. exceto por diferenças ga n alelos seletivamente neutros de um gene e de alguns pares de bases. 24.16 A sequência codificadora do gene da álcool de- sidrogenase (Adh) de Drosophila melanogaster é constituída de 765 nucleotídios (255 códons).1 O Um geneticista analisou as sequências de um gene clonado de quatro indivíduos diferentes. qual é a taxa de evolução da ribonuclease? 24.7 Na região codificadora de um gene. A. Os qua.t------. gov 1. da população. do Neanderthal e do Qual é a semelhança entre essas duas sequências? chimpanzé? . . mas relacionados (Ca. é amplamente distribuída em todo o de DNA.egans não é muito diferente do número herdados juntos como uma unidade. de um segmento de DNA mitocon. Como mutantes que combina éxons de diferentes origens em desse tipo poderiam participar da evolução do iso- uma sequência coerente que pode codificar uma lamento reprodutivo entre populações? proteína composta. .. Agora pesquise no GenBank AF347015..nih. simulans são espé. .. . C . A . . isto é.) moscas hemizigotas ou homozigotas para pn. sequência . mento estão firmemente ligados.20 O embaralhamento de éxons é um mecanismo do Kill. Um alelo mutante dominante de outro gene loca- cação de regiões curtas de um genoma. Qual é a influência desses dois meca. Agora use a ferramenta BIAST para encontrar a se. sequências? zés (Pan troglodytes). tos transponíveis podem ter participado da dupli. T . drial... a sequência 357 pb de DNA mitocondrial (mtDNA) obtido de um completa do mtDNA de um ser humano moderno. Como os nucleotídios dentro de cada seg- por que o número de genes do nematódeo Caeno. O que essa obser- Drosophila melanogaster. oceano Indico. de chimpanzé. Quando esse tipo de análise é fei- cies geneticamente diferentes? to em populações humanas por sequenciamento.24 Um segmento de DNAde um indivíduo pode dife- um mecanismo que possibilita a deleção de éxons rir em várias posições nucleotídicas de um segmen- durante a expressão de um gene. e outro indivíduo pode ter a pítulo 19).. em vez de vermelhos. delete os núme- são as coordenadas da sequência de DNA do ser huma.. Essas unidades 24. depois. Quais Neandertal em um arquivo de texto. (Dica: veja o Capítulo 17.. zido por recomposição alternativa pode codificar Por exemplo.668 Fundamentos de Genética 24.21 A Drosüphila mauritiana habita a Ilha Maurício no hereditárias são denominadas haplótipos de DNA. o mRNA produ. Esses dois segmen- nismos sobre o número de genes em um genoma tos de DNA diferem em três posições de nucleo- eucariótico? Esses mecanismos ajudam a explicar tídios. fóssil de N eandertal encontrado na Alemanha.23 O gene prune (símbolo pn) está ligado ao X em amostras de outros continentes. Clique no primeiro item da lista 4. um fragmento de 3.er of prune (símbolo Kpn). sem de genes do Homo sapiens? ser misturados por recombinação. Sugira um lizado em um grande autossomo causa a morte de mecanismo. esse alelo mutante dominante é denomina- 24.. A . tornam os olhos castanhos. G . Quando essa sequência aparecer.. .nlm. ca e s1mpatr1ca. um indivíduo pode ter a sequência polipeptídios diferentes. Por meio da amostragem e do sequenciamento te próxima.. 24. Pesquise no GenBank AY149291. ros e espaços e. A partir desse exercício. . A . . copie a parte que ramenta BIAST para encontrar a sequência de DNA ho. Alelos mutantes desse gene vação nos diz sobre a evolução humana? Genômica na Web em http://www. você pode desenhar uma ár- de resultados e veja a comparação das sequências de vore filogenética que mostre as relações entre os mtD- mtDNA do homem de Neandertal e do chimpanzé. Que testes experimentais você faria para haplótipos de DNA estão presentes em determina- determinar se D. Qual é a semelhança entre essas duas quência de DNA homóloga no mtDNA de chimpan. to de DNA correspondente em outro indivíduo. os pesquisadores podem determinar que mundo. uma paren. . use a sequência resultante em no moderno? Qual é a semelhança entre a sequência de BLAST para comparar essa região no mtDNA do ser Neandertal e a sequência do ser humano moderno? humano moderno com a região homóloga no mtDNA 2. corresponde ao fragmento de 357 pb do mtDNA de móloga no mtDNA de seres humanos modernos. por exemplo. constata-se que amostras oriundas da Africa apresentam maior diversidade de haplótipo que as 24. NA do ser humano moderno.. tenderão a ser rabditis el. A recomposição alternativa é 24.. que contém peptídios de cada éxon participante. como os elemen.19 Sequências repetitivas d ispersas. mauritiana e D. por- tanto.22 Aponte as diferenças entre as especiações alopátri- . A Drosüphila simulans.ncbi. Use a fer. C baralho seja um ás ou de copas. Se não (I{). ( Gg) e 1/ 4 (gg) . inclusi. dos dois eventos.. a retirada de um ás de copas representa a ocorrência que dois eventos. isto é. cara e coroa. plicação.[P(A) X P(B)]. a expressão da regra da adição pode ser As figuras no diagrama representam eventos no es. jogar uma moeda.[ (4/52) X (1 / 4)] = 16/52. As- blemas de probabilidade: (1) Qual é a probabilidade de sim.re que independe11te não significa au- contém 52. essa pro- homozigoto dominante ao cruzar dois heterozigotos. Ao jogar uma moeda. o outro não pode ocor- as probabilidades associadas a cada descendente de um rer. babilidade é representada pela combinação das figuras Em cada caso. paço amostral. Na verdade.__F 4/ 52 + 1/ 4 .se ocorrer A oit B.[P(A) X P(C)] = G. ocorram ju11tos? (2) Qual é a co11ju11ta de dois eventos indepe11dentes .. . Se não houver superposição dos dois eve11tos 110 es- paço amostral. ocorram juntos para satisfazer essa questão. Por exemplo. Como exemplo. O conjunto de todos os eve11tos é de11ominado espaço amostral. um para cada carta. a probabilidade de que pelo menos um deles ocorra. seráP(A) + P(B) . A e B. Não há superposição desses dois e're11tos 110 espaço houver superposição. será P(A) X P(B). As superposições entre as figuras uma carta retirada de um baralho seja um ás ou um rei indicam a ocorrência conjunta de dois eventos. A e B. independe11te sig11ifica cruzamento e11tre dois heterozigotos são 1/ 4 ( GG) . GG. ao retirar uma carta. sência de superposição no espaço amostral. de- preciso levar em conta todos os possí. A ou B? A primeira questão especifica a ocor. por exemplo. se uma carta retirada de um baralho for Dois tipos de questão surgem com frequência em pro. processo. denominada P(Aou B). Em teoria de probabilidade.__. P(A ou C) = P(A) + P(C) . gerar um filho. Gg e gg. 1/ 2 que um evento não for11ece i11formações sobre o outro. Aqui o termo P(A) X P(B) . é pendentes. meira questão ''erifica a probabilidade de ocorrência de P(A ou K) = P(A) + P(K) = (4/ 52) + ( 4/ 52) = 8/52. o espaço amostral Aqui P(A) e P(B) são as probabilidades dos eventos contém dois eve11tos. . e a prole de heterozi. Assim. Um diagrama simples ajuda a explicar os dife. De acordo com a regra da adição. A • en ice Regras da Probabilidade A teoria da probabilidade i11dica a frequê11cia de eve11. De acordo com a regra da multi- eve11tos. porque a soma inclui esse ter- E mo duas vezes. retirar uma carta. o evento é o resultado de um processo .re.. que é a probabilidade de H A que A e B ocorram juntos... Para A regra da multiplicação: se os eventos A e B forem inde- determinar a probabilidade de um evento específico. é subtraído da soma das pro- babilidades P (A) + P (B). a superposição delas. essa probabilidade é represe11tada pelo tamanho tos. Obser. amostral. um ás. a co11dição tes. rentes significados dessas duas questões. é claro.é preciso que A e B P(C) = 1/ 4. retirar um ás do baralho ou obter um rifica a probabilidade de ocorrência de A ou B. já que se um ocorre. simplificada: P(A ou B) = P(A) + P(B). A segunda questão ve- jogar uma moeda. individuais. P(A e C) = P(A) X P(C). A segunda A regra da adição: se os eventos A e B forem independen- questão é me11os rigorosa . gotos tem três. eles nunca ocorrem juntos. não temos indicação sobre o naipe da carta. P(A e C) = (4/ 52) X (1/ 4) = 1/ 52. Por exemplo.a carta é um probabilidade de ocorrência de pelo menos um dos dois ás (A) e é de copas (C). a probabilidade de que ocorram juntos. A probabilidade de um evento os eventos sem superposição (disjuntos) não são inde- é a frequência desse evento no espaço amostral. A pri. eles são mutuamente exclusivos. e os tamanhos das figuras refletem suas suponha que queiramos saber a probabilidade de que frequências relativas. suponha que queiramos saber a probabilidade de que uma carta retirada de um r--. pendentes. Por exemplo. a chance de obter o resultado cara ao da superposição dos dois eventos. e como P(A) = 4/ 52 e rê11cia cortjunta de dois e're11tos . é satisfeita.reis resultados do nominada P(A e B).. 1 tros tipos de questões. q = 2 meninos (1 / 2) 2 = 1 .2)(n. n! = n(n . Depois de somar. qual é a probabilida- de de que pelo menos uma. Para generalizar. a probabilidade de que um dos quatro filhos do casal tenha fibrose cística é exatamente quatro crianças de uma família sejam meni- nas (e dois sejam meninos) é [ (6!) / (4! 2!)] (1 / 2) 4 (1 / 2) 2 [4! / l! 3!] (1/ 4) 1 (3/ 4) 3 =4 X (1 / 4) X (27/ 64) = = 15/ 64. podemos calcular todo um co1tju11to de alelo mutante recessi''º causador da fibrose cística. que x ultrapasse determinado valor?" ou "Qual é proba- No entanto. a resposta é (15/ 64) + (6/ 64) + (1 / 64) = 22/ 64. observemos = 4. O outro termo. enco11tramos a resposta. podemos designar esses dois tipos de prole de P e Q e observar que. que é um dos termos i1a distribuição binomial.p. soma de três termos dessa distribuição: nótipo recessivo. A distribuição binomial também oferece respostas a ou- classe Q = n! pxq)' X. preten- probabilidades. qualquer que seja a ordem de ocorrência. nas quais os n indivíduos 4 meninos (1/ 2) 4 = da prole podem ser segregados de modo que x esteja na 3 meninas e ((6!) / (3! 3!)] X (1 / 2) 3 20/ 64 classe P e y esteja na classe Q. Como todas as ordens são igualme11te prováveis. para valores fixos de n. Se. 4 meninas e ( (6 !) / (4 ! 2 !) ] X ( 1/ 2) 4 15 / 64 plicação desse termo pelo termo entre colchetes indica a 2 meninos (1/ 2) 2 = probabilidade de obter prole x na classe P e y na classe Q. O valor de O!. (3)(2)(1). Por exemplo. 108/ 256 . Portanto. Reunindo todos esses dados. mas no máximo quatro crian- O termo entre colchetes contém três funções fatoriais ças sejam meninas? A resposta é a soma dos quatro termos: ( n!. criança seja afetada é p = 1/ 4. conta as 2 meninas e ( ( 6 !) / ( 2 ! 4 !) ] X ( 1/ 2) 2 15 / 64 diferentes formas. p e q. podemos tenha fibrose cística e os outros três. consideremos uma família com seis filhos. Um homem e uma mulher. ou ordens. 56/ 64. se necessário. para qualquer Evento Fórmula binomial Probabilidade indivíduo da prole. ambos heterozigotos para o camente x e y. Como só existem duas classes. a prole dos cruzamentos é segregada em duas E11tretanto. não? Já vimos por responder a pergu11tas como "Qual é a probabilidade de enumeração que a resposta é 108/ 256 ('rer Figura 3. menina (p) é 1/ 2 e a probabilidade de que seja um meni- podemos calcular que a probabilidade de que exatame11te no (q) também é 1/ 2. fenótipo dominante ou fe. A • en ice Probabilidades Binomiais ' As vezes. 5 meninos (1 / 2) 5 = geralmente denominado coeficiente binomial. O número total de crianças é n meninas? Para responder a essa pergunta. 1 me11ino (1 / 2) 1 = Podemos calcular a probabilidade binomial de que exata. 6 meninas e [ (6!) / (6! O!)] X (1 / 2) 6 1/ 64 mente x da prole pertença a uma classe e y à outra: O menino (1 / 2)º = Probabilidade de x na classe Pede y na Portanto. essa resposta também poderia ser obtida pela bilidade de que x esteja entre dois valores específicos?" fórmula binomial. Esse conjunto constitui uma distribuição dem ter quatro filhos. a multi. macho ou fêmea. a probabilidade de que pelo menos quatro classes disti11tas . A probabilidade de que determinada Por exemplo. normal ou mutante. i11dica 3 meninos (1 / 2) 3 = a probabilidade de obter determinada forma ou ordem.1) (n Evento Fórmula binomial Probabilidade . o termo entre colchetes. Por exemplo. x! e y!) e cada uma delas é calculada como uma série decrescente de produtos.1 y. o número de cria11ças afetadas é x = 1. Suponha que o número total de indivíduos da prole 5 me11inas e ( ( 6 !) / ( 5 ! 1 !) ] X ( 1/ 2) 5 6 / 64 seja n e que a produção de cada um seja independente. é 1 menina e ( (6!) / (l! 5!)] X (1 / 2) l 6/ 64 definido como um. e o número de que a probabilidade de que qualquer criança seja uma crianças não afetadas é y = 3.3) . Com a distribuição. Na fórmula. p rf..14). Consideremos o exemplo apresentado no Capítulo 3. a probabilidade de ser P é p e a pro.. 4 meninas e ( ( 6 !) / ( 4 ! 2 !) ] X ( 1 / 2) 4 15 / 64 babilidade de ser Q é q. Qual é a chance de que um deles bino1nial de probabilidade. e a probabilidade de que Qual é a probabilidade de que pelo menos quatro sejam não seja afetada é q = 3/ 4.por exemplo. saudável sejam me11i11as (e no máximo dois sejam meninos) é a ou doente. variarmos sistemati. os experimentos de hibridização in situ costu- enxágue com tampão para remover a solução alcalina. denominado centromérica ou adjacente aos telômeros. de ''árias outras espécies. fluoresce11tes (Figura IB e IC). a plementares ou parcialmente complementares de DNA centrifugação não pode ser usada para identificar todas ou RNA.ras cada como DNA satélite se a composição de bases for su- de DNA. Em segui- ram um procedimento que possibilitava a hibridização da. sequê11cia repetitiva TTAGGG nos telômeros dos cromos- terocromáticas que flanqueiam os centrômeros dos cro. Com esse procedimento. quências de cópia ú11ica em cromossomos humanos em lite. Portanto. é possível detectar a localização cromossômica cromossomos (Figura IA). à proteína do ovo ª'ridina (Figura IB). exposi. Com o uso da atividade de baixa energia. Esse Um dos primeiros experime11tos de hibridização in procedime11to. foi usado para demonstrar a presença da satélite do camundongo está localizada em regiões he. mitose e em intérfase. Em um protocolo. A • en ice Hibridização in Situ Em 1969. a centrifugação por gradiente de densidade. in. não codifi- gura 6. satélite geralmente i1ão são expressas. petitivo geralme11te estão localizadas na heterocromatina minas de vidro. exposição a álcali (NaOH 0. des11aturação de D NA i1os cromossomos por cam RNA nem produtos proteicos.) A hibridização in situ clássica usava a dispersão as sequê11cias de DNA repetiti''º· As sequências de DNA de cromossomos mitóticos sobre lâmina de vidro (ver Fi. e essas sequências de DNA re- tos complementares de DNA em cromossomos sobre lâ. Mary Lou Pardue e Joseph Gall desenvolve.1) . as lavagem dos filamentos radioativos não hibridizados com sondas de hibridização de DNA ou RNA são marcadas sequências complementares nos cromossomos. com a ''itamina biotina. de11ominado FISH (Hibridização ln Sitit sitit de Pardue e Gall mostrou que a sequê11cia de DNA Fluoresce11te). Hoje. tui cerca de 10% do ge11oma do camundongo. fizeram-se estudos semelhantes com os DNA satélites de filamentos simples de DNA radioativos com filamen. que tem cerca de 400 pares de nucleotídios e consti. O FISH é muito sensível mossomos de camundongo.07 N) por alguns minutos. Pardue e Gall puderam determinar Uma sequência de DNA repetitivo só pode ser identifi- as localizações cromossômicas de sequê11cias repetiti. O genoma de camundongo e pode ser usado para detectar as localizações de se- contém cerca de 106 cópias dessa sequência de DNA saté. (O termo lati110 irt sitit significa "em seu lugar ficientemente diferente da composição do DNA da ban- original". da sonda hibridizada pela fluorescência do corante. re.relação da autorradiografia ª''idina unida por ligação covalente a um corante fluo- e superposição da autorradiografia a uma fotografia dos rescente. somos humanos (Figura IC). mam empregar sondas de hibridização ligadas a corantes cubação da lâmina em solução de hibridização contendo fluorescentes ou a anticorpos marcados com substâncias cópias radioativas da sequência nucleotídica de interesse. hibridização é a formação de moléculas duplas da principal para produzir uma banda distinta durante "híbridas" pelo pareamento de bases de filamentos com. hibridização in situ. . ou seja. que se liga com alta afi11idade ção da lâmina a uma emulsão fotográfica sensível à radio. O uso de corantes fluorescentes para localizar a sequência repetida TTAGGG nos telômeros de cromossomos humanos é ilustrado em (B). .... . • FIGURA 1 Localização de sequências repetidas de DNA em cromossomos por hibridização in situ realizada com sondas radioativas (A) ou sondas fluorescentes (B e C). e uma fotomicrografia que mostra sua localização telomérica é mostrada em (C).) ---~ • ' \. a lâmina. Biotina Avidina TTAGGG ___.'\ÀP .1 ' li' r ' lf ~~ Filamento " "Grãos de prata" produzidos por radioativo exposição da emulsão à radioatividade DNA bifilamentar DNA unifilamentar DNA "híbrido" bifilamentar A. ....07 N - nao 1-::::::.J I • .. "" .672 Fundamentos de Genética . de sondas fluorescentes e hibridização in situ... Telômeros humanos visualizados com o auxílio B.._~~ . '. O procedimento de hibridização in situ desenvolvido por Pardue e Ga ll é mostrado em (A). hibridizados.~-1 autorradiografia. Sequência de DNA Corante cromossom1co A • fluorescente 1 µm C. Telômeros Sonda de hibridização . . expor e Células de Tratar com simples de DNA revelar a abóbora sobre NaOH 0. Etapas da hibridização in situ... . . Visualizacão • de telômeros humanos usando corantes fluorescentes e hibridizacão • in situ. lavar para remover filamentos Revestir a lâmina com emulsão..~~ por 2 min. 1-. ... '~'J~ • • • - ...~ 1 V ção com DNA ncuba ~- ~cr ~tt radioativo.. ~~~ . .. o papel desses RNA instáveis. sim. as sequências de aminoácidos de proteíi1as T4 não traram que a composição nucleotídica dos RNA instá. moldes de DNA de E. agora denominados RNA ram se as moléculas de RNA radioati''º se hibridizaram mensageiros ou mRNA. ram uma explosão de síi1 tese de RNA após infecção de No mesmo ano em que Spiegelman e colegas publi- células de E. coli especificações para as sequências de aminoácidos de pro- desnaturado.. Esses resul- Em 1961.. .. Esse achado indicou que elas eram pro- rais incluía a participação de moléculas de RNA instáveis duzidas a partir de moldes de DNA do fago T4. . por estudos em outros laboratórios.irai. Volkii1 e Astrachan observa. coli. coli. publicados em 1956. mas não com DNA de E. Sol Spiegelman e colaboradores relataram tados reforçaram a ideia.ez disso. A • en ice Evidências de um RNA Mensageiro Instável A primeira evidêi1cia da existência de um RNA interme. . coli ou DNA de fago T4. eles mostraram que as mo. Em era semelhante à composição do DNA de T2 e diferei1te . na transferência de informações com DNA de E. mos. François Jacob com o isótopo radioativo 32 P. de fago T4 e não complementar a filamentos simples de geriram que a síntese de proteínas 'rirais em bactérias vi. as especificações para proteínas indi\riduais. com fago T4 eram sintetizadas em ribossomos de E. os ribossomos eram as bancadas de trabalho da do DNA de E. . citoplasma. Sydney Brenner. por fago T4 poderiam formar dúplex de RNA-DNA com de que essas moléculas de RNA instáveis carreavam as DNA de T4 desnaturado. As- meia-vida de apenas algui1s minutos. - nas quais ocorria a s1ntese proteica. coli pelo bacteriófago T2. Os resultados (Figura 2) mostraram que a maioria das diário na síntese de proteínas surgiu nos estudos de Elliot moléculas de RNA de curta duração sintetizadas após in- Volkin e Lawrence Astrachan em bactérias infectadas por fecção era complementar a filamentos simples de DNA vírus bacteriai1os.. isolaram todo o RNA dessas células e verifica. DNA de E. coli. proposta formalmente pela pri- que os RNA instáveis sintetizados em células ii1fectadas meira vez por François Jacob e Jacques Moi1od em 1961. su. e Matthew Meselson demonstraram que as proteínas do léculas de RNA recém-sintetizadas eram instáveis. O experimento gei1éticas dos genes para os sítios de síntese proteica i1o é apresentado em diagrama na Figura 1. Além disso. mas nao garantiam . não de especificadas por DNA . Os resultados logo foram ampliados . 3 H-uridina em vários momentos depois da infecção com As pesquisas subsequentes estabeleceram com firmeza o fago T4. Marcando o RNA caram seus resultados. Eles marcaram bactérias com pulsos de dutos gênicos indi\riduais dos genes para os ribossomos. Os resultados. coli.reis eram controladas por componentes dos ribossomos. ~·... 6.. . . 8 e 10 min . 4. . .~· .:::. · ..· .· · .após Q) infeccão • e incubacão • de células 'O infectadas por um minuto.·. co/i H-uridina no meio . .. .674 Fundamentos de Genética 0"'~ O Infecção de células de E.: .· · ·. eo RNA radioativo 3 . · · · e nas células .1 • 1 • • • • • • • RNA radioativo xxxxx • /"\. Todo o DNA é desnaturado pelo calor.' .. 1 1 Retirada e lavagem exaustiva das membranas: Medida da radioatividade em cada membrana. .. ('<J o 'O '\ÂP .. . .· . • • '\ÂP "'CJ Ruptura das bactérias e isolamento do RNA.. './V hibridizado com xxxxx /"\.. · . · · .. : . . ... 1 I I ~ -~ Solução de hibridização contendo RNA radioativo 0"'~ O Incubação a 65ºC durante a noite . coli pelo bacteriófago T4.· . •...::·. DNA de E.··.2... coli para • genes de fago T4 em bactérias infectadas por T4. ')/ • . ('<J 60 "'ff' Acréscimo de 3H-uridina ao meio em vários <( z o::: momentos . Fago T4 RNA radioativo 80 hibridizado com o DNA de fago T4 > :o=. coli e DNA do fago T4.. Membranas de DNAdo DNA de Ausência nitrocelulose contendo: fago T4 E. 20 hibridizado com •. fütl. • • • 1 • •• •• • • 0"'~ RNA O Determinação das proporções de RNA radioativo hibridizadas com DNA de E.O 40 ... . . .. co/i de DNA . .s e Síntese de RNA radioativo Q) nas bactérias..··· . . . . r'i · ·..... / " \ 1 / / \ 1 I •' . . . . .__~-4-../V • • DNA de fago T4 • • • • • Radioatividade de fundo • FIGURA 1 Experimento de Spiegelman.. .• o.. .'. o 2 4 6 8 Minutos após a infecção • FIGURA 2Rápida mudança da transcrição de genes de E. então o tempo evolutivo total das sível contar o número real de substituições de aminoá. Para co11tomar esse problema. podemos determinar quantas posições que. ocorra uma substituição de aminoácido em um sítio de Entretanto. no 1nínimo. no fim do processo evo- \ \ / / 150 milhões lutivo. eles são diferentes . Se pudermos estimar essa probabilidade. 1 . ra 1. com a aju. O aminoácido ancestral na posição va. dos polipeptídios. na posição remanes. dos fundamentais para estudo da evolução molecular. Dizemos "mínimo" A partir do registro fóssil podemos determinar quan- porque podem ter ocorrido múltiplas substituições na do as duas linhagens que têm esses polipeptídios divergi- posição variável de qualquer um dos polipeptídios des. cido indica que houve pelo menos uma substituição de podemos contor11ar a situação e estimar a probabilidade aminoácido dura11te a evolução dos dois polipeptídios. Desse modo. os aminoácidos são idênticos. tituições de aminoácidos seria dois. afi11al. uma substituição desse tipo. Em outras palavras. Nos polipeptídios da Figu- ce11dentes dura11te sua e'rolução. A • en ice Taxas Evolutivas As sequências de nucleotídios e ami11oácidos são os da. se o tempo desde a divergência do ancestral corresponde11tes em polipeptídios homólogos. Ao definirmos v dessa for- por exemplo. S a glicina. tídios. a probabilidade de que aminoácidos correspondentes nos dois polipeptídios • FIGURA 1 Comparação de dois polipeptídios homólogos que evoluí.v) 2r. Con. atrapalha a estimativa da taxa de evolução molecular. os dois polipeptídios ma.ou seja. ciclos ocorridas. caso em que a seri11a no outro polipeptídio re. ram de um ancestral comum. Assim. Também representa o número total de oportunidades anuais de que não haja \ / \ \ / / substituição nesse sítio. = O. de aminoácido em um sítio em qualquer ano do tempo rante sua evolução. a história desses polipeptídios pode ser um dos polipeptídios durante 1 ano do tempo evoluti''º mais complicada. a probabilidade de que não tenha ocorrido uma \ / de anos \ \ / / substituição de aminoácido em determi11ado sítio em i1e- \ / \ \ / / nhum dos polipeptídios é o produto de todas as chances \ / independentes individuais de que isso i1ão ocorra. v é a taxa anual de substituição de aminoácido riável pode ter sido outro que i1ão a serina ou a glicina. então. o que Lis é igual a (1 . a partir dela. podemos estimar a taxa de evolução molecular. essa divergência ocorreu há 150 milhões de anos. Essa soma represen- ta o número total de oportunidades anuais de que haja uma substituição de aminoácido em determinado sítio Lis li Lis LI nos polipeptídios em evolução. co11cen. te a evolução. Em três das quatro posições i1esses dois polipep. Assim. e'rolutivo. arginina. lutivo é a probabilidade de que nenhum deles tenha se . caso em taxa e'roluti''ª· que a glicina em um polipeptídio representa um evento Suponha que S seja a proporção de aminoácidos de substituição. . comum é de T anos. De trando-se nas diferenças de aminoácidos em posições modo geral. Essa incerteza Uma vez alinhadas as sequências homólogas de diferen. o número mínimo de subs. tenham perma11ecido os mesmos durante o processo evo- ram de maneira independente por 150 mi lhões de anos. ou o aminoácido ancestral pode ter sido iguais nos dois polipeptídios . por sítio nesses polipeptídios. dois polipeptídios. os dois polipeptídios mostrados na se modificaram em ne11hum dos polipeptídios desde que Figura 1. voltamos a atenção - O caso mais simples é a comparação das sequências paradoxalme11te-para os ami11oácidos que são iguais nos de aminoácidos de dois polipeptídios homólogos. Essa difere11ça de apenas um ami11oá. obter a O aminoácido ancestral pode ter sido a serina. Nesse caso. Tudo que podemos dizer é que houve. 75 . por exemplo. tes organismos. cidos ocorridas dividido pelo tempo total de evolução da de dados de fósseis sobre a história dos orga11ismos. duas linhagens é T + T = 2T anos. Esses aminoácidos provavelmente i1ão sidere.glicina em um polipeptídio que não ocorra uma substituição de aminoácido duran- e serina i10 outro. de que ocorra uma substituição e.e suponha que v seja a probabilidade de que presenta um evento de substituição. i1ão é pos. é o número total de substituições de aminoá- i1as moléculas são iguais ou diferentes. Assim.v é a probabilidade de que i1ão haja substituição descendentes sofreram substituições de aminoácidos du.em nosso exemplo. as duas linhage11s divergiram de um ancestral comum. oferecem i11formações sobre a probabilidade de ce11te. a taxa anual de substituição de aminoá- râmetro essencial da fórmula de Poisson. bem havido múltiplas substituições em sítios de aminoácidos próximo de zero. Essa estimativa é um pouco maior que a proporção ln S = 2Tln(l .97 substituição de aminoácidos por Nesse exemplo. que é (1 .na verdade.lidade de Poissan. Entretanto. (2) determi- nação do logaritmo natural dessa proporção e depois (3) A probabilidade de que não tenha havido modificações é divisão pelo tempo evolutivo decorrido total. duas vezes. Probabilidade de duas modificações = e 2Tv(2Tv)2/2 = 0. 75 e 2 T = 300 milhões de anos. Dizemos que 2 Tv é o número de diferenças garítmica é quase linear quando o argumento da função logarítmica é próximo de 1). No contexto da essa questão são encontrados em textos especializados so- evolução molecular. 75 exemplo.75)] / 300 = 0.v) 2T tio. complexos porque a identidade de um nucleotídio em bilidade de que um sítio tenha se modificado um número duas sequências de DNA não significa necessariamente específico de vezes. . ln S=-2Tv Com uma estimativa de 2 Tv. ver chance de múltiplas modificações.S= 0. a fórmula de Poisson é bre o tema da evolução molecular.75) como 0. é o pa- Para encontrar v. Assim. de aminoácidos corrigido pelo método de Poisson entre os dois polipeptídios.29 substituição de aminoácido por sí- ln S = ln(l . poderia ha- aminoácidos diferentes em dois polipeptídios muda. a probabilidade de três modificações em um sítio mudaram várias vezes durante o processo evolutivo. podemos usar a fórmula o que significa que de Poisson para calcular a probabilidade de que determi- nado sítio de aminoácido tenha se modificado exatamen- v = (-ln S)/2T te uma vez. esses procedimentos são mais do tempo.v) de aminoácidos diferentes nos dois polipeptídios (1.v) é quase igual a-v (a curva lo- individuais. Por exemplo. se ram uma vez. assim v é [-ln(0.676 Fundamentos de Genética modificado em nenhum ano.22 molecular de dois polipeptídios homólogos pelo (1) cál. Em nosso Probabilidade de nenhuma modificação = e 2Tv = O. Assim. No entanto. -ln(0. quantidade 2Tv é o número médio de substituições de Os procedimentos estatísticos análogos à correção aminoácidos ocorridas por sítio durante a evolução dos de Poisson foram desenvolvidos para estimar taxas evo- polipeptídios. e assim por diante. ridas por sítio (2 Tv) aparece duas vezes nessa fórmula S= (1. alguns dos sítios de se o parâmetro de Poisson 2 Tv fosse maior.7.v) 2 r . A é 0. podemos estimar a taxa de evolução Probabilidade de uma modificação = e 2Tv(2Tv) = 0.03. a probabilidade de que tenha havido sítio a cada bilhão de anos. Os métodos para lidar com minada distribuiçiio de probahi. E deno. O cálculo usa a fórmula para uma. 2 Tv é estimado por -lnS = os lados da equação. distri. cido por sítio. outros mudaram duas vezes e ainda outros 2Tv= 0. Como discutido anteriormente. evolução dessas sequências.como expoente do primeiro termo e como argumento da função de potência no segundo termo. e a probabilidade de quatro modificações é 0. por S.isto é. S = O. que esse nucleotídio permaneceu inalterado durante a buição de probabilidade muito usada por cientistas. podemos usar essa média para calcular a proba.25) porque leva em conta a possibilidade de que tenha Como v é um número muito pequeno .ln(l . Partindo do princípio de que as substituições lutivas a partir de comparações de sequências de DNA de aminoácidos são aleatórias e independentes ao longo homólogas. Com essa fórmula. calculamos o logaritmo natural de ambos Em nosso exemplo. Assim.005.v) 2T . sítio de aminoácido = e -2 rv(2 Tv) n/n! cidos que são iguais atualmente nos dois polipeptídios O número médio de substituições de aminoácidos ocor- .03 culo da proporção de sítios iguais nos dois. Podemos Probabilidade de que ocorram n modificações em um estimar essa probabilidade pela proporção de aminoá. mais de duas modificações é desprezível. tos. Os cromossomos eucarióticos são 1. um cromossomo humano 1. (c). 1. (g). . mal''. As células eucarióticas geralmente têm um sistema interno 1. e11quanto os eucarióticos são lineares.3 Em uma célula eucariótica os muitos cromosso- a anáfase II.3 As bases presentes no DNA são adenina. alguma quantidade de RNA e grande quantidade de proteí11a. A disjunção das cromátides ocorre durante 2.17 Em eucariotos.1r.15 A disjunção cromossômica ocorre durante a aná- fase I. (h). Durante a produção de gametas eles lares. esses cromossomos são heterólogos.13 O crossing overocorre depois da duplicação dos cro- 2. um coex1stenc1a. gua11ina e citosi11a. outros materiais no preparo para a divisão celular / . e também têm síveis . 2. ' A ' procarioto. que agora chamamos de las procarióticas geralmente não têm sistema de alelos. Capítulo 2 2. Em contraposição. tese de DNA para replicação de todos os cromos- Esse processo tem um papel importa11te nos ciclos somos. Ele descobriu que os genes existem nas. Durante a intérfase.7 GAACGGUCT. emas .genes . um indivíduo com as duas formas mutantes 2. os cromossomos procarióticos são circu- orga11ismo. mais complexos: DNA. que esta por .5 TAACGGCAG. o i1úmero de cópias do gene volta a me11ores que os cromossomos eucarióticos. corporada aleatoriamente a cada gameta. as bases presentes no RNA Os cromossomos procarióticos também têm uma são adenina. mos estão contidos em uma estrutura limitada por membra11a denomi11ada núcleo. (2) metáfase: (e). guanina e citosina. timina. Durante a reprodução. ' 2. Também é i1ecessário que haja síntese de vitais de alguns vírus. Cada organismo tem duas cópias de cada membranas internas (embora algumas te11ham) gene. os aminoácidos combinam-se para formar / prote1nas. 1. prófase: (b). tem cerca de 1. como mitocôndrias e cloroplastos. o cromossomo circular de E. 11 e 16 dura11te a meiose. Como i1enhum dos alelos 2. (3) muta11tes pode especificar um polipeptídio "nor.para explicar a herança das ca- orga11elas subcelulares delimitadas por membra- racterísticas. linear pode ter de 10 a 30 cm de comprimento. de proteína.5 Os cromossomos procarióticos geralmente são fertilização. O açúcar composição comparativamente simples: DNA. uracila. não homólogos.. o açúcar do RNA é a guma quantidade de RNA e alguma qua11tidade ribose. Por se separam sem que tenham sido alterados pela exemplo. coli. as célu- em diferentes formas. aparenteme11te não há nítida re- das células procarióticas não estão contidos em lação e11tre o tamanho do genoma e o número .11 Não é esperado o pareamento dos cromossomos provavelme11te teria anemia.11 As duas formas mutantes do gene da 13-globina são denominadas alelos. além ser dois. (d). (i). uma das cópias é in- i1em organelas delimitadas por membra11as.1 Os açúcares combinam-se para formar carboidra- mossomos nas células em meiose.9 As vezes o DNA é sintetizado a partir do RNA em fase M. Diferentes alelos podem coexistir em um disso. umero Capítulo 1 um compartimento subcelular especial.9 (1) Anáfase: (f). os cromossomos 2. (4) telófase: (a). 7 A i11térfase geralmente é mais demorada que a 1. al- do DNA é a desoxirribose.1 Mendel formulou a hipótese dos fatores transmis- de membranas bem dese11volvido. é preciso que haja sín- um processo denominado transcrição reversa. Qua11- do os gametas masculino e feminino se unem na 2.4 mm de circu11ferên- cia. 19 (1/2) 3 = 1/8. 3. 4 Bb Rr. os cruzamentos são: porção não mendeliana porque estudou somente cinza ( CC) X albino ( cc) ~ F1 cinza ( Cc).23 (a) (1/2) X (1/ 4) = 1/8. (b) 5. 1/16 lisa. (1/2) X (1/2) = 1/4. (d) .25 No casamento III-1 X III-2. a chance é igual a zero. (c) todas filho afetado é de 1/2. os cromossomos eucar1ot. rada de 1:1. (d) CcFf. aceitação. vermelha ( CC BB) X lisa. vermelha nham albinismo é (3/4) 4 = 0. filhos. observada está de acordo com a proporção espe- plo do tamanho do genoma de E. calcule x2 com um grau de liberdade: lação também podem ser heterozigotos para esse (198. Portanto. 3/16 lisa.21 Um dos núcleos do grão de pólen funde-se ao nú. com cerca de 150 milhões de pares de bases de DNA genômico. (1/2) X geneticamente funcional funde-se a dois núcleos (1/2) = 1/4. castanha (G bb). (c) (2/3) X (1/4) = 1/6. o pesquisador obteve uma pro- c. A levedura é uma ex. F 1 X famílias que têm pelo menos uma criança com al- F1 ~ 3/4 cinza (1 CC: 2 Cc). . são heterozigotos para o alelo mutante causador binos. (a) ccff. No casamento IV-2 X IV-3. o valor de 5% crítico para a estatís- . a chance de que um filho não tenha albinismo é de 3/ 4. (b) Prole F2 : 9/16 quadriculada. (c) 15. aceitação. que dá origem a um tecido triploide.25) 2/25 + (20 . binismo. Por exemplo. o en- dosperma. consequentemente. Os binismo. e as plantas Arabidop- (a) 2 3 2 sis.3 Os dados sugerem que a cor da pelagem é contro- 3. por puro acaso. a média tem de ser maior que 1. outros casais na popu- esperados. Em toda a po- ( Cc Bb). o número driculada. por fim. lada por um único gene com dois alelos. 2 BB Rr. do em 16 cromossomos. (b) 2. a propor. no gametófito feminino e forma um núcleo tri. em média. 3. rejeição. nor que 3. (b) (1/2) X (1/2) X (1/4) = 1/16.316.11 (a) 1. que dá origem a um embrião e. castanha médio de crianças afetadas é 1. a é 3 X (1/2) 1 X (1/2) 2 = 3/8.84. em que né o de genes e o tamanho do genoma. verme- pulação de famílias nas quais pai e mãe heterozi- lha (G B-).5 (a) Quadriculada. provavelmente número de genes porque a quantidade de DNA não gênico é muito pequena.678 Fundamentos de Genética de genes. l/4anã. têm quase o mesmo número (b) 2 X 2 = 4 3 X 3=9 2 X 2=4 de genes que os seres humanos. tanto o pai quanto a mãe resultados esperados na F2 são 203 cinza e 67 al. Capítulo 3 3. os seres humanos. Para cal- assim.27 1/2. (d) (2/3) X (1/2) X (1/2) X (1/4) = 1/24. coli. Gametas da F 1 Genótipos da F 2 Fenótipos da F 2 têm cerca de 20. 2. 1/2 anã. x o número de filhos com albinismo e como P( x). nas quais pai e mãe heterozigotos tiveram pelo 3. que não alelo. cas- Portanto. (d) 10.29 Aparentemente. Em uma família com três filhos.que tem quase o tri. a chance de ter um 3. Nessas famílias. No entanto. a chance de que quatro filhos não te- tanha (cc bb) ~ F 1 toda quadriculada. 3.496.13 x2 = (30 . em (c) 2 X 2 X 2 = 8 3 X 3 X 3 = 27 2X2X2=8 procariotos há correlação estreita entre o número (d) 2n 3n 2n. esse tecido nutre o embrião do vegetal 3. Entretanto. coli porque. 3.1 (a) Todas altas. 2 Bb RR:.500 genes. Com base nessa hipótese. (c) ccFJ.9 3. . não tiveram filhos com é relevante no nível de 5%. ploide. a proporção de segregação ceção porque seu genoma . rejeição. e (cinza) e c (albino). 3. 2.25) 2/ 25 = 2. cromossomos procarióticos. menores 3. em desenvolvimento. 3/16 qua- gotos tiveram um total de quatro filhos. tadores heterozigotos do alelo mutante. menos uma criança afetada em um total de quatro ção genotípica é 1 BB RR:. 1/4 albino (cc).15 Metade dos filhos de casamentos Aa x aa teria al- 2. vermelha (cc B-). (1/2) X (1/2) = 1/4. a chance cleo da oosfera no gametófito feminino e forma o de que um não seja afetado e dois sejam afetados zigoto. mas. os resultados albinismo. um esporófito. 1/9 dos coelhos com pelagem longa e preta cularmos essa média condiciona~ indiquemos como é homozigoto para os dois genes.203) 2 /203 + (72-67) 2/67 = 0. 3. O outro núcleo do grão de pólen 3.Icos sao maiores que os tica de qui-quadrado com um grau de liberdade. 3. (1/2) X (1/2) = 1/4.23 (a) 5. (d) 1/2 alta. . .21 (20/64) + (15/64) + (6/64) + (1/64) = 42/64. (c) 3. altas. e que e é dominante em relação a 3. Entre as famílias (cc bb).17 Homem (Ccffi X mulher (ccFj). Se um homem e uma mulher são por- estão de acordo com a hipótese.é distribuí.19 E um tanto surpreendente o fato de que os cro- mossomos de levedura sejam. em regra.7 Na prole F2 com pelagem longa e preta. Para comparar os resultados observados e do albinismo. . que é me- que os cromossomos de E. (b) Ccff. com 3.2 bilhões de pares de bases de DNA genômico. (b) 3/4altas. 1/4 com crista rosa.74:1. o número mé- 4. 1/8 com crista simples. 3/8 com crista rosa.316 e~ xP(x) = 1.21 9/16 com olhos vermelho-escuros (tipo selvagem). o outro poderia ser JBJB ou J.46 = 2. 1/16 com olhos bran- cos. Se. por cruzamento aleatório é de 24 cm. ou seja. proporção de prole azul (A. dos e afetados nessas famílias é de 2. de uma geração de autofertilização é de 20 cm.54: 1.G dá) = (3/4) (3/4) (3/4) (1/2) = 27/128. a seja Bb é 1/2.B.P(O)]. A mulher é JAJB. os tipos O coeficiente de relação entre a prole dos dois sanguíneos das crianças serão A e M. todos com ventre claro deve à epistasia entre dois genes de distribuição tre claro independente: vermelho= A-B. o 4.33 O comprimento médio da espiga do milho obtido nhum dos filhos é surdo porque todos são hetero.54. (b) o casal tenha pelo menos um filho afetado entre 1/2 com crista noz. A e MN. médio de filhos não afetados será 4 . proporção de prole branca ( aa) = 1/4 = (b) amarelo X ventre 2 amarelos: 1 ventre claro: 32/128.316) = 1.1 Me MN. 4. 1/8 com tanto. (f) agouti X preto e 1 agouti: 1 preto e casta. Um homem poderia ser JAJA ou /Ai. O teste de alelismo não pode ser feito com filhos tenham albinismo.13 Não.31 O heredograma é o seguinte: nho-amarelado X preto 1 preto (h) amarelo X agouti 1 amarelo: 1 ventre claro (i) amarelo X amarelo 2 amarelos: 1 ventre claro Frank Tim 4. a cor das flores se (d) ventre claro X ven.Bi. 4. Portanto. e o do milho zigotos para os dois genes (Aa Bb). (c) preto e casta. e B e MN. nho-amarelado: 1 preto 4. o número mé. 3/16 com 1. (d) 1 A: 1 O. 1 amarelo: 1 ventre claro A-bbou aabb.B ~pigmento vermelho. a média que procuramos é simplesmente crista ervilha.29 ~ = (1/2) 5 = 1/32. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 679 a probabilidade de que exatamente x dos quatro 4.1. Capítulo 4 • 4. dogamia do filho imaginário de um casamento desses filhos e multiplicação desse número por 2: 4. (c) os quatro. (e) ventre claro X ama. 4.é ~ xP( x) / [ 1 . (d) 1/2 com 1/ (1 . FC= 2 X castanho-amarelado nho-amarelado (1/2) 7 = 1/64.e branco= aa B-. 2 amarelos: 1 preto e casta- nho-amarelado X ama. Agora P(O) = 0. (c) proporção de prole (a) amarelos X amarelo 2 amarelos: 1 ventre claro vermelha (A. 4. / / certeza acerca do genótipo de cada homem. (a) A chance de que a filha tenha média condicional . O divisor [1 . (g) preto e casta. então o número 1/16 com fruto verde.27 (a) Como a segregação da F2 é de aproximada- relo mente 9 vermelhas: 7 brancas. o homem é JAJB LMLN. 3/8 com crista noz.0. que foi o observado pelo pesquisador. Assim. (b) 1 A: 1 B.9 A mulher é ii LMLM.25 (a) roxa X vermelha. mutações dominantes.46. dio de filhos afetados for 1. Por.56 ou 3/16 com olhos roxo-acastanhados. Ini- ce de que a filha tenha uma filha calva é igual a ciamos a soma com x = 1 porque é preciso excluir zero.7 Não. mozigotos para mutações recessivas em diferentes genes. (b) proporção com semen- Pais Prole tes brancas ( aa) = 1/4.17 (a) 3/ 4 com crista noz. (c) 1 A: 1 B: 1 AB: 1 O. 3/16 com fruto amarelo. ne. um é aa BB e o outro é AA bb. (b) Precursorincolor-A~produto relo incolor .isto é. Ante a in.46. A chance de que uma filha menos um dos quatro filhos é afetado .3 4. a proporção esperada de filhos não afeta. 4.cc Dá) = claro 1 preto e castanho-amarelado (3/ 4) (3/4) (1/4) (1/2) = 9/128.B. 1 preto e castanho-amarelado: 4. O .15 A mãe é Bb e o pai é bb. FB = 2 X (1/2) 6 = 1/32. B e casais é obtido pelo cálculo do coeficiente de en- M. 1/2 com crista simples. 16 com pelagem branca. com pelo menos um filho afetado.19 12/16 com fruto branco. (b) A chan- a soma começa com x = 1 e termina com x = 4. no subgrupo de famílias crista rosa. os casos em que nenhum dos quatro filhos é afeta- do.11 Os indivíduos III-4 e III-5 são necessariamente ho- [ (1/2) 5 X 2] X 2 = 1/8. dio de filhos afetados nas famílias em que pelo 4. 1/2 com crista ervilha.P(O)] é a probabilidade de que 4. todos em igual probabilidade. qual- quer um deles poderia ser o pai da criança.23 9 com pelagem preta: 39 com pelagem cinza: 4. olhos vermelho-brilhantes.5 (a) todos AB. no qual um filho calvo é (1/2) X (1/2) = 1/4. (d) mos é (2 X 7) + (2 X 9) = 32. (f) masculino.3 Todas as fêmeas terão corpo verde. fêmeas com duzida necessariamente pela união de um ovócito olhos pretos ao nascer (genótipo P/"7) e fêmeas X(v) X(v) com um espermatozoide que tem Y Os com olhos rosa ao nascer (genótipo p!lV). a disjunção é irregular porque os cromos- obrigatoriamente da não disjunção do cromos. XXX é fê. ausente nos machos. masculino. em que e separam-se do cromossomo Y b é o coeficiente angular da reta. XYY é masculino.8 X (3/ 4) = 18 cm.15 Feminino. xl e x2 emparelham-se no centrô- tilização é (1 / 2) (1 + 1/ 2) = 3/ 4. Pode-se calcular Metáfase Anáfase o valor de b a partir dos dois valores de Y dados. XO é feminino 5. A discromatopsia é causada por uma mu. metade da oriundo da mãe. se o casal já teve chos da F 1 foram cruzados com fêmeas canela (ge- um filho com discromatopsia.9 O risco para a criança é P (mãe C/c) X P (mãe um quarto da prole). tro categorias de frequências iguais: machos com olhos pretos ao nascer (genótipo P/p). há gene para cor dos olhos no outro cromossomo 5. As aves parentais têm genó- 5. sexual ( lV). 5. no tem um cromossomo Y. Entretanto.17 Homem.13 Cada uma das raras filhas com olhos brancos foi cada membro dos diferentes conjuntos de cro- produzida necessariamente pela união de um mossomos com um homólogo durante a prófase I. (mas estéril). . 5.25 A cor dos olhos de canários é determinada por um gene no cromossomo Z. pro- 5. e o coeficiente de pequeno cromossomo X. o número total de cromosso- 5. Há previsão de mero de Y durante a metáfase. um quarto da prole). somo y maior. duziram prole F2 dividida em três categorias: ma- tação ligada ao X. e fêmeas com olhos rosa ao transmitir e) X P (criança de sexo masculino) = nascer (p/w. 6. pode haver pareamento de 5. XXX é feminino. 6. pretos ao nascer).) médio da espiga previsto é Y = 24 . ovócitos duplo-X originaram-se obrigatoriamen- te da não disjunção do cromossomo X durante a Capítulo 6 ovocitogênese na mãe.b F. produziram prole F2 dividida em qua- risco de cada filho subsequente é 1/ 4.5 XX é fêmea.!___.23 Como o centrômero está na extremidade de cada ção de autofertilização é 1/ 2. ra ou na segunda divisão meiótica. somos homólogos associam-se durante a prófase I somo X durante a segunda divisão meiótica na formando bivalentes e univalentes ou formando - mae. presente em uma cópia nas fêmeas e chos terão corpo rosado. Capítulo 5 5. 6. e para F = 3/ 4. e o nótipo p/"7). trivalentes. o espermatozoide de- O alelo para cor rosa ao nascer (p) é recessivo em terminante do sexo feminino tem um cromosso- relação ao alelo para cor preta ao nascer (P). não podemos determinar se a não disjunção ocorreu na primei. Então. mas no meio do cromos- endogamia da prole de duas gerações de autofer. que está presente em 5. durante a declínio linear do comprimento médio da espiga anáfase.21 A Drosophila não obtém compensação de dose por (mas estéril).11 Cada uma das filhas com olhos vermelhão foi pro. A diferença entre esses dois valores (4 cm) corres- ponde a um aumento de Fde O para 1/ 2. XY é masculino. y b = 4(1 / 2) = 8 cm. ovócito X(w) X(w) com um espermatozoide que seguido por disjunção durante a anáfase I. XXY é fêmea. e todos os ma. machos com 5. os dois cromossomos X sofrem disjunção ( Y) de acordo com a equação Y = 24 . não do pai..3 Em alotetraploides. . somos da espécie B. fêmeas com olhos pretos ao nascer (P/W.680 Fundamentos de Genética coeficiente de endogamia da prole de uma gera. XY é macho. prole). 6. mea (mas dificilmente viável).1 O espermatozoide determinante do sexo masculi- duas cópias nos machos e uma cópia nas fêmeas. (b) intersexo. (e) feminino. Assim. 5. Não mo X. XO é macho (mas Os machos da F 1 tinham genótipo p/P (com olhos estéril).5 O vegetal fértil é um alotetraploide com 7 pares de cromossomos da espécie A e 9 pares de cromos- 5. olhos rosa ao nascer (genótipo p/p). tipo p/W (fêmeas canela) e P/P (machos verdes). Quando os ma- (1 / 2) X (1 / 2) X (1 / 2) = 1/ 8. (c) intersexo. Quando os machos da F 1 foram cruzados com fêmeas verdes (genótipo P/"7).19 (a) Feminino. P (mãe C/c) = 1..7 XX é feminino. . XXY é masculino inativação de um dos cromossomos X em fêmeas. 7 Não. Em tri- tem Y Os raros ovócitos duplo-X originaram-se ploides. o comprimento '----«: . O cromossomo X do filho é chos com olhos pretos ao nascer (P/ -.1 Uso de uma das técnicas de bandeamento. 5 6 7 8 6. a'" lY/a b. 6. ou seja. cíproca entre os braços longos dos cromossomos 6. As filhas terão olhos brancos porque herdarão um r " cromossomo X do pai. 6. 40%.. a criança é hipoploide. P2 1 2 3 9 8 7 6 5 4 1O 1 1 des dos cromossomos sexuais em razão da disjun- ção irregular de seus três cromossomos sexuais durante a meiose. a ú. e todos os fi- vagem. 6 Capítulo 7 1 2 3 4 5 8 7.5 Sim. 10%.tão distantes que se re- p p combinam livremente. (b) somo 21 e outro cromossomo.------------ . um mosai.21 Todas as filhas terão corpo amarelo. a b/ a ú.13 Homens XYY teriam mais filhos com anormalida. um trecho do braço longo do cromossomo grande foi quebrado e fixado ao braço longo do cromossomo pequeno. isto é.25 A mãe é heterozigota para uma translocação re- ausência de cromossomo sexual. 50% das vezes. um cromossomo 14 cinza é X(y) /X(+). A mulher com discromatopsia e síndrome de Tur- ner foi produzida pela união de um espermatozoi. Essa disjunção irregular produz P3 1 2 3 9 8 5 6 7 4 1O uma variedade de gametas aneuploides. YY. XYY e 6. . 40%. normal e um cromossomo 14 normal. Portanto. a b+.17 número de cromossomos e concluído que alguns fatores têm de estar ligados no mesmo cromosso- F F mo. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 681 6. a+ b+ de um genitor.. a b do outro. como o cromossomo grande com rearranjo tem 1 2 5 6 7 8 deficiência de alguns genes..23 As três populações estão relacionadas por uma sé- rie de inversões. 7. e um ovócito nulo-X. que in- clui as constituições cromossômicas XY..11 A não disjunção ocorreu obrigatoriamente na mãe.19 O menino tem uma translocação entre o cromos. R R 7. 6. A irmã do co sexual. (c) F2 do mossomo 14. A criança herdou o cromossomo grande com rearranjo e o 1 2 5 6 7 8 cromossomo pequeno normal da mãe. Q Q 7 . pela perda do cromossomo X que tinha o alelo sel- 6. a+ b+. provavelmente durante uma das divisões lhos terão olhos brancos. Gametas: 6.29 Os zigotos XX darão origem a homens porque um 1 2 3 4 5 6 7 8 de seus cromossomos X tem o gene SRY translo- cado do cromossomo Y Os zigotos XY darão ori- (c) Inversão terminal: gem a mulheres porque o cromossomo Y perdeu 7 o gene SRY. F 1: a+ b+/ a b. teria percebido que o número de fatores de que determinam as características é maior que o 6. 1 2 ------------~ 3 4 ~ . se eles estiverem muito d istantes. (b) Duplicação: 6.27 Os filhos terão olhos vermelho-brilhantes porque 4 herdarão do pai o cromossomo Y com o alelo bwt. por exemplo. iniciais da clivagem embrionária. o cro. que tinha o alelo mutante para discro. 10%.1 Se Mendel soubesse da existência dos cromosso- 1 2 3 4 5 mos.&.3 Não.9 A mosca é um ginandromorfo. Os genes a e d podem estar muito distantes A B C O N M no mesmo cromossomo . ele teria reformulado o princípio E E da distribuição independente e afirmaria que a herança de fatores em diferentes cromossomos D D A B C O N M (ou distantes no mesmo cromossomo) é indepen- dente.7 (a) Cruzamento: a'" b+/ a+ b+ X a b/ a b. O tecido amarelo é X(y) /0 e o tecido menino tem a translocação.15 (a) Deleção: grande e pequeno. Ele também tem um cromossomo 21 cruzamento-teste: 40%. a+ b. Pl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 de com X. 40%. Esse mosaicismo foi causado normal e duas cópias normais do cromossomo 21. 1 1 matopsia. Portanto. salmão. st" e+. asas vestigiais. amarelo. 20%. a distância entre we ecé (18 + 23)/1. que têm o mes. Em cada caso. determinam que a ordem do Cb cB cb CB gene é y . A distância entre y e w é castanha albina albina preta estimada pela frequência de recombinação entre esses dois genes: (8 + 7)/1. a b+.1. 789.002 ab+/a+ b+ ab+/ab ab+/a+ b a b+ /ab+ sr+ e+ sr' e'/sre' sr' e'/sr' e 0. 2 verde. amarelo. as classes 5 e 6 são resultado de um único crossing over entre Sm e Py. ab+/ab. 5%. olhos castanho-avermelhados.682 Fundamentos de Genética 10%.045 0. cn vg+. (e) F2 do intercruzamento: seguinte tabela. lembre-se combinantes). 45%.19 Na enumeração adiante.002 Resumo dos fenótipos: a+ e b+ 66% ae b+ 9% 7.000=14.005 o cB cb 7.002 0. olhos cinabre.3 cM.005 o Cb X cb 8 verde. (g) fêmeas st + +/ + ss e X machos st ss e/ st ss e po ébano. que são sr e+/ sr+ e. (c) st-ss-e. pigmeu 0. 30%. cn+ vg. amarelo.04 0.167.04 0. O.23 0.140) = listras e com corpo ébano. 7. sre. 4%.21 As classes de crossing over duplo. sr+ e. asas normais. 20%. sr e+. 10%. pigmeu 0.045 0.018)/(0.11 Sim. rr b-. b+ vg+ bvg (b) Fre- A O (a) Fre.40 rida: 34/ (66 + 34) = 0. (e) (122 + la. (b) st++/+ sse. que são cn vg/ cn+ vg. amarelo. 1 cM-ec. 45%. asas vestigiais.05 Cb cB 6 verde. a+ b-.05 Cb X cB 5 roxo.05 4 verde. Cruzamento: 3 roxo. salmão. (b) Os machos daF1.15 (a) As fêmeas da F 1.405 0.46 0. (f) (0. 4%.000 7. a b. . sr et. olhos cinabre. do cromossomo X é y. 5%. normal 0. (d) [(145 de que não há crossing over em machos de Drosophi. riam os seguintes gametas: 30%.46 0.50 a+ b+ /a+ b+ a+ b+ /ab a+ b+/a+ b a+ b+/ab" sre+ sre-r/sre+ sre-r/sr+ e 40% ab 16% 16% 4% 4% 0. 46%. (c) 46%. pigmeu 0. salmão. 20%. da mesma 66 100 34 maneira.23 a+ b/a+ b+ a+ b/ab a+ b/a+ b a+ b/ab+ sre sre/ sre-r sre/ sr-r e 4% 4% 1% 1% 0.0 cM.05 7 roxo. as classes 1 e 2 são tipos as frequências da prole do cruzamento-teste cor. listrados e com corpo cinza. 46%. produzem dois mais numerosas que as outras seis classes (tipos re- tipos de gametas: 50%. co crossing over entre Pl e Sm. Cruzamento: duplo.002 0. produzem = 0.23 0. olhos castanho-avermelhados.015. as fêmeas da F 1 tinham e b cb cb e b o genótipo y w ec/+ + +.ferência 124 26 Cl~e Fenótipos ferência completa 7. normal 0. com uma das permutas entre Pl e Sm e a b vg fêmea X bvg macho outra entre Sm e Py.w . rr b/ab. A frequência de recombinação é estimada 1 roxo. (b) 45%. normal 0. quencra bvg b vg A O • quencra com mter- bvg b vg+ • sem mter.9 Heterozigotos em acoplamento a+ b+/ a b produzi.17 (a) As fêmeas da F 1.405 0. cn vg.163 X 0. 7. a+ b/ a b+ produziriam os seguintes gametas: 30%. Assim. que são as duas não observadas. Espermatozoides Espermatozoides 40% a+ b+ 40% a b 10% a+ b 10% ab+ sre+ sr+ e 16% 16% 4% 4% 0. 7. as classes 3 e 4 são resultado de um úni- responderiam às frequências dos gametas. (d) ~ 2 classes parentais e 6 classes recombinantes. 5%. heterozigotos em repulsão asas normais. a b+. 4%. 7.000 = 0. cn+ vft. sem listras e com corpo cinza. normal 0. salmão. 5%. Assim. 4%.045 0. a b.50 0.23 (a) Duas classes (os tipos parentais) são muito mo genótipo que as fêmeas da F 1. rr b+. 30%. parentais. (d) Fase de ligação de A prole do intercruzamento é obtida a partir da acoplamento. a+ b+.045 0. pigmeu 0.000 = 30. o mapa genético desse segmento quatro tipos de gametas: 46%.34. produ- a+ e b 9% ae b 16% zem quatro tipos de gametas: 45%.40 pela frequência de prole preta entre a prole colo.13 Sim.5 cM-w-4. sr e. 50%.23 Ovócitos a b/a+ b+ ab/ab a b/a+ b a b/a b+ Ovócitos sr+ e sr' e/ sre' sr' e/ sr' e 10% a+ b 4% 4% 1% 1% 0. + 122) X 1 + (18) X 2]/1. 20%. listrados e com cor.ec. Frequência de recombinação = (24 + 26)/ e as classes 7 e 8 são resultado de um crossing over (126 + 24 + 26 + 124) = 0.041. sem 18)/1. que representariam crossing overs duplos. e (2) verifique se há ne- sia (e) e hemofilia (h). chance de que tenha discromatopsia é de 0. para determi- de 0. E preciso preparar relações de tar uma célula hospedeira.9. e a chance de que não tenha uma célula doadora para uma célula receptora nenhum dos dois é de 0.0 cM-c. Assim. e metade dos cromossomos X não recom.11 (a) Os fatores F' são úteis nas análises genéticas explicação é que a probabilidade de que o meni. A 8. para estimar a distância 8. dos cromossomos de células Hfr (Figura 8.45. quência pode ser usada . moléculas de DNA não homólogas .29 Das classes parentais. e entre ae cé (65 dos dois cromossomos. b-~c no cromossomo.ou seja. as fêmeas he- enzima que reconhece sequências específicas nos terozigotas tinham.9 Faça dois experimentos: (1) verifique se o pro- gota em repulsão para os alelos para discromatop.13 Os elementos IS (sequências de inserção) são se- cromossomos X recombinantes terá os dois alelos quências de DNA curtas (800 a 1. isto é. 8. em que são necessárias duas cópias de um gene no herde um cromossomo X não recombinante é na mesma célula. 8.33 A mulher é um heterozigoto em repulsão para os ser testada por um experimento com tubo em U alelos para discromatopsia e hemofilia . porém.da mesma maneira dois genes ligados ao X. e metade dos 8. Se especificarmos Se não for sensível à DNase nem exigir contato que o menino tem apenas um desses distúrbios. a chance de semelhante à transformação.As classes ausentes. A necessidade de contato celular pode 7.31 II-1 tem o genótipo C h/e H. plo têm de estar entre os marcadores genéticos e entre fatores F e cromossomos bacterianos.1. Se o processo for sensível à DNase. ou pode inserir seu cromossomo nantes terá os alelos selvagens desses genes.15 Cotransdução é a transdução simultânea de dois Capítulo 8 marcadores genéticos diferentes para uma única célula receptora.por exemplo.6 cM-a-14. essa fre- apropriadas.0 cM. (Figura 8. a probabilidade de que o menino herde um cro- mossomo X recombinante é de 0. nar relações de dominância. no cromossomo da célula hospedeira e permane- a frequência de filhos machos com olhos verme. é semelhante à transdução. ligação-cotransdução específicas para cada siste- trói a célula durante esse processo. processo. de ligação gênica. Usam a energia das células hos. Assim. 8. Nenhum dos seus filhos é cessidade de contato celular para que ocorra o recombinante para esses alelos. obrigatoriamente. coli. tenha discromatopsia é de 0. + + c e a b +. é ela é C h/e H.3 O bacteriófago T4 é um fago virulento. Caso haja necessida- que ele tenha hemofilia é de 0. 40% serão recombinantes para os hospedeira .6 cM. é semelhante à conjugação. mofilia. Já que as partículas de bacterió- 8.05. Os elementos IS medeiam a recombinação entre versão.resposta lisogênica. que o fago T4. Pode ocorrer em muitos sítios ao longo e aé (96 + 110) / 1.1 Os vírus reproduzem-se e transmitem os seus ge- fagos só comportam 1/ 100 a 1/50 do cromosso- nes para a prole. mo bacteriano total.21).27 (P/2) 2 • somo da célula hospedeira é um processo de re- combinação sítio-específico catalisado por uma 7. cer aí em estado latente . o mapa genético é 8. A explicação é que (F-).25 As fêmeas da F 1 têm genótipo pn +/ + g. res quaisquer é inversamente proporcional à dis- eles só se reproduzem em células hospedeiras tância entre eles no cromossomo. + b + e a + e. cesso é sensível à DNase. são parasitos obrigatórios.5 A inserção do cromossomo do fago À no cromos- 7. (b) Os fatores F' binantes terá o alelo mutante para discromatopsia são formados por excisão anormal de fatores F e a outra metade terá o alelo mutante para he.9). a celular. ou seja. deslocarem de uma posição para outra em um cromossomo ou de um cromossomo para outro. Entre os lambda pode se reproduzir e destruir a bactéria filhos machos.5 e a chance de que de de contato celular.000 = 20. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 683 7. Ao infec. e metade dos recombi. capazes de se mutante. os pontos de quebra da inversão. O crossing over entre ++ e/a b +.resposta lítica . ela é heterozi. .05. ele se reproduz e des. A distância entre b quências. Se tiver um menino. 7. só podem ser cotransduzidos pedeiras e respondem a sinais ambientais e ce- os marcadores que estão relativamente próximos. por exemplo. b e e estão próximas e na ordem b-20.400 pares de mutantes e a outra metade não terá nenhum alelo nucleotídios) transponíveis. lho-escuros será de 1/ 2 X 40% = 20%. Os vírus. A chance de que o menino tenha os dois ( c) Transferência conjugativa de um fator F' de distúrbios é de 0. 7 As mutações a. O bacteriófago ma fago-hospedeiro estudado.5. Assim. + 75) / 1. lulares da mesma forma que outros organismos A frequência de cotransdução de dois marcado- vivos.000 = 14. os pontos de permuta do crossing over du. o genótipo cromossomos de À e da E.35 Um crossing over duplo bifilamentar dentro da in. determinam cromossomos homólogos não é específico para se- que a ordem dos genes é b-a-c. 7 . dios (médio) de um filamento terá uma sequência vel demonstrar que apenas o fósforo marcado era complementar (em parte) a cada fragmento unifi- introduzido na célula hospedeira durante o ciclo lamentar do filamento complementar.000. Avery et al. empregando análises bioquímicas para mos.3 Demonstrou-se que o DNA purificado do tipo III 9. praticamente foro. (d) 68. tes apenas uma vez no genoma). 9. todos os três têm sequências de pares repe- nético era DNA ou proteína.25 Intérfase. K 9.21 (a) 89.000 8. (2) A fibra de 30 nm obser- Avery e colaboradores fizeram experimentos in vada nos cromossomos mitóticos e meióticos con- vitro. 8.9 (a) 400.13 3'-C A G TA C T G-5'.19 pro-pur-his. o DNA. produzindo 9. e ligações de hidrogênio unindo as bases complementares o s em pares de nucleotídios. foi possí. (3) Os cromossomos mitóticos e meióticos transformadora.18). 9. O DNA era suficiente para sequências de pares de nucleotídios no DNA da produzir novos fagos. Muitas das reprodutivo do vírus. e o enxofre. metafásicos).22). (c) Min B RNA unifilamentar.. virilus. Análises quí. um todo fragmento unifilamentar com 40 nucleotí- constituinte da proteína.23 A renaturação dos fragmentos de DNA satélite era suficiente para transformar células tipo II. (c) Os experimentos de Griffith não incluí. his A 9. acentuados mantidos por um "esqueleto" compos- cia responsável pela transformação. aproximado de 11 nm. 17 9. metabolicamente inativos (apresentam baixa micas mostraram a existência de uma relação 1: 1 transcrição) durante os vários estágios da conden- entre as bases orgânicas adenina e timina e entre sação na mitose e na meiose.19 (1) O nível do nucleossomo.1 (a) Os experimentos in vivo de Griffith mostraram um corpo esférico com diâmetro aproximado de a transformação em pneumococos. em sua maior par- dos estudos de difração por raios X. (c) 400. (b) Watson e I E Crick desenvolveram o modelo de uma dupla hé- lice. densados.5 (a) O objetivo era determinar se o material ge. Nos DNA satélites de D. te. 9. unidos por três liga- 59 44 ções de h idrogênio. tidos de heptanucleotídios. (b) Aproximadamente 39%. não lac é válida a relação estequiométrica existente nos 0/100 pares de bases do D NA. ORNA do TMV é unifilamentar. Assim. o dobramento ou a helicoidização ram nenhuma tentativa de caracterizar a substân. (b) Marcando o fós.5ºC. nm.000. é o material genético. um constituinte do DNA. em um vírus. DNA da banda principal. Eles também d ispunham de T H dados físicos acerca do comprimento de cada es- piral e do empilhamento de bases. poderia mediar a transformação. to de proteínas cromossômicas não histônicas (ver isolaram o DNA na forma "pura" e mostraram que Figura 9.000. Isso seria muito mais rápida que a dos fragmentos de ocorreu na ausência de células tipo III mortas. Avery et al. . são mais fortes que os pares ser~ de bases AT. 9. uma fibra com diâmetro a base molecular do fenômeno de transformação.684 Fundamentos de Genética 8. o centro conten- do um octâmero de histonas mais 146 pares de nucleotídios de DNA dispostos em 1314 voltas de Capítulo 9 uma super-hélice (ver Figura 9. ou justapostos. unidos por duas ligações de hidrogê- • D cys n10. ção ou dobramento da fibra do nucleossomo de (b) Griffith mostrou que existia uma substância 11 nm. com os filamentos rígidos de açúcar e fósforo w R formando espirais ao redor de um eixo. (b) DNA unifilamentar.17 z citosina e guanina.7 (a) O padrão em escada era conhecido a partir 9.11 Não.21 C E ~thr ~ 9.15 (a) DNA bifilamentar. cromossomos DNA. e não banda principal serão sequências únicas (presen- a proteína. ga/ 9. Os cromossomos são. ex. definiram que era o altamente condensados (p. Assim.17 O valor de Tm aumenta com o conteúdo de GC arg 63 porque os pares de bases GC. (c) Portanto. Não indicaram 11 nm. ela parece ser formada por helicoidiza- trar que a transformação era mediada por DNA. 70 9. (b) 20. apareceria primeiro em pequenos trechos do riotos. (c) Sim. L. As proteínas cromossômicas não histônicas abran- gem proteínas que regulam a expressão gênica. (d) ativi- Essa diferença significa que as purinas e pirimidi- dade de polimerase 5' ~ 3' da DNA polimerase nas com 15N têm maior densidade (massa por uni- III. 10. enquanto o DNA de E. Como o DNA moléculas de DNA do tamanho do cromossomo. na repli- tante função das histonas é empacotar o DNA em cação contínua o marcador seria incorporado a nucleossomos e fibras de cromatina.17 Em eucariotos. gradual da 3 H-timidina intracelular depois da nas cromossômicas não histônicas de diferentes transferência para meio não radioativo. tanto 3' ~ 5' quan- de crescimento. Mutações condicionais <I> e Rev1 atuam em várias vias de reparo do D NA que modificam a atividade de exonuclease 5' ~ (Capítulo 13). coli que Com frequência. Sem a líder.27 (a) As histonas foram altamente conservadas du.11 As evidências atuais sugerem que as polimerases res de RNA durante a replicação do DNA e atua a. limerase 'Y catalisa a replicação dos cromossomos vidade de exonuclease 5' ~ 3' é essencial para a organelares. por exemplo. Como os diferentes conjuntos de genes são trans. posição "pesada". que contém 15N tem densidade 2. seria de se es. a taxa de síntese de DNA em cada culas de acordo com a densidade. mento desse DNA fossem conservadas da mesma 10.compatível com o papel das histonas no empacotamento de DNA em nucleossomos. enquanto a massa aproximada de 14N é 14. 3' da DNA polimerase I são letais para a célula se 10. 12. Acredita-se que as polimerases õ (Capítulo 13).3 O 15N contém oito nêutrons em vez dos sete nêu.5% (2 das houver inatividade da exonuclease. a exonuclease 3' extremidades da linha na autorradiografia (Figu- ~ 5' retira o nucleotídio terminal incorreto antes ra 10.7 maneira. e que a polimerase a atue como primase na atividade de revisão 3' ~ 5' durante a replicação.1 (a) Atividades de exonuclease. e/ou e catalisem a síntese contínua do filamento nuclease parecem ser muito importantes. é cada tecidos. A po- a frequência de mutações seria intolerável. e o DNA de E. Uma impor. é constituído dos mesmos quatro nucleotídios e enquanto na replicação descontínua o marcador tem a mesma estrutura básica em todos os euca.15 (a) DNA girase. as duas atividades de exo. 10. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 685 9.5 Se o DNA nascente fosse marcado por exposição rante toda a evolução dos eucariotos. ~' TJ.9 Esse tipo de autorradiografia indicaria replicação critos em diferentes tipos celulares. . (c) atividade de exo- é 15. K. 0. e 87. 14 N. µ. As polimerases 13. Como essas caudas só aparecem to 5' ~ 3'.000 pares de nucleotídios por minuto. (e) atividade de exonuclease 3' ~ 5' da DNA dade de volume) que aquelas com 14N. À.a. sada por DNA ligase). forquilha de replicação é de aproximadamente coli. grandes cromossomos eucarió- contém 14N tem densidade de 1. 10. sobrevivência da célula. síntese descontínua do filamento atrasado. vez menor a quantidade de 3 H-timidina incorpo- rada ao DNA em cada forquilha de replicação.5% (14 das 16 moléculas de DNA) estarão na trons existentes no isótopo normal do nitrogênio. a massa atômica aproximada de 15N 10. grandes e pequenos camente igual em todos os tipos celulares de uma espécie . nuclease 5' ~ 3' da DNA polimerase I. õ e/ou e são necessárias para a replicação do em vias participantes do reparo do DNA lesado DNA nuclear. Capítulo 10 Isso produz autorradiografias com densidade de- crescente dos grãos nas caudas em cada ponto 10. A ati. A composição histônica é basi. A exonuclease 5' ~ 3' é responsável pela remoção de iniciado.13 Não haverá DNA na posição "leve". à 3 H-timidina por períodos muito curtos. seria de se esperar que as proteínas que DNA nascente (antes da ligação covalente. a replicação filamento nascente de DNA durante a síntese. (b) A exonuclease 3' ~ 5' "revisa" o em uma extremidade de cada linha. A' medida que há diluição perar a heterogeneidade em algumas das proteí.710 g/cm3 • ticos contêm de 107 a 108 pares de nucleotídios. A replicação houver um erro de pareamento de bases na ex- bidirecional produziria essas caudas nas duas tremidade 3'-0H do iniciador. Portanto. 10. Se é obrigatoriamente unidirecional. catali- desempenham um papel estrutural no empacota. A centri- polimerase III.724 g/cm3 .31).500 a 3. unidirecional do DNA. fugação de equilíbrio por gradiente de densidade em CsCl 6M separa o DNA ou outras macromolé. (b) As proteínas cromossômicas não his- tônicas apresentam a maior heterogeneidade na Dois Mais dois cromatina de diferentes tecidos e tipos celulares Nos cromossomos de um organismo. que seja retomada a polimerização. 16 moléculas de DNA) terão densidade "híbrida".. de 1. (b) primase. 10. 21 (a) A replicação por círculo rolante começa quan. 10. enquanto a maioria dos têm papéis essenciais na regulação da expressão . o nucleossomo seria remontado depois como intermediário na síntese de proteínas. mantendo-os divisão celular. e (5) os miRNA origens de replicação. o que exige atividade telomerase. acrescen- filamento atrasado requer a nova iniciação de tadas às moléculas de DNA em replicação pela cada fragmento de Okazaki. ria dos cromossomos procarióticos é circular e. (b) A síntese descontínua do nações especiais chamadas telômeros. há timina no DNA. Por fim.33B). O A solução mais óbvia para esse problema seria RNA armazena e transmite as informações gené- a desmontagem total ou parcial do nucleosso- ticas em alguns vírus que não contêm DNA. a replicação provavelmente inclui uma des- 10. (2) Os tRNA levam aminoácidos até os ri- ra 10. mas alguns DNA são unifilamentares e do DNA eucariótico em nucleossomos suscita a alguns RNA são bifilamentares. ao passo que os eucariotos usam duas ou cromossomos grandes com velocidade suficien. tém o açúcar 2-desoxirribose. uma molécula unifila- truturas macromoleculares. contêm uracila. Na maioria das vezes. 10. tos.19 Não.. têm timina. células que têm DNA e RNA: (1) o mRNA atua Então. lômeros causa instabilidade cromossômica e há dização negativa no DNA de E. RNA. duz um grupo 3'-0H livre em uma extremidade portanto. coli com mutações polA que à medida que os replissomos se movem ao longo eliminam a atividade de exonuclease 3' ~ 5' da das moléculas de DNA parentais. Linhagens de E.1 (a) ORNA contém o açúcar ribose. de cromossomos eucarióticos requer a desmon- tagem parcial e remontagem dos nucleossomos 10. o DNA con- 10. 10.25 A proteína DnaA inicia a formação da bolha de re. (3) Os procariotos usam do principalmente nos cromossomos (com uma dois complexos catalíticos que contêm a mesma parte nas organelas citoplasmáticas. uma enzima específica que contém da DNA primase. Em procario- DNA polimerase I terão alta taxa de mutação. (3) As molé- nas células de procariotos. bossomos e atuam no reconhecimento do códon 10. forquilhas de replicação guie o processo de de- senrolamento porque a tensão super-helicoidal Capítulo 11 é reduzida pelo desenrolamento dos filamentos 11. A DNA girase catalisa a super-helicoi. mas é restrita à fase culas de rRNA são componentes essenciais dos S do ciclo celular em eucariotos.23 A DNA helicase desenrola a dupla hélice de DNA. Nas mo para possibilitar a passagem do replissomo. (5) A maio- dupla hélice de DNA circular. átomos de hidrogênio no carbono 2. . e acredita-se morte celular em razão da deleção de genes essen- que essa super-helicoidização negativa atrás das ciais perto das extremidades dos cromossomos. (c) O DNA está localiza- origem de replicação. o RNA é. como mito- .27 Os nucleossomos e replissomos são grandes es- com maior frequência.29 (1) A replicação de DNA geralmente é contínua durante a síntese de polipeptídios. ções termossensíveis no gene do dnaA não iniciam porém. montagem/remontagem parcial semelhante de do uma endonuclease cliva um filamento de uma estruturas similares ao nucleossomo. . que tem apenas plicação por ligação às repetições de 9 pb de OriC. com a mutação estl tornam-se mais curtos a cada cobre os filamentos desenrolados. e algumas de RNA con- a replicação de DNA em temperaturas restritivas. coli. Algumas moléculas de DNA. le- da passagem do replissomo.686 Fundamentos de Genética Uma única forquilha de replicação não seria DNA polimerase para replicar o filamento líder e capaz de replicar o DNA gigante em um desses atrasado. (4) Os snRNA são importantes com- dos cromossomos eucarióticos contém múltiplas ponentes dos espliceossomos. não tem extremidades. lula para outra e de uma geração para outra. para os ribossomos (locais de síntese de proteí- possibilitando a passagem do replissomo (Figu- nas). ( 4) A replicação observados. O RNA ge- Sabe-se que a proteína DnaA é necessária para o ralmente tem a base uracila nas posições onde processo de iniciação porque bactérias com muta. cromossomos procanot1cos contem uma un1ca gênica (Capítulo 19). que tem um complementares. Um modelo popu- vando as informações do DNA nos cromossomos lar é de desmontagem parcial do nucleossomo.31 Os cromossomos de células haploides de levedura e a proteína de ligação ao DNA unifilamentar re. grupo hidroxila (OH) no carbono 2. a perda completa de te- estendidos. três DNA polimerases diferentes para a síntese te para possibilitar os tempos de geração celular dos filamentos líder e atrasado. A maioria dos do filamento cortado. . possibilitando que este atue cromossomos eucarióticos é linear e tem termi- como um iniciador. Essa clivagem pro. (2) A maioria ribossomos. e o empacotamento men tar. (b) A principal dúvida sobre o mecanismo pelo qual um replis- função do DNA é armazenar informações gené- somo pode ultrapassar o nucleossomo e replicar ticas e transmitir essas informações de uma cé- o DNA do nucleossomo durante esse processo. . o DNA é uma dupla hélice (molécula bifilamentar). o processamento do transcrito é cipa da formação de ligação durante a excisão do restrito à excisão de sequências terminais nos pro- .25 Os transcritos primários de eucariotos sofrem proteínas de eucariotos superiores quase sem. essa propriedade não é tágios: iniciação da cadeia. Transcrito primário \ / ~0 1 \). Peque. os eucariotos lntronl Íntron2 Íntron3 de!. ades- nos RNA nucleares são componentes estruturais coberta dos vírus tumorais de RNA ou retrovírus dos espliceossomos. das informações genéticas .15 toda a célula.27 Em eucariotos. o suposto íntron de GU 5' a 11. AG 3' e sequência in- às terminações 5'. Também há algu- ma síntese proteica em organelas citoplasmáticas DNA de éxon unifilamentar deslocado ("alças R"} como cloroplastos e mitocôndrias. As moléculas de to de DNA. mas não tem A interna para edição do RNA. eucariotos... e finalização da cadeia. 11. RNA e proteínas requer a sín- 11. -~ DNA e RNA ribossômico. as restrita ' . 11. elas repre. prote1nas. riotos.11 Os íntrons de genes nucleares codificadores de 11. Os micro-RNA participam da re. de códons de trinucleotídios em uma molécu- la de mRNA especifica a sequência linear de 11. DNA pela enzima transcriptase reversa depois que cessário para a síntese de polipeptídios./ / ' ""' 11. Em geral. RNA. a A subterminal 3' na "sequência mRNA e transcritos primários ocorre em euca- TACTAAC" é totalmente conservada. alongamento da cadeia . cariotos. ao passo que as proteí- .17 Supondo-se que haja uma sequência -35 na região 5' vam informações genéticas dos cromossomos em relação à sequência de consenso -1 Oda molécula (onde são armazenadas) até os ribossomos no de DNA. a sequência nucleotídica do transcrito RNA transportador são pequenas (cerca de 80 será 5'-ACCCGACAUAGCUACGAUGACGAUA-3'. Ela contém as sequências de ín- íntron.13 (a) Sequência 5. citoplasma e fixada à extensa malha membraná- cea de retículo endoplasmático. .19 Supondo-se que haja uma sequência CAAT na re- aminoácidos nos polipeptídios produzidos du. Os vírus tumorais de léculas de RNA ribossômico garantem parte da RNA armazenam as informações genéticas em estrutura e função dos ribossomos.criou uma exceção ao nes nucleares. . as informações genéticas são arma- AG 3' foi removido. t Éxon1 xon2 ticos têm RNA mensageiro. enquanto o RNA está em 11. essa A parti. DNA para o RNA e do RNA para as proteínas du- cimento do códon durante a tradução.. mostra que as moléculas de RNA também podem Os três processos podem ser divididos em três es- conter sítios catalíticos. dogma central. as informações gené- transportam aminoácidos para os ribossomos ticas são armazenadas no DNA e transferidas do e responsáveis pela especificidade de reconhe. zenadas no DNA nuclear. a maior parte dos ribossomos está no "" t ' "<J-º<:< DNA D:A de À lltrof]l Éxon2 íntron2 Exon3 intion3 de '). Já os transcritos eucarióticos geralmente são modificados por ( 1) excisão de sequências de 11. (b) 5'-UAGUCUCAA-3'. As moléculas de RNA mensageiro le. Portanto. intron. Nos . 11. as sequências de al- de ligação para excisão do íntron. B contêm pequeno RNA nuclear (snRNA) e mi- cro-RNA. a maior diferença entre AG. maior processamento pós-transcrição que os de pre começam (5' ) com GT e terminam (3') com procariotos. nucleotídios de comprimento) moléculas que 11.23 A síntese de DNA. que excisam sequências de . (3) acréscimo de caudas poli(A) terna UACUAAC que oferece um possível sítio às terminações 3'. Portanto. rante a expressão gênica.7 Tanto organismos procarióticos quanto eucarió. gulação da expressão gênica.. A sequência 4 guns transcritos eucarióticos são modificadas por tem GU 5' e AG 3'. Além disso. e essas informações são copiadas para o sentam uma parte importante do aparelho ne. A sequência linear GACAUAGC-3'. 11.5 A síntese proteica ocorre nos ribossomos. Além disso.9 A "autorrecomposição" de precursores de RNA tese de longas cadeias de subunidades repetidas. o vírus infecta a célula hospedeira. DNA unfilaTentar deslocado ("alça R"} 11. As mo.21 Segundo o dogma central.retro por causa da direção retrógrada do fluxo ín trons não codificadores de transcritos de ge.3 3'-GACTA-5'. a sequência nucleotídica do transcrito será citoplasma (onde as informações são expressas 5 '-ACCCGACAUAGCUACGAU GACGAUAAGC durante a síntese proteica). (2) acréscimo de caps de 7-metilguanosina trons conservadas: GU 5'. gião 5' em relação à sequência TATA nesse segmen- rante a tradução desse mRNA. RNA transportador DNA Exon4 \ de t. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 687 côndrias e cloroplastos). Além disso. o sítio de ligação durante a excisão do íntron. é o local de ligação do primeiro por dois ou mais códons. entre o número de alelos de um gene e seu e nos ribossomos no citoplasma no experimento tamanho em pares de nucleotídios. (2) ção da sequência nucleotídica for considerada um repetição do experimento. Por- CAAT geralmente estão centralizadas nas posições tanto. A "degeneração parcial" ' ocorre quando a terceira base do códon pode ser 11. Elas são responsáveis pela cações para os polipeptídios? A princípio. Mas se for não radioativo por aproximadamente uma hora. necessário que a modificação da sequência nu- Depois. pode não haver corre- as cadeias de RNA no sítio usado in vivo. mas não uma relação cultura forem marcadas com pulso de 3H-uridina direta. mas dessa vez com alelo diferente. constituídas de aminoácidos unidos por o envoltório nuclear . (b) O código é dito ordenado por- tese de produto gênico inativo. A radioatividade para que seja considerada um alelo distinto.7 (a) O código genético é degenerado porque to- responsável pelo posicionamento do ponto de iní. Portanto. especificados por seis códons diferentes. no citoplasma. exceto 2. -35 do promotor. que é lação entre o tamanho do gene e o número de determinado pela posição das sequências -1 O e alelos que modificam o fenótipo. as informações genéticas na maioria dos organis- cação por pulso) e pulse-chase (pulso e busca) mos vivos. As sequências TATA e de 4 e (4) 2 ou 16 códons. (b) 20. cido.os intermediários rimento é dividido em duas partes: (1) marcação essenciais por meio dos quais os genes controlam de células eucarióticas por cultura em 3H-uridina os fenótipos de organismos vivos. O DNA armazena e transmite 11. nótipo do organismo. nitrogênio. hidrogênio. cial para os geneticistas porque as proteínas são depois.33 Sequências TATA e CAAT. A "degeneração completa" ocorre quando a 11.31 A primeira preparação de RNA polimerase pro. Nos genes eucarió- vavelmente não tem a subunidade sigma e. Se toda varia- tividade incorporada ou autorradiografia. ou seja.1 As proteínas são moléculas longas. (c) (20) 146 • de início (+1) da transcrição. A relação é de pulse-chase. dos os 20 aminoácidos. As proteínas são compostos de polipeptídios sem algum tipo de intermediário de carbono.5 (a) Os códigos simples e duplo criam um máximo 11. que códons semelhantes (códons que têm apenas . são especificados cio da transcrição. guanina e timina).poderiam dirigir a síntese ligações peptídicas. respectivamente.37 Esse zigoto provavelmente será inviável porque o terceira base do códon pode ser qualquer uma das produto gênico é essencial e é quase certo que a quatro bases e o códon ainda especifica o mesmo eliminação do sítio de recomposição 5' leve à sín. O DNA é constituído de nas marcados e autorradiografia para demonstrar fosfato. citosina. Alguns aminoácidos são fator de transcrição basal que interage com o pro. A segunda preparação provavel.29 Um experimento simples de pulse-labeling (mar. localização da radioatividade incorporada cleotídica altere o produto gênico ou o fenótipo por meio da autorradiografia. ainda que não haja modificação acréscimo de excesso de uridina não radioativa do produto gênico e do fenótipo do organismo ao meio de cultura das células depois do período mutante. A síntese proteica tem interesse espe- demonstra que o RNA é sintetizado no núcleo e. proteica. inicia a síntese de cadeias de RNA em sítios nos íntrons geralmente são neutras. no caso de genes mente contém a subunidade sigma e só inicia eucarióticos com íntrons. os pes- atividade enzimática e por grande parte da estru- quisadores usaram precursores de RNA e proteí- tura de organismos vivos. A sequência TATA é 12. nos quais a maio- 11. as modificações da sequência nucleotídica isso. nenhum código seria capaz de especificar -30 e -80. 12. em relação ao ponto todos os 20 aminoácidos. aminoácido.35 As vezes a edição de RNA leva à síntese de dois ou uma das duas purinas ou uma das duas pirimidi- mais polipeptídios diferentes a partir de um único nas e o códon ainda especifica o mesmo aminoá- mRNA. que estão separados dos sítios 12. o número de alelos estará diretamente de marcação. semelhantes a de síntese proteica por uma membrana dupla - cadeias. respectivamente. por ticos. have- estará localizada no núcleo quando as células em rá uma correlação positiva. 12. os produtos gênicos primários .3 Isso depende da definição de alelos. durante alguns minutos e localização da radioa. ou base 3' dos códons. Esse expe. A dege- motor. ria dos genes não tem íntrons. não aleatórios ao longo de ambos os filamentos do afetam a atividade do produto gênico nem o fe- DNA de argH. Capítulo 12 Como os genes. oxigênio e que levasse do núcleo até o citoplasma as especifi- geralmente enxofre. mais provável em procariotos. aguardando o crescimento em meio relacionado com o tamanho do gene. A sequência CAAT promove a eficiência da neração ocorre principalmente na terceira base iniciação da transcrição. o açúcar pentose 2-desoxirribose e quatro que a síntese de RNA ocorria no núcleo e a síntese bases orgânicas nitrogenadas (adenina. transportado para o citoplasma.688 Fundamentos de Genética nas são sintetizadas em ribossomos no citoplasma. Crick propôs que o pareamento de ba- ramente alteram a função de uma proteína.19 (a) Inosina. AUU e GUU especificam os aminoácidos de 12. RF-1 finaliza os polipeptídios em mações genéticas dos cromossomos (onde são resposta aos códons UAA e UAG.29 (a) Ribossomos e espliceossomos têm papéis es- o normal e. químicas muito semelhantes. procariotos. substituições res de bases com dois ou três códons de mRNA de valina por leucina ou de leucina por valina ra- diferentes. em eucariotos. lhantes em procariotos e eucariotos. Estão plexo faz o exame processivo do mRNA e inicia localizados principalmente no citoplasma celular. (2) Em pro- ma. zação da cadeia. His ~ iniciação forma-se na extremidade 5' do transcrito Pro exigiria uma transversão (não induzida por 5-bromouracila). os códons Tabela 12. Assim.21 A tradução ocorre por mecanismos muito seme- talmente universal. a tradução (com algumas exceções) na sequência Nas bactérias. Em eucariotos. o grupo amino do iniciador metionil- dos ao retículo endoplasmático. para a finali- 12. esse gene codificaria no máximo 65 mento de códon durante a tradução. tuições por aminoácidos muito semelhantes. Em (onde as informações são expressas durante a sín. (c) O código parece ser quase to. (b) Dois. 12. Os ribossomos tRNAfMet é formilado. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 689 uma base diferente) especificam aminoácidos qui. senciais na expressão gênica e são ambos estrutu- ção" nesse local. Por exemplo.11 Os ribossomos têm diâmetro de 10 a 20 nm.25 426 nucleotídios . o grupo ami- são estruturas complexas constituídas de mais de no de metionil-tRNA.27 (a) Códons semelhantes frequentemente especi- a formação de um complexo aminoácido-AMP a ficam aminoácidos iguais ou muito semelhantes. respectivamente.2). ses entre a base 5' do anticódon no tRNA e a base 3' do códon no mRNA era menos rigoroso que 12. Então. sequência complementar próxima da extremida- de 3' do rRNA 16S.23 Supondo-se 0. A sequência linear de códons de três códons de término. esse gene conteria 200/3 = 66. um gene de 68 nm de comprimento con- polipeptídio(s) produzido(s) durante a tradução teria 200 pares de nucleotídios. Em vista do código desse mRNA As moléculas de RNA transportador triplo. e um deles especificaria obrigatoriamente a que transportam aminoácidos para os ribossomos finalização da cadeia. a ini- ras que alteram a leitura de determinados códons ciação da tradução inclui pareamento de bases (com baixa eficiência na maioria dos casos) e o entre uma sequência conservada (AGGAGG) .15 Uma aminoacil-tRNA sintetase específica catalisa 12. A mesma enzima então frequentemente resultam na síntese de proteínas catalisa a formação do complexo aminoacil-tRNA. As ligações aminoácido. ( 1) Em procariotos. eucariotos.9 His ~ Arg é resultado de uma transição. o complexo de 12. há algumas diferenças. As moléculas aminoácidos. muitos ribossomos estão liga. possibilitava alguma "oscila. (3) Em 1 50 polipeptídios diferentes e três a cinco molécu. RF-2 finaliza as armazenadas) até os ribossomos no citoplasma cadeias em resposta aos códons UAA e UGA.34 nm por par de nucleotídios no pecifica a sequência linear de aminoácidos no(s) B-DNA. ras macromoleculares complexas constituídas de te reconhece dois ou três dos códons semelhantes moléculas de RNA e proteínas. elas representam uma 12. as substituições de apenas um par de bases beração de pirofosfato). a finalização da cadeia. 12. um único tRNA geralmen.7 trinucleotí- são pequenas (cerca de 80 nucleotídios) moléculas dios. 12. são necessários dois fatores de libera- las diferentes de RNA. AUG mais próxima da terminação 5'. que são proteínas solúveis. Nos eucariotos. idênticas (degeneração) ou proteínas com substi- com liberação de AMP. isoleucina e valina. no entanto.no mRNA e uma tocôndrias de leveduras e seres humanos. partir do aminoácido apropriado e ATP (com li. cariotos. tídio parcial.13 As moléculas de RNA mensageiro levam infor. trinucleotídios em uma molécula de mRNA es. CUU. estrutura semelhante. estão basicamente livres no citoplas. quando uma proteína de ligação ao cap interage com a 7-metilguanosina no mRNA. de RNA ribossômico garantem parte da estrutura e função dos ribossomos. um fator de liberação responde aos tese proteica). ambas têm grupos laterais apolares e dobram-se basicamente nas 12.a uso de UGA como um códon de triptofano em mi. o com- 12. Logo. (b) AMP e aminoacil-tRNA são ligações fosfato de alta Leucina e valina têm estruturas e propriedades • energia. (b) Os ribossomos . sequência de Shine-Dalgamo . Desprezando-se o trinucleo- e responsáveis pela especificidade de reconheci. Portanto. leucina.3 X 141 = 423 aminoácidos es- parte importante do mecanismo necessário para a pecificadores mais três (um códon) especificando síntese de polipeptídios. As exceções conhecidas à uni.17 A hipótese da oscilação de Crick explica como o mesmas estruturas tridimensionais quando pre- anticódon de determinado tRNA pode formar pa- sentes em polipeptídios. especificadores de determinado aminoácido (ver micamente semelhantes. ção (RF). portanto. versalidade são linhagens com mutações supresso.Met não é formilado. por um gene dominante. E preciso que a 5-bromouracila seja in- cia esporádica da doença e a tendência de persis. pode-se fazer o re. Por outro lado. portanto.l. 13. esteja o ça. Ácido glutâmico -GAA~ -GAA~ +-CTT. (b) O bloqueio provocaria o acúmulo de 12. Os ribossomos são maiores e mais complexos ambiente. que é o inverso do que produziu a mutação. Lembre-se .Já pode-se presumir que é hereditária e determinada as mutações espontâneas abrangem a transversão. Se a característica for expressa depois do tratamento com 5-BU. Mu tação Capítulo 13 Valina -GUA~ -GTA~ 13.23 (x+ m+ z) (x+ m+ z+) (x m+ z) (x m z+) ou equivalente.Filamento transcrito .33 Não. (b) Normal: 5'-AUGCCGUACUGCCAG diferentes. os espliceossomos. leucina.1 (a) Transição.11 Se genes mutacionais e antimutacionais opera. para um organismo específico em determinado cleo. e 13. (f) Lisina --MA~ -AAA~ transição. 6%. A substituição Leu (CUA) . dos filhos de sexo masculino tem a doen. 12.17 Mutações: transições. pode ser considerado Gln-Leu-Thr-Ala-Lys-Glu-Gln-Leu. a 13. as taxas em células humanas e bacterianas seriam semelhantes. serina. em metade da prole do retrocruzamento. rosina. termos de gerações celulares. no nú. Portanto. 13. prova. ao passo que a 5-bro- recessiva.7 O gene ligado ao X é transmitido pelas mães. tirosi. que os espliceossomos. constante de novos genes defeituosos aos já exis.5 Provavelmente não. 13. 13. a expressão tende a saltar gerações em mouracila não afeta o DNA em replicação. glutamina e lisina Aminoãcido mRNA DNA pela substituição de apenas um par de bases em cada caso. frequente. O ser humano é maior que 13. mas uma linhagem familiar e os homens portadores atua durante . Pro (CCA) ocorre por transição de um único par rem no mesmo sistema vivo.31 (a) Mudança de matriz de leitura por inserção de velmente a herança é recessiva simples. por mutação. a seleção natural de bases.33 (UAG). (b) método ligado ao X (veja o 13. 13. há acréscimo ção para induzir erro de pareamento de bases e. E dificil acompanhar essa doença em estudos DNA em replicação ou não. ácido glutâmico.690 Fundamentos de Genética estão no citoplasma.3 (a) Método ClB. a replicação. Se induz por meio de estímulo do processo de transi- a característica for expressa na primeira geração. causando transições do gene morrem.25 Transições. 13.5-BU ~ 13. genético complexo que o teste simples usado nos 13. matriz de leitura. GC ~ AT.19 3%. um resultado que seria esperado em várias expressões fenotípicas diferentes.31 Met-Ser-Ile-Cys-Leu-Phe-Gln-Ser-Leu-Ala-Ala-Gln. tentes na população. 1 e 11Q nucleotídios a partir da extremi- dade 5'. mutações. Apenas as trocruzamento dos carneiros da Fl com o genitor transições espontâneas têm reversão aumentada de pernas curtas.5-BU Ser (UCA) pode estabelecer uma taxa de mutação ideal requer transição de dois pares de bases. enquanto Leu (CUA) .9 O carneiro de pernas curtas pode ser cruzado 5-BU pode reverter quase todas as mutações que com animais de pernas longas sem parentesco. inclusive a transição. 4%. se não a mudança de matriz de leitura. A substituição leucina ~ prolina seria mais experimentos não é capaz de identificar. 13. Mutante: 5'- vezes para testar a hipótese de dominância. (e) mudança de matriz de leitura. tipos de mutação. Mutante: NH2- ambiental ou dependente de algum mecanismo Met-Pro-Val-Leu-Pro-Ala-Asn-Cys. (b) transição.13 (a) Sim. No AUGCCCGUACUGCCAGCUAACUGCUAAAGA caso em que a característica não for transmitida ACAAUUA-3'. (d) . eles podem ser cruzados repetidas CUAACUGCUAAAGAACAAUUA-3'. (c) transversão.27 O ácido nitroso atua como mutágeno. 13. tem mais células e vida mais longa. Uma explicação para a ocorrên. corporada ao DNA durante o processo de replica- tência do gene é que. Se forem obtidos dois carneiros de pernas curtas de sexos ºº e no 92 . transversões e mudanças de Capítulo 6). fenilalanina e a diminuição da quantidade de ti- Asp-Arg-Pro-Gly. Esse é o único códon sem sentido relacio- nado com os códons de triptofano.29 A 5-BU causa transições GC ~ AT. +-TTI- 13.-+-CAT- Mutação transversão. 13. (c) Normal: NH2-Met-Pro-Tyr-Cys- à prole desses cruzamentos. a deleção e outros aparecer na primeira geração. ção. uma bactéria.15 na. metade .21 O iodo radioativo é concentrado nos organismos Se as frequências de mutação forem calculadas em vivos e nas cadeias alimentares. e produz transições de heredograma porque o gene é de natureza de A para G ou de C para T.+. A prole femini- -CCX'~ -UCX'~ na do cruzamento de fêmeas de olhos brancos e . Não há produto ácido nitroso. e não olhos vermelhos de mRNA e em cada trinca de pares de bases no de tipo selvagem como no primeiro cruzamento..i .23B). Eles são hemizigotos. a mutação 7 está em outro gene. apenas um gene ou plasma comum na configuração trans e se deter. constituída de heterozigotos trans. seja a base presente no códon ele ainda especifi- Heterozigoto trans cará a glicina. GAG-UGG-AUG-3'. Como o DNA indica que há degeneração completa na heterozigoto trans tem fenótipo mutante. Quando há complementação. resultando em fenótipo mutante (ver toplasmo estranho. (b) E ~ mentarão. terceira base do códon de glicina. e o ácido nitroso não induz Cromossomo X 1 transversão.41 Dois genes. Capítulo 14 13.37 Substituições Tyr---"'> Cys. o fenótipo é mutante. A introdução de moléculas de Figura 13. 6 e 8 estão em um gene.i . o DNA recombinantes é mais semelhante à mutação heterozigoto trans tem fenótipo selvagem. Qualquer que white e white cherry. 4.23A). ca na célula. estão no mesmo gene. .. se for possível a ex- heterozigoto trans especificarão produtos gênicos pressão do gene (ou genes) introduzido no pro- anômalos. a substituição de Tyr por Cromossomo X Cys requer uma transição.1 (a) Ambas introduzem nova variabilidade genéti- que se insiram pares de mutações em um proto. A substituição de Tyr por Ser exigi. as duas mutações se comple. os produtos .i machos de olhos vermelhão tem olhos vermelhos. 3. ~GX- Heterozigoto trans -CCX'~ -CUX'~ w Produto gênico v+ . Mas se as duas mutações estive- cie muito diferente. +-gênico ativo (w+) 1 ria uma transversão. 5.i .i gênicos v+ e w+ são produzidos no heterozigoto trans . 14. as mutações 1. um pequeno segmento de DNA representando mine se os heterozigotos trans produzidos têm uma pequena fração do genoma total é modifica- fenótipo selvagem ou mutante. 13. Portanto.i Polipeptídio: Gly Asn ou Lyz A prole feminina do cruzamento de uma fêmea de olhos (dependente de X) brancos e um macho de olhos branco-cereja tem olhos Nota: O X na terceira posição em cada códon cereja-claros (fenótipo mutante). O teste por duplicação (veja o Capítulo 6) que aos outros de complementação ou trans pode ser usado para tipos de mutações. (b) (1/ 4) 6 = 1/4. w 13.35 Sim: somo X herdado da mãe.i Cromossomo X ~ mRNA: GGX GAX do genitor 9 1 • . .3 (a) (1/ 4) 4 = 1/256.i o fenótipo selvagem. Se estiverem em do ou acrescentado ao genoma. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 691 de que a 5-bromouracila (5-BU) induz apenas Como as mutações de interesse estão ligadas ao transições (ver Figura 13. ~GX- -CCX'~ -UUX'~ A complementacão produz fenótipo selvagem. . portanto. duas mutações. Já a prole feminina é DNA: ~GGX. 2. dos genes do organismo continua idêntica. se originadas de uma espé- Figura 13. mRNA: GGX AGX . .i .7) . que é induzida pelo do genitor 9 1 1__ . resulte em um novo produto rem no mesmo gene. A grande maioria genes diferentes. com um cromos- 13. sexo. porque as cópias selvagens de cada mais provável que a introdução de moléculas de gene especificam produtos gênicos ativos (ver DNA recombinantes. Nos dois casos. ~GGX. toda a prole masculina terá fenótipo igual ao da mãe. do genitor e! 13.i '---------------- Polipeptídio: Gly Asp ou Glu ------- ou (depen den te de X) Cromossomo X do genitor e! V ~ ' Produto gênico w+ DNA: ~GGX..43 O teste de complementação para alelismo requer 14. verificar se duas mutações recessivas estão localiza- das no mesmo gene ou em dois genes diferentes. como ilustra o (depen den te de X) diagrama a seguir: ou DNA: ~GGX.i . as mutações white e Polipeptídio: Gly Ser ou Arg vermilion estão em genes diferentes._. mRNA: GGX AAX .096.i . as duas cópias do gene no gênico funcional na célula.39 5' -UGG-UGG-UGG-AUG-CGA ou AGA-GAA ou Não há produto gênico w+.. um dos íntrons contém um sítio de clivagem para ticamente qualquer gene ou sequência de DNA de Hindi.um grupo de sítios de clivagem zá-lo em células ou tecidos do organismo. o MCS presente no plasmídio Bluescript atuem como um tipo de sistema imune primitivo II mostrado na Figura 14.que poderia ser absorvido do gene CF tl. é possível sintetizar pelo microrganismo.508 mutante. oligo-tl. os geneticistas são capazes de identifi- nicas é a classe de macromolécula separada duran- car os tecidos em que o gene é expresso. à sua caracterização estru. peptídio codificado por um gene. a transferência de um gene e do nosso conhecimento do código gené- • • • A • macromoléculas (DNA. os genet:Ic1stas conseguem prever a sequencia tivamente) separadas por eletroforese em gel para de aminoácidos do polipeptídio codificada pelo um suporte sólido . nos microrganismos que as produzem . Veja. o que ausentes em clones de sequência completa de torna possível identificar sua sequência de pares cDNA de gln2. quanto mais sítios de clivagem para endonuclease tes no explosivo progresso ocorrido no campo da de restrição estão presentes . Veja uma demons- riores contém sequências de íntrons não codifica. No procedimento descrito. do vetor de clonagem por clivagem pela mesma é possível sintetizar iniciadores de PCR oligonu- enzima de restrição originalmente usada para clo- cleotídicos e usá-los para amplificar por PCR esse ná-lo. sequências de mRNA e.F= 3'-TTCTTTTATAGTA-ACCACAA-5' (o critos primários para produzir mRNA maduros. foco: Detecção de um gene mutante causador de tes nos clones genômicos.5 As técnicas de recombinação do DNA e clonagem 14. Se um fragmento de Hindi. por 14.13 O gene gln2 do milho contém muitos íntrons. as simples para várias diferentes endonucleases de tecnologias de recombinação do DNA e clonagem restrição em uma região não essencial do vetor na gênica são métodos muito eficientes para o estudo qual se pode inserir o DNA estranho.ou seja.para análise comple- gene como sonda de hibridização em análises por mentar.oligo-N = 3'-CTTTTATAGTAGAAACCAC-5' e são removidas durante o processamento dos trans. também estão dade de determinado gene na forma pura. com detecção de cada alelo de CF 14. na sequência de aminoácidos prevista de um poli- RNA em Northern bwts e proteína em Western bwts. portanto. mas não em clones de fibrose cística. Em condições de hibri- dização muito rigorosas.protegen- do seu material genético contra a "invasão" por 14. As sequências de íntrons (e. tração da utilidade desse procedimento em Em doras. pode-se excisar esse fragmento rose. Northern e Western laboratório). Essas sequências de íntrons estão presen. presente por autorradiografia. o interesse e procedam . tipla" (MCS) .692 Fundamentos de Genética 14.15 (a) Os métodos de Southern. Portanto.3.508 são conhecidas.maior é a utilidade biologia durante as três últimas décadas.508). do controle genético de quase todos os processos quanto maior é a complexidade do MCS . podem ser usados para um "sítio de polylinkei' ou "sítio de clonagem múl- identificar o verdadeiro produto do gene e locali.9 Um DNA estranho clonado com auxílio de uma somente com o alelo de CF com o qual tem per- enzima que produz extremidades complementa- feita complementaridade. Esses métodos tiveram papéis importan. e gênica possibilitam que os geneticistas isolem pra.II. A partir da sequência nucleotídica de bwt têm uma etapa em comum. Assim.geralmente uma membrana gene.II. Como as sequências do res monofilamentares sempre pode ser excisado gene CF que ladeiam o sítio tl. por sua vez. E claro que esses micror.7 Acredita-se que as endonucleases de restrição exemplo. empre- cDNA. travessão indica os nucleotídios deletados no alelo . transferido para membranas de náilon e hi- de Hindi. será ladeado no clone Blue- e seus parentes. Com base te a etapa de eletroforese: DNA em Southern blots. de nucleotídios ("sequenciar o gene" no jargão de 14.II contendo seu segmento do DNA obtido a partir de pequenos gene favorito foi clonado em DNA vetor Bluescript explantes teciduais de supostos pacientes com FC clivado por Hindi. Em seguida. alelo (normal e tl.11 A maioria dos genes de vegetais e animais supe. biológicos. portanto. do vetor para clonagem de uma grande variedade de diferentes fragmentos de restrição. os geneticistas po- dem sintetizar oligopeptídios e usá-los para produzir 14.II. respec- t:Ico. dicas marcadas.II por digestão do clone Bluescript com bridizado com as respectivas sondas oligonucleotí- endonuclease Hindi. E possível obter grande quanti. porque os cDNA são sintetizados a partir garam-se duas sondas oligonucleotídicas sintéticas de moldes de mRNA e as sequências de íntrons . sítio de clivagem para Hindi. Em geral. cada sonda hibridiza-se 14.19 Como se conhecem as sequências de pares de DNA estranho de vírus ou outros patógenos ou nucleotídios tanto do gene CF normal quanto por DNA do ambiente . o DNA amplificado script recombinante por sítios de clivagem para pode ser separado por eletroforese em gel de aga- Hindi. (b) A principal diferença entre essas téc- Narthern bwt. oligonucleotídios marcados e usá-los como sondas ganismos não têm um sistema imune sofisticado de hibridização para detectar a presença de cada como os dos animais superiores (Capítulo 20).II. Com o aUXI1io de um subclone apropriado do de nitrocelulose ou náilon .17 Todos os vetores de clonagem modernos contêm anticorpos que. RNA e proteínas.II) estão ausentes em tural e funcional. comprimento de fragmento de restrição) é uma gem de Shigella dysenteriae resistente à canamicina. mostrados adiante: de interesse diretamente dos centros de estoque de DNA.para analisar o DNA de pa. parado a partir de um conjunto de clones de DNA teca genômica em um vetor de expressão como o genômicos coincidentes. As VNTR são RFLP particularmente úteis empre- 2. sequência) é uma sequência exclusiva de DNA 14. distâncias físicas reais . Nucleotídio: 1 10 Pai e mãe eram heterozigotos para o alelo normal de CFe o alelo CFÃ. a expectativa é de que um quarto das crianças citogenéticos são fundamentados na morfologia seja homozigoto para o alelo mutante Ã."clonagem por telefone". Os mapas físicos são baseados em normais (não tenham FC). Os STS e as EST são sondas moleculares que podem ser usadas para iniciar caminhadas no cromossomo até genes vizinhos de interesse. das por frequências de crossing aver. Observe que o método de rastreamen.1 As distâncias de mapa genético são determina- era homozigoto para o alelo CF Ã. EST (etiqueta de sequência expressa) é uma 1 1 1 sequência de cDNA . Os mapas de contig possibilitam 14. oligo-ÂF ( CFÃ. até o gene de interesse (Figura 15.5 11. como é esperado Capítulo 15 em um traço recessivo raro. res- FC confirmada. variação no comprimento de um fragmento de Então.o número de pares de tativa é de que dois terços dessas crianças normais nucleotídios (0. específico.4 3.508 e te.508mutante. e o paciente com FC 15._I:::~------' Sonda oligo-~F: IL-•_• _•_•________. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 693 mutante CFÃ. Somente as células trans.3 Contig (clones contíguos) é um mapa físico de um 14. STS (sítio marcado por produzem colônias na presença de canamicina. banda ou fragmento de restri- quais das crianças normais são portadoras do alelo ção) para iniciar uma caminhada no cromossomo CF Ã.7 gadas na identificação de múltiplos sítios em ge- H nomas.5 densidade necessários para clonagem posicional.27 Sonda oligo-N: . os resultados dessas hibridizações pectivamente. Nessas famí. do cromossomo ou nas características físicas dos nha sintomas de FC. coli por digestão por uma ou mais endonucleases de sensíveis à canamicina com os clones na biblioteca restrição.0 2. Os sítios de clivagem para as enzimas de restrição BamHI.21 A seleção genética é a técnica mais eficiente de cromossomo ou de parte de um cromossomo pre- clonagem de genes desse tipo. E e H.que separam os sejam heterozigotos e transmitam o alelo para seus marcadores genéticos. VNTR (repetição em série em número e plaqueando as células transformadas em meio variável) é uma sequência curta de DNA presen- contendo canamicina. 15.uma sequência genômica E E E que é transcrita. Os RFLP são E usados para construir os mapas genéticos de alta .. que pesquisadores obtenham clones com genes dos. No entanto.508) marcadas geralmente foram: 14. Nas famílias com EcoRI e HindIII são indicados pelas letras B. Os números indicam as distâncias em qui- por Southern blot com as sondas oligo-N (normal) e lopares de bases. pode-se usar esse marcador genético to descrito aqui pode ser usado para determinar ou físico (mutação. Se um gene ou outra se- filhos. Apenas um quarto das crianças dessa família quência de DNA de interesse está perto de um seria homozigoto para o alelo normal de CF e não gene mutante. o gene mutante pode ser detecta. enquanto três quartos sejam cromossomos. a expec. Os mapas lias. Prepare uma biblio. RFLP (polimorfismo de Bluescript (ver Figura 14. uma banda específica em um cro- correria o risco de transmitir o gene CF mutante mossomo ou um fragmento de restrição de DNA para a prole.508) .508. restrição específico excisado de um cromossomo na na biblioteca transformando células de E.:e::::: B 0. pesquise o gene de resistência à canamici.23 mapeada em um sítio específico de um cromosso- H H 6.7).34 nm por pb) .3) usando DNA da linha.508: ou seja.60. cientes com FC e seus genitores.25 Há dois mapas de restrição possíveis para esses da.0 7.9 mo.0 12. do em heterozigotos e homozigotos. . te no genoma como repetições consecutivas e em formadas pelo gene de resistência à canamicina número muito variável. de metade ou um quarto da sequência nucleotídica pelo menos algumas dessas doenças no futuro. codifica um polipeptídio histona H2a de Drosaphi- reditárias. Esses ficadora do gene H2aV de Drosophila melanogaster mapas e as sequências nucleotídicas dos cromos. que é igual a EST correspondem às sequências expressas em aproximadamente 65 X 106 ou 65 milhões de pb.. quências nucleotídicas. para detectar alterações na estrutura genômica ção é maior que a do mapeamento de híbrido de ocorridas durante a evolução das várias espécies células somáticas tradicional porque a frequência de primatas a partir de ancestrais comuns.23 (a) Ordem dos sítios STS: 2-5-1-4-3-6. guem os níveis de expressão de grande quanti- fia usando microscopia de fluorescência (veja o dade de genes com maior eficiência do que era Apêndice C: Hibridização in situ) . As comprimento de mapa total é 65 cM. de histona H2a. para identificar o cromossomo humano que tem o gene e para localizar o gene no cromossomo.17 (a) Segmento 5. a son. acopladas a corantes fluorescentes e hibridizadas das com 2 a 10 pares de nucleotídios. e as repetições curtas em específicas de cromossomo humano podem ser série (STR) são constituídas de sequências repeti. trumento de hibridização por microarranjo é das a uma sonda fluorescente e hibridizadas com que um único chip gênico pode ser usado para o DNA desnaturado em cromossomos d ispersos a quantificação simultânea de milhares de se- sobre uma lâmina. 15 a 20 nucleotídios podem ser usadas para iden- vasão de privacidade pelo governo e por empresas tificar o gene de Drosaphila codificador da variante .15 E mais provável que haja uma EST do que um (b) 3.21 As sequências de DNA em bibliotecas de cDNA 80 pares de nucleotídios.11 A resolução do mapeamento de híbridos por radia... entre eles a terapia gênica. e a localização gênico possibilita que os pesquisadores investi- da sonda fluorescente é determinada por fotogra. assim. molécula de DNA na região entre os dois genes e.3 X 10 3 cM = 1 X 106 pb/cM. (b) segmento 4. Os dada na busca megablast.3 X 109 pb/ 3. um genoma.19 A principal vantagem dos chips gênicos como ins- As cópias unifilamentares dos clones são acopla. (membro da família de genes codificadores das somos humanos ajudaram os cientistas a identi. 15. Os padrões de hibridização podem ser usados 15. dependendo da sequência nucleotídica específica emprego ou seguro às pessoas em razão de doen. O fundamento do mapeamento de híbridos por radiação é que a probabilidade de quebrar uma 15. Essas de recombinação é muito aumentada em híbridos comparações são particularmente eficazes na de- por radiação pelo uso de raios X para fragmentar tecção de novas relações de ligação decorrentes os cromossomos humanos antes da fusão celular... As mesmas sequências do genes mutantes causadores de doença leve ao banco de dados são identificadas quando se usa tratamento eficaz.25 Todas as sequências identificadas pela busca me- sem as localizações de todos os genes no genoma gablast codificam proteínas histonas H2a. 15. Espera-se que a identificação desses la designado variante V. proteínas histonas H2a).. 7 Em um clone do gene disponível.. codifica proteínas. 15.9 As repetições em série em número variável (VNTR) são constituídas de sequências repetidas com 1O a 15.- distância física (número de pares de bases) entre Clones B. . Como menos de 2% do genoma humano por 1 cM ou cerca de um milhão de pares de ba. tanto em sequencias expressas quanto nao ex- (c) O gene do câncer ( C) e STS4 são separados pressas. os resultados variam Não se podem negar oportunidades educacionais.. O RFLP em gene humano causador de doença. ---E 15. usada na consulta. A se- humano e determinar as sequências nucleotídicas quência consultada é idêntica à sequência codi- dos 24 cromossomos no genoma humano. de translocações e fusões cêntricas.5 (a) ças hereditárias ou mutações gênicas que predis- ponham a anormalidades mentais ou físicas. in situ com os cromossomos de outros primatas.13 Os objetivos do Projeto Genoma Humano eram preparar mapas genéticos e físicos que mostras. a hibridização 15.sobretudo agências de emprego e seguradoras.. a maioria dos RFLP ocorre no ses. A sequência consultada ficar genes mutantes causadores de doenças he. DNA não codificador. No entanto. 10 cM 1 25 ci\1 1 15 cM 1 1 ci\1 1 14 cM 1 ~ STSl STS5 ST S3 C STS4 STS2 15.C de PAC eles. 15. Os RFLP ocorrem em todo o geno- A o - ma. D. Depois da hibridização. possível usando procedimentos de microarranjo anteriores. (c) segmento 1. Sequências de apenas possíveis usos indevidos desses dados incluem in. A tecnologia do chip da livre é removida por lavagem. in situ com fluorescência (FISH) pode ser usada 6 ou 10.694 Fundamentos de Genética 15. separá-los é diretamente proporcional à (b) Marcadores STS: 2 5 1 4 3 6 A. 3 O gene CFfoi identificado por clonagem com ba- 45 nucleotídios de comprimento. Os perfis de DNA.2).1 As ilhas de CpG são aglomerados de citosinas e Além disso. Portanto. A medida do comprimento da repetição de variabilidade de perfis de DNA em indivíduos trinucleotídica pode ser feita pela inclusão no gel de diferentes etnias. coli Capítulo 16 não tem os espliceossomos necessários para a exci- são de íntrons dos transcritos de genes nucleares. pressões digitais epidérmicas.11 e 16. Os geneticistas manifes- às sequências de DNA nos dois lados (5' e 3') da taram suas preocupações sobre os usos estatísticos região da repetição CAG no gene MD podem ser dos dados do perfil de DNA.ã o errada das amostras 30 cópias da repetição CAG e o cromossomo ho.agora denominado proteína CFTR. podem-se determinar os tamanhos das regiões quados para várias subpopulações humanas e na de repetição CAG por eletroforese em gel (Figu. região 3' do filamento não molde.se- uso do produto da tradução previsto para consulta quências promotora. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 695 15. a probabilidade de que o DNA de outra pessoa. é preciso metionina perto da extremidade 5'.12) ou (2) de bandas tudiosos da fibrose cística para as proteínas par. alguns métodos usados para calcular repetição por PCR. 16. mas não revelaria a localiza- início da tradução em eucariotos e em procariotos ção genômica dos insertos. se na posição no mapa. Se duziria maior variabilidade nos perfis de DNA. contiver íntrons. 16. Além disso. em Southern blots de DNA genômico digerido por ticipantes do transporte de sais entre as células e enzimas de restrição específicas e hibridizado levou à descoberta de que o produto do gene CF com sequências STR ou VNTR apropriadas (Figu- era um regulador da condutância transmembrana ra 16. em parte. assim como as im- . coli . e as sequências nucleotídi- cas de cDNA de CFforam usadas para prever a se. gel (ver Figuras 16. de 15 a 16. Essas preocupações fundamentam-se. coli. o recém-nascido. com variação. plementar a uma região 5' do filamento molde.27 A matriz de leitura 5' ~ 3' número 1 tem uma como a E. genes em cromossomos humanos. é preciso removê-los ou usar a sequência codificadora de cDNA. Somente a identificaç. em múltiplos de três. Pode-se veri. Um iniciador tem de ser com. coli são diferentes. com um alelo enzima de restrição dos vegetais transgênicos com MD selvagem e um alelo MD mutante. transgene marcado com 32P pode comprovar as 16. rescentes e separados por eletroforese capilar em Esse resultado voltou a atenção dos cientistas es. feto ou cé.15 A sondagem de Southern bwtsde DNA digerido por feto ou pré-embrião é heterozigoto. pudesse ter produzido o perfil o outro iniciador tem de ser complementar a uma observado. muitas proteínas eucarióticas passam guaninas.9 Onze. poderia incriminar uma pessoa inocente. ausência de informações precisas sobre o grau ra 16. feto ou pré-embrião é homozigoto para um alelo MD tipo selvagem ou heterozigoto 16. o indivíduo. Após amplifica. Eles questionaram.13 A contaminação das amostras de sangue intro- para dois alelos MD tipo selvagem diferentes. e além do suspeito.11 Os perfis de DNA são os padrões específicos (1) quência de aminoácidos do produto do gene CF. mólogo tiver mais de 50 cópias. para pro- grande matriz aberta de leitura com um códon de duzir uma proteína humana em E. na ausência de bancos de dados ade- ção. Uma maneira de enfrentar de regiões de repetições cujos comprimentos são esse problema foi a aquisição de dados sobre as conhecidos. juntar a sequência codificadora do gene humano ficar que essa é a matriz de leitura correta pelo a sinais reguladores apropriados de E. o grupos étnicos do mundo todo. 16.5 Iniciadores oligonucleotídicos complementares de em processos judiciais. Se houver menos de 30 cópias da re. 16. recém-nascido. porque a E. finalizadora da transcrição em um dos bancos de dados de proteínas (veja a e iniciadora da tradução. frequências de perfis em diferentes populações e petição trinucleotídica em cada cromossomo.26). A houver mais de 50 cópias da repetição em cada consequência seri. mas não a condenação de um ino- tes diferentes. A hibridização in situ . alélica dos perfis obtidos das amostras de sangue e lula é homozigoto para um alelo MD mutante do. Sua presença em sequências nucleotí- proteínas são produzidas com mais facilidade em dicas pode oferecer pistas sobre a localização de células eucarióticas transgênicas em cultura. sintetizados e usados para amplificar a região de em especial. Essas humanos. se o gene Questão 15. Os erros por mistura causariam a absolvição minante ou heterozigoto para dois alelos mutan. são usados como provas de identidade ou de exclusão de identida- 16.a a ausência de correspondência cromossomo homólogo. com frequência localizadas em direção por eventos de processamento após a tradução 51 logo ao lado das regiões codificadoras de genes que não ocorrem nas células procarióticas. de um culpado. do réu.7 Os sinais de início e término da transcrição e de múltiplas inserções.10). de picos presentes em eletroferogramas de STR Uma busca em computador nos bancos de dados ou VNTR cromossômicos amplificados por PCR de proteínas mostrou que o produto do gene CF usando iniciadores marcados com corantes fluo- era semelhante a várias proteínas de canal iônico. Se um cromossomo tiver menos de cente. 19 As proteínas modificadas após a tradução podem 17. inserção de um elemento transponível. tanto 16. 17.11 Muitos transpósons bacterianos têm genes de re- tenham uma sequência promotora de HGH de sistência a antibióticos. cas em cultura ou em vegetais e animais transgê.3 A resistência ao segundo antibiótico foi adquirida nicos. A construção de vetores que con.23B). as mutações 17. Na verdade.5 Na primeira cepa. Os transcritas em uma única molécula de mRNA (Figu- camundongos transgênicos são instrumentos mui- ra 16. Em princípio. por transferência gênica conjugativa entre os dois nicas que secretam no leite o fator da coagulação tipos de células. ção disponível no gene. zontal (por transferência conjugativa). recombinação com o elemento IS entre os genes ção do gene quimérico em ovócitos fertilizados que D e E. Eles foram e. por inserção podem ser armazenadas por longos períodos e distribuídas para os pesquisadores 17.696 Fundamentos de Genética com fluorescência (FISH) é um procedimento ou transpóson nesse gene (veja o Problema 16. Essas ove- lhas foram produzidas pela fusão das sequências 17. a exposição contínua a um antibiótico plexo de silenciamento induzido por RNA (RISC) seleciona as células que adquiriram um gene para resistência a esse antibiótico. 16.arabidopsis.7 Não. turnefaciens e estudar mamíferos.28). rem genes de resistência podem ser passadas para outras células em uma população de bactérias. no qual um de modo vertical (por descendência) quanto hori- filamento é complementar ao mRNA e o outro fila- mento é equivalente ao mRNA.9 Mutação tnpA: não. entrará na via de silenciamento RISC e bloqueará a continuarão sendo valiosos no desenvolvimento expressão do gene (Figura 16. pode-se verificar onde está mapeada no genoma e usar transpósons que saltam 16. da para produzir qualquer proteína de interesse. eficiente para determinar a localização genômica Em caso afirmativo. uma vez induzidas.13 A mutação cn é causada por uma inserção de Ds ou de Ac. 17. A RNAi emprega o com. mossômicos estão em sentidos opostos. o fator F integrou-se ao cromos- codificadoras dos respectivos genes com uma se. As duas cepas transferem seus genes em or- foram implantados e deram origem a animais trans. Com o passar pressão de genes específicos. poderia ser qualificado. sem dúvida.27 (a) Primeiro seria preciso consultar o site do Salk 17.23).org/abrc/imajsp). Se não houver inser- o Apêndice C). te mutáveis) com um cromossomo X selvagem ficar se já foi identificada a inserção de um T-DNA e fêmeas homozigotas para um cromossomo X . Os camundongos transgênicos são seu(s) efeito(s) sobre a expressão do gene e o fen& muito importantes na medicina. produziram-se ovelhas transgê. introduzi-lo em vegetais Arahidüpsis por to úteis para estudar a expressão gênica. A FISH é usada para observar gem transgênica ao Arabúlopsis Biological Resource a localização de transgenes em cromossomos (veja Center da Ohio State University. Na segunda cepa. portanto. dos métodos e da tecnologia que serão usados em terapia gênica humana no futuro. mutação tnpR sim.1 O par na opção (d) é de repetições invertidas e.15 O alelo Bz de herança paterna foi inativado por como sementes latentes. 16. para silenciar a ex. Capítulo 17 16.17 Camundongos transgênicos geralmente são pro- preferencialmente para sítios vizinhos para identi- duzidos pela microinjeção dos genes de interes- ficar uma nova mutação por inserção (veja http:/ / se em pronúcleos de ovos fertilizados ou pela in- www. ISl e IS2 são mobilizados por diferentes 16. seguida por introdu. do tempo. integrou-se por dor necessário para secreção. Portanto. 17. basta solicitar sementes da linha- dos insertos gênicos.21 O vetor descrito contém o gene HGH. mas não transposases. essa técnica poderia ser usa.17 Cruzamento de machos disgênicos (extremamen- Institute's Genome Analysis Laboratory para veri. (b) Pode-se cons- fecção de embriões pré-implantação por vetores truir um gene que tenha sequências sense e antisense retrovirais contendo os genes de interesse.23B). ser produzidas em células eucarióticas transgêni. O transcrito formará o sistema-modelo mais estreitamente relacionado um grampo com pareamento parcial de bases que com os seres humanos. os genes C e D.25 Os vegetais têm uma vantagem em relação aos animais porque. dens diferentes porque os dois elementos IS cro- gênicos. não será mais útil no combate a essas bactérias. contém um promotor de HGH de mamíferos que 17. sanguínea IX e al-antitripsina humanos. somo por recombinação com o elemento IS entre quência de DNA que codifica o peptídio sinaliza.23 A RNAi é o uso de RNA bifilamentar. As moléculas de DNA que adqui- HGH seja restrita à hipófise. eles constituem tipo de vegetais transgênicos. o desen- volvimento dos mamíferos e o sistema imune dos transformação mediada por A. o antibiótico para bloquear a expressão gênica (Figura 16. controle a expressão do transgene nos tecidos apropriados. e é relativamente simples mamífero em posição correta deve resultar em o deslocamento desses genes de uma molécula de camundongos transgênicos nos quais a síntese de DNA para outra. Quando repressor há triptofano nas células. Isso possibilita a tradução polimerase e do comple. promovem a sintetizada apenas na presença de determinado transcrição dos genes estruturais do óperon. (a) Gene regulador Codifica o repressor 18. seria possível obter cepas de camundongos Ele ativa a transcrição dos genes estruturais no . 18.15B).11 (a) As mutações a ocupam posição no mapa mui- 17 . embrião der origem a um adulto. . .ocu- mossomos de Drosophila. (b) 17.ng Beauty/gfp para a geração seguinte. to perto do gene estrutural Z. pode causar a inserção des- carboidr ato estiver disponível. térico de ligação da alolactose.9 (a) 17. 3 e 5. 18.23 Hibridização in situ com cromossomos politênicos 1s&z-y+ usando uma sonda TART (veja o Apêndice C). provavel- partir dos promotores do óperon trp. outros insetos aparentemente são 1+o+-z-y+ incapazes de produzir esses fatores.15 Regulação positiva. 3 e 5. mas tem um sítio mente são causadas por inserções de elemento P normal de ligação do operador. 18. como o síntese da enzima em células cultivadas em meios de composição química definida.21 Primeiro é preciso lembrar que a transcrição e a (b) Operador Sítio de ligação do tradução estão acopladas em procariotos. em genes ligados ao X. modula os níveis de transcrito de trp por alteração 18.1 Por meio do estudo da síntese ou ausência de queiam a transcrição dos genes estruturais do . proteína mutante P tem um defeito no sítio alos- As mutações identificadas nessa pesquisa provavel.5 (a) 1. vel para síntese dessas enzimas.27 O elemento Sleeping Beauty poderia ser usado gene estrutural (mas ainda muito próximas dele. cruzamento individual das 18. um diploide parcial /+(Yz+y+. modulando a frequência na ausência.13 A repressão catabólica evoluiu para garantir o uso ovócito ou embrião injetado atuar sobre o elemen- de glicose como fonte de carbono. ou peixes-zebras que expressassem o gene gfp. o complexo CAP-cAMP tem Sleepi. em lugar de fontes se gene no DNA genômico. operon. por sua vez. as mutações J.3 da frequência de término da transcrição na região Gene ou elemento regulador Função líder do óperon trp (trpL). enquanto extremidades do elemento Sleepi. o que.ng Beauty e injeta. 18.17 Mecanismos reguladores negativos. (b) Um diploide parcial J+()+-z+y+/ modo muito semelhante ao uso do elemento Pem J+az+y+ apresentaria síntese constitutiva de 13-ga- Drosophila. se o ovócito ou menos eficien tes de energia.5). metabólito ou de um grupo específico de metabó- 18. Então. A inclusive incapacidade de sobreviver (letalidade). a mutação 1.J-o+-z+y+seria induzí- do em ovócitos ou embriões junto com um elemen. Se for sintetizada no início da transcrição. eis-dominante. O mutante P não pode se ligar a ü . posase do elemento. é produzido tRNATrp car- (c) Promotor Sítio de ligação da RNA regado com triptofano. operon. A atenuação mente é repressível.25 TART e HeT-A restauram as extremidades dos cro. O gene gfp poderia ser inserido entre as lactosidase e 13-galactosídio permease. pam posição no mapa um pouco mais distante do 17 . provavelmente é induzível. Se a enzima for complexo CAP-cAMP no óperon lac.7 o mutante a impede a ligação do repressor ao mossomo balanceador para fenótipos mutantes. pode-se cruzá-lo para verificar se há transmissão de um transgene 18. (b) 2. filhas heterozigotas da F 1 com seus irmãos e pes- quisa de machos da F2 que não tenham o cro.19 A transposição requer fatores produzidos pelo ge. da sequência líder trp ao longo dos dois códons Trp xo CAP-cAMP UGG até o códon de término UGA da sequência (d) Gene estrutural Z Codifica a 13-galactosidase líder trp. quando esse to contendo o gene gfp. . 2. modo. como vetor de transformação em vertebrados de ver Figura 18. depois. operador.lvos. blo- 18.é trans-recessiva. como os que Capítulo 18 incluem o repressor no óperon de lactose. Essa tradução da região líder trp impede o pareamento de bases entre as sequências líderes (e) Gene estrutural Y Codifica a 13-galactosídio de mRNA parcialmente complementares 75-83 e permease 110-121 (ver Figura 18. .19 A repressão/ desrepressão do óperon trp ocorre litos. (c) A mutação a é to Sleeping Beauty intacto capaz de codificar a trans. 1saz+y- 17. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 697 balanceador. enquanto mecanismos pos11:.21 Por crossingüVerentre os LTRde um elemento Tyl. Se a transposase produzida no 18. Desse efeito positivo sobre a expressão do óperon lac. 1+az+y- noma da mosca. mas não na p resença de determina- com que a RNA polimerase inicia a transcrição a do metabólito ou grupo de metabólitos. Outra contra um alvo de mRNA. ficadas por PCR padrão. se. técnica seria a hibridização in situ. (Northern blotting). membrana.17 O éxon 3 contém um códon de término na matriz de leitura ( inframe). Veja um exem- frequência por intricados processos de sinaliza. 126-134 (ver Figura 18.5 Um procedimento seria fornecer às larvas UTP um elemento constitutivo de RNA.23 Tanto a atenuação de trp quanto o riborregulador gene gfp seja reconhecido e transcrito pela RNA de lisina desativam a expressão gênica por término polimerase de Drosophila de modo independente da transcrição em direção 5' a partir das regiões dos elementos de resposta ao choque térmico. Não é necessário res- ponder com rapidez a mudanças do ambiente 19. nas pró- prias células . 19. gene. a proteína traduzida Capítulo 19 do mRNA Sxl em machos será mais curta que a proteína traduzida do mRNA Sxl mais curto em 19. have- diografia. genes (A ou B) é transcrito em que tecido. 19. Northern bwt. Assim. plo desse tipo de análise no Problema resolvido do ção intracelular. o desenvolvimento de um de expressão GUS. depois. o siRNA sintetizado a partir de RNA guida por amplificação do cDNA resultante por bifilamentar derivado de um íntron seria ineficaz reação em cadeia da polimerase (RT-PCR). As técnicas de Northern bwt ou RT-PCR proteínas dos diferentes tipos celulares em Western com esse RNA poderiam determinar qual dos bwts ou analisar as proteínas nas próprias células .com alternância entre a formação de trola muitos genes diferentes e é quase certo que grampos antiterminador e terminador da transcri- uma mutação por mudança de matriz de leitura ção . A aparência difusa e inflada indica transcri- por blotting do RNA extraído dos diferentes tipos ção intensa dos genes nesse cromossomo . o cDNA usando iniciadores específicos para cada sinal radioativo neles deve ser abundante. No . as moléculas de cDNA seriam ampli- 19. com de GUS nas extremidades da raiz. Se o íntron tiver um acentuador que ladoras complexas constituídas de centenas de estimula a expressão gênica nas extremidades da genes diferentes.com e bridizado com sondas gene-específicas. sztu.698 Fundamentos de Genética possibilita a formação do "grampo" de término da 19.13 Provavelmente não. A expressão desses genes está raiz. as plantas transgênicas devem ter expressão submetida à regulação temporal e espacial. as amostras de RNA seriam fraciona- das em gel desnaturante e transferidas para uma 19. Se os pufes induzidos por choque térmi- ria transcrição reversa das amostras de RNA em co contiverem genes transcritos intensamente.27 O RNA poderia ser isolado do tecido hepático e com uso de anticorpos antidistrofina para analisar encefálico.15 E provável que a mutação seja letal na condição formação de estruturas secundárias de mRNA al- homozigota porque o fator de transcrição con- ternativas .15C). trons. é relativamente estável. prole F 1• dução da proteína distrofina por cada tipo celular 19. 19.7 Por recomposição alternativa do transcrito. ou amplificação por nas amostras originais.do RNA de dystrophin com uma son. depois o RNA na membrana seria hi- dioativamente em diferentes condições .25 O alelo de origem paterna (b) será expresso na da do gene.. a menos que o promotor do 18.em resposta à presença ou ausência de um na sequência codificadora anule a função do fator metabólito específico (compare a Figura 18. Depois. que seria inserido em plantas organismo multicelular exige hierarquias regu. Capítulo 19.21 Sim. Em ambos há 19. Além disso.1 Em eucariotos multicelulares. outra opção seria a transcrição 19. 19.29 O gene msl é inativo em fêmeas. a Figura 2 no texto O futuro: O riborregulador [riboswitch] de lisina) . o ambiente celular fêmeas. . depois para o outro (ou o pesqui- sem choque térmico.15 e de transcrição. primeiro para um gene. 19. Assim. PCR de cDNA produzido por transcrição reversa desses mesmos extratos de RNA. Arabidopsis. preparar amostras sador poderia preparar dois blots e hibridizar cada de células politênicas dessas larvas para autorra- um com uma sonda diferente). zn .3 A atividade do gene dystrophin poderia ser avaliada 19.19 O íntron poderia ser introduzido em um vetor externo. .isto e. . e os produtos das amplifi- cações seriam fracionados por eletroforese em gel 19.9 Análise por Northern bwt do RNA extraído de plan- para identificar qual RNA gênico estava presente tas cultivadas com e sem luz.isto é.a cro- de células e hibridização com uma sonda do gene matina está "aberta para negócios". Também seria possível verificar a pro.11 Os acentuadores são capazes de agir em qualquer transcrição com as sequências líderes 110-121 e sentido. Na RT-PCR. codificadoras dos genes regulados.23 Os RNA de interferência curtos têm como alvo reversa do RNA em cDNA usando um ou mais moléculas de RNA mensageiro. marcado ra. que não têm ín- iniciadores específicos para o gene dystrophin. cada gene provável e talvez não ocorresse. o transporte de substâncias de cé.isto 10.9 As células NIH 3T3 cultivadas provavelmente têm outras mutações que predispõem ao câncer. a mutação causadora de lam o crescimento e a divisão celular. tações das células somáticas.000 genes de cadeia leve e 10.5 Discos imaginais.e cadeias leves e pesadas podem se combinar livre- mottl. embrionárias cultivadas provavelmente não têm as neiros. Talvez essa proteína heterocromática 20. A perda clivagem ocorrerá na face ventral do embrião em de genes supressores tumorais eliminaria os freios desenvolvimento.21 Se cada anticorpo é constituído de um tipo de se disperse da região perto do ponto de quebra cadeia leve e um tipo de cadeia pesada.1 A divisão desigual do citoplasma durante as divi. cionais ou primórdios oculares no camundongo com expressão de eyekss.11 As células somáticas que circundam um ovócito de ambiente. As mulheres não hereditárias de câncer são causadas por mu- homozigotas para essa mutação influenciam o de. tre elas.5 milhões de nucleotídios dedicados o ovócito em Drosophila. 21. clonagem de genes individuais e Capítulo 21 análise de sua função em nível molecular. As células 20.7 Na condição homozigota. de conter 10. o locus white de cadeia leve contém necessariamente 3 X 220 = seria totalmente ativo em todas as células do olho. 20. 660 nucleotídios. à produção da cadeia pesada.5 Eles têm íntrons. camundongos e gatos indica que os núcle.15 Como o gene Pax6produziu o mesmo fenótipo nas moscas que a hiperexpressão do gene eyekss.5 milhões de nucleotí- 20. testes de epistasia com mutações em di- ferentes genes. como a inati- do gene supressor participa da organização da vação do cromossomo X. cromatina. cada gene de cadeia pesada tem 3 X Capítulo 20 450 = 1. dios dedicados à produção da cadeia leve e 10. As formas hereditá- essas mutações põem ovos anormais que não se rias de câncer também incluem frequentemente a transformam em embriões viáveis. mutações predisponentes necessárias para que se os de células somáticas têm todas as informações tornem cancerosas. esses 21. Portanto.17 Por teste Northern blot de RNA extraído dos tecidos transfecção dessas células com um oncogene c-H-ras em diferentes períodos durante o desenvolvimen- mutante pode ser a última etapa no processo de to.13 Diferenciação ey~ boss~ seu~ R7 to-oncogenes aumentaria a abundância de fatores que promovem a divisão celular. oncogene c-H-ras mutante. As fêmeas afetadas por radiação ionizante e luz UV. a 20.9 Esterilidade feminina. po- senvolvimento intrauterino dos filhos. 20. dir normalmente quando são transfectadas com o ganismo viável completo. Se houvesse depleção de HPl por desativa- de anticorpos diferentes implica a existência de ção de uma cópia do gene que a codifica .3 Coleção de mutações com fenótipos diagnósticos. a possibilidade de produzir 100 milhões white.000 genes de ca- é. dios dedicados à codificação dos aminoácidos das mapeamento das mutações e teste de alelismo en- várias cadeias de anticorpos.19 A clonagem reprodutiva de mamíferos como car.7 Os produtos desses genes têm papéis importantes e estrutural. o genoma tem 20. ocorrência de mutações somáticas induzidas pelo 20. entre eles fumaça do tabaco. deia pesada (10. As formas fenilcetonúria tem efeito materno.000 lulas adjacentes. continuam a se divi- genéticas para guiar o desenvolvimento de um or. portanto. do mes- mo modo. Essas mutações.000 X 10. por mutação supressora do genótipo da mosca. e se as da inversão no cromossomo que tem o alelo whit. genes têm necessariamente homologia funcional 21. rém. essa plicação imprópria de proto-oncogenes. Drosophila em desenvolvimento no ovário determi- 21. 21. Se a "heterocromatização" do locus white seria menos cada cadeia leve tem 220 aminoácidos. transformação em células cancerosas. o genoma tem de conter 19.6 milhões de nucleotí- sões meióticas. podem ser induzidas por fatores ambientais. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 699 19. cificado por uma trinca de nucleotídios. poluentes químicos. Ao todo.350 = 13. Hibridiza-se o blot com sondas gene-específicas. Também mostra que mo.000 X 660 = 6.1 O câncer foi denominado doença genética por- 20. então. podem ser redefinidas. que é causado por mutações de genes que contro- 20. Por fim. naturais da divisão celular. Então. porque cada aminoácido é espe- produzindo uma cor vermelha uniforme do olho. devem-se esperar olhos adi- nas atividades celulares. a proteína codificada pelo alelo selvagem dificações epigenéticas da cromatina. e a duplicação de pro- 20.3 A aneuploidia poderia incluir a perda de cópias nam onde será clivada a proteína spãtzle. .000 = 100 milhões). que é o funcionais de genes supressores tumorais ou a du- ligante da proteína receptora Toll. como as células nutridoras.350 nucleotídios. para X 1.31 HPl. Portanto.ed e cause a "heterocromatização" do wcus mente. portanto.21 As correlações para MZJ não são muito diferentes tação que causou a união firme e constitutiva de das correlações para MZS.19 As células homozigotas para uma mutação com perda de função no gene BAX seriam incapazes 22. la ou linhagem celular. p53 estaria predisposta a ativar seus genes-alvo. aumentaria a necessidade de divisão celular nesse te necessitam de apenas uma mutação somática tecido (para substituir as células perdidas em vir- para desenvolver retinoblastoma. 22. 21.4 cm2 • V é estimada pela seria capaz de inibir a atividade de ciclina-CDK diferença entre as variâncias da população polini- durante o ciclo celular. por uma dieta pobre em fibras e rica em gordura Indivíduos heterozigotos para um alelo RB mutan.64. o indivíduo está predisposto a cos.5 Como 8/ 2. A ocorrência esporádica de retinoblastoma radiação aumenta a expressão de p53.19 Os meios-irmãos têm 25% dos genes em comum. 21.9 cerdas. para p53 ao DNA de seus genes-alvo. 21..4 . o gene pl 6 seria zada aleatoriamente e as populações endogâmi- classificado como gene supressor tumoral. .7 Porque ~(x. tar essa via em resposta à lesão do DNA induzida 22. que codificam proteínas que partici.11 i: é estimada pela média das variâncias das popu- maneira descontrolada porque a proteína p16 não lações endogâmicas: 9. Essa célula seria mais zigota para um alelo com perda de função (reces.4 = 0.4) = 17. e nesse caso requer duas mutações desse gene na mesma célu. fim. existe uma alta probabilidade de tabagismo. é raro em indivíduos que. que o portador dessa mutação desenvolva retinoblas- toma porque uma segunda mutação pode ocorrer 22. dados são uma forte indicação de que o alcoolis- mo tem base genética.média) =O. Capítulo 22 zigota para essa mutação divide-se normalmente.11 O retinoblastoma é resultado da condição homo. por p53. O gene BAX seria classificado como 22. Evidentemente. Os que tem um padrão de herança dominante. elas diminuíram a capacidade de cepção.21 Se uma célula fosse heterozigota para uma mu. a seleção por tratamento com radiação. o valor máximo de li. haveria uma boa chance de que se tornassem cancerosas. Nesses indivíduos.é de 0.700 Fundamentos de Genética 21.13 A herdabilidade em sentido amplo tem de ser de evitar a repressão da via de morte celular pro. 21. a ambienta- e sua divisão poderiam ser retardados ou poderia lidade ( C 2 na Tabela 22. quando há uma segunda mutação.9 3. Se a primeira mutação de incluem alimentação. Os fatores ambientais célula toma-se cancerosa.3 A concordância em gêmeos monozigóticos é qua- a qualquer momento durante a formação da retina se o dobro da concordância em gêmeos dizigóti- nos dois olhos. essas células seriam incapazes de execu. as mutações com perda de fun- ção do gene RB são recessivas. 22. sensível aos efeitos da radiação ionizante porque a sivo). tanto.9. da oportunidade de ocorrência de mutações cau- bilidade de que essa mutação somática ocorra em sadoras de câncer.13 Em nível celular. há outra via.0 cm2• A herdabilidade em sentido amplo é H2 =V/ Vr =17. Essas células conti- para aumento da velocidade de crescimento deve nuariam a se dividir e a acumular mutações.1 Alguns genes implicados na cardiopatia são apre- Entretanto.5.12) (0.23 Provavelmente. prática de exercício físico e RB foi hereditária. pRB im- pede que esses fatores de transcrição ativem seus 22. cas: (26. 21. Como existem tude da irritação). que leva à ativação do gene p21. aparentemente quatro genes determinan- pam do progresso do ciclo celular. é alta a proba.17 h2 = R/S= (12.56.15 (15 .5 -10)/(15-10) = 0. porque H 2 = V/ Vr> V/ Vr = h2 • temente. no momento da con- 21.3) + 12 = 12. 22.27 Não. uma célula hetero.17 As células homozigotas para uma mutação com perda de função no gene p16 podem se dividir de 22. Gêmeos monozigóticos têm duas vezes mais desenvolver retinoblastoma. Portanto.08 = 0. pRB tes de tamanho eram segregados nos cruzamentos.012 é aproximadamente 1/ 256 = genes-alvo. pelo menos uma célula em cada olho.52. levando ao 21.25 = 0. que estimulam a divisão celular. haver indução de apoptose.15 Por ligação aos fatores de transcrição E2F. Consequen. 22. são homozigotos para o alelo selvagem do ligação de pAPC à ~catenina. espera-se que a fre- quência de tumores nos dois olhos seja igual ao 21. Portanto. Por- gene supressor tumoral. (1/ 4) 4 .17/ 6. é um regulador negativo de fatores de transcrição 22. o retinoblastoma causando resposta celular vigorosa à radiação. maior que a herdabilidade em sentido restrito gramada pelo produto gênico BClr2. e é essa predisposição genes em comum que os gêmeos dizigóticos.2. com aumento correspondente milhões de células em cada retina. Aparentemente. essa sentados na Tabela 22. gene RB.25 A maior irritação do epitélio intestinal causada quadrado da frequência de tumores em um olho. seu crescimento essas características de personalidade. não mediada surgimento de tumores nos dois olhos.3) é desprezível. por ser eficaz. Assim.14/ 0.0/26. As observações de organis- Hardy-Weinberg. 23. .3 ri' = 0. va no nível de 5%.001.94) 2 = 0. tiva para a prox1. 24.64.98) (0.02) 2 = Para verificar o consenso entre os valores obser- Hardy-Weinberg 0. q = v-.5. mas que ainda eram suficientemente seme- p).0196.6) = 0. aa (0. Como s = 1.9604/0. gotos recessivos. as aptidões re.7 (0.49 = 0. Respostas dos Problemas de Número Ímpar 701 Capítulo 23 (0.5 Frequência de pessoas que sentem o sabor (gen& lidade de perda de A 3 é 1 .7.5.64 Capítulo 24 = if.42) (0. 23. Usando o cálculo. em equilíbrio de Hardy-Weinberg para o locus da Contribuição pro.0. p = t/ (s + t).25 X 10-8 • 23. a frequência do alelo para cor mos fossilizados indicaram que algumas espécies clara é a raiz quadrada da frequência de homozi. q = 0.42) 2 = 0.) 2 /prev. a probabi- 23.4) 2 + 2(0. calculamos uma estatística de Aptidão relativa 1 1 o qui-quadrado com um grau de liberdade: x 2 = Contribuição rela. vadas são: lativas são 1 para GG.92).5. tipos ITe Tt): (0.9604 = 0.9608 = 0.2.02.78. estimamos que 0.58) = 0.94) = 2(0.4p = O significa raças domesticadas.8.4) (0. a frequência do Fé (2 X 32 + 46) / (2 23.9996 0. a incidência da doença será códons podem especificar o mesmo aminoácido. A frequência do fenótipo recessivo é 0. e viu como as características que p = 2/4 = 0.21 (a) Use o seguinte esquema: FS 46 100 X 2(0..9996 o álcool desidrogenase.22.25 A probabilidade de fixação de ~ é 0.50.0. Africa do Sul e 0.98) 2 = 2(0.0196) 2 = 0. a frequência do fenótipo dominan. q=0. em equilíbrio.1 Entre outras coisas.0392/0.06 na população da De f = 0. Assim. e a fre- quência do alelo para cor escura é 1 .45) = 49.06) (0.55 = divisão de cada probabilidade de sobrevida pela 0.25 (aa). t = 0. a frequência final Genótipo Mrica do Sul ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Inglaterra de ggé 0.13 Supondo que a população esteja em equilíbrio de cruzamento seletivo. Frequência de pessoas ITque sentem o sabor entre todos os que 23. Assim. que é apenas ligeiramente menor que a incidência na geração anterior.42 na população da Inglaterra.17 (a) A frequência de A na população unificada é ab 2(0. 24.39.9 Em mulheres.58) 2 = 0. FF 32 100 X (0.11 0.0392 24.3 = 0. Por cau- A nova frequência do alelo para fibrose cística é (0. 23.prev.0. porcional = 0.q = p = 0. que não é significati- .98 = 1 . .61. Darwin observou espécies nas ilhas diferentes entre si e das espécies continen- 23. podemos calcular t. = 0.25 23. q = \/0.55) (0.06) 2 = 0. As riposas escuras na amostra são homozigotas para o frequências genotípicas previstas considerando-se alelo dominante.25.3 X 10-3 e 2pq = 0.0392 0.02 para Gg.55 e a frequência do alelo Sé 1.0.0126. Portanto.1 Frequência de LM na população da América Cen- de fibrose cística não se modifica muito porque a seleção tral: p = (2 X 53 + 29)/(2 X 86) = 0. Os coeficientes de seleção Genótipo Observado Previsão de Hardy-Weinberg são s1 = 0.33 quências em (b). (b) 0. só pode atuar contra o alelo recessivo quando está em Frequência de LM na população da América do homozigotos. e 0. (b) A incidência 23.8 e p = 0.36.23 if = 4 X 10-5 .55) 2 = 30.4) 2 /(0.3 A.39 para gg.02 para Gge s2 = 0. de um organismo poderiam ser modificadas por 23.5) sa da degeneração do código genético.00025) 2 = 6.50 (Aa) e 0. . q = 0.9604) X 1 (0. As frequências genotípicas previstas e obser- maior probabilidade (0. Ele também iguale o resultado a zero para determinar o valor observou variação nas espécies. a frequência do fenótipo dominante em homens é p = 0.15 A frequência final de GG é 0.0. que são raros na população. Assim.25 Genótipo cc Cc cc Frequência de (0. foram extintas. Norte:p= (2 X 78+61)/(2 X 278) =0. 0.61 = 1 .5 e a frequência de a também é 0. sobretudo em de p que maximiza H: dH/ dp = 2 .29 No equilíbrio mutação-seleção.0392) = 0.0004 vado e previsto. determine a derivada de H e lhantes para indicar um parentesco. que haja cruzamento aleatório são: . te é 0.00038.5 Na amostra.7.09 X 100 = 9 das ma.45) 2 = 20.0004.3.25 0.64) = 0.39 para gg.(0. assim q = 6. 7 Na terceira posição de alguns dos códons. assim. a população parece estar mageraçao.49 (AA)./s = q= 23.2. q = 0. Vl0-6 /l = 0.18 23. ---------------------- 24.02) (0. 0. diferentes (0.004 (0.0392) X 1 o ~(obs. assim.09.25.19 As aptidões relativas podem ser calculadas por X 100) = 0.27 p = 0.2.5 ss 22 100 X (0. são sensíveis ao sabor: (0.45. 23.2. .88 (0. bb (0. 23. (c) persistirão as fre. frequência do alelo a é 0.11 A frequência de heterozigotos = H = 2pq = 2p(l - tais. 19 As sequências repetitivas próximas podem mediar guir um carboidrato complexo obtido de dois orga.15 O inverso da taxa. a proporção de aminoá. Assim. em outra população geograficamente separada. em última análise. elas produzem nem produtos do material genético. ca com a participação das sequências deslocadas os carboidratos complexos não são parte do meca.21 Cruzamento de D.ancoragem tasia negativa que poderia impedir que popula- do grupo heme na hemoglobina. que são produtos para verificar se essas duas espécies estão isoladas gênicos. isto é.11 As histidinas são rigorosamente conservadas por- 24. onde pode haver diferentes linhagens de boi e rato é de 0. A tro- nismos diferentes é pequena ou nula Além disso. a oportunidade de distin. são tipicamente constituídos de uma subuni- restringida pela seleção natural como a proteína dade incorporada repetidas vezes em uma cadeia. mas eles próprios não são material genético reprodutivamente. Se a combinação dessas mutações cidos iguais nas moléculas de rato e de boi. um ancestral comum é 0. pode duplicar a região entre elas. A mutação Kpn teria leção natural. não evoluem por mutação e deriva evoluído em uma população e uma mutação pn genética aleatória. mauritiana com D.13 Estime o número médio de substituições por sítio Quando as populações se juntam. 24. o número médio de substituições por sítio não serão capazes de trocar genes. nismo genético. as duas muta- na molécula de ribonuclease por -ln (S). tercruzamen to. 24. a prole é fértil? 24. Por.702 Fundamentos de Genética A degeneração é mais acentuada na terceira posi.4 substituições por sítio a cada bilhão pecificado. isto é.68. com a menor taxa evolutiva. descendentes? Em caso afirmativo. Esse polímero tem pequeno ou nenhum "conteúdo de informações". as populações previamente separadas tanto. de anos) = 2. 24. 1/K da história evolutiva" porque. Como esses ções evoluídas separadamente se fundissem em aminoácidos são fortemente restringidos pela se- uma população panmítica.40)/124 = 0. embora sejam polí- 24. elas esta- desde que as linhagens de boi e rato divergiram de rão reprodutivamente isoladas.23 A interação Kpn-pn é um exemplo do tipo de epis- que têm uma importante função . for letal. sua formação é. de anos. simulans especificada pela ação de enzimas. o pareamento deslocado durante a meiose. A taxa evolutiva nas ção de muitos códons. onde S ções podem ser reunidas na mesma mosca por in- = (124 .39.17 A proteína com a maior taxa evolutiva não é tão meros. 24.39/ (2 X 80 milhões nucleotídios sem modificação do aminoácido es.9 Os carboidratos complexos não são "documentos 24. . Por exemplo. . equivalente. usadas como corantes. Ausência de p igmento na pele. tóxicos desse nucleosídio acumulam-se e destroem as célu- Alelos múltiplos. Classe de moléculas policíclicas com carga elétrica Alças R. também Alelos múltiplos. Uma base purínica encontrada no RNA e no DNA. in- Agente intercalar. d e diferentes espécies. translocação. DNA e RNA. Alelo (alelomorfo. poliploidia ou qualquer pares de base adj acentes em uma molécula de DNA. . Ausência de clorofila em vegetais. to ou que cria um produto totalmente inativo. Substância ou objeto que intensifica t1ma ativida. de um animal. Dupla hélice de DNA dextrógira que tem 11 pares de lécula (DNA. mana geralmente fatal na qual o sistema imune é destruído gico.) cia de adenosina desaminase). Acréscimo de cópia funcional de um gene ao ração da segunda subunidade e das subsequentes (nucleo- genoma d e um organismo. . são indicados pelo mesmo símbolo básico (p. gan1smos. Substâncias químicas que transferem gru- Abscissa. no DNA. Repulsão). de formas alternativas de um gene que ocor- que codifica uma enzima transposase capaz de catalisar o rem em determinado locus de um cromossomo. zigoto duplo recebeu duas mutações ligadas de um genitor e seus alelos selvagens do outro (p. Macromolécula constituída de ácid o fosfórico. mogentísico (alcaptona) na urina. alélico.. etila e assim por diante) para as bases Acentuador. pos alquila (metila. duplicação. ex. .SCID (imunodeficiência combinada grave com deficiên. os derivados dentes quando heterozigotos.. Alelos que produzem efeitos indepen- desoxiadenosina. tídios e aminoácidos) durante a síntese de uma macromo- A-DNA. Alça de DNA formada por sequências repetidas de telô- . Condição na qt1al um h etero. (Veja ADA. Distúrbio metabólico h ereditário. Albinismo. ou série. Veja RNA. \ leja DNA. Substância química capaz de se inserir entre versão. mos anormal. nos pelos e nos olh os Acido desoxirribonucleico. em três ou mais formas alélicas em uma população de or- Adaptação. Termo modificador que designa um cromossomo mentos duplos de DNA-DNA. poliploide que contém conjuntos . uma sequência de DNA que influencia a transcrição pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV) . Acido nucleico.. Regiões de DNA unifilamentares em híbridos d e positiva que são intercaladas no DNA e induzem mutações RNA-DNA formados in vitro em condições em que os fila- por mudança da matriz de leitura. O DNA apresenta-se nessa forma quando Alopoliploide. bases por volta. meros na extremidade de um cromossomo linear quando pentose e bases orgânicas. a b/a b X + +/ + + Alcaptonúria. moléculas. Os alelos movimento de elementos Ac e de outros membros da fa. Doença hu- maior ou modificador que intensifica um processo fisioló. alelomórfico). de um gene adjacente. Poliploide que tem conjuntos de cromossomos parcialmente desidratado. Condição em que determinado gene ocorre las necessárias para a resposta imune normal a infecções. ossar10 Este glossário introduz alguns termos básicos e recorrentes no livro.como o mutágeno hidroxilamina . um filamento único na terminação 3' invade uma unidade . Alongamento (da síntese de DNA. As pessoas com alcaptonúria excretam qt1antidade excessiva de ácido h o- produz a b/+ + (cf. Na ausência dessa enzima. Acridinas. mentos duplos de RNA-DNA são mais estáveis que os fila- Acrocêntrico.que transfere grupos hidroxila para outras Aberração cromossômica. Elemento transponível (transpóson) do mill10 par. Camada externa do endosperma de uma semente. um potente mutágeno químico. Acido ribonucleico. mas constam do índice remissivo. Ajuste de t1m organismo ou de uma população a . A Agente hidroxilante. A escala horizontal d e um gráfico. ou cromátide cujo centrômero está perto da extremidade. Distúrbio autossômico re. Adenina (A). D para mília Ac/Ds. RNA ou proteínas). inclui deficiência ou deleção. adj. Nomes de substâncias químicas. Elemento de um Activator (Ac). ex. HN0 2 . de química ou um processo fisiológico. ma adenosina desaminase. de repetição na direção 5' e emparelh a-se com o filamento complementar ao mesmo tempo que desloca o filamento Acoplamento (configuração eis). Substância química . Aleurona. RNA ou polipeptídio). outra variação do padrão normal. Alelo nulo. Forma mutante de um gene que não cria um produ- cessivo em seres humanos causado pela ausência da enzi. Estrutura ou número de cromosso. Acido nitroso. que catalisa a degradação da Alelos codominantes. definições d e termos espe- cializados e variantes de nomes básicos foram omitid os. pés de ervilha altos e {l para pés de ervill1a anões). um gene de efeito AIDS (síndrome de imunodeficiência adquirida). Incorpo- Adição gênica. Agentes alquilantes. Alça t. Procure no índice remissivo os termos que não en contrar no glossário. um ambiente. aneuploidia. fraqueza e disp- Ambiente. 2n. Em geral. à qual se liga Amórfico. combate uma substância estranha (antígeno). geralmente uma proteína. 5' e 3' de íntron. decorrente da deficiência de hemoglobina ou dimi- que afetam a vida e o desenvolvimento de um organismo. 2n + 1) .sobretudo de estrutura secundária. No anfidiploide. Fenômeno pelo qual o DNA de um gene comparado com a média da população ou com algum ou de um conjunto de genes específico é replicado sepa- outro padrão. Assinapse. poploide. Substância de um tecido ou líquido do corpo que mossomos em metáfase para identificação de irregularida. genotlpo. ligue aos promotores de óperons e estimule a transcrição. Ausência de pareamento ou pareamento parcial de mossomos homólogos duplicados separam-se e começam a cromossomos homólogos durante a prófase meiótica. trissomia). um ambiente em comum. arginina. Método assexuado de reprodução em q ue há produ- molécula que precisa se ligar à proteína ativadora do ca- ção de oosferas não reduzidas (geralmente diploides) que tabolismo (CAP) para que o complexo (CAP/ cAMP) se se desenvolvem sem fertilização. leucina estão entre os aminoácidos mais comuns. muitas vezes Amplificação gênica. cariotos que implica o término prematuro da transcrição. Estágio da segunda divisão meiótica em que as cro. histidina. Antígeno. treonina. mos-filhos vão da placa equatorial até polos opostos da célula (em direção às extremidades do fuso). hibridização de diferentes espécies. Atenuação. nuição do número de hemácias. O número de filhos de um indivíduo.para Alotetraploide. plementares às três bases de um códon específico no RNA • mica do líquido é realizada para diagnóstico de algumas mensageiro. lisina. ser incorporadas aos ácidos nucleicos. 3'. 5 '-monofosfato de adenosina. Sequência de nucleotídios na região 5' de um gene começam a se deslocar em direção a polos opostos da célula. AMP cíclico. Anfidiploide. Bases purínicas ou pirimidínicas não natu- que se estabelecem têm dois genomas de uma espécie e os rais. de muitas cópias de uma molécula de DNA recombinante recém-construída. Proteína que impede a RNA po- Amostra. Alanina. Asco. Fenômeno no qual células eucariotas morrem por Amplificação (moléculas de DNA recombinantes). valina.. um de ligações de alta energia entre aminoácidos e moléculas alopoliploide. Procedimento usado para identificar re- brevivência e a capacidade reprodutiva de outro genótipo giões codificadoras (éxons) ladeadas por sítios de splicing nessa população. Espécie ou tipo de vegetal derivado da duplica- Aminoacil-tRNA sintetases. nado amorfo. Estágio da mitose ou meiose em que os cromosso- (ascomiceto) no qual são produzidos os ascósporos. Substância. As células são cultivadas. Esse alelo mutante é denomi. enquanto nos outros alopoliploides elas podem ser A Amnio. cópias do gene. triptofano. Amniocentese. Organismo com quatro genomas derivado da identificação pessoal. Produção eventos internos geneticamente programados. A análise direta da composição quí. Três bases de um RNA transportador que são com- uma mulher grávida. e examinam-se os cro. Organismo ou célula cujo número de cromosso- classe que contém um grupo amino (NH2 ) e um grupo mos não é um múltiplo exato do monoploide (n) com um carboxila (COOH). A sobrevivência e a capacidade reprodutiva de um genótipo em uma população em comparação com aso- Amplificação do éxon.l). isto é. Hormônio masculino que controla a atividade se- uma característica quantitativa decorrente dos efeitos de xual em animais vertebrados. na qual se desenvolve o embrião de vertebrados superiores. maior (p. e repetições em série em número variável (VNTR) . tirosina e de duplicação ou ausência de parte de um cromossomo. Distúrbio caracterizado por palidez.. Muitas vezes são Alozima. Aptidão relativa. mátides-irmãs de um cromossomo duplicado se separam e Atenuador. como o número de filhos de determinado rado do restante do genoma para aumentar o número de - . se deslocar em direção a polos opostos da célula. A ' Ambientalidade. Apoptose. Procedimento de coleta de líquido amniótico de Anticódon. procarioto (ou em seu RNA) que causa o término prema- Análise do perfil de DNA (análise da impressão digital de turo da transcrição. de término de transcrição. ou hi- proteínas. Termo aplicado a um alelo mutante que suprime to. Os aminoácidos são os precursores das genoma. um pouco diferentes das bases normais. Orgão das flores que produz pólen. Qualquer substância orgânica pertencente a uma Aneuploide. Saco reprodutivo do estágio sexuado de um tipo de fungo Anáfase. menor (p. possivelmente por formação de uma DNA). fenilalanina. . Anemia. Enzimas que catalisam a formação ção dos cromossomos na F 1 híbrida de duas espécies. Uso de dados da sequência de DNA. des (p. duzida em um organismo vertebrado. Também designa os casos tamina. glu. A proporção da variância fenotípica total de Androgênio. Membrana delgada que reveste a bolsa cheia de líquido desconhecidas. um anticorpo ou um receptor de células T quando intro- talmente a expressão gênica. Reunião de todas as condições externas e influências neia. Antiterminador de transcrição. ex. Estágio da primeira divisão meiótica em que os cro. - Antera.704 Fundamentos de Genética de cromossomos geneticamente diferentes oriundos de repetições curtas em série (STR) altamente polimórficas duas ou mais espécies. as formas Análogos de bases. mutagen1cas. as duas espécies são conhe- de tRNA. Um dos esporos contidos no asco de determinados sucede a metáfase e precede a telófase. Grupo de itens selecionados para representar uma limerase de parar a transcrição em sequências específicas grande população. Aminoácido. A anáfase Ascósporo. ex. doenças.. hiperploide. Anticorpo. ex. prolina. que podem dois outros de outra espécie. fungos como Neurospora. Aptidão. cidas. Mecanismo de controle da expressão gênica em pro- Anáfase II. Anáfase 1. uma pequena Apomixia. Variante de uma enzima detectada por eletroforese. Característica que tem manifestação mostra áreas claras e escuras ao longo dos cromossomos. Característica determinada por bandas. Cápsulas de polissacarídio.Ico. peso e velocidade de crescimento. . Estudo da genética e de outras informações car. Câncer colorretal não polipoide. local no qual está sendo sintetizado um transcrito de RNA. como o DNA. com 10. a conformação do DNA quando pre.RNA). Em animais. Glossário 705 Ativador (da expre~o gênica). autônomo). tipos de bactérias. e se espera determinado perío- tungstênio ou de ouro revestidas de DNA para dentro das do até que a imagem produzida por decaimento radioativo células. Conjunto de clones de cDNA contendo forma. Não esfera de células.somo (chromosome waUring). estágio de mórula. em geral. Esses vírus são deno- um distúrbio dominante. ou uma macromolécula composta de subunidades de açú- Bioinformática. como al- res de bases por volta. Aplicação de métodos estatísticos ao estudo de pro- que estimula. Caráter (característica). Auxotrófico. Procedimento que visa substância. ciados que passaram por um processo de duplicação para Processo análogo ocorre em alguns animais. blemas biológicos. às vezes herdado como Bacteriófago. (Veja também Clonagem posicional. Registro fotográfico no qual se marca uma Bombardeamento com microprojéteis. Uma das duas classes de cadeias leves de anti- corpo (cf. As comparações laterais identificam os pares. Procedimen- na (F). Forma hereditária de calvície na qual a rarefação do cabelo começa no topo da cabeça. mas requer o Cadeia kappa. - çao. Carcinógeno. BAC (cromos. Coleção de genes contendo as oxigênio na proporção de 1:2:1. Vetores de clona- gem construídos a partir de fatores de fertilidade bacteria. tura. sem a ajuda de outra Blástula. Por exemplo. Tipo de câncer encontrado na porção inferior do trato digestivo. Cadeia lambda). Segmento de DNA com desenrolamento pécie original. Microrganismo mutante (p. bactéria ou le- e vedura) que não cresce em meio mínimo. B-DNA. Diz-se que os Bivalente. uma molécula de açúcar sequências do DNA genômico de um organismo. minados bacteriófagos porque destroem as bactérias hos- pedeiras. Autos.. B Calvície de padrão masct1lino. seja revelada em um filme. Um dos muitos detalhes da estrutura. Cap 5' (m. Procedimento no qual amos- promove determinadas atividades celulares. como os vetores YAC. Molécula constituída de carbono. a expressão de outros genes. eles aceitam insertos grandes to que usa grandes clones superpostos para o deslocamen- de 200 a 500 kb.somos artificiais bacterianos). Uma das duas classes de cadeias leves de anticor- acréscimo de alguma substância como um aminoácido ou po (cf.4 pa. Cadeia lambda. substância ou função que compõem um organismo cópias dos RNA isolados de um organismo ou de um tipo individual. específico de tecido ou célula de um organismo. Agente capaz de induzir câncer em um organismo.somo. ex. isto é. Bandeamento cromossômico. Produto de genes reguladores Biometria. mento complementar que ocorre na origem da replicação ticos ou quase idênticos de cromossomos (genomas) . transformar células vegetais pelo disparo de partículas de como a timidina tritiada. to sequencial de um sítio para outro ao longo de um cro- mossomo. um elemento transponível que co. Autorradiografia. Qualquer uma das células formadas nas primeiras Autônomo. identificar cada cromossomo humano pelo padrão de Característica multifatorial. Par de cromossomos homólogos em sinapse ou asso- vegetais fertilizados dessa forma foram autopolinizados. Caminhada no cromos. Revestimentos de carboidrato com nominadas DNA satélites com densidade menor ou maior especificidade antigênica que estão presentes em alguns que o DNA da banda principal. Qualquer cromossomo não sexual. Autoferâlização. uma vitamina. Coloração de cromossomos que Característica de limiar. Vírus que ataca bactérias. forma embrionária inicial que sucede o unidade. mas é influenciada por variações genéticas e . ou ativa. ATP. Bactérias que abrigam bacteriófagos tem- perados. como nema. descontínua. vegetal fertiliza os óvulos do mesmo vegetal.) Bactérias lisogênicas. Carboidrato. espécie poliploide com genomas derivados da mesma es- Bolha de transcrição. Blastômero. Banda formada por DNA em gradiente de den. Uma no início da replicação do DNA. Termo usado para designar toda unidade biológica clivagens no desenvolvimento de animais. uma combinação de vários fatores genéticos e ambientais. Região localizada de separação do fila- Autopoliploide. com uma substância radioativa. sidade diferente e menor que o DNA da banda principal. A banda satélite contém sequências de DNA repetidas de. Cadeiakappa). DNA bifilamentar cuja hélice é dextrógira. tódeos e moluscos. uma camada simples ou uma difica uma enzima para sua própria transposição (cf. biológicas usando técnicas de computador e estatísticas. Bolha de replicação. sente em soluções aquosas com baixa concentração de sal. Processo pelo qual o pólen de determinado net. hidrogênio e Biblioteca de DNA genômico. Características quantitativas. . tras de células de um embrião são coletadas para teste ge- . formar um grupo de quatro cromátides. Fenótipos mensuráveis. Biblioteca de cDNA. E possível ambientais contínuas. que tem função independente. Poliploide que tem conjuntos múltiplos e idên. O cap (capacete) de 7-metil-guanosina acres- centado à maioria dos mRNA eucarióticos após a transcri- Banda satélite. Trifosfato de adenosina: substância rica em energia que Biopsia de vilosidades coriônicas. Organela existente em muitas células animais e que Clonagem terapêutica. a classe que o DNA cromossômico. m1croarranJO. Uma pequena bolacha (wafer) de silício ou ou- ciada como um blastômero que. Região de um cromossomo onde há fixação à fi- Cauda poli(A) (mRNA). quando madura. Célula-mãe. Citoplasma. Incorporação de um gene de interesse em uma molécula de DNA autorreplicante e amplificação da CéltiJ~tronco embrionárias (CTE). pode dar origem a um em- de oligonucleotídios ou sondas de hibridização de cDNA brião completo. Célula Ciclo celular. mente diferenciada) com o objetivo de produzir uma po- . que contém Classe modal. o Célula somática. dispostos em sua superficie em um padrão específico. Células T cuja resposta a um antígeno exi- Clonagem (gene). Sistema complexo de fibras e filamentos que • meiose. Em uma distribuição de frequência. células mitóticas. Isolamento de um clone de um gene ou Célula-tronco. . Area da biologia relacionada com os cromosso- minativa do adulto. Bactéria que recebe DNA de outra célula (do. o MTOC ro. Célti1as T auxiliares. Célula preparada para se dividir por mitose ou Citoesqueleto. Cílio. Citocinese. Cinética. como 47. Vej a Fator F. Produção de muitas cópias de um gene ou bido por um macrófago é a estimulação da transformação de uma sequência específica de DNA. Célula capaz de extensa proliferação e cuja prole outra sequência de DNA com base na posição no mapa no é capaz de se diferenciar em tipos celulares especializados. Produto da divisão celular. Centi. proporciona sustentação às células e participa do desloca- Célti1as do polo. Centríolo. fase. As célu las dos organismos classificados cleo. Chip de DNA. Processo no qual o núcleo do ovócito é aparentemente participa da formação do fuso durante a substituído pelo núcleo de uma célula de doador (possivel- m itose. também é a fórmula abreviada da constituição cro.Morgan. que contém o DNA cromossômico. plastídios e mitado por membrana. que é dividida em G 1. Chaperona. ta feminino é substituído pelo núcleo de uma célula de um dimento usado para separar macromoléculas com base em organismo desenvolvido com o objetivo de produzir um sua densidade (massa por unidade de volume). Estudo da estrutura e da função das células. genoma. presen- Célula germinativa. Veja Unidade de crossing ooer. da divisão nuclear que são parte da mitose ou meiose. Divisão citoplasmática e outras alterações exclusivas Célula-filha. está associado a organelas distintas denominadas centros- mossômica. Essas células são caracterizadas por te. Protoplasma de uma célula fora do núcleo. A constituição cromossômica de uma célula ou Centro organizador de microtúbulos (MTOC). ao contrário de ponto ao qual se fixam os microtúbulos para deslocar o uma célula germinativa que é capaz. rante a divisão celular. todas as partes vivas da célula. Proteína que auxilia novos polipeptídios a se do- cDNA (DNA complementar). no qual rem um núcleo. XX + 21 na trissomia do 21 em ser somos. quando fertilizada. deli. Região de uma um indivíduo. estrutura locomotora de de ser fertilizada e reproduzir um organismo inteiro (cf. protozoários ciliados.706 Fundamentos de Genética Cariótipo. Grupo de células na porção posterior de em. os cromossomos dispostos em ordem de célula eucariótica que produz os microtúbulos usados du- comprimento e de acordo com a posição do centrôme. Organela em forma de barril associada ao fuso extremidades 3 ' da maioria dos mRNA eucarióticos após mitótico em células animais. como eucariotos. Célula (ou núcleo) indiferen- Chip gênico. semelhante a um pelo. Centrômero. O ciclo celular oscila entre m itose e intér- Célula F+. vitro a partir de um molde de RNA. mento de componentes celulares pelo citoplasma. As células dos organismos classificados Citologia. Processo dinâmico que inclui movimento. ou • • Célula doadora. um cromossomo durante a divisão celular eucariótica. Célti1as eucarióticas. de tecidos e/ ou órgãos. Estrutura locomotora. briões de Drosophila que são precursoras da linhagem ger. Clonagem posicional. a transcrição. Trecho de poliadenosina com 20 a bra do fuso m itótico. Base pirimidínica encontrada no RNA e no DNA. Citogenética. Se G 2• tônomo. Proce. residem as organelas celulares (mitocôndrias. Célula constituinte do corpo. Essas células são caracterizadas por não Citosina (C). reproduzir o organismo. de cromossomo durante o processo de divisão. Estrutura proteinácea associada ao centrômero de adora) durante a recombinação (cf. de linfócitos B e Tem plasmócitos produtores de anticor- pos e células T citotóxicas. tem a maior frequência. Bactéria que contém um fator de fertilidade (F) au. Veja Chip gênico. Processo no qual o núcleo de um game- Centrifugação de equih1>rio por gradiente de densidade. Célula (ou núcleo) totipotente. Bactéria que doa DNA para outra célula (re. te em determinadas células. Célula somática). Eventos cíclicos ocorridos durante as divisões das receptora) . humano. Célula doadora). Célula reprodutiva capaz. novo organismo geneticamente idêntico ao doador. semelhantes). Em células de animais. 200 nucleotídios de comprimento que é acrescentado às Centrossomo. terem um núcleo. delimitado por membrana. Célula receptora. Clonagem gênica. Cinetócoro. respectivamente. Molécula de DNA sintetizada in brarem em suas estruturas tridimensionais próprias. como procariotos. exceto o nú- Célti1as procarióticas. mos e suas implicações na genética. ceptora) durante a recombinação em bactérias (cf. quando isolado ou ade- tro suporte sólido que contém uma grande quantidade quadamente transplantado. Clonagem reprodutiva. Células presentes em em- molécula de DNA recombinante resultante em uma célula briões capazes de se diferenciar em muitos tipos diferentes hospedeira apropriada. Com- no da cadeia polipeptídica em vez da incorporação de plexo proteico que usa RNA bifilamentar para produzir e um aminoácido. muitas vezes associado à recombi- Coeficiente de seleção. por exemplo. um elemento transponível.. por exemplo. Coincidência. cestral comum. às vezes GUG . Coeficiente de endogamia. e não por tRNA. Substância necessária para a atividade de uma en. nas. Um meca. Murray Barr. células que participa da secreção de substâncias celulares. O segundo corpo polar é produzido moléculas de DNA diferentes. Fração de genes comuns a dois indiví. gene é aumentada ou diminuída de acordo com o número Cloroplasto. Todos os indivíduos originados de propagação vegetativa Colônia. nismos unicelulares durante a fertilização. população de moléculas de DNA idênticas que apresentam Compensação de dose. Clone. Códons com essa últi- ma função são denominados códons de término ou finali. Código genético. mapa físico de uma porção de um cromossomo. Essas células-tronco poderiam. Termo que indica o número de maneiras Conídio. Relação entre os dois filamentos de uma ficam os 20 aminoácidos e o início e o término da cadeia dupla hélice de DNA. cal. foi associado a essas organelas citoplasmáticas. . variação ou efeito em determinadas condições (p. encontrada nos núcleos de mamíferos placentários e que Colinearidade (adj. primeiro corpo polar é produzido na divisão 1 e não pode Cointegrado. quência esperada é calculada com base na suposição de Corpos polares. então. duos em virtude de ascendência comum. Conjunto de três nucleotídios adjacentes em uma formada entre homólogos em sinapse no fim da primeira molécula de mRNA que especifica a incorporação de um prófase meiótica. tém clorofila e na qual é sintetizado o amido. Grânulo pequeno ao qual está fixado um cí- Colchicina. aminoácidos do polipeptídio codificado por ele. colinear). Conversão gênica. Corpúsculo basal.. a razão pode ser Coeficiente. . Códon de término de cadeia. Complexo sinaptonêmico. nome dado em ho- uma molécula ocorrem na mesma sequência que as uni. Conjunto de clones superpostos que constituem um Coeficiente de relação. Massa condensada de cromatina que é e a mitose. em Escherichia vada e a frequência esperada de crossing overs duplos. uma de uma única célula progenitora. A timina em um filamento faz par polipeptídica. Veja Acoplamento. na qual a fre. geneuca.. sageiros complementares nas células eucarióticas. Complementaridade. O conjunto de 64 trinucleotídios que especi. Coeficiente binomial.que indica o início de Complexo de Golgi. durante o qual há replicação de um alelo à custa de outro. A razão entre a frequência obser. geralmente mediada por na divisão II. Contig. Competência (adj. Corpos embrioides. Estrutura semelhante a uma fita. Processo.geralmente AUG. O do outro. Glossário 707 pulação de células-tronco com genótipo igual ao da célula dades de outra molécula que especificam. estudos do código genético. Há três códons desse tipo (UAA. como uracila e citosina (poli-UC) foram combinados para • z1ma. que une as cromátides ao longo de sua aminoácido a uma cadeia polipeptídica ou que indica o extensão e facilita a troca de cromátides. na qual só são possíveis dois resultados. ex. Razão entre a frequência observada e a fre. coeficiente de endogamia). Conjugação. doadora. Número que expressa a quantidade de alguma de 6:2 ou 5:3 em vez da razão esperada de 4:4. Sistema de membranas no interior das um novo polipeptídio durante a tradução. Configuração "lrans. Relação na qual as unidades de contém um ou mais cromossomos X. "feminina"). UAG e direcionar pequenos RNA de interferência para RNA men- UGA). reconhecidos por fatores de liberação de proteínas. independente de genes lula bacteriana de incorporar DNA e sofrer transformação nucleares. Probabilidade de que dois alelos em Consanguinidade. Misturas constituídas de mais de um monômero. Molécula de DNA formada pela fusão de duas passar pela divisão II. competente). Fenômeno no qual a atividade de um uma sequência de DNA específica de um organismo. de cópias desse gene na célula. as células menores produ- que os dois eventos de crossing over são independentes um zidas na meiose que não se transformam em ovócitos. Veja Repulsão. . por exemplo. menagem ao seu descobridor. nação. Organela verde no citoplasma de vegetais que con. Número que mede a aptidão de um ge. renciadas derivadas de células-tronco embrionárias. Em animais fêmeas. União de células sexuais (gametas) ou de orga- Coeficiente de coincidência. Nas tétrades completas. coli. Massas de células diferenciadas e indife- quência esperada de crossing overs duplos. Esporo assexuado produzido por hifa especializada de obter os dois resultados possíveis em uma experiência em determinados fungos. e a citosina em um fila- Códon de iniciação. Em biologia molecular. com a adenina no outro filamento. Códon que especifica o térmi- Complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC). Configuração eis. Capacidade que tem uma cé- nismo de herança citoplasmática. Coleção compacta de células produzida pela divisão de um único indivíduo original. zadores. o Copolímeros. polímeros de dois tipos de bases orgânicas Coenzima. ser usadas os nucleotídios de um gene são colineares em relação aos para substituir células perdidas no organismo doador. Relação decorrente de descendência de um um indivíduo sejam idênticos por descendência de um an. o que ocasiona razões de segregação não mendelia- nótipo em relação a um padrão. transferência unidirecional de material genético de culada com base na suposição de que os crossing overs em um doador (célula "masculina") para um receptor (célula segmentos adjacentes do cromossomo são independentes. ancestral comum. Alcaloide derivado da Colchicum autumnale (planta lio ou flagelo. dama-nua) e usado para interromper a formação do fuso Corpúsculo de Barr. término da síntese do polipeptídio. Sequência de três nucleotídios no mRNA mento faz par com a guanina no outro filamento. Códon. A massa de um átomo de hidrogênio. como em cro- mossomos X ligados ou cromossomos X-Y ligados. Fragmento de cromossomo sem cen. Covariância. um dos dois filamentos idên. Em genética de Drosaphüa. Especificação de um aminoácido por mais de um códon. biológica. Corpo produzido por fusão das regiões hete. Associação estatística entre variáveis. Também é usado como teste de somo com múltiplas inversões e marcador dominante que ligação gênica. As proteínas desnaturadas costumam desdobrar suas cadeias polipeptídicas e exibir propriedades alteradas Cromossomo Y. Cruzamento entre indivíduos que Cromocentro. res e geralmente têm tamanho e formato semelhantes. Cromossomo X. O par do cromossomo X no macho de muitas de solubilidade. . D Cromossomo ClB. Cromossomos sexuais. Na mitose ou meiose. DNA. criando produtos Cromátide. Cromossomo heterólogo. Veja Deriva genética aleatória. um. (Veja também Recombinação. Cromossomo que tem dois centrôme- Depressão endogâmica. tem os mesmos pais. Cromossomos homólogos. O complexo de DNA e proteínas em cromossomos Cruzamento consanguíneo. Esses cromossomos contêm o Correpressor.. Cruzamento entre parentes. Desrepressão. mais uma vez. Cromossomos gigantes produzidos junto de genes. A • • . por replicação na intérfase sem divisão e constituídos de muitas cromátides idênticas dispostas lado a lado. em pa- Cosmídios. Cromossomos que ocorrem em pa. reduzindo o número de wci. Enzima que hidrolisa o DNA. Cromômeros. Na maioria dos animais. Método para separar e identificar os compo. Vetores de clonagem que são híbridos entre cro- drão semelhante a um cabo. fêmea A X ma- cho B e macho A X fêmea B são cruzamentos recíprocos. gens com os sexos invertidos. do com um testador totalmente recessivo para determinar A tromero. ou cruzamento entre indivíduos de genótipo desconheci- Cromossomo acêntrico. Observação de que as linhagens endo- ros. DNA de plastídios vegetais. Cromossomo associado à determinação do Desnaturação. originalmente nomeada em razão da rapidez Cruzamento de irmãos. Desoxirribonuclease (DNase). (p. cruzamento entre irmao e irma. genitor do sexo feminino. rial por meio da quebra e reunião de suas moléculas de somo. gêmicas são mais fracas que as linhagens não endogâmicas. um repressor e desativa a expressão de um gene ou con. geralmente acompanhada de perda da atividade mos X e o macho. Cruzamento no qual os parceiros são escolhidos em razão da semelhança fenotípica. Processo de ativar a expressão de um gene ou Cada cromossomo tem um arranjo linear de genes. micas e físicas semelhantes. Cruzamento inter-racial ou interespecífico. junto de genes diferente do cromossomo ao qual é com- parado. membros pertencentes a raças ou espécies diferentes. do dados. diferem em apenas uma característica ou nos quais só está rocromáticas dos cromossomos nos tecidos politênicos sendo considerado um traço. mossomos de fago À e plasmídios. cromos. Deficiência (deleção). glândulas salivares) de alguns dípteros. contêm sítios cos do fago À e origens de replicação dos plasmídios. ções fortuitas. Filamento distinguido opticamente que forma uma estrutura axial dentro de cada cromossomo. Deriva genética aleatória. ex. Cromonema. Cruzamentos recíprocos.708 Fundamentos de Genética Correlação. Cromossomo X de Drosophila que tem uma Dálton. Veja Deriva genética aleatória.) Cromatina. espécies de animais. Um dos produtos da duplicação do cromos. Cromossomos politênicos. entre eles os cloroplastos. Medida da associação estatística entre variáveis. Alterações da frequência alélica em ro perto do meio e dois braços de comprimentos aproxi. inibe a recombinação com um cromossomo homólogo es- truturalmente normal. tação letal recessiva dentro de uma grande inversão. pequenas populações reprodutivas decorrentes de varia- madamente iguais. Crossing over. por exemplo. Desvio. Aglomerados de nucleoproteína de coloração escura que são observados nas células durante a divisão. Cruzamento preferencial. Degeneração (do código genético). Corpos pequenos identificados por seu tamanho característico e arranjo linear ao longo de um cromosso. Deriva genética. lécula. para determinado alelo. um Desvio padrão. se o indivíduo em questão é heterozigoto ou homozigoto Cromossomo ba]anceador. Processo no qual os cromossomos trocam mate- Cromátidt?irmã. Cromossomos. Original. conjunto de genes que havia sido reprimida (desativada). Perda da configuração nativa de uma macromo- sexo. Cruzamentos entre diferentes linha- mo. Cruzamento de nentes de m isturas de moléculas com propriedades quí. novo. Crossing over entre sequências de DNA cpDNA. Cromossomo dicêntrico. Em estatística. Cruzamento-teste. eucarióticos. Cromossomo que contém um con- Deriva. dois cromossomos distintos do mesmo par. Molécula efetora que forma um complexo com mesmo arranjo de genes. ticos resultantes da autoduplicação de um cromossomo. Cromossomo metacêntrico. a fêmea tem dois cromosso. • - Cromatografia. Cruzamentos de dois indivíduos que com que é tingida por alguns corantes. Ausência de um segmento de um cro- Cromossomo composto. Crossing over desigual. Cromossomos associados à determina- ção do sexo. duplicados e deficientes. afastamento de um valor esperado. Medida de variabilidade em um conjunto de proveniente do genitor de sexo masculino e o outro. Retrocruzamento do tipo parental recessivo. repetidas com pareamento desalinhado. mutação causadora de olhos em forma de barra e uma mu- de novo. Cromossomo que tem o centrôme. Cromossomo formado pela união de mossomo. a raiz quadrada da variância. Cruzamento mono-ln'brido. início tardio (30 a 50 anos de idade) em seres humanos. Processo em que células não especializadas de- nitrogenada. como antena. Substância que tem composição percentual igual à de DNA helicase. na citosina e nos dímeros citosina-timina no Di-híbrido. Enzima que catalisa a introdução ou are- Discordante. altamente repetitivas. Distúrbios nos quais o sistema imune dos indivíduos afetados produz anticorpos contra antígenos Dissociação (Ds). resultantes genético é uma repetição expandida do trinucleotídio da atividade do elemento transponível. Em Drosophila. muscular. O DNA é há encurtamento e espessamento dos bivalentes. getais superiores e animais geralmente têm constituição DNA primase. Massa de células nas larvas de Drosophila e de densidade. Cada desoxirribonucleotídio contém um grupo fosfato. nifesta para a exclusão de um alelo diferente em um orga- lizados em diferentes cromossomos. Vegetal com dois cotilédones (folhas embrioná. . par de alelos é independente de outros genes localizados Domínio aptâmero. Fase da meiose na qual há separação dos ferenciadas de um embrião para transformação em tipos cromossomos maternos e paternos do bivalente (cf. Glossário 709 Determinação. DNA topoisomerase. Dímero. pressão gênica e outra que bloqueia a expressão gênica. Enzima que catalisa a síntese de DNA. Membros de um par que têm características dife. DNA satélite. O defeito tação. As classes Dominância influenciada pelo sexo. vezes ou mais. A distribuição de um nismo heterozigoto. Enzima que catalisa a síntese de filamentos cur- cromossômica diploide em contraste com os gametas ha. do restante do DNA por centrifugação em gradiente de Disco imaginai. te detectado como agente mediador da quebra do cromos- somo em resposta ao efeito do Activator (Ac). originalmen- próprios . DNA do cloroplasto. é constituído de sequências curtas e outros insetos holometabólicos que dá origem a determi. características como sexo. olho ou asa. Distribuição independente. Divisão equacional. Enzima que catalisa o fechamento covalente de Dimorfismo. senvolvem estruturas e funções características. ta na timina.antígenos sintetizados pelas próprias células. nado órgão no adulto. cruzamento di-ln'brido. Duas formas diferentes em um grupo em relação a cortes nas duplas hélices de DNA. uma síndrome de caracterís. Enzima que usa energia da luz azul para clivar ligações cruzadas covalentes induzidas por luz ultraviole- serem pais e a média da população em geral. Termo usado para se referir a um alelo que se ma- para os gametas que ocorre quando os genes estão loca. rias). recessivos nas fêmeas. Distúrbio neurodegenerativo de Disgenesia híbrida. Os tecidos somáticos de ve. limerização. Divi- celulares específicos.em algumas ocasiões. Acido desoxirribonucleico. dois pares de alelos. em algumas neste último caso. os chifres são dominantes nos machos e ferente na escala de medida. somos de bivalentes se separam nos centrômeros e na re. Diferencial de seleção. DNA polimerase. Organismo ou célula com dois conjuntos de cromos- somos (2n) ou dois genomas. DNA mitocondrial. anáfase de divisões mitóticas ou meióticas. outro elemen. Distribuição de frequência. uma macromolécula composta de uma cadeia longa de Dicotiledônea. um milhão de • do paquíteno. Doença de Huntington (DH). produzido por po- mentos complementares de uma dupla hélice de DNA. Indivíduo heterozigoto para DNA. que se liga ao metabólito. (CAG)n que codifica uma região poliglutamina anormal- mente longa perto da terminação amino do produto do Disjunção. material genético que Diacinese. Dominância incompleta. rentes. Região de um riborregulador (riboswitch) segunda divisão na sequência meiótica. terozigoto que permite distinguir o heterozigoto dos pais homozigotos. Na reprodução de vegetais e animais. fibroblasto e célula são equacional). Em geral. como neurônio. Componente do genoma que pode ser isolado gião adjacente. Por exemplo. Veja cpDNA. quebra do cromossomo e esterilidade. Processo de comprometimento das células indi. ploides (monoploides). mas antes da diacinese. tos de RNA que iniciam a síntese de filamentos de DNA. em vez de semelhantes. que incluem mu. Estágio na prófase da meiose 1 depois pias em um genoma . Elemento transponível no milho. (Veja também Não disjunção). mitose somática e que pode se dobrar de duas formas. DNA. Divisão reducional. Enzima que catalisa o desenrolamento dos fila- outra. Expressão de dois alelos em um he- to transponível. a diferença entre a média dos indivíduos selecionados para DNA f otoliase. cada classe representa um intervalo di. A região de um riborregulador ( riboswitch) em cromossomos não homólogos. Separação de cromossomos homólogos durante a gene huntingtina. Distribuição aleatória de alelos Dominante. tamanho ou coloração. raças de carneiros. desoxirribonucleotídios unidos por ligações fosfodiéster. DNA ligase. ção negativa do DNA. o açúcar 2-desoxirribose com cinco carbonos e uma base Diferenciação. ticas anormais da linhagem germinativa. Divisão do tipo mitótica que geralmente é a Domínio de expressão. tirada de super-hélices do DNA. causado por mutação autossômica dominante. DNA repetitivo. Doenças autoimunes. depende do sexo do indivíduo. Diploide. Enzima bacteriana que catalisa a super-helicoidiza- mozigotos que difere em dois aspectos. Estágio da meiose logo antes da metáfase 1 no qual contém informações e constitui os genes. . uma que facilita a ex- divisão não reducional da meiose. mas o dobro do peso molecular. no qual os cromos. a prole de um cruzamento entre ho- DNA girase. Veja mtDNA. Sequências de DNA presentes em múltiplas có- Diplóteno (diplonema). Gráfico que mostra a incidência re- lativa ou absoluta de classes em uma população. Expressão dominante que podem ser definidas por uma variável distinta ou contínua. síndrome de. ex. Elemento transponível em Drosophüa que. Termo usado para descrever um fenômeno ocorrido DNA naquele sítio ou perto dele. ao menos em permeáveis ao DNA mediante aplicação de corrente elé. Tipo de retrotranspóson Equihôrio genético. Duplicação de cromossomos sem divisão do nú. Os filamentos dos cromossomos se separam. populações naturais que são isola- Endomitose. diploide contêm múltiplos do número diploide de cromos- Dupla hélice. trica intensa. Interações entre produtos de genes não alélicos. Enzima. os primeiros 2 meses de vida intrauterina. Relação mutuamente benéfica na qual um or- ganismo vive dentro de outro. permatozoides maduros. Hormônio que influencia o desenvolvimento em in- Enzima constitutiva.710 Fundamentos de Genética Down. Intercruzamento. Equihôrio da ligação. e assim por diante). De modo geral. Fatores genéticos que elevam ou re. do isolamento geográfico. Eletroporação. Formação de uma nova espécie por po- Embrião. As quatro células formadas pelas divisões meió- mos na célula. Especiação simpátrica. Enzima que quebra filamentos de DNA em po. Saída de um inseto adulto do estágio pupal. um elemento transponível um cromossomo ou independente no citoplasma (p. IS também podem ser transpostas. Espécie. quando entre os alelos de wci ligados nos cromossomos de uma po- ativado.400 pares de nucleotídios) encontrada em bacté. Endonuclease que reconhece uma se- determinado habitat. que há intercruzamento na qual as frequências de alelos Eletroforese. elétrico. As espermátides tomam-se es- mas a célula não se divide. Tecido nutritivo que se desenvolve no saco em- Duplicação. Efeitos alélicos aditivos. Enzimas de reparo do DNA. quer que sejam as condições de crescimento (cf. Ecdisona. com consequente aumento do número de cromosso. o esperma- . o endosperma é triploide (3n). o espermatócito primário an- DNA. DNA danificado. Elemento de DNA capaz de genes suprimidos são denominados hipostáticos. ao passo Elemento IS (sequência de inserção). Fenótipo resultante de trissomia do cro. das reprodutivamente de outros grupos do mesmo tipo. quando há duas mutações em heterozigotos eis e trans. em local anormal. Ecótipo. Enzima sintetizada continuamente quais- setos. Erro padrão. Espermátides. Endopoliploidia. Enzimas que catalisam o reparo do Efeito matemo. geralmente en- contrada em cada extremidade da inserção. induzível e Enzima repressível). Elemento semelhante a retrovírus. gene adjacente. duzem o valor de um fenótipo em uma escala linear de Epissomo. Migração de partículas suspensas em um campo permanecem constantes ao longo do tempo. pulação. tes da conclusão da primeira divisão meiótica. Ocorrência de um segmento mais de uma vez no brionário da maioria das angiospermas. Cruzamento entre indivíduos com parentesco. Endogamia. Termo relativo às causas não genéticas de um fe- . Enzima induzível. Sequência de DNA curta que a epistasia resulta de interações dos produtos de não (800 a 1. causa disgenesia híbrida. Proteína que acelera uma reação química específica E em um sistema vivo. Equihôrio. algumas participam da recombinação do formar quatro espermátides. surge depois da fertilização dos dois núcleos endospérmi- tiplicação de células. 8n. nância está associada a membros de pares alélicos.po. A célula que Endonuclease.. Processo que torna as membranas celu lares Especiação alopátrica. . regiões superpostas. há inserção de um elemento transponível. 4n. Estado em que as células de um organismo mossomo 21 em seres humanos. Espermatócito (célula-mãe do espermatozoide). Enzima Eclosão. Enzima repressível. Condição em um grupo de organismos em que se assemelha à forma integrada de um retrovírus. alelos. também se refere à mul. Enzima sintetizada apenas na presença do Edição de RNA. Estado de sistemas dinâmicos em que não há alte- mica. notJ. Ocorrência de diferentes fenótipos molécula reguladora. No milho. Endossimbiose. Epistasia. mesmo cromossomo ou genoma. Especiação decorrente. cleo. Na maioria dos vegetais diploi- Duplicação do sítio-alvo. Os Elemento genético transponível. Veja Enzima de restrição. Processos pós-transcrição que alteram as infor. Elemento genético que pode estar presente ou au- medida. complementares. Endonuclease de restrição. Epigenético. cos primários fundidos do saco embrionário por um dos dois núcleos espermáticos. quência curta específica no DNA e cliva a molécula de Ectópico. Enzima cuja síntese é diminuída por uma Efeito de posição cis-trans. substrato que atua como indutor. sente em diferentes células e que pode estar inserido em Elemento controlador. A domi- passar de um local para outro no genoma. Característica controlada por um gene da mãe. o como Ac ou Ds capaz de influenciar a expressão de um fator de fertilidade [F] em Escherichia coli). em pulações que habitam as mesmas regiões geográficas ou seres humanos. Medida da variação em uma série de médias. outras sequências de DNA limitadas por elementos ração real. mas expresso na prole. Sequência de DNA duplicada quando des. ticas na espermatogênese. Molécula de DNA composta de dois filamentos somos (ou seja. Estado no qual há associação aleatória Elemento P. Endosperma. Organismo nos estágios iniciais do desenvolvimento. mações codificadas em transcritos de genes (RNA). parte. passa por duas divisões meióticas (espermatogênese) para sições internas. População ou linhagem de organismos adaptados a Enzima de restrição. rias e capaz de se transpor para uma nova localização genô. . Plasmídio que confere a uma bactéria re- Esterilidade. um valor ou parâmetro populacional.. Valor baseado em uma amostra ou amostras de uma dos em um heterozigoto. Fator sigma. como (a+ b) 11• FeniJa]anina. . determinado cruzamento. Proteínas solúveis necessárias para o início dem às sequências no transcrito de RNA processado final da tradução. Expansão binomial. O fator sexual pode ser propagado no citoplasma de. o hospedeiro (célula bacteriana) (cf. Fatores de liberação (RF). mas em experimentos genéticos Espermiogênese. Estrutura alongada que sustenta as anteras em angios- sequências de aminoácidos semelhantes. Proteínas necessárias para o iní- são constituída de dois termos unidos por um sinal de adi. Veja Espermatócito. Geração diploide no ciclo de vida de um vegetal entanto. Estrogênio. ção(+) ou subtração(-). humanidade. Enzima que digere DNA ou RNA. Expressão gênica. divisões meióticas dos espermatócitos. nias. Veja Aminoácido. . Fator de transcrição. O complexo de RNA/proteína que excisa ín. uma série euploide são diploide. Subunidade de RNA polimerases procarióticas Excinuclease. Fator sexual. Veja Fago virulento. O processo pelo qual genes produzem RNA Fenilcetonúria. Célula germinativa masculina madura. Proteína que regula a transcrição de genes. (bacteriana) (cf. e assim por diante (cf. cio da transcrição em eucariotos. início da infância por meio de dieta especial . cDNA usadas para ligar mapas fisicos e mapas genéticos (RFLP). Proteínas solúveis que reconhecem Exonuclease. unidades de DNA no citoplasma que con- Espermatócito secundário. início do desenvolvimento de mamíferos do sexo masculi- no que estimula a diferenciação dos testículos a partir das Eucromatina. mente por alguns corantes durante a intérfase e que consti- tui muitos tipos diferentes de genes (cf. Arranjo de marcadores genéticos liga- Estatística. Fator determinante testicular (TDF). Vetores de clonagem que contêm componentes derivados tanto dos plasmídios quanto dos cromossomos EST (etiquetas de sequências expressas). ex. Espliceossomo. com herança recessiva mendeliana e tratado no • organismo. Proteínas solúveis necessárias para o Exogamia. partindo das códons de término em mRNA e terminam a tradução em extremidades dos filamentos. ou por autopolinização de F1• Os "netos" endogâmicos de Espermatozoide. cromossomos. Eucarioto. Fator F. Fago (vírus) que destrói a célula hospedeira Esqueleto (scaffold). o Eugenia. Fago temperado). me1011ca. Epissomo bacteriano (p. Fago virulento). Hormônio feminino ou substância produtora de estro. Euploide. desse gene. - exc1sao. No Esporófito. resposta a esses códons. Fago. Fagomídios. pode entrar em seguida no ciclo lítico. Organismo ou célula cujo número de cromossomo é coli) que possibilita que a célula seja doadora de material um múltiplo exato do número monoploide ( n) ou haploi- genético. Fago lítico. Célula germinativa masculina primordial que F 1 • A primeira geração filial. sistência contra antibióticos. triploide. Exons. . E constituído de proteínas cromossômicas não histônicas. Fase de ligação gênica. Fatores de transcrição basais. F 2• A segunda geração filial produzida por cruzamento inter se to e dar origem a um espermatócito primário. Família multigênica. . Glossário 711 tócito secundário depois da conclusão da primeira divisão Extracromossômico. trolam a herança citoplasmática. Procarioto). F Espermatogônia. Complexo proteico contendo endonuclease que responsável pelo início da transcrição em sequências de excisa um segmento de DNA lesado durante o reparo por iniciação específicas. Fator de resistência. Cruzamento de indivíduos sem parentesco. Aneuploide). . que produz esporos haploides por meiose. a autofertilização de F1 (ou equivalente) está espermátides. Fago virulento. a primeira geração de descenden- pode se dividir por mitose e produzir mais espermatogô. Fago (vírus) que invade. mas não destrói (lisa) cariotos. Distúrbio metabólico que acarreta retardo e proteínas e exercem seus efeitos sobre o fenótipo de um mental. tetraploide. Epissomo bacteriano que confere a capacidade de atu- ar como doador genético ("masculino") na conjugação. Multiplicação exponencial de uma expres. densados. A estrutura central de cromossomos con. Grupo de genes que têm sequência nucle- otídica semelhante ou que produzem polipeptídios com Estame. Os termos usados para identificar diferentes níveis em ou integrado ao cromossomo bacteriano. Membro do grande grupo de organismos que têm nú. Aplicação dos princípios de Genética à melhora da fator de fertilidade em bactérias. Heterocromatina). Os segmentos de um gene eucariótico que correspon. alongamento da cadeia polipeptídica. Material genético que não é tingido tão intensa- gónadas embrionárias. Fatores de alongamento. Incapacidade de gerar prole. Designa estruturas que não são parte dos . permas. A espermatogônia pode entrar em fase de crescimen. Sequências curtas de dos fagos. plasmídio F em E. Processo de maturação dos gametas (esper- matozoides) masculinos. Veja Bacteriófago. Os marcadores podem estar na população a partir do qual é possível fazer estimativas de fase de acoplamento (A B/a b) ou de repulsão (A b/a B). Espermatogênese. Proteína produzida no cleos celulares delimitados por membrana (cf. trons de transcritos primários de genes nucleares em eu- Fago temperado. Formação de espermatozoides a partir das controlados. Fatores de iniciação. a parte da espermatogênese que sucede as implícita. tes de determinado cruzamento. Estrutura em formato de Y em que os sobrevivência da célula hospedeira em condições em que. variações da frequência do alelo. com frequência de 100%. Sistema de m icrotúbulos que distribui cromossomos du. Gene que in- cus. Gene que codifica um repressor. Gene que controla a formação de segmentos adja- locomotoras em protozoários flagelados. que o alelo remanescente. dois filamentos parentais de uma dupla hélice de DNA são de outro modo. centes no corpo da Drosaphila. Gene cujo produto atua na prole do pois. existente em determinadas células. Evento que ocorre quando todos os alelos em um ler Gene de pair-rule (gene de paridade segmentar). consequentemente. quais o material genético da célula-mãe é duplicado e. Gêmeos de dois zigotos ou fraternos. Organela de locomoção. fixa no cromossomo. Fenótipo. Organismo cujo fenótipo (mas não genótipo) foi G modificado pelo ambiente para se assemelhar ao fenótipo Galha. Gene que especifica a síntese de um polipep- fixado. Fibra de cromatina. Fixação. Gene pseudoautossômico. Gene marcador selecionável q11imérico. Gene de ancoragem. Gene localizado tanto no cromosso- nucleases de restrição. sequências de DNA de duas ou mais origens que permite Fotorreativação. Filial. são eliminados de uma população. o filamento Laboratory Data Library) e no Japão (DNA DataBank of não transcrito de DNA. Gametófito masculino. Características observáveis de um organismo. Diz-se fluencia a formação de segmentos do corpo de Drosaphila. Fluxo gênico. semelhante a um chicote. Filamento de DNA sintetizado de GenBank. possivelmente levando a tabólito específico. Filamento contínuo (líder). as células têm n cromossomos. Célula reprodutiva masculina ou feminina madura (espermatozoide/ anterozoide ou ovócito/ oosfera). morreria. Gene que permite a Forq11ilha de replicação. mo X quanto no cromossomo Y Frequência alélica. cis-trans ou de complementação. indivíduo de sexo feminino que tem o gene. Unidade básica da organização de cromos- somos eucarióticos. Gene induzível. Fase do ciclo de vida dos vegetais em que há pro- oosfera) para formar um zigoto. Exemplo: o gene fac! produz uma Fuso. Formação de gametas. Determinante hereditário de uma função biológica espe- U no transcrito de RNA. unidade de herança (DNA) localizada em posição Filamento sense (de RNA). A propagação de genes de uma população repro. National Center for Biotechnology Information. Fibrose cística (FC). Gene continuamente expresso em todas as Filogenia. o indutor. . A expectativa de vida média de um in- Gêmeos monozigóticos. exceto pela presença de T nas posições em que há Gene. em seres humanos. Na transcrição. Banco de dados de sequências de DNA mantido pelo maneira contínua durante a replicação. Veja RNA sense. pâncreas e do figado por muco e. o filamento de DNA que é co. do óvulo das espermatófitas que contém os oito núcleos mos 7 meses antes do nascimento. Espaço grande de paredes finas dentro embrionário e o nascimento. Gene posicionado tanto no mapa fisico Fissão. Processo de reparo do DNA fotodependente. Gene que controla a taxa de expressão de os alelos de um locus em uma população. Os três núcleos haploides idênticos em ciadas montados em um filamento com diâmetro médio um grão de pólen. Fertilização. Fragmento de restrição. Fragmento de DNA produzido por cli- vagem de uma molécula de DNA com uma ou mais endo. Diagrama que mostra as relações evolutivas entre um células de um organismo. de RNA. exceto um. Na transcrição. Gametogênese. dos semelhantes na Europa (European Molecular Biology Filamento não molde (codificante). dução de gametas. de um organismo diferente (mutante). tídio. infecções crônicas. estruturas Gene gap. a sobrevivência de uma célula ou organismo em condições em que normalmente morreria. dividido igualmente pelas duas células-filhas. grupo de organismos. do de células. foi Gene estrutural. Mecanismo de divisão celular entre os procariotos nos quanto no mapa genético de um cromossomo. Existem bancos de da- do de maneira descontínua durante a replicação. por Gêmeos dizigotos (DZ). polipeptídio e cuja definição operacional é dada pelo teste piado para produzir um filamento complementar de RNA. os últi. constituída de DNA e proteínas asso. um estágio embriológico depois da blástula. Estágio pré-natal de um animal vivíparo entre o estágio Gametófito feminino. proteína que controla a expressão dos genes estruturais do plicados de modo igual e exato para cada célula-filha de óperon lac em Escherichia coli. Tumor dos vegetais. Feto. Distúrbio autossômico recessivo em seres Gástrula. desenrolados e usados como moldes para a síntese de no. A sequência é igual à do transcrito Japan) . Gene construído com vos filamentos complementares. de 30 nm. A proporção de um alelo em relação a todos Gene regulador. to ou idênticos. cífica. no Natio- Filamento descontínuo (atrasado). Gene expresso apenas na presença de um me- dutiva para outra por migração. Gameta. Flagelo (adj. haploides idênticos derivados da mitose do megasporo produzido por meiose. Gêmeos originados de um único zigo- divíduo com fibrose cística é de 35 anos. Fusão de um gameta masculino (espermatozoide ou anterozoide) com um gameta feminino (ovócito ou Gametófito.712 Fundamentos de Genética Fenocópia. Filamento de DNA sintetiza. árvore evolutiva. Gene de efeito materno. flagelado). segmento de DNA que codifica um Filamento-molde. outro gene ou genes. Veja F1 e F2 • Gene constitutivo. nal Institu tes of Health nos EUA. uma célula eucariótica que se divide. Embrião animal inicial constituído de duas camadas humanos caracterizado por obstrução dos pulmões. Gene marcador selecionável dominante. Gene repressor. de. O DNA é segregado em do. Seus produtos hélice. quadro ou diagrama que representa a água e solúveis em soluções salinas. Graus de liberdade. herança extracromossômica. e há super-helicoidização negativa independente (altura. intensidade da cor) que dependem da ação de cada domínio. Fenótipo). Ramo da genética que estuda as fre. Hélice. Genes parálogos). citoplasmáticos) transmitidos pelo ga- Genoma dobrado. Genes homólogos) . acumulativa de muitos genes. Herdabilidade. Genômica. (Ver também Herdabilidade em sentido amplo e trutura e a função dos genomas de diferentes espécies. e. Indivíduo que tem órgãos reprodutivos masculi- bulinas são importantes no desenvolvimento da imunida. rior de embriões de Drosophüa. Orgão sexual (i. distúr- ancestral comum (cf. Acido nucleico bifilamentar que contém um ou Guanina (G). um mosaico sexual. Exemplo: as Genética reversa. . de a doenças. presente no san- cada segmento que se forma ao longo do eixo anteroposte- gue. Herdabilidade em sentido restrito). Herança quantitativa. Em genética quantitativa. isolamento de mutações no gene ou para bloqueio de sua Herança materna. beta e gamaglobulinas no soro humano. Indice associado à distribuição de fre. Genes homólogos presentes em diferentes es- localizado em eritrócitos de vertebrados. tos dos alelos. bio hereditário dependente de um gene recessivo ligado ao sexo. Grão de pólen. mais pares de bases incompatíveis (não complementares). Indivíduo que tem uma parte do corpo femi. Hereditariedade. ções em diferentes sítios de um gene. nes nucleares. Gametófito masculino nos vegetais superiores. Cromatina que adquire coloração escura . Proteínas comuns do sangue . herança.. alfaglobulina. Gene que influencia o desenvolvimento de seg. E possível distinguir as ascendência de um indivíduo. Constituição genética (composição gênica) de um proporção da variância fenotípica total devida a fatores ge- . Tabela. um cromossomo. um pequeno efeito no fenótipo. . em Genes de polaridade de segmento. mesmo durante a intérfase. mas não alélicas do ponto de vista estrutural. Proteína sérica. Genes mutáveis. alfa. Grupo de genes cujos pro. • filhos. do citoplasma ou de estruturas no citoplasma. Globulinas. Genética. . Heterodúplex. Genes ortólogos. Proteína conjugada composta que contém ferro. um gene Haploide (monoploide). importante no pécies ( cf. As gamaglo. corporal de um invertebrado. não dos ge- quências de alelos e genótipos nas populações reprodutivas. Mutações que são alélicas do ponto de vista fun- Gônada. muta- gametas. Genes parálogos. no nucleoide de uma bactéria. muitas vezes contém DNA re- quência de uma estatística de teste calculada a partir de petitivo com poucos genes. Germoplasma. e. Transmissão hereditária dependente Genética de populações. Semelhança entre indivíduos associada à des- Glicocorticoide. Grupo de genes que controlam o desen- lo de Watson e Crick de DNA tem a forma de uma dupla volvimento inicial de embriões de Drosophüa. Indivíduo que tem uma cópia de um cromossomo Genes homeóticos. dutos definem os compartimentos anterior e posterior de Haptoglobina. tendência ao sangramento Genes homólogos. um conjunto completo ( n) de cromossomos ou um genoma. Hemoglobina. Herança citoplasmática. mossômicos (i. Em genética quantitativa. Material hereditário transmitido à prole por in. como na ligação ao sexo ou em consequência da a formação do corpo de um embrião por controle da ex- deleção. . pressão de outros genes em regiões segmentares ao longo do eixo anteroposterior. características dos plastídios nos vegetais podem ser herda- cleotídica de um gene a fim de criar procedimentos para das por um mecanismo independente dos genes nucleares. Gene supressor tumoral. principal- pressão à divisão celular. Conjunto de variantes genéticas ligadas. Grupo de genes cujos produtos controlam ou gene. Genes homólogos presentes em uma espécie Hemolinfa. Hemofilia. transmissão de características dos pais para os A • • • genica em animais superiores. que são insolúveis em Heredograma. Herdabilidade em sentido amplo. Hemizigoto. masculina. Genes homólogos). Herança controlada por fatores extracro- expressao. organismo ( cf. peso. proporção da variância fenotípica devida à soma dos efei- Ginandromorfo. a termédio das células germinativas. Técnicas genéticas que usam a sequência nu. Conjunto completo (n) de cromossomos (portanto. a Genótipo. Mistura de sangue e outros líquidos na cavidade (cf. Heteroalelos. Doença hemorrágica. Hormônio esteroide que regula a expressão cendência. definem segmentos ao longo do eixo anteroposterior. Glossário 713 Gene seletor. . de genes) herdado como uma unidade de um dos pais. dados amostrais. Genes cuja taxa de mutação é muito alta. netlcos. Ramo da genômica que compara a es. Base purínica encontrada no DNA e no RNA. Estudo da estrutura e da função de genomas inteiros. Genes que evoluíram a partir de um gene excessivo mesmo em caso de pequeno ferimento. Herança de características mensuráveis mínios. mente por polimorfismos de nucleotídio único (SNP). Herdabilidade em sentido restrito. nina e a outra. Heterocromatina. ovário ou testículo) que produz cional. H mentos específicos do corpo em Drosophila. nos e femininos.. O mode- Genes de segmentação. Hermafrodita. O estado intracelular condensado do DNA meta feminino. Grau de controle de uma característica pela Genômica comparativa. Organismo ou célula que tem apenas homeótico. transporte de oxigênio para as células do corpo. cada um deles produzindo Genoma. Genes ortólogos. A ciência da hereditariedade e da variação. Gene cujo produto participa da re- Haplótipo. Qualquer estrutura que tenha formato espiral. Indivíduo no qual as duas cópias de um gene são moléculas de DNA presentes nessas colônias ou placas. Proporção de indivíduos heterozigotos em HIV (vírus da imunodeficiência humana). mas a ter. Procedimento para exa. Holoenzima. Em ciência. Processo de ativar a expressão de um gene ou conjun- Hipótese dos fatores múltiplos. Heterozigosidade. . . Sequência de DNA encontrada em vários genes duz gametas diferentes. proposição para explicar um fenômeno. Intercruzamento de espécies. mutações no mesmo sítio no mesmo me de colônias ou placas que crescem em membranas ou gene. Hibridização. gicos induzidos experimentalmente fora do organismo em Hipoploide. Prole de pais homozigotos que difere em um ou mais Impressão digital de DNA. peso e suscetibilidade a doenças. a b+/a+ b. e Hormônio do crescimento humano (HGH). processo de for. significa "dentro do organismo vivo". Condição genética na qual há um número menor um tubo de ensaio ou outro recipiente. cromossomo no genótipo (cf. produzindo um complexo que não é mais capaz . Veja Globulinas. Hiperploide). é deficiente em indivíduos com determinados ou por acasalamento de animais de diferentes tipos. to de genes por um indutor. o primeiras bases do códon e anticódon de mRNA. em um sentido amplo. consequentemente. tipos de nanismo. raças. Veja Homeobox. Polipeptídio si- assim por diante. Indutor. Do latim. o mesmo alelo.. nalizador necessário para o crescimento normal de seres mação de um híbrido por polinização cruzada de vegetais humanos. mo no genótipo (cf. essa sequência é denomina- da homeodomínio. Há pareamento correto das duas que tem alelo S igual ao do grão de pólen. Alta frequência de mutação ocorrida sociado à metilação de nucleotídios específicos no gene. de vegetais ou animais. malmente ocorrem na região 5' dos genes humanos. . participantes da especificação de órgãos em diferentes Heterozigoto eis. Heterozigoto que contém duas mutações responde a uma sequência de aminoácidos no polipeptí- em configuração trans. Retrovírus causador uma população. Do latim. nal quanto estrutural. nos segmentos gênicos que codificam as regiões variáveis O estado alterado é estabelecido na linhagem germinati- de anticorpos durante a diferenciação de linfócitos Bem va e transmitido à prole. presentes todos os polipeptídios componentes. e visualizar a sonda ordenador. Hipoploide). a prole de um cruzamento lmprinung. variedades. Superioridade de genótipos heterozigotos em rela. Hibridização in situ com fluorescência (FISH). significa "dentro do vidro". usada como medida de variabilidade ge. cíficas pela hibridização de sondas de ácidos nucleicos com as Homozigoto. dio codificado por esses genes. mas que em extratos deles. influenciam a segmentação em animais. do pelo locus S complexo no qual um grão de pólen não Hipótese da oscilação. Veja Cromossomos homólogos. Htôrido. Substância de baixo peso molecular que se liga a um xos como altura. por hi. Ilhas de CpG. Condição genética na qual há um número exces- sivo de um cromossomo ou de um segmento de cromosso. Imunoglobtllina. Homólogos. que o normal de um cromossomo ou de um segmento de ln vivo. processos bioló- denominado hipomorfo. a vida. Genes homólogos. placas de cultura a fim de pesquisar sequências de DNA espe. na qual pode persistir por toda plasmócitos produtores de anticorpos. Esse alelo mutante é ln vitro.por exemplo. netlca. Hipótese que explica como um tRNA é capaz de fertilizar um óvulo produzido por um vegetal reconhece dois códons. característica de genes que em configuração eis-por exemplo. pro. Método para determinar a localização de Hormônio. Homoalelos. regulação da atividade gênica. . da AIDS em seres humanos. refere-se a tratamen- Hipomórfico. nado par ou série de alelos que. terar sua seq uência de nucleotídios. Histonas. Do latim. . Hibridização in 1 situ que usa uma sonda de DNA ou RNA ligada a um co. Indução. parte onde influencia a atividade ou atua como agente co- rado em preparações cromossômicas. o epissomo F é integrado ao Homeodomínio. po que é transportado pelos líquidos corporais para outra bridização de DNA ou RNA marcado com DNA desnatu. Hfr. Hiperploide. Por exemplo. e não menor expressão que um alelo do tipo selvagem.714 Fundamentos de Genética Heterose. hibridizada por autorradiografia ou microscopia de fluo- A • rescenc1a. Produto orgânico de células de uma parte do cor- sequências de DNA específicas em cromossomos. a+b+/a b. Linhagem de alta frequência de recombinação de Esche- richia coli. Mutações alélicas tanto do ponto de vista funcio- Hibridização de colônia ou placa in situ. Homeobox. cromossomo bacteriano. Teoria proposta por R. Incompatibilidade gametofítica. muitas vezes está as- Hipermutação somática. Termo designativo de um alelo mutante que tem tos experimentais realizados em células ou tecidos. significa no lugar natural. não suprime totalmente a expressão. Grupo de proteínas ricas em aminoácidos básicos. Um gene alterado dessa maneira é denominado imprinted. Organismo com membros diferentes de determi. Processo que altera o estado de um gene sem al- de linhagens sem parentesco. pólen sl não pode fertilizar um óvulo produzido por uma ceira base no anticódon apresenta movimento (oscilação) planta S1 /S2• que permite o pareamento com mais de uma base. repressor. nessas linhagens. Hibridização in situ. - çao a uma ou mais caracter1st1cas em comparaçao com os Atuam no espiralamento de DNA em cromossomos e na homozigotos correspondentes. Fenômeno botânico controla- Hipótese. Forma de uma enzima multimérica na qual estão Heterozigoto. O homeobox cor- Heterozigoto "lrans. ln situ. Vej a Perfil de DNA genes. A. Heterozigoto que apresentam duas mutações partes do corpo em animais. Aglomerados de citosinas e guaninas que nor- rante fluorescente. Fi. sher e outros para explicar a variação de fenótipos comple. si quando em soluções aquosas em razão da sua insolubili. RNA ou proteínas). Inversão paracêntrica. Ligação química que une as subunidades de Intérfase. Segmento de RNA curto (10 a 60 Letal equilibrado. Interações fracas entre átomos eletro- lamentar impede a expressão de um gene que é homólo. detectada por estudo do pa. Os braços são imagens espelhadas um do duto final acumulado de uma via bioquímica interrompe outro. aminoácidos em comum e outras diferentes. assim. dados juntos porque estão localizados no mesmo cromos- Intercruzamento. polipeptídio.proteínas que têm algumas sequências de • mesma via. Exemplos: produção de leite por mamíferos. Ligante. Crossing over em um ponto que reduz a chance Ligações iônicas. Isótopo (forma de um átomo) instável que química. po igual ou fenótipos muito semelhantes. pela soma da ação dos fatores de contribuição. Inibição do produto final. estágio metabólico durante o qual há replicação Ligação sexual. A união de duas ou mais moléculas de DNA por liga- Interação. dividindo. mente compartilhado por prótons de dois átomos adjacen- Interações hidrofóbicas. genes idênticos. polipeptídio). Fenômeno no qual o RNA bifi. placa ou vesícula formada por duas mem- durante a síntese de uma macromolécula (DNA. Ligador (DNA). finas e únicas (mas são. O pro. . Sequência curta de nucleotídios que tem antes da sinapse no qual os cromossomos são observados um 3'0H reativo e pode iniciar a síntese de DNA ao longo como estruturas filiformes. Cruzamento entre híbridos F1 derivados de somo. Estágio da meiose imediatamente Iniciador (primer). Inversão pericêntrica. Estágio do ciclo celular em que a célula não está se aminoácidos nas proteínas. por causa da ligação próxima ou supressão do crossing over. Constante. importantes do sistema imune de animais vertebrados. chifres em carneiros Rambouillet. geralmente se refere à por. Ligação gênica. Inversão que inclui o centrômero. Glossário 715 de se ligar ao operador. Inibidor. tipo que tem algumas características fenotípicas dos rior das células ou sobre elas. Diferentes formas de um gene que produzem fenóti- a expressão do(s) gene(s) controlado(s) pelo operador. Estrutura. Sequência curta de aminoácidos em um produto pri. dade. na ver- de um molde. Inteína. o gene está em um cromossomo sexual. Leptóteno (leptonema). Ligação. . sexos masculino e feminino. efeito que não pode ser explicado ções covalentes. Ligação na qual um par de elétrons é igual- da adição estrita.500 pb) em eucariotos. Em uma população fechada. emite radiação ionizante. negativos e átomos de hidrogênio (eletropositivos) que es- go. de ligação ao X. Atrações entre grupos químicos de cargas de outro crossing overpróximo. gos (comprimento médio= 6. produção de ovos por Invariável. Membro de uma família de proteínas intimamente de síntese regula a síntese em uma etapa anterior dessa relacionadas . Ligações de hidrogênio. inalterável. Interferência. terfere em uma reação. o estágio que começa depois da telófase de uma reditária ao sexo. Veja Inibição por feedhack. Uma classe geral de leucócitos que são componentes um braço de um cromossomo e não inclui o centrômero. um desvio Ligação covalente. ao menos em parte. mo par de cromossomos que são mantidas em repulsão lamento de DNA. Sequências intercalares de bases de DNA nos genes ácido nucleico eucarióticos que não são representadas no transcrito de Limitado ao sexo. sobrevivem apenas os hetero- mário da tradução que é capaz de excisar a si própria do zigotos trans ( ~ + l + l2 ) para as mutações letais. Isocromossomo. Rearranjo que inverte a ordem de um arranjo linear elementos transponíveis moderadamente repetitivos lon- de genes em um cromossomo. por. Dupla hélice de DNA desprotegida que conec- Intersexo. opostas. pr1mar10. cundárias intermediárias entre os sexos masculino e femi. Inversão que está totalmente dentro de I. duplas porque já houve replicação do DNA).infócito. sintetizado pela enzima DNA primase. drão de crossing over com três ou mais genes ligados. ta nucleossomos adjacentes. Toda substância ou objeto que retarda uma reação Isótopo radioativo. Molécula que pode se ligar a outra molécula no inte- nino. um cruzamento entre pais de duas linhagens. durecem na medula óssea e são as principais responsáveis . Ligação peptídica. tão ligados a outros átomos eletronegativos. . Incorpora. um sexo. divisão e se estende até o início da prófase da próxima di. muitas vezes é empregado como sinônimo . galinhas. Importante classe de células que ama- tanto abrange os dois braços de um cromossomo. Ligase. Tendência de diferentes genes de serem her- dade em água. Um metabólito final de uma via Isoforma. UNE (elementos nucleares intercalados longos). geralmente o X. Iniciação (da síntese de DNA. Interferência por RNA (RNAi). a presença do indutor ativa Isoalelos.- visao. Em estatística. Mutações letais em diferentes genes domes- nucleotídios) usado para iniciar a síntese de um novo fi. um gene de efeito maior ou modificador que in. L ção da primeira subunidade (nucleotídio ou aminoácido) Lamela. Associação de grupos apoiares entre tes. Expressão de uma característica em apenas RNA maduro porque são cortadas do transcrito de RNA . Famílias de Inversão. RNA ou branas paralelas. Enzima que une as extremidades de dois filamentos de Introns. Um cromossomo com dois braços idênticos e Inibição por feedback (ou inibição pelo produto final). ção de uma molécula que é igual em diferentes espécies. Iniciador (primer) de RNA. Associação ou ligação de uma característica he- do DNA. ao RNA. ljnfócitos B (células B). a síntese desse produto. Organismo que apresenta características sexuais se. Metástase. tecido conjuntivo. Em Drosophila. Mapeamento de híbridos por radiação. Metafêmea (superfêmea). Mapa fisico linear ou circular de uma mo- densam e se reúnem no plano equatorial da célula. Cromossomo ClB. A ' ções de endogamia sistemática. plastos.o "padrão de bandas" . Mapa citológico. XXX. Pigmento castanho ou preto. Líquido contido na bolsa amniótica de verte- abaixo do qual há um número igual de medidas. do por análise genética. para detectar novas mutações le tais recessivas ligadas ao X. Células que se diferenciam no timo e dios no DNA que correspondem a esses códons no mRNA. Acréscimo de um ou mais grupos cromossomos humanos (produzidos por irradiação) fun. Estágio da divisão celu lar no qual os cromossomos Mapa de ligação gênica. Presume-se que a ORF co. Mecanismo em que há ne- ou mediada por células T. Mediana. baseadas em frequências de recombinação . Disseminação de células cancerosas para órgãos an- tes não afetados. Diagrama de um cromossomo baseado na co. Meiose. o valor central acima e Líquido amniótico.716 Fundamentos de Genética pela resposta imune mediada por anticorpos ou humoral. Mecanismo de controle positivo. como as mitocôndrias e os cloro- determinado gene ou um de seus alelos. milhares de oligonucleotídios ou sondas de hibridização . são mais bem definidos e dispostos em uma placa equato- tra as posições relativas de genes em um cromossomo obti. brados superiores e que contém células do embrião (não da mãe). Segmento de DNA contendo monstrar que os raios X são mutagênicos. Estágio da primeira divisão meiótica em que os cro- mossomos homólogos duplicados emparelhados se con- Mapa de restrição. a sequência de trincas de pares de nucleotí- Ijnfócitos T (células T). Rup tura de uma célula pela destruição da membrana ce. Membrana ou outro suporte sólido contendo difique um polipeptídio. nos tecidos reprodutivos femininos de vegetais. Lise. Molécula grande. Membrana. Filamentos que constituem a parte vegetativa do talo códons especificadores de aminoácidos. Diagrama de um cromossomo com distâncias ração com os conjuntos de autossomos (p. ainda. a soma de todas as medidas ou valores Lipídio. Metáfase II. expressao genica. Soma de todos os processos químicos em células loração diferencial . Camada germinativa média que se forma no em- Macromolécula. Série de trinucleotídios posicionados em se- dão origem aos plasmócitos produtores de anticorpos e a quência no sítio A do ribossomo durante a tradução de um algumas outras células do sistema imune. códon de término da tradução. Loci de característica quantitativa (QTL). Método ClB. Média aritmética. Diagrama linear ou circular que mos. Diagrama de um cromossomo ou molécula de célula. roei). Inserção de um elemento transponí. O transcrito de RNA de uma ORF começa com um códon de iniciação da tradução. Metáfase 1. por autofer. J. Melanina. Metabolismo. Tanto o líquido quanto as células são usados para diag. DNA com distâncias apresentadas em pares de bases. rial. Estágio da segunda divisão meiótica em que os cro- mossomos duplicados se reúnem no plano equatorial da Mapa físico. Posição fixa em um cromossomo ocupada por dentro de uma célula. qui- lobases ou megabases. termo usado para identificar brião inicial de animais e dá origem a partes como osso e moléculas de proteínas e ácidos nucleicos. geral- mente estéril. Média. em uma amostra dividida pelo tamanho da amostra. Metáfase. Molécula composta de ácidos graxos e triglicerídios. fêmea anormal. lécula de DNA que mostra os sítios clivados por diferentes enzimas de restrição. metil (-CH3) a um ou mais dos nucleotídios em um ácido didos a cromossomos de roedores para determinar as rela. Matriz de leitura. também é um componente do retículo endoplas- mático celu lar. cessidade de proteína(s) reguladora(s) para desativar a Ijnhagem endogâmica. M Mesoderma. de inversão. Pequena organela celular delimitada por membra- animais ou de esporos em vegetais. por exemplo. são as principais responsáveis pela resposta imune celular Mecanismo de controle negativo. ex. . O tecido que produz os gametas.ao longo de vivas em que há produção e uso de energia.. Estrutura macromolecular composta de lipídios e proteínas q ue circunda uma célula ou algumas organelas Locus (pl. AA). H. mRNA. Uso de células híbridas de seres humanos e roedores que contêm fragmentos de Metilação (de DNA e RNA).centiMor- gans. importante criadora de na que contém enzimas destinadas à degradação de ma- variabilidade por meio de recombinação. resulta na formação de gametas em Lisossomo. . Muller usou esse cromossomo para de- Matriz aberta de leitura (ORF). seguido por uma sequência de Micélio. Processo pelo qual o número de cromossomos de uma lular após infecção viral. Em um conjunto de medidas. Marcação por transpóson. que tem uma mutação causadora de olhos em forma de vel dentro ou perto de um gene. marcando esse gene com barra e uma mutação letal recessiva dentro de uma gran- uma sequência de DNA conhecida. ções de ligação de genes humanos. e termina com um dos fungos. Dois ou mais genes que afetam uma única característica quantitativa. Uso de um cromossomo X especial de Drosophila. cromoléculas. Veja também as sequências necessárias para codificar um polipeptídio. com excesso de cromossomos X em compa- Mapa genético. Microarranjo. estágio depois da prófase e antes da anáfase. célula reprodutiva é reduzido à metade do número diploi- de ( 2n) ou somático. Mecanismo em que há neces- tilização repetida ou por cruzamento repetido de irmãos sidade de proteína(s) reguladora(s) para ativar a expres- completos. nucleico. Megasporo. Célula grande isolada produzida no fim da meiose nóstico de anormalidades genéticas do embrião ou do feto. sao genica. sua extensão. A ' Ijnhagem germinativa. Linhagem produzida por muitas gera. sora. O mecanismo inclui um gene regulador codificador de um Mutação espontânea. toplasma para produzir duas células-filhas geneticamente idênticas. Mutação que anula parcial ou totalmente células de diferentes genótipos. seja por inserção ou denominado monossomia. dutivas (células somáticas) do corpo e não é transmitida à tiva de estruturas semelhantes em diferentes organismos. mutações pontuais com alteração envolvendo um único dos reprodutivos masculinos dos vegetais. Transferência de um átomo de hidro. res de DNA ou transcritos para o RNA mensageiro. Microtúbulos. Organismo ou célula que tem apenas um conjun. Filamentos ocos no citoplasma constituem uma parte do aparelho locomotor de uma célula móvel. por exemplo. . Mutação por inserção. Forma mutante de um gene que provo- Mono-htôrido. Estudo da forma de um organismo. como cílios e flagelos. Molécula que influencia o comportamento viável em outra série de condições ambientais . o efeito fenotípico de outra mutação. Mutação que troca um códon Motilidade. indivíduos heterozigotos para os alelos mutante e selvagem tenham um fenótipo mutante. O DNA armazena informações codi. tante na prole de um indivíduo do sexo feminino portador da mutação. Substância que estimula o desenvolvimento da for. mediante ligação a uma região operadora e bloqueio da Mutação germinativa. mo. outro pelos alelos presentes em apenas um locus gênico. Mutação homeótica. Mutação. Modificação tautomérica. Mutação que modi- mossômica 2n . Mutação krwckout. mas não afeta a aptidão do organismo. de algum outro gene. complementares. como uma proteína repres. Disjunção de cromossomos duplicados e divisão do ci- nino pode não apresentar o fenótipo mutante. Mutação induzida). Mutação que ocorre nas células repro- transcrição pela RNA polimerase. no entanto. uma mutação em Drosophila que causa o Modificador (gene modificador). Gene que afeta a expressão desenvolvimento de pernas na cabeça em lugar das antenas. dutivas (células germinativas) do corpo e é transmitida à Modelo. o próprio portador do sexo femi- Mitose. tânea). DNA das mitocôndrias. Mutação somática. Mutação germinativa). Mosaico. Mutação causada pela inserção de DNA somos). Padrão ou modelo. Veja RNA de interferência curto. Um dos quatro produtos finais da meiose nos teci. denada de conjuntos cotranscritos de genes estruturais. por deleção de nucleotídios. Mutação com ganho de função. Mutação que causa o desenvolvimento de gênio de uma posição para outra em uma molécula orgâ. suprime a expressão gênica ou a função de um produto A • gen1co. Mutação que suprime a expressão de um gene. gene. Prole de dois homozigotos que diferem um do ca a morte de um organismo homozigoto para ele. Alteração do DNA em um locus específico de um or- Micro-RNA. O termo é usado de modo abrangente e inclui Microsporo. organismo a um agente químico ou fisico que causa alte- ficadas e atua como um modelo ou molde a partir do qual rações na estrutura do DNA ou RNA (cf. Mutação com perda de função. Morfologia. Veja Ginandromorfo.) to de cromossomos ou um genoma (número n de cromos. Mutação resultante da exposição de um Molde. perm1ss1vas.condições restritivas -. Mutação letal condicional. Mutação que altera a sequência de nucleotí- Monômero. Mutação que dota um produto gênico de uma nova função. Um caso específico desse distúrbio é fica a matriz de leitura de um mRNA. Organismo ou parte de um organismo composto de Mutação supressora. Molécula de DNA construída de um gene. ganismo. história do de. de condições ambientais . Glossário 717 de ácido nucleico para uso na detecção de DNA ou RNA mtDNA. Mutação letal recessiva. Mutação por mudança da matriz de leitura. Mutação espon- as informações são copiadas em filamentos complementa. Célula ou organismo diploide em que falta um plasmídio Ti de Agrobacterium tumefac'iens. Mutação que é letal em uma série rentes de DNA. Mutação neutra. Microssatélite. Mosaico sexual. dor de um aminoácido por um códon de término.condições • • de uma molécula reguladora. Descrição matemática de um fenômeno biológico. prole (cf. Mutação sem sentido. ca outro aminoácido. Morfógeno. Mutação induzida.1). Mecanismo de controle negativo proposto por interfere na função de um alelo selvagem de maneira que Jacob e Monod em 1961 para explicar a regulação coor. mas é Molécula efetora. Mutação nula. Molécula única que pode se combinar a outras dios de um gene. Veja Repetição curta em série (STR). Monoploide. Mutação somática). Mutação que ocorre nas células não repro- senvolvimento de estruturas visíveis e a relação compara. Mutações de sentido trocado. Mutação dominante negativa. uma parte do corpo em posição imprópria em um organis- • nica. geralmente pela ação de estru. in vitro por união total ou parcial de duas moléculas dife. Movimento celular. que especifica um aminoácido por um códon que especifi- turas especializadas. Mutação que troca um códon especifica- ma ou estrutura de um organismo. para formar estruturas mais complexas. bem como uma alteração cromossômica. prole (cf. compo. (Veja também Amórfico. Mutação que causa fenótipo mu- ção deATP. Mutação que suprime totalmente a função Molécula de DNA recombinante. cromossomo de seu próprio complemento (fórmula cro. Mutação que compromete ou nente do fuso mitótico. estranho como um elemento transponível ou o T-DNA do Monossômico. assim influenciando a expressão gênica. Mitocôndrias. Mutação que ocorre sem causa conhecida repressor que controla a transcrição do conjunto de genes (cf. Alelo mutante de um gene que Modelo óperon. Mutação de efeito materno. Organelas do citoplasma de células vegetais e animais onde ocorre a fosforilação oxidativa para produ. Northern blot. Mutante. nismo feminino. mas não em outra. Transferência de moléculas de RNA de gel de ele. dois membros de um par de cromossomos (fórmula cro- Palíndromo. a célula que passa por lar.65 volta de tes do início da meiose. os nadas células ou grupo de células. Incluem substituições de pares de nucleotídios ou mais genes estruturais.um supressor . Grupo internacional assistência de outra unidade ou "auxiliar" (cf. cuja conse. ovócito secundário . Proteína conjugada constituída de ácido nu. Ovário. Não autônomo.718 Fundamentos de Genética Mutações pontuais. Há dois tipos de ordem no código alteração produzida por mutação. Enzima que catalisa a degradação de ácidos nucleicos. Origem da replicação. matina resistente à nuclease constituída de aproximada- Ovogônia. Mutante termossensível. . rica em RNA. é prios animais. Nuclease. os códons para aminoácidos com propriedades químicas mas não na ausência desse fator. Parte de um óperon que controla a expressão de um nos genes. genético: (1) múltiplos códons para determinado aminoá- Mutante sensível ao supressor. Veja Ovócito.. A subunidade de cro. N Organismo~modelo. Célula germinativa produzida por um orga- Nucleosídio. Organela. divisão meiótica. existente no núcleo de mais. separada do citoplasma por uma membrana. e (2) presença de um segundo fator genético . imediatamente depois do zigóteno e antes do diplóteno. Gene capaz de causar transformação cancerosa em Em preparações m icroscópicas favoráveis.depois da conclusão cleico e proteína. centro do nucleossomo. minada temperatura. A ' P. lo- cromátides-irmãs vão para o mesmo polo. dois cromossomos de um par vão para o mesmo polo e o Organizador nucleolar (ON). Célula ou organismo individual que apresenta uma Ordem (no código genético). Autônomo). Ovócito primário . ex. de cientistas criado para coordenar o sequenciamento e o mapeamento do genoma humano. óvulos. transforma em semente.duas moléculas de cada uma das histonas H2a. Raramente. Nucleotídio. animais e micróbios usados roti- neiramente em análise genética. fisico ou químico. servindo como sítio de ligação e inserção ou deleção de um ou alguns pares de nucleotí. Célula germinativa do animal de sexo feminino an- mente 146 nucleotídios de DNA enrolado em 1. o órgão reprodutivo ou a gônada feminina em ani- • Nucléolo. Ovócito (oosfera). . Organizador. semelhantes estão intimamente relacionados. substância química em um sistema vivo quência é o excesso de cromossomos em algumas célu. na m itose. Eixo vertical de um gráfico. Alterações ocorridas em sítios específicos Operador. essas unidades necessitam da Organização Genoma Humano (HUGO). Substância orgânica constituída de uma base uni. Ausência de disjunção ou separação de cro- mossomos homólogos em mitose ou meiose. Organismo capaz de crescer na cido geralmente diferem apenas na terceira posição. Indutor. óvulo. um açúcar e uma base nitrogenada p organ1ca. Termo designativo das unidades biológicas que não têm ação independente. Paquíteno (paquinema). Ordenada. Célula germinativa feminina. Exemplos: na meiose. calizado na constrição secundária de alguns cromossomos. da por ligação covalente à ribose ou desoxirribose. o Panmixia. um gene modificado. para uma ou mais proteínas reguladoras. Agente ambiental. as duas do genes que controlam a síntese de RNA ribossômico. Célula ou organismo com oito genomas ou conjun. Segmento de DNA no qual a leitura da sequência mossômica 2n . Estágio do meio da prófase meiótica tos de cromossomos (número de cromossomos 8n) . mos. O macrosporângio de uma angiosperma que se e H4.antes da conclusão da primeira Nucleoproteína. Nucleossomo. Bolsa esférica. Veja Genes ortólogos. a replicação.2) . Organismo capaz de crescer em deter. possível detectar quatro cromátides. Parte de uma célula eucariótica que contém os cromos. de pares de bases é igual nos dois sentidos a partir de um ponto central de simetria. Parte especializada de uma célula que tem uma ou mais funções específicas (p. Sítio ou sequência de nucleotídios em troforese para membrana de celulose ou náilon por ação um cromossomo ou uma molécula de DNA onde se inicia capilar. Grupo de genes que constituem uma unidade regu- Mutágeno. A unidade inclui um operador. Octaploide. Vegetais. está associado ao organizador nucleo. Núcleo.. Cruzamento aleatório em uma população. o cílio de um protozoário). super-hélice negativa ao redor de um octâmero de histonas . células metabólicas. os cromossomos células animais em cultura e formação de tumor nos pró. Subunidade de moléculas de DNA e RNA conten- do um grupo fosfato. Oncogene. H3 Ovulo (vegetal). Célula ou organismo diploide que não tem os minado indivíduo. material de que são feitos os cromosso. Não disjunção. ladora ou de controle. Ovogênese. Operon. um zir mutações. Ovócito. Parte alargada do pistilo de uma flor que contém os somos. local de armazenamento de ribossomos e de precurso. capaz de indu. da primeira divisão meiótica. dios. H2b. são visíveis como pares de filamentos longos. . Formação do ovócito em animais. Ortólogos. que determina o destino no desenvolvimento de determi- las-filhas e a escassez em outras. Segmento cromossômico conten- outro polo não recebe nenhum deles. gene que promove a divisão celular. Símbolo que designa a geração parental ou os pais de deter- Nulissômico. duas divisões meióticas (ovogênese) para dar origem ao res de ribossomos. Ovócito secundário. Abrange o nucelo e o tegumento. promotor e genes estruturais. Um de muitos genes implicados na herança quanti- terminado fenótipo entre os capazes de apresentá-lo. Dois ou mais tipos de indivíduos timina no RNA. Organela subcelular que contém enzimas que participam da degradação de ácidos graxos e aminoácidos. Organismo com mais de dois conjuntos de cromos- ser transferida de uma bactéria para outra durante a con. Penetrância. (3n). Pequenas ribonucleoproteínas nucleares (snRNP). visualizados por autorradiografia dos nucleicos. transferidos para uma membrana por Pirimidina. Em plo. . de acordo com o dependente dos cromossomos. União química de duas ou mais moléculas do mesmo tipo para formar uma nova substância que tem Pequeno RNA nuclear (snRNA). dos por eletroforese. Peroxissomo. Estudo da organização e evolução de detectáveis por observação de fragmentos de DNA genô- cromossomos por hibridização in situ com uso de sondas mico obtidos por digestão do DNA com uma enzima de de DNA marcadas com corantes fluorescentes que emitem restrição. tídios. Condição na qual um só gene influencia mais de . Polimerização. Base nitrogenada de anel simples presente em áci. depois. placa de Petri para meio de ágar em outra placa de Petri. a maioria molecular e diferentes propriedades fisicas. Enzima que catalisa a síntese de DNA ou RNA. Porcentagem de indivíduos que apresentam de- Poligene. sentes no DNA. decorrente do processo de polimerização. Polipeptídio. Padrão registrado de polimorfismos de DNA. pentaploide (5n). tripeptídios. E responsável pela indução de tumores em vegetais com Ponto de verificação. somos (diploide 2n) ou genomas . os fragmentos de DNA são fraciona- luz em diferentes comprimentos de onda. a citosina e a timina geralmente estão pre. Corpo citoplasmático encontrado nas células deve- Parental. após hibridização com sonda de DNA marcada. Molécula de DNA circular que pode Poliploide. que participa da fotossíntese. Ti. quência de aminoácidos de uma proteína. tetraploide (4n). ao passo que a uracila costuma substituir a Polimorfismo equilibrado. Desenvolvimento de um novo indivíduo a par. heptaploide (7n). Molécula linear com dois ou mais aminoácidos e Plasmídio. Organismo causador de doença. Enzima que acrescenta as caudas poli(A) às composição ou de formação no metabolismo de proteínas. Peptidil transferase. Polímero. Em geral. bros reprodutores de uma população em dado momento. Substância constituída de muitas subunidades meno- res. Figura formada pelos cromossomos no centro Polimorfismo silencioso. Veja Reação em cadeia da polimerase. Polimorfismo. Peptídio. Pleiotropia. mantidos na mesma população reprodutiva por um meca- . Poliadenilação. Plaqueamento em réplica. têm frequências acima de 1%. Southem blottinge. Placa metafásica. Plasmócitos. Glossário 719 Parálogos. JUgaçao. hexaploide (6n).que catalisa a formação de que contém um conjunto de sítios de clivagem de enzima ligações peptídicas entre aminoácidos durante a tradução. Adjetivo que designa células com potencial de se tir de um gameta feminino não fertilizado. principalmente as Pool de genes. de restrição única. uma série de cruzamentos. Existência de duas ou mais variantes em uma po- mossomos duplicados de uma célula durante a metáfase pulação de indivíduos em que no mínimo duas variantes da mitose. unidade de de- Polimerase poli(A).presente na subuni- Poliligador (sítio de clonagem múltipla). Estatística) . São denominados dipep- existe em estado autônomo e é transferido de maneira in. Plano equatorial em que se reúnem os cro. Perfil de DNA (impressão digital de DNA). . nismo de seleção. Pequenas moléculas de RNA elementos iguais em proporções iguais. Procedimento de duplicação de Polinucleotídio. dedos das mãos ou dos pés. Determinante hereditário extracromossômico que um ou mais grupos peptídicos. Substância contendo aminoácidos. linfócitos B. Plasmídio R conjugativo. ção (cf. getais e de alguns protozoários. Ocorrência de número maior que o habitual de PCR. Sequência linear de nucleotídios unidos no colônias bacterianas cultivadas em meio de ágar em uma DNAou RNA. Paterno. Partenogênese. de RNA-proteína que são componentes dos espliceosso- mos. tativa. produzem clorofila. Um par de bases no DNA que varia em uma população. Placa equatorial. Polidactilia. genes eucarióticos (RNA). e assim por diante. Pluripotente. Veja Genes parálogos. da pela letra P. Polimorfismo do comprimento do fragmento de restrição (RFLP). . número de aminoácidos presentes. Plasmídio . Polimorfismo de nucleotídio único (SNP). Os cloroplastos. Variante de DNA que não altera a se- (plano equatorial) do fuso na mitose. diferenciar em muitos tipos diferentes. uma caracter1sttca. Plastídio. Pistilo. Complexos Polimerase. porém maior peso localizadas nos núcleos de células eucarióticas. Segmento de DNA dade grande do ribossomo . Relativo ao pai. Mecanismo que impede o avanço durante a doença galha-da-coroa e é um importante vetor para o ciclo celular eucariótico. Atividade enzimática . Existência de duas ou mais variantes genéticas Pintura cromossômica. Orgão central das flores que contém o ovário. Valor ou constante com base em toda uma popula. Relativo às linhagens fundadoras usadas em um cru. por exem- zamento.por exemplo. dos snRNAs compõe os espliceossomos que excisam ín- trons dos pré-mRNA. O grande plasmídio em Agrobacterium tumefaciens. A soma de todos os alelos diferentes nos mem- dicotiledôneas. a geração parental é simboliza. triploide . Acréscimo de caudas poli(A) a transcritos de Patógeno. transferência de genes para os vegetais. que tem as características dessas linhagens. Leucócitos produtores de anticorpos derivados de Parâmetro. terminações 3' dos transcritos (RNA) de genes eucarióticos. octaploide (8n). Todas as proteínas dos cromossomos exceto as histonas. Prototrofo. Genoma de um bacteriófago temperado Proto-oncogene. Gene celular normal que pode ser transforma- integrado ao cromossomo de uma bactéria lisogênica e re. síntese de cAMP e. de todas as proteínas produzidas por organismos vivos. . pequena e isolada porque os indi- víduos fundadores são uma amostra aleatória de uma gran. partir das frequências dos alelos constituintes. a ativação da transcrição por Primossomo. Cromossomo viral que se integrou ao genoma de um somo é duplo no sentido longitudinal. vida. atono. liga para iniciar a transcrição. Pseudogene. Unidade natural de intercruzamento química que estimula a transformação de células benignas de vegetais com reprodução sexuada ou animais que têm em células cancerosas. exceto na região hospedeiro. Conjunto completo de proteínas codificadas por um genoma. Há espiralamento de cada filamento m1n1mo. liga-se ta genes mutantes a uma população. Proteína fluorescente verde (GFP). Du. o amplo grupo do qual mapear e sequenciar todo o genoma humano. Frequência de ocorrência de um evento. Estágio da primeira divisão meiótica em que há con- densação dos cromossomos duplicados e emparelhamento Purina. procariótico ou eucariótico ( cf. na presença de AMP cíclico (cAMP) . crição. Base nitrogenada de anel duplo presente em ácidos nu- de cromossomos homólogos. Proteína reguladora Pressão de mutação. Transcrito primário de um gene eucariótico antes aminoácidos unidos por ligações peptídicas. Taxa de mutação constante que acrescen. Possibilidade de divergência genética dido. rante essa fase. cleicos. Macromolécula constituída de um a vários polipep- (ou seja. semelhante a um gene. Relação matemática que permite suas sequências codificadoras estejam na mesma matriz de prever as frequências de genótipos em uma população a leitura. a arabinose reprodução na modificação da frequência de alelos em e outros açúcares. Protaminas. tonas nos cromossomos de alguns gametas masculinos. Complexo de replicação proteico que catalisa CAP/ cAMP. Proteína de ligação ao DNA t1nifilamentar. Indivíduo que tem um alelo recessivo não expresso Proteína. Membros reprodutores da população. e o cromos- Provírus. Toda enzima que hidrolisa proteínas. Grupo de organismos de um tipo. Cada polipeptídio é constituído de uma cadeia de Pré-mRNA. Sua síntese é in- moeda. Eficácia das diferenças de sobrevivência e de energia menos eficientes como a lactose. o centríolo se divide e os dois centríolos re. Proteômica. inibido por um alelo dominante). Indivíduo de uma família no qual se identifica pela primeira vez uma característica hereditária. Enorme esforço internacional para cruzamento de vegetais ou animais. A CAP e o cAMP. Cada cromossomo parcialmente separado é denominado cromátide. uma conse- quência do cruzamento aleatório. garantem o uso de glicose como fonte de carbono em vez de fontes Pressão de seleção. Promotor. Proteína ativadora do catabolismo (CAP). Prófago). a iniciação dos fragmentos de Okazaki durante a síntese Proteína de fusão. sultantes se afastam. Probando. do processamento para produzir um mRNA. Estágio da mitose entre a intérfase e a metáfase. Proteínas mediadoras do resultados possíveis. do em oncogene por mutação. como cara ou coroa ao jogar uma processo de transformação em bactérias. Prófase II. Prófase 1. grupo de inter. diferentes. de uma população nova. mossomo são cromátides-irmãs. também é uma substância População mendeliana. Contém atividades de DNA primase combinante que contém porções de dois ou mais genes e DNA helicase. duzida por pequenos peptídios denominados feromônios de competência. plicado com o cromossomo do hospedeiro. Estágio da segunda divisão meiótica em que os cro- mossomos duplicados se condensam e se preparam para se deslocar até o plano equatorial da célula. quando presentes. No . um pool de genes em comum. . Doenças hereditárias caracterizadas por envelheci. tídios. Quando presente. Prófago (provírus). Proteoma. Pequenas proteínas básicas que substituem as his- População pan-mítica. Protease. aparentemente derivado de genes ativos por mutação. a glicose impede a uma população. Procarioto. Sequência nucleotídica à qual a RNA polimerase se População (efetiva). Probabilidade binomial. Frequência associada à ocorrência de um resultado em um experimento que tem apenas dois Proteínas de competência (Com). a adenina e a guanina são as duas purinas presen- tes na maioria das moléculas de DNA e RNA. Polipeptídio constituído de um gene re- descontínua do DNA. Probabilidade. Ciência que determina as estruturas e as funções lular verdadeiro e não sofrem mitose. Protoplasto. . mas estável de um genoma. Proteínas cromossômicas não histônicas. Proteína fluorescente natu- de população principal. portanto. Troca visível de partes em duas cromátides de um mento prematuro. grupo de quatro durante a primeira prófase meiótica. Organismo como uma bactéria que cresce em meio . Q Progérias. ral sintetizada pela água-viva Aequorea victoria. ocorrências repetidas às regiões promotoras de óperons e estimula sua trans- de mutações em uma população. As duas cromátides de um cro. Componente inativo. Quiasma. mantendcros no estado esten- Princípio do fundador.720 Fundamentos de Genética População. Membro de um grande grupo de organismos ( en- tre eles bactérias e cianobactérias) que não têm núcleo ce. População em que o cruzamento é ale. Portador. de DNA produzido por replicação na intérfase. Célula vegetal ou bacteriana cuja parede foi remo- Prófase. do centrômero. Proteína que reveste filamentos únicos de DNA. se pode retirar uma amostra. Projeto Genoma Humano. positiva que. Os diferentes genes são unidos de modo que Princípio de Hardy-Weinberg. Processo responsável pela ligação co- bivalente estão associadas em pares. dos dados às previsões de uma hipótese. drogênio apropriadas.cing).comprimentos de onda de aproximadamente 1 a 350 nm . pode-se usar a fre.ante. diferentes. primeira a propor essas regras). Reparo pó~replicação. Repetições consecutivas de três incapaz de se manifestar na presença do membro domi. mediante excisão de um segmento do filamento de DNA que transpõe o defeito e a síntese de reparo por UV é absorvida pelo DNA e é extremamente mutagênica uma DNA polimerase que usa o filamento complementar para organismos unicelulares e para as células epidérmicas de organismos multicelulares. Os genes que codificam an. quase idênticas em extremidades opostas de um retrovírus quência de recombinação para estimar a distância no ou de um elemento semelhante a um retrovírus integrado. Parte de um vegetal cuja constituição gené. (5') AUG em mRNA eucarióticos (nome dado em home- riclinal. Reparo por excisão de base. principalmente tância capaz de se difundir. Esse ponto de de sequências de íntrons interpostas. mas com orientação invertida. as quatro cromátides de um Recomposição (spli. Em nante. Radiação ultravioleta (UV). quência com 10 a 80 pares de nucleotídios de comprimento. Renaturação. Reparo por excisão de nucleotídio. A radiação DNA. Eliminação de defei- tos relativamente grandes. Glossário 721 estágio diplóteno da meiose. Parte do espectro eletromagnético que mentar de DNA como molde. Processos de reparo do DNA c1e. Remodelagem da cromatina. sulta na produção de cargas positivas e negativas (pares de Reparo por excisão. vários casos. que corrigem pares de bases que não têm ligações de hi- Radiação ionizante.satélite). Radiação ioni7. como dímeros de timina no tico . Alteração da estrutura do DNA e Quimiotaxia. Na bioquímica de ácidos nucleicos. Dado estatístico usado para testar o ajustamento modelagem implica a modificação química das histonas. CCAUGG-3 ' -para o início ideal da tradução no primeiro cem juntos ou de fusão artificial (enxerto). imune celular de mamíferos. Termo que designa um membro de um par alélico Repetições de trinucleotídios. tica é diferente da constituição de outras partes do mesmo Regras de Kozak. Radiação não ionizante). esse termo geralmente se refere à formação de uma hélice bifilamentar a partir de R moléculas unifilamentares complementares. DNA com apenas um a seis nucleotídios de comprimento. Repetição em série simples. no entanto. Atração ou repulsão de organismos por uma subs. capacidade de resgatar células hospedeiras mutantes. Recessivo. Pode ser resultado de diferentes zigotos que cres. essas sequências têm comprimento mínimo de 50%) não produzem estimativas precisas. "troca de partes" é o quiasma. de suas moléculas de proteína associadas. Grupo distinguível de organismos de determinada espé- • Reparo de erros de pareamento. síntese de um novo filamento usando o filamento comple- Radiação não ioni7. Sequências de DNA idênticas ou durante a meiose. Região do plasmídio Ti de Agro- Q11imera (animal). Região vir (de plasmídio Ti). mas de tal modo que valente de sequências de éxons de RNA e pela eliminação há troca de uma parte de duas cromátides. hibridização em Repetição em série extremamente polimórfica de uma se- oligonucleotídios iniciadores e síntese de polinucleotídios. como molde. Sigla: LTR ( long terminal repeats). Uma sequência é a imagem es- a diferenciação de linfócitos T. apenas dois a cinco pares de nucleotídios de comprimento. Nos genes ligados. que amplifica determinada sequência de DNA. Pesquisa em bibliotecas de expressão de cDNA ou clones genômicos com base em sua ção para reparo do DNA lesado. pecular invertida da outra. Reação catalisada por um substrato sem série altamente polimórfica de uma sequência que tem a participação de nenhum outro agente catalítico. Proteína de ligação a antígeno que está Repetição invertida. . Molécula capaz de aceitar a união de um ligante. Mecanismo dependente de recombina- Rastreamento por complementação. Raça. ou setorial. Sequência presente duas vezes em uma localizada na superficie de células T e medeia a resposta molécula de DNA. Produção de combinações gênicas não en. produtos necessários para a transferência do T-DNA da Q11imera (vegetal). bacterium tumefaciens que contém genes codificadores de tervenção experimental. Unidade repetida em série no Receptor. pode ser pe. altas frequências (próximas de Em geral. essas repetições de trinucleotídios sofreram Recombinação. Repetição curta em série (STR) (microssatélite). A luz visível e a luz ultravioleta são exem. Procedimento que requer vários ciclos de desnaturação. Parte do espectro eletromagnético que re. Os raios X e os raios gama são exem- tirada do segmento lesado de DNA e sua substituição pela plos de radiação ionizante (cf. Receptor de células T. Repetição terminal invertida. nucleotídios presentes em muitos genes humanos. não leva à produção de cargas positivas e negativas (pares de íons) em moléculas. Repetição em Reação autocatalítica. 300 pares de bases. muitas vezes essa re- Qui-quadrado. Processos de reparo do DNA em que há re- íons) em moléculas. com camadas paralelas de tecidos geneticamente nagem a Marilyn Kozak. Repetição em série em número variável (VNTR) (minis. Restauração da forma nativa de uma molécula. histonas. micamente modificadas do DNA. Sequências de DNA idênticas tígenos de células T são montados a partir de segmentos ou quase idênticas em extremidades opostas de um trans- gênicos por processos de recombinação somática durante póson de "cortar e colar". Retirada de bases anormais ou qui- plos de radiação não ionizante (cf. bactéria para células vegetais.ante). A parte do espectro electromagné. Reação em cadeia da polimerase (PCR). Indivíduo derivado de dois embriões por in. mapa genético. homólogos e crossing over entre cromossomos homólogos Repetições terminais longas. por um complexo proteico.5'-GCC(A ou G) vegetal. A sequência necessária .entre a radiação ionizante e a luz visível. expansões do número de cópias que acarretaram doenças contradas nos pais pela distribuição de cromossomos não hereditárias. ac).o filamento q ue cresce na direção geral elementos transponíveis semelhantes a eles. . Regulação correlacionada dos genes prote1nas. ex. Molécula de mRNA capaz de regu- uma forquilha de replicação . molde (p. A prole desse cruzamento é denominada geração pelo acréscimo sequencial de nucleotídios à terminação de retrocruzamento. uma molécula derivada Repressor. por exemplo. Hemáciajovem. de modo geral. material que contém informações com a sequência do operador. Rede de membranas no citoplasma à tos primários no núcleo de uma célula eucariótica. descontínuo.) 3'~0H do filamento. de cada um dos pais. 5' ~ 3'. conjunto de genes em resposta a algum sinal. estruturais de um óperon por uma molécula que interage RNA. RNA antisense. Característica da síntese do filamento Retroelemento. onde são usados para produzir Resposta à seleção. estrutura inativa (não transcrita) quando se liga à lisina. Revisão (proofreading). (Veja também Cruzamento-teste.transcrição ou tradução . recombinação e replicação do DNA em bacté. trolam a replicação e a coordenam com a divisão celular. Reprodução que abrange a formação de produzido a partir de um gene. também goto duplo recebeu um alelo mutante e um alelo selvagem são conhecidas como moléculas de microRNA.sofren- miconservativa do DNA. O aparelho de replicação completo . Unidade de replicação. prote1nas. Replicação de DNA por mecanis. Replissomo. mentos de Okazaki) que são. ocorrida no mesmo sítio gê- Replicação descontínua. RNA complementar ao pré-mRNA ou mRNA Reprodução sexuada. restrição. o mensageiro ou mRNA). Retrovírus. do alteração da conformação ao se ligar a um metabólito Repressão. Repressão coordenada. de uma característica expressa por ancestral remoto. dios do tipo selvagem.presente em Riborregulador (riboswitch). lar a expressão gênica . Acido ribonucleico. Retrocruzamento. ferença entre a média dos indivíduos selecionados para serem pais e a média da sua prole. Varredura do DNA por enzimas à pro- manecem intactos) e servem como moldes para a síntese cura de defeitos estruturais. Reversão (mutação reversa). Ribossomo. pantes das vias catabólicas (como o óperon l. e. bases. RFLP. Acoplamento) . a uma forma que pro- cular intacto como molde.que realiza a replicação se. Característica da síntese do filamento descontínuo transcrição reversa de RNA em DNA. os réplicons es. ovócitos/oosferas e es- permatozoides/anterozoides). Elemento transponível que cria novas cópias Replicação por círculo rolante. Processo de duplicação realizado por cópia de um Reticulócito. Moléculas de RNA bifila- mentares com 21a28 pares de bases de comprimento que Repulsão (configuração trans). Na reprodução de vegetais e animais. células germinativas maduras ( i. RNA de interferência curto (siRNA). Retromutação. . Mecanismo de replicação de por transcrição reversa de RNA em DNA. Ribonuclease (RNase).. mas não tem as se- (atrasado) . ção à luz UV) . somos as informações necessárias para a síntese proteica. RNA de transferência (tRNA). mo no qual os filamentos parentais são conservados (per. transportar aminoácidos Reprodução assexuada.. como erro de pareamento de de novos filamentos complementares. Toda enzima que hidrolisa o RNA. RNA-guia. duz o fenótipo selvagem. Enzima que catalisa a síntese de RNA. qual os ribossomos se aderem. Veja Polimorfismo do comprimento do fragmento de tão associados a segmentos da membrana celular que con. Em bactérias. no mínimo. moléculas circulares de DNA nas quais um filamento pa- rental de DNA é clivado na origem de replicação enq uan. em seguida. Proteína que se liga ao DNA e desativa a expressão do DNA por transcrição que pode levar informações (RNA A genica. Riborregulador (riboswitch) de lisina. Processo de desativar a expressão de um gene ou específico. Síntese de um novo filamento de DNA seus pais. A população de transcri- Retículo endoplasmático. usando o filamento cir. de modo geral.. Um mRNA de bactérias Repressão catabólica. RNA nuclear heterogêneo (hnRNA). condição selvagem ou. enquanto a replicação contínua do outro fi.722 Fundamentos de Genética Replicação. RNA que leva do DNA para os ribos- rias que sofrem graves danos do DNA (p. Redução mediada por glicose das taxas que passa de uma conformação ativa (transcrita) a uma de transcrição de óperons que especificam enzimas partici. ou cruzamentos. Elemento transponível que cria novas cópias por ligase. garantir a estrutura subcelular (RNA ribossômico ou rRNA). RNA polimerase. em alguns vírus. A terminação 5' RNA e as replica usando a transcriptase reversa para sinte- do filamento clivado é desenrolada e replicada de modo tizar uma cópia em DNA do genoma de RNA. Molécula de RNA que contém sequências usadas como molde durante a edição do RNA. Restituição de um gene mutante à lamento ocorre na terminação 3'. A síntese de um novo filamento de nico que a primeira. . ex. 3' ~ 5'. Todo processo de reprodução em que (RNA de transferência ou tRNA) ou facilitar a modificação não há formação e união de gametas dos diferentes sexos bioquímica própria ou de outras moléculas de RNA. Organela citoplasmática na qual são sintetizadas as . Resposta SOS.o filamento em crescimento na direção geral quências de repetições terminais longas. Cruzamento entre um híbrido F1 e um de Replicação contínua. reprodução no nível de DNA). Segunda mutação. o aparecimento Replicação semiconservativa. unidos pela DNA Retropóson. a+/a+ X +b/+bproduz a +/+ b (cf. RNA que transportam aminoá- cidos para os ribossomos. após exposi. Qualquer um dos retrovírus integrados ou dos contínuo (líder) . Condição na qual um heterozi- medeiam o fenômeno de interferência por RNA. adi. RNA mensageiro (mRNA). que restaura a sequência de nucleotí- DNA pela formação de segmentos curtos de DNA (frag. Retrotranspóson. Vírus que armazena suas informações genéticas em to o outro filamento permanece intacto. Síntese de um conjunto completo de proteínas de reparo. Réplicon. O par de gião codificante (sequência contígua de códons). Sequência de inserção. resultante da se- Sequência de Shine-Dalgarno. aos cromossomos sexuais ( cf. eis em relação a si mesma. geralmente porque esses indiví. usa grandes fragmentos de DNA para o deslocamento des. Produz gametas iguais no que diz respeito . cipa do início da tradução. Separação dos cromossomos paternos e maternos ticos à qual se liga o fator sigma da RNA polimerase duran- na meiose. Veja Sequência TATAAT. Selenoproteína. . Seleção artificial. Moléculas de RNA que são compo. vada em promotores eucarióticos participantes do início Sinal de término. ocor. (Veja também Clonagem posicional. Sequência TATAAT (sequência -10).) cleotídica (consenso TTGACA) em promotores procarió- Segregação. Selenocisteína. Sequência em uma unida- nentes estruturais dos ribossomos. te o início da transcrição. o gametófito feminino ma. eliminação de organismos menos aptos. e não os fe- nótipos de seus parentes. tro organismo diferente. duos têm uma ou mais características desejáveis. que especifica o término da cadeia de RNA. próxima da terminação 5' do RNA ribossômico 16S e parti- Seleção. Sexo heterogamético). tomando como base os fenótipos individuais. Semidominante. 5 humano. Sobrevivência e reprodução diferencial na por alinhamento de seq uências superpostas. Unidade de radiação ionizante. . Técni- ca de sequenciamento de genomas que inclui a clivagem Seleção genética. ex. Em seres humanos. met1ca. Na transcrição. Sexo homogamético. separação dos alelos em heterozigotos. milho). geralmente associada tege o DNA contra degradação. a es- promotores procarióticos que facilita o desenrolamento lo- colha de indivíduos para reprodução em toda a população calizado do DNA e o início da síntese de RNA. Sequência nu- mo. após fertilização. Sequência da região 5' (upstream). quências de nucleotídios precedentes (-) são sequências da região 5' (cf. Sequência rica em AT nos Seleção em massa. para uma cé- dos homozigotos correspondentes. da terminação 5' até o códon de iniciação da tradução. p or conjugação. (mais próxima da extremidade 3'). Sequência nucleotídica conser. dios subsequente é designado +2.. Sequência conservativa em paração de cromossomos ou alelos nos pais heterozigotos. os fatores mais importantes que modificam as fre. Sequência de nucleotídios que afeta ape- Saco embrionário. lula recep tora. isto é. Sequência nucleotídica presente na duro em plantas superiores. No cruzamento de vegetais e animais. O par de nucleotídios no DNA correspondente ao nucleotídio na extremidade Síndrome. Condição de fertilidade apenas parcial em Shelterina.sômicos (rRNA). uma sequência nucleotídica da transcrição. Exposição de uma célula ou de um organis- aleatória de todo o genoma em pequenos fragmentos. Transcrito primário de mRNA que contém uma re. de de transcrição que precede o sítio de início da trans- RNA sense. mRNA procarióticos que é complementar a uma sequência primeira lei de Mendel da hereditariedade. Termo designativo de alelos nos quais o fenóti. a translocações. Distúrbio provocado pela deleção de nucleotídios subsequentes (+) são sequências da região 3' uma pequena região do braço curto de um cromossomo (cf. Todas as se- Roentgen (r). maioria dos sinais ou elementos genéticos que desempe- Salto no cromossomo (chromosomejumping). Sobrevivência e reprodução diferenciais entre os ge. Proteína que contém o aminoácido seleno. Sequência -35. o embrião. Sexo heterogamético. Sequência da região 3'[downstream]). Aminoácido que contém selênio (número atô. Sequência da região 3' (downstream). nucleotídios no DNA correspondente ao nucleotídio na da para produzir um polipeptídio. me1ouca. Sequência de DNA que ajuda a reduzir ou bloque- Sequência-10.. . de supercomputadores para montar a sequência completa Seleção natural. natureza que favorecem indivíduos mais adaptados ao am. nótipos. Glossário 723 RNA ribos. Sequenciamento aleatório (shotgun) de genoma inteiro. extremidade 5' do transcrito (RNA) é designado +l. contínuo de um sítio para outro ao longo de um cromosso- Sequência de reconhecimento (sequência -35). A prática de escolher indivíduos de uma po- Sequência TATA (TATA box). O par de nucleotídios precedente é designado -1. diz respeito aos cromossomos sexuais. Veja Sequência de reconhecimento. Sequência de consenso. Grupo de sinais e sintomas que ocorrem juntos e 5' do transcrito (RNA) é designado +l. Espaço grande e de paredes finas dentro do nas a expressão de genes localizados no mesmo cromosso- óvulo das espermatófitas no qual se desenvolvem a oosfera mo. da que determina o sítio de início da transcrição. . Organismo que vive em íntima associação com ou- Sequência CAAT (CAAT box). Procedimento que nham uma função específica. Pareamento de cromossomos homólogos na prófase de de transcrição depois do sítio de início da transcrição . Semiesterilidade. Sequência em uma unida- Sinapse. Sequência promotora conserva- pulação para reprodução. Que produz gametas diferentes no que biente. s Sequência de ação eis. Sequência da região 5'). O par de nucleotí. representam uma doença específica. Segmento de uma molécula de mRNA que vai quências dos alelos em grandes populações. o homem XY é heterogamético e a mulher XX é homoga- mico 34) em vez de enxofre na cisteína. Complexo proteico que se liga aos telômeros e pro- zigotos de vegetais (p. crição (está mais próxima da extremidade 5'). traduzi. Sequência líder. . Sexodução. Simbionte. c1ste1na. e. rência de diferentes fenótipos na prole. Incorporação de genes bacterianos a fatores F e po de um heterozigoto é intermediário entre os fenótipos transferência subsequente. Silenciador. Todas as sequências de Síndrome de cri-du-chat. se- mo a condições ambientais nas quais só é capaz de sobrevi- q uenciamento das extremidades desses fragmentos e uso ver se tiver um gene ou elemento genético específico. Veja Elemento IS. ar a expressão de um gene adjacente. de eucariotos. cula de DNA. Super-helicoidização negativa. doença de. Terapia gênica de células somáticas Substituição não sinônima. o procedimento é denominado terapia gênica de células somá- Substituição de base. mossomos se reúnem no polo de uma célula em divisão e Sítios hipersensíveis. A família SINE mais co. mesma caracter1st1. o influxo de aminoacil-tRNA. A doença é causada nhecida é a família Alu em seres humanos. seres humanos. Sequência de DNA clivada por uma enzima no qual os cromossomos são montados nos polos do fuso de restrição. o tRNA ao qual está ligada a cadeia polipeptídica em for. Molécula de DNA que contém torções adicionais tivas de um indivíduo que tem cópias defeituosas do gene em razão do superenrolamento (super-hélices positivas) em questão (cf. O sítio de ligação do ribossomo que contém Telófase 1. tica. Condição na qual os heterozigotos são supe. cromossomos eucanotJ. . Troca de um par de bases em um có. Uma entre duas ou mais populações diferentes do células reprodutivas forem modificadas. que seu comportamento durante a meiose constitui a base SRY (região do Y determinante do sexo). mefaci.cos. Southern blot. ta imune. DNA polimerase termoestável isolada da bacté- po de doenças caracterizadas pela incapacidade de respos. digestão por endonucleases. Gru. moderada. seja celular. gene em questão (cf. Sintenia.724 Fundamentos de Genética Síndrome de imunodeficiência adquirida. sador do distúrbio nas células de indivíduos afetados. mas intercruza. o fator determinante testicular. Teoria segundo a qual a evolução de característi- fundamental no desenvolvimento masculino. Veja AIDS.. o procedimento é ponto de vista morfológico ou geográfico. . Transferência de fragmentos de DNA de gel de Teoria cromossômica da hereditariedade. Gene ligado ao Y física para a segregação e a distribuição independente de em seres humanos e outros mamíferos que codifica uma genes. . Famílias de Tay-Sachs. Estrutura especial encontrada na extremidade de . Terapia gênica de células germinativas ou subenrolamento (super-hélices negativas).) Terapia gênica de células germinativas (hereditária). (Veja também Transição. . Distúrbio autossômico recessivo. Estágio da primeira divisão meiótica em que os cro- o tRNA livre antes de sua liberação. ca e morte na fase inicial da infância.ca. extremidades de cromossomos eucariotos. O sítio de ligação do ribossomo que recebe no cromossomo do vegetal.cos. de divisão. Segmento de DNA no plasmídio T i de Agrobacterium tu- levar em conta a distância entre eles. Telomerase. Telófase II. [hereditária]). don que altera o aminoácido especificado por esse códon. Distúrbio causado pela presença de porque um membro do par tem determinada caracterís- dois cromossomos X e um cromossomo Y no cariótipo hu. Tratamen- Substituição gênica. . . Taxa de concordância. Ocorrência de dois Zoei no mesmo cromossomo. T Síndrome de imunodeficiência combinada grave (SCID). mento de um distúrbio hereditário pelo acréscimo de có- don sem alteração do aminoácido especificado pelo códon. Se as células modificadas não forem reprodutivas. sem T-DNA. Estágio da segunda divisão meiótica em que os cro- - maçao. mossomos duplicados se reúnem no polo de uma célula Sítio peptidil (P). Telófase. cas com efeito mínimo ou nulo sobre a aptidão é um pro- STS (sítios marcados por sequência). cesso aleatório que inclui mutação e deriva genética. Enzima que acrescenta sequências de telômeros às Sobredominância. O sítio de ligação do ribossomo que contém em divisão e começam a se descondensar. caracterizado por degeneração neurológi- mente repetitivos. Sítio de saída (E). [não hereditária]). pias ativas (selvagens) de um gene às células não germina- Super-hélice. genetJ. Terapia gênica. Transversão. riores (em alguma escala de medida) a qualquer um dos Telômero. Formação de estruturas terciá. ladas curtas (geralmente de 200 a 500 pb) que são ampli. Regiões no DNA altamente suscetíveis à começam a se descondensar. Entre os pares de itens identificados Síndrome de KJinefelter. Se as Subespécie. tária. SINE (elementos nucleares intercalados curtos).ens que é transferido para células vegetais e inserido Sítio aminoacil (A).q polimerase. letal em elementos transponíveis curtos (150 a 300 pb). dades dos bivalentes. Movimento de repulsão dos centrômeros de rias helicoidais em moléculas de DNA bifilamentares com bivalentes nos estágios diplótenos da prófase meiótica que extremidades fixas (que não são livres para girar) quando tende a mover os quiasmas visíveis em direção às extremi- há subenrolamento das moléculas. que tem papel Teoria neutra. assim substituindo a cópia do gene original- minativas) de um indivíduo que tem cópias defeituosas do mente presente no wcus. a frequência com que o outro membro do par tem a mano. Terapia gênica de células somáticas (não hereditária). Sequências de DNA iso. Ta. Incorporação de um transgene em um to de um distúrbio hereditário pelo acréscimo de cópias cromossomo em sua localização normal por recombinação ativas (selvagens) de um gene às células reprodutivas (ger- homóloga. denominado terapia gênica de células germinativas ou heredi- das de uma espécie. pela ausência da enzima hexosaminidase A. Teoria que afirma eletroforese para membrana de celulose ou náilon por que os cromossomos contêm as informações genéticas e ação capilar. proteína. ria termofílica Thermus aquaticus. O tratamento de doenças hereditárias median- ficadas por PCR e usadas para ligar mapas físicos e mapas te introdução de cópias selvagens do gene defeituoso cau- . Ultimo estágio de cada divisão mitótica ou meiótica Sítio de restrição. Terminalização. Substituição de um par de bases em um có. seja humoral. homozigotos associados a ele. Trata- Substituição sinônima. Substituição de uma base em uma molé- ticas ou não hereditária. adora para uma célula receptora (cf. haploides (4n) de cromossomos ou genomas. Transformação (genética). Mutação causada pela substituição de uma purina e componentes do citoesqueleto. ção antes de qualquer modificação pós-transcricional. Movimento de substâncias através do citoplasma de dessa proteína com uma terceira molécula. tumorais). O conjunto completo de RNA transcritos de somos se perderam. ocorre em ribossomos. Transdução especializada. ou seja. em um organismo. Transdução genera- Testosterona. tumefa- contradas tanto no RNA quanto no DNA. . Captação de DNA por uma célula eucariótica. bacteriano da célula doadora para uma célula receptora ros). Recombinação genética em bactérias mediada Teste cis-trans. Recombinação em bactérias media- Tétrade. o em um pequeno segmento do cromossomo da célula do- fenótipo será selvagem. Processo pelo qual um sinal molecular.são en- so natural de transferência de DNA da bactéria A. Relativo a um núcleo ou organismo que tem terminações 3' das moléculas de DNA. Transdução generalizada. mas não se re- estão no mesmo gene ou em dois genes diferentes. Interação reversível de uma molécula de Tradução. Construção e análise de heterozigotos eis e por bacteriófago. Transferase terminal. Termo que descreve substâncias difusíveis e ca. são alelos do mesmo gene. mato da proteína e. Hormônio esteroide que induz o desenvolvimen.) lular descontrolado (semelhante ao crescimento de células TFIIX (fator de transcrição X para RNA polimerase II). se afetam a mesma fun. pode ser transferido por um fago para uma bactéria recep- to eis tenha o fenótipo selvagem. Se essa condição for tora. Translocação robertsoniana. lizada). RNA ou proteínas). • - çao. e os braços curtos desses cromos- Transcriptoma. dois genes diferentes se o heterozigoto trans tiver o fenó. Proteí. O termo também é usado para identificar o grupo de (cf. Liberação de Transcrito primário. Enzima que acrescenta nucleotídios às Tetrassômico. tam- dio) após a incorporação da última subunidade (nucleotí. mação de RNA a partir de trifosfatos de ribonucleosídio. Processo de formação de RNA ao longo de um mossomo para outra parte do mesmo cromossomo ou para molde de DNA. Troca de posição de um segmento de um cro- Transcrição. o genótipo da por um bacteriófago que só é capaz de transferir genes m1 +/+ m2 exibirá um fenótipo mutante. Conversão de células eucarióticas restante do complemento cromossômico é diploide. mas no RNA. a eiens para vegetais. é preciso que o heterozigo. células. Proces- tras bases orgânicas . A enzima RNA polimerase catalisa a for. ou perto deles. bém denominada pré-mRNA em eucariotos. como um hormônio. Para plica. por outra purina ou de uma pirimidina por outra pirimidi- Transatuante. O fenótipo habitual ou padrão para compara. outro cromossomo. Transgene.ens. Enzima que catalisa a síntese de DNA gos de dois cromossomos homólogos se uniram nos cen- usando um molde de RNA. Termo aplicado a organismos que foram modifi- Topoisomerase. Introdução de duas célula por um sistema de moléculas para alterar o estado mutações recessivas na mesma célula para determinar se celular. Transdução abortiva: o DNA bacteriano trans de pares de mutações para verificar se as mutações é injetado por um fago em uma bactéria. na necessária para o início da transcrição por RNA poli. caso contrário. pazes de afetar estruturas celulares separadas no espaço. Translocação. As três ou- Transformação mediada por Agrobacterium -tumefaci. Transfecção. Transição alostérica. Transdução restrita: a transferência de DNA bacteria- atendida. RNA ou polipeptí. Transposase. um genoma. quatro membros de um de seus cromossomos.adenina. altera a interação Tráfego. to de características masculinas. Se as mutações forem alélicas. do DNA. Base pirimidínica encontrada no DNA. guida pela incorporação ao genoma celular de marcadores Tetraploide. passa internamente dentro de uma Teste de complementação (teste trans). vesículas Transição. Transdução especializada) . quatro cromátides formado pela associação de cromosso. da por um bacteriófago capaz de transferir qualquer gene tica em vegetais (tétrades de pólen) ou fungos (ascóspo. Organismo cujas células contêm quatro conjuntos genéticos presentes no DNA. (Fór- que crescem em cultura em um estado de crescimento ce- mula cromossômica: 2n + 2. Recombinação em bactérias media- ção genética. X representa qualquer um dos mo desencadeada pela incorporação de DNA estranho às diferentes fatores designados A a F. Molécula de RNA produzida por transcri- uma macromolécula completa (DNA. enquanto o Transformação (cancerosa). geralmente guiado por membranas. citosina e guanina. Alteração genética de um organis- merase II em eucariotos. Síntese de proteína (polipeptídio) direcionada por proteína com uma pequena molécula que modifica o for- um RNA mensageiro específico. DNA. Enzima que introduz ou remove super-hélices cados por introdução de moléculas de DNA. Gene estranho ou modificado que foi introduzido Tipo selvagem. Enzima que catalisa o deslocamento de uma se- Transcrito. na no DNA ou RNA. Molécula de RNA produzida por transcrição de um quência de DNA para outro sítio em uma molécula de gene. As quatro células originadas da segunda divisão meió. dio ou aminoácido). trômeros. Glossário 725 Término (da síntese de DNA. timina é substituída por uracila. Transdução generalizada: qualquer gene bacteriano que o teste seja informativo. as duas mutações estão no mesmo gene se o no por um fago temperado é restrita a apenas um sítio no heterozigoto trans tiver o fenótipo mutante e estão em cromossomo bacteriano. tipo selvagem. Transdução (t). Rearranjo no qual os braços lon- Transcriptase reversa. uma célula. Transgênico. Transdução de sinal. se- mos homólogos duplicados durante a meiose. consequentemente. Timina (T). Segmento de DNA que contém sinais Vigor lnôrido (heterose). Variação transgressiva. pela ação da transposase. Uma es- tatística por amostragem maior que esse valor crítico con- Transpósons. rior) de indivíduos que apresentam desenvolvimento mais Um caso específico desse distúrbio é denominado trisso. ("transpor") de uma posição para outra em uma molécula de DNA. Via de síntese de um metabólito. Os códons têm o mesmo rem de cada lado de um segmento não transponível de significado. processos celulares. via de degradação. Variação descontínua. Via pela qual uma molécula orgânica é degra- cem cromátides recuperadas da meiose sofreram um even. de um gene. interações de. onde normalmente a tradução terminaria. ticos baseada no número médio de eventos de crossing over ocorridos durante a meiose. genes são responsáveis por esse tipo de variação. O tRNA de metionina que especifica a iniciação de ca. Variação contínua). 3'-Trifosfatos de didesoxirribonucleosídio (ddNTPs). fração da distribuição de frequência da estatística. Transpóson replicativo. Variação. quando um gene naturalmente localizado na eucromatina deias polipeptídicas em eucariotos (cf. anã ( cf.Met. Atrações fracas entre átomos mui- . 2'. O tRNA de metionina que especifica a iniciação de ca. Elemento transponível formado quan. Em geral. estatura elevada ou pares de genes. Capacidade de viver e se desenvolver normalmente. tRNAMe1). Unidade de transcrição. ções de sequenciamento do DNA. coli.por exemplo. Elemento transponível replicado du- V rante o processo de transposição. Vetor bifuncional. das as espécies. Univalente. ternos de metionina. Unidade de mapa. gião heterocromática do genoma. Transversão. os ddNTPs são usados em rea. Tubulina. na no DNA ou RNA. síndrome de. Variação descontínua). múltiplos desoxirribonucleotídio). coli é um Valor crítico. esse tipo de variação é observado tRNA. capaz de au- células eucarióticas.Mel). a média dos fenótipos dos pais.geralmente um plasmídio ou um cromos- Turner. Plasmídio ou cromossomo viral que pode ser usado para construir moléculas de DNA recombinantes a serem intro- Unidade de crossing over. Valor médio dos pais. Principal proteína constituinte dos microtúbulos de Vetor de clonagem. to proximos. Associação entre três cromossomos durante a ca total em uma característica quantitativa decorrente dos • meiose. Variação fenotípica em um tRN~Met. Variação não representada por classes dis- ao carbono 3' em lugar do grupo hidroxila (OH) obser. menos vigorosos. Variabilidade fenotípica de classes distin- Tri-híbrido. Universalidade (do código genético). Transpóson de "cortar e colar". No DNA. tRNAMet. Mutação causada pela substituição de uma pirimi- dina por uma purina ou de uma purina por uma pirimidi. Medida da variação em uma população. a ocorrência de diferenças entre indi- cursores de DNA de término da cadeia (trifosfatos de víduos. dada para obter energia para o crescimento e os outros to de crossing over nesse intervalo. nucleosídios) com um átomo de hidrogênio (H) ligado Variação contínua. a uracila é substituída por timina. torreplicação . Veja Unidade de crossing over. Aparecimento na geração F2 (ou poste- somo a mais em um par (fórmula cromossômica: 2n + 1). . • mia. Plasmídio capaz de se replicar em dois orga- tRNAfMet. Viabilidade. Variegação por efeito de posição. Crescimento. uma enzima codificada por trans- . denominada centiMorgan) significa que só uma em cada Via catabólica. extremo de uma característica do que os pais. o transpóson bacteriano Tn5. O tRNA de metionina que responde aos códons in. u Vetor. Base pirimidínica encontrada no RNA. Em genética quantitativa. força e saúde incomuns de início e término da transcrição e é transcrito em uma de híbridos heterozigotos derivados de dois homozigotos • molécula de RNA. Pre. Célula ou organismo diploide que tem um cromos. Valor limiar de uma estatística que define uma exemplo. Em geral. tintas. Um intervalo de mapa com Via anabólica.726 Fundamentos de Genética Transpóson composto. indivíduo causada por alteração na posição genômica deias polipeptídicas em procariotos (cf. o processo de clonagem de genes ou de outras sequências de DNA de interesse.na qual são inseridos DNA estranhos durante seres humanos. mas não no excisado de uma posição no genoma e inserido em outra DNA. Elementos de DNA capazes de se deslocarem firma a rejeição da hipótese testada. Em biologia. . nismos diferentes. Molécula de DNA pequena. Tn3 em E. A prole de pais homozigotos que diferem em três tas como a cor vermelha ou branca. efeitos aditivos de alelos. como leveduras e E. e não aos códons de iniciação (cf. com pequenas exceções. Os indivíduos misturam-se e a análise requer dados vado em precursores de DNA normais (2' -trifosfato de de medida (cf. poson. o quadrado códons de término e insere um aminoácido em um sítio do desvio padrão. Medida da distância em mapas gené. tRN~Met. tRNA mutante que reconhece um ou mais dos Variância. Trissômico. Variância genética aditiva. via de biossín- comprimento de uma unidade de crossing over (às vezes tese. Cromossomo não pareado na meiose. Elemento transponível que é Uracila (U). duzidas em células vivas. é deslocado por um rearranjo cromossômico para uma re- tRNAMet. van der WaaJs. A proporção da variância feno típi- Trivalente. do dois transpósons idênticos ou quase idênticos se inse. Fenótipo associado ao genótipo XO em somo viral .Me1). tRNA. tRNA supressor. tRNA. em praticamente to- DNA . Célula produzida pela união de duas células sexuais ma- duras (gametas) na reprodução. Conseguem acomodar inser- ções de DNA estranho de 200 a 500 kb. em ge- nética. . para membrana de celulose ou náilon por ação de uma me1ouca. Retrovírus causador da síndrome de imunodeficiência adquirida (AIDS) em z Z-DNA. Transferência de proteínas de gel de eletroforese se. sucede o leptóteno e precede o paquíteno na prófase . Dupla hélice levógira que se forma em moléculas de seres humanos. Veja Repetição em série em número variável. DNA ricas em GC. Vetores de clona- gem lineares elaborados a partir de elementos essenciais de cromossomos de levedura. Zigoto. O Z refere-se a disposição em zigue- VNTR. -zague da cadeia principal de açúcar-fosfato nessa forma deDNA. w Zigóteno (zigonema). força elétrica.. também designa. . Glossário 727 Vírus da imunodeficiência humana (HIV). V YAC (cromossomos artificiais de levedura). o indivíduo q ue se desenvolve a partir dessa célula. Estágio da meiose em que ocorre a sinap- Western blot. Amherst. Rattner e Getty Images. Fig. Nebraska-Lincoln. Sei.11 (cen. Fig. 9. 9.2A: Dr. C. Nature 389: 251 m 1997. Fig.Abertura Fig.M direitos de Rockefeller Genetics. Fineman.8 (embaixo. Reimpresso com a .13B: Cortesia de Mycogen. l. G-bands in the Muntjak. Cell Michael Abbey/ Photo 861.Abertura: De J. Gopal edtl. 8.7A: C. Fig. Elsevier Fotografia original por Biol. à 1. K Lim.11 (centro-esquerda): Benvie/ ©Corbis. 4. Photo Researchers.ll(direita): Armin Getty Images. ers. Editors. ai. 3. l. G.7D: Hal Beral/ Visuals Fig. Fig.1: Revie\vs. De Jerome B. Petricciani.4: Health Capítulo 9 . Andrew S. Photo Researchers. 9. Fig. Health and Reimpresso com a per- Floreth/ imagebroker/ 4. Fig.Abertura: J oel University of Oregon.Abertura: John Researchers. Inc. Cie. Shields/ Pl1oto Researchers. \ Tisuals Unlimited/ ©Cor. London. 8. 5. 4. 1. 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Linda R. 1995. nova. 164 Agente(s) Aneuploides.de DNA por hibridizações Autopoliploides. 237 A-DNA. 283 A Origem das Espécies (Dar>vin).nucle icos. 3.t. 454 Bico de viúva.por PCR com transcriptase reversa. 355 Bacillus thu1ingiensis. 51.nitroso.de transcrição. • • ice e ICO A . 234 A1nplificação. 357 Bioinformática. 9 Acúmulo de genes de resistência Ai1álogos de bases.de replicação. 333 .nulos. 415 Base molecular da mutação.por hibridizações Northern blot.genes mutantes em. 332 Ai1giogênese. 204 a fármacos.múltiplos. 52 .com raiz. reumatoide. 580 Bolor cor de salmão do pão. 417 . 12 Aequorea victoria. 166 .telangiectasia.transferência gênica unidirecional em.genética das. 377-378 . 66. 399 A1nbiente celular. 3.. 460 Assimilação unifilamentar. 215 Aplicações Bacteriófagos Alelos. 344 . 477 . 355 Bluescript. 387 13-globina. 62 -T4. 174 Adenomas. 18 .. 553 2 . 399 Baratas. 53. 229 . 341 A1nniocentese. 593 . 341 . 90 Aconselhamento genético. 194 . 51 . 382 Autorrecomposição. 391.graxos. 150 Azul de Coomassie. 334 Água. 605 Auxotróficos. 577 .do heredograma. 515 . 481.do DNA.das sequências de DNA.lambda.. 187 -viva com genoma sintetizado Alça endogâmica. 424 Alcaptonúria.da cadeia polipeptídica. 439 . 12 Baiacu japonês. 118 . 62 Ai1imais transgênicos. 352 Ação gênica.mutação-seleção. 384 . 40 . 631 .da impressão digital de DNA. 165 Alças Antígenos.muscular espinobulbar. 171 Ai1 tibióticos Albinismo.competentes. 512 Atenuador. 462 .desoxin-ibon ucleico. 306 Aptidão.molecular de genes e cromossomos. 427 Acentuadores. 165 . 11 O .. 382 Autorradiografia. 324 Alterações aleatórias Arvore Biblioteca de DNA genômico.sem raiz. 137.troca genética entre. 374 Adenina.da genética. 649 .falciforme. 114 . 122 A1ninoacil . 268 Arabidopsis thaliana.relativa. 186 quimicamente. 216 .de cadeias de IrnA. 628 Bancos de clones. 51. 77 Acridinas. 51 A1nilases. 32. 62. 649 Bibliotecas de cDNA. 227. 503 . em usinas nucleares. 78 BAC. 515 Bolha AMP cíclico. 225 .genética. 377 . 10 B Acréscimo de genes.de exonuclease. 377. 406 . 568 Bacteriófago.de proteínas por técnicas lVestern blot. 51. 4 78 Ancestral comum. 153 . 399 Agrobacterium tuniejaciens. 417 . 331 Aneuploidia. 627 . 384 . 32 . 532 Análise Atrofia Acidentes . 643.e lementos transponíveis em. Ai1teras. 649 Bicho-da-seda. 24 .mutação-deriva. 171 Anopheles gambiae.uso das frequências alélicas no.forenses. 602 Atenuação.aininopurina.do perfil de DNA. 170 Aglutinação.de Fanconi.hidroxilante. 44 Balanceador. 187 . 330 . 591 . 204 . .dos princípios de Mendel. 116 . 30 AT Pase.resistentes a antibióticos. 169 Agrião "orelha-de-rato". 378. 374 A1nostra.r. 297 Ataxia Blastoderma celular.dentatorrubral-palidoluisiana. 336 Alopoliploides. 283 Acondroplasia. 265 .autocatalítica. 342 . 421. 588 . 32 Agua-viva. 422 A1ninoácidos. 18 Assassinato.endonuclease GATC-específica. 174 . 186 . 375 Ativadoras do1ninantes.da endogamia. 568 .mecanismos de troca genética em. 291 Áster. 2. 453 Acoplamento. 339 . 457 Balanço Alga verde. 6 16 . 194 -de RNA replicação por. 341 Anticorpos. 275. 329 . 63 .das frequências alélicas. 382 Autossomos.tlrn A sintetases.ribon ucle ico. 11 6 Artrite .de cromossomos m itóticos.filogenética. 194 . 267 . 10. 461 .geométrica. 113 . 198 Anemia Bacillus subtili5. 3. 453 . 170. 644 Anáfase.resistência a.bacté1ias resistentes a. 290 Bactéria(s). 373 Ativador(es). 170 Antecipação. 379 A1nbientalidade. 342 . 78 .I 30 .espinocerebelar.visualização de forquilhas de . 18 Southern blot. 422 Apomixia.II. 635 Alonga1nento Apoptose. 629 Bandas satélites. 294 . 441 . 334 Bloqueios em vias metabólicas. 329 B-DNA.cromossomo-específica. 122. 635 .câncer e.alquilantes. 377 .de variância. 432 A1naw·ose congênita de Leber. 399 . 69 ' .reprodução das. 368 Atividade . 279 Antirrhinuni majus. 330 .da transcrição. 23 Biopsia de vilosidades coriônicas. 334 Acido(s) . 566 Conformação. 399 . 174 Broca-do-milho. 309 . 581 . Charles. 20 Configuração Bomba atômica. 568 . 582 ..degenerado e ordenado.número de. 267 Controle genético da recombinação.de cromossomos e cromátides. 310 . 373 .411 .pluripotentes. 591 Citogenética. 261.T citotóxicas. 20 Cromatina.propriedades. 139 . 51 . 577 Citoplasma.. 10 .ciclo celular. 567 . 21 . 176 . 4 . 20 . 51 . 21. 171. 20.de parentesco. 102. 4 Bombyx mori. 144 .pesadas. 44 Célula(s) Colinearidade. 315 . 142 . 313 .mutações knockout em. 140 Celera Genomics..de mama.. 568 . 18 Cromocentro. 35 . 29. 533 D -mãe.quiasmas e o momento do. 23 Contigs.ng over. 422. 12 Centrifugação de equilíbrio Conselheiros genéticos.hipoativação d e cromossomos X em.. 127 Cauda poli (A). 103 Calvície.da caverna. 503 . 576 Citosina.hereditário. 539 . 480 Cruzamento-teste. 383 Coeficiente Crossi. 347.homólogos. XYY.de mRNA.e mbrionárias. 18 .. 312 . 22. 14. 418 . 462 Células-tronco.knockout.medida de distância genética. 432 Carboidratos.quantitativas. 176 . 18 . 562 . 577 Códon(s). 374 . 73 . 25 . 417 Correlação de fenótipos quantitativos Caminhadas no cromossomo. 426 .filhas. 368 -22. 427.determinação do sexo.sequências nucleotídicas de genes e. 171 . 603 Cromossômicas não histônicas. 439 .não polipoide hereditário.noturna congênita.base genética do.tetramêrico. 312 -Y 90 ' cDNA.trans. 89. 614 Camundongo.de levedura. 528 . 592 . 89.congênita.procarióticas. 467 Ciclo celular.Philadelphia. 512 .de dois pontos.gênica.não aleatório. 212 Centros organizadores de rnicrotúbulos. 553 Condição Decifração do código genético.entre parentes. 420 Corpúsculo de Barr. 21 .transgênico. 91 . 224 Construção de Bursa bursa-pastoris.base física da recombinação.de coincidência. 355 -21 . 304. 567 Cálculo das distâncias entre genes. 544 Cruzamento(s) . 261 .de Golgi. 23 Câncer. 40 .da linhagem germinativa.732 Fundamentos de Genética Bolsa-de-pastor. 23 . 439 Complexo . 70 . 536 Chimpanzé. 629 .colorretal Classe modal.399. 358 Caenorhabditis elegans. 625 . 20. 127 Característica(s) Clone(s). 171 Complementaridade. 545 Contagem e Centrômeros. 355.373 .de nucleotídios.reprodutiva.leves.posicional.remodelagem da.alimentadoras. 462 Citocinese. 536 -Hfr.cromossomos e.d e silenciamento Cultivo de cereais.somáticas. 576 Correpressoras. 52 . 18 . 89 .oncogenes celulares mutantes e .doadora.de próstata. 412 Cointegrado.induzido por RNA. 552. 599 Código . 335 Complementação. 408 . 21 . 368 . 566 . 208 . 137.artificiais . 7. 342 Dedo de zinco. 388. 271 .adultas.polares. 209 .da estabilidade do RNA mensageiro.de endogamia. 373 . 430 . 273 . 198 Cromóforo de GFP. 577 .mono-híbridos. 461. 533 . 465 Cinetócoros. 357 Cegueira .eucarióticas. 378 Centro de inativação X. 135. 310 .hematopoéticas.composto.herança de genes e. 590 Clivagem e reunião Cromossomo.lambda.de grandes genes.restritiva.de genes pela posição no mapa. 203 . 39. 142 .causa recombinação.humano 2.das moléculas de DNA. 312 . 373 . 461.. 154 . 567 . 625 . 25 . 21 .aconselhamento genético. 575 Citoesqueleto. 566 Colônia. 406 Cadeias Cerne Controle citoplasmático . 42 . 581 .hereditário sem polipose.bacterianos. 252 Darwin. 18 Compensação da dose. 601 Cloroplasto(S).bibliotecas genômicas.complexas.humano. 89 Cariótipo.por gradiente de densidade.morte celular programada. 3. 141. 373 .565 Ciclinas.32.de iniciação. 411. 310 . 23 CpDNA. 143 . 21 Cromátides-irmãs. 344 Bradyrhizobium japonicum. 408 --pl.permissiva.clb.rearranjos cromossômicos e. 566 .eis. 99 Catalogação dos genes.de proteína. 326 CAP (proteína ativadora do cata. 427 . 117 . 553 .gênicos.receptora. 566 Conjugação. 599 . 51 Centrossomos. 399 Cório.quase universal.bolismo). 308.F+. 329 .sinaptonêrnico. 424 . 51 .do nucleossomo.mediador. 292 Conve rsão gênica.<li-híbrido. 409 Chlamydomonas reinhardti.genético.. 78 . 62 .heterólogos. 293 Braquidactilia. 529 Cabelo lanoso. 73 Centríolos. 119 . 403. 137 .de seleção. 428 . 347 . 342 Dedos curtos. 568 Chaperonas. 79 .sexuais. 52 5-bromouracila. 566 Comprimento do telômero. 388 . 76. 4 . 575 . 271. 296 .consanguíneo. 579 .47. 231 Carcinógenos. 333 .X ligado. 110 .em hélice. 119 . 23 . 111 Codominância. 344 Bombardeamento com microprojéteis. 546 Chips Corpos embrioides.de três pontos. 415 Clonagem. 139 . 21 .de término. 112 .epiteliais pigmentares da retina.de limiar. 26 .terapêutica. 90 Caspases. 247 Cosmídios. 208.triplo. 648. 291 ..p.curtos. 483 Expressão gênica. 337.dos legionários.normal. 116 Deriva genética aleatória.cromossômica. 490 trinucleotídios . 502 Desvio padrão.nucleares Excitação. 477 Estrutura . 598 .estrutura do cromossomo em. 121 . 121 . 476.do cloroplasto. 77 Depressão endogâmica. 48.. 70 .de sítio-alvo. 216 . 88. 232 Eletroforese em gel.. 334. 368 Espécie. 100 ..doenças humanas hereditárias. 482 . 6. 119. 415 anteroposterior. 51 Elemento (s) Eucromatina. 20 Disenteria bacteriana.de Huntington.do sexo . 278 . 602 Edição de RNA. 623 .simpátrica. 152 . 609 . 440.de Machada:Joseph.consecutiva. 462 Degeneração.de resposta . 216.intercalados Exons.hiperativação de cromossomos X em. 563 Diferencial de seleção..muscular de Duchenne..transponíveis. 546 Estames.completos. 367 --ETA. 650 . 122 . 233 Eletroporação. 91. 215 .diploide.em genética quantitativa.genéticas.. 500 Drosophila melanogaster. 124 Estatística. 21 . 448 Dominância. 236 Encode. 263. 239 .477 Excinuclease. 333 . 404 Distrofia . 123 . 241 . 89. 502 . 92 Drosophila virilis. 233 Embaralhamento de éxons. 70 Etiqueta de sequência expressa. 216 Endomitose.iniciador. 565 . 659 Diabetes melito.humana no registro fóssil. 382 cromossomos sexuais. 369 Desnaturação. 180. 291 . 241 .aptâmero. 403. 20 Disgenesia.mutações durante o. 118 Dissociação. 424 Epistasia. 70 . 567 Epigenéticas.transcriptase reversa.ligase. 530 . 448 Escherichia coli.hormonal. 230.independente. 539 Distúrbio(s) . 6 . .fenotípica. 616 Enzima(s).haploide.. 234 .secundária. 51 . 479 Expressividade. 350 .hereditárias Esclerose lateral amiotrófica. 277 Detecção da não disjunção de . 602 .polimerases. 632 . 483 Experimentos de pulse-chase. 519 Esqueleto..sobre a expressão de genes humanos.topoisomerases.AC e DS no milho.ambientais Estupro. 32 Dióxido de carbono.em Drosophila.incompleta. 89 Domínio Esporófito.em bactérias. 631.. 239 Endonuclease Desenvolvimento ocular Doença(s) . 77 .. 4 7 . 149 .. 332 .fechamento covalente de cortes no . 51 .hereditários em seres humanos.ao choque térmico.. 212 Discos imaginais.ffsica.. 66 Desrepressão.processo de. 39 .adjacente.girase.como material genético.de recomposição.de restrição.quaternária.satélite.análise genética. 370 .molde.molecular. 207 .das frequências alélicas. 282 . 124. 122 Estimativa . 424. 99 . 51 -ARS. 247 DNApor. 64.de expressão.das proteínas.controladores.repetitivo. 659 Diagnóstico molecular de doenças Dolly. 127 Duplicação(ões).de probabilidade. 384 . 195 . 553 . 540 Detergente dodecil sulfato de sódio. 236 Endogamia. 18. 238 .cardíaca.metiltransferases.no mapa genético. 51 Ervilhas .. 126 Dupla hélice. 657 humanas. 502 . 334.de Lou Gehrig. 135 .. 415 . 135 . 617 Envelhecimento em seres humanos. 13 . 291 Distribuição . 180 Determinação .helicases. 481 replicação. 198 .expansão de repetições de Especiação.experimentos de Mendel com. 267 . 30 . 4 75 . 313 . 194 . 284 Diploide. 40 Espliceossomos. 492 Expansão de repetições de . 32 Disjunção. 480 Eugkna gracilis. 234. 454 . 263 .para identificar uma filogenia.do tamanho da população. 428 . 655 DNA . 661 ..alternada.414 concomitantes. 483 . 280 . 426 -Tn3. 30 .de nucleossomos nas forquilhas de Estramônio.variável. 17. 42 Especificação de tipos celulares.I. 481 Evolução Divisão celular. 51.terciária. 541 .genética. ovelha. 169. 487 .primária. 603 .recombinação e.mitocondrial.complementares. 399 . 45 Efeitos . 51.do tecido conjuntivo. 252 Desoxirribonuclease. 654 .por depósito de glicogênio.induzíveis.. 349 . 603 . 342 Epissomos. 333 . 338 Distância . 441 .longos. 268 . 149 -do DNA. 478 trinucleotídios e.semelhantes a retrovírus. 227 Evidências da ligação. 334 . 655 . 44 . 291 .dos eixos dorsoventral e . 656 Degradação de mRNA .de posição. 98 Downstream. 530 .em seres humanos. 408. Índice Alfabético 733 Deficiência.falciforme..das cromátides. 100 -humanas Ervilhas-de-cheiro.incompletos. 382 humano. 198 .em outros animais.de Alzheimer.fotoliase. 62 Espermatogênese.. 71 .gênica.genéticos transponíveis. 145 E .de Parkinson.miotônica. 334 .diagnóstico molecular de. 250 Estreptomicina.. 427 -IS.primase. 655 . 477 Deficiência de hormônio do crescimento . 32 Diplóteno.III.polimerase poli(a). 29 . 344 Eucariotos . 657 Determinante R. 76 Deleção. 567 . 21..de Kennedy. 555 .de Tay-Sachs.de frequência.alopátrica. 378 . 291 . 178. 333 . 18 Dominante. 519 Estado Discromatopsia. reguladores. 605 Forquilha de replicação. 465 Hidroxilamina. 445 Graus de liberdade.supressores tumorais.monozigóticos. 32 . 501 Gibão-preto. 382 Gallus gallus.EF-Ts. 556 Globina humana. 423 Fertilização cruzada.99 H élice dupla.dorsoventral. 31. 427 . 380 Gafanhotos. 2. 601 Genômica.em ervilhas. 150 . 606 .não molde.selecionáveis quiméricos. 410 .em sentido restrito. 41 . 399 . 272...na agricultura. 431 .dizigóticos. 20 . 339 . 314. 145 .molecular. 51 . 532 . 230 . 607 . 307 .de liberação (rf). 341. 211 . 560 H epática talosa. evolução do. evolução do. 423 -sigma. 423 H élice-alça-hélice.snai~ 556 H erança de genes -do eixo . 40 . 79. 430 FBI. 533 .d e cloroplastos.previsão de. 561 Glicerol.funcional.de transcrição. 429 .cinnamon.vitellogenin. 408..ess. 500 .feminino. 427 Genemark.clássica. 528. 77 Fragmento(s) Act (GINA). 556 Heredogramas. 170 Haemophilus injluenzae. 560 Grupo(s) Federal Bureau of Investigation.dobrado. 632 .N<Jrthern bwt. 12 . 165 Gêmeos . 304 . 4 Hiperativação Gametas.eis 344 Frequência de recombinação.da globina humana.de iniciação.dorsal. 175.duplicação de nucleossomos nas. 18 . 39 .decapentaplegic.de efeito materno.m asculino.de segmentação. 339 Giemsa. 349 Genescan. 423 H eterodúplex.. 402 . 545 . 12 .cromossomos e.especiais.uUrabilh<Jrax. 281 Herdabilidade Formas chi.molde. 229 Genefinder. 10 . 234 . 169 ' .. 291 Feminilização testicular.hunlingtin. 431 Drosophila. 97 Filogenia(s). 441.falciforme.selecionável dominante.twisl.pair-rule. 617 . 555 Ginandromorfos. 415 H eterozigosidade. 530 Grail. 423 H eteroalelos.ortólogos. 539 Fotoliase.amino livre. 442 .carboxila livre.de transmissão.. 380 . 174 Fotorreativação.marcador(es) . 11. 181 . 557 . 13 .moleculares. 32 . 291 Fenilanina hidroxilase. 399 Genoma(s).in situ com fluorescência.induzíveis. 464 Fermento de pão. 165 H ibridização (ões) . 557 Genótipo.evolutiva. 100 . 70.na sociedade.do choque térmico. 265 .homólogos. 342 Fuso.basais. 12 . 198 Fenótipo (s). 267 . 357 . 373 H . 63 Hemofilia. 623 . 5. 99 . 276 Gás mostarda.em mamíferos.. 3 .reversa. 644 . 334 . 102 . 423 Fator(es) . 503 .. 250 . 275 .zerknülU. 291 Fenilcetonúria. 11 Heterozigoto .d as bactérias. 41 .em gramíneas cereais.de genes ligados ao X em machos d e . 265 .gap. 601 .de Okazaki.dos vírus. 13 . 91 . 555 Gramíneas cereais.polimórfico.Y humano. 546 Gametófito .de paridade segmentar. 89 Fibras de cromatina. 445 --XeY. 18 .lrans. 11 Gado bovino. 91 -sense. 530 . 560 Glicose.F. 120 . 403.de polaridade segmentar. 433 . 49 por DNA ligase. 62 .mitocondriais.sanguíneo do sistema ABO. 426 Fase de ligação. 556 . 454 . 372 . 559 . 347 Fosforilação oxidativa. 543. 430 FACT. 40 .BRCAl . 14. 11 H exosaminidase. 55 7 . 415 Fibrose cística. 423 H eterocromatina. 332 Galo-banquiva.no(s) cromossomo(s) H aploide.do choque térmico.de órgãos. 51.quantitativos entre parentes. 200 Filamento .acêntrico. 380 G . 415 .molecular. 41 .d e populações.procarióticos.homeóticos. 308 . 50.do arroz. 136. 150 Fenômeno de antecipação. 502 Guanina.seletores. 401 . 560 Hélice-volta-hélice. 454 .349 Genetic Information Nondiscrimination H eterose. 582 .xist. 555 Geração filial.laterais.eye/. 340 Flor boca-de-leão. 399. 207 Gametogênese. 577.pseudoautossômicos. 174. 99 Hemoglobina(s).Southern bwt. 399 . 534 . visualização de. 649 .de alongamento Genbank.de restrição. 429 Fagomídios. 385.anteroposterior. 421 . 562 Grão de pólen.parálogos. 51.caudal.734 Fundamentos de Genética F . 529 .que respondem a hormônios. 535 .hereditários. 153 Genética Heterozigota. 429 . 265 . 556 . 344 Fugu rubripes. 307 Gene(s). 307 . 382 Galactosemia.determinante testicular.aplicações da. 326 . 2 . 373 .de cromossomos X em Drosophila.23 . 137 . 222. 13.por autorradiografia.comparativa.mutantes em bactérias. 32 .humanas. 403 --G (EF-G). 32 Fechamento covalente de cortes no DNA -FMR-1.eucarióticos.na medicina. 98 H aplótipo.hunchback. 423 Hemizigoto. 614 . 530 . 89. 423 . 431 Fago lítico. 14 . 341 .em sentido amplo..constitutivos. 403 --TU. 561 . 111 .de colônia. 560 Glaucoma. 403.epigenética de. 234 .estrutural. 340 Formação .d e mamíferos. 543 . 38 IF-1. 425 Milho. 335 Minissatélites. 507 Luz ultravioleta. 369 Impressões digitais de DNA. 347 Isocromossomo.de cadeias . 626 Informática. 530 Laranja-d~umbigo. 134.da probabilidade. 2. 404 .metiltransferases. 236 . 18 Identificação de corpos mutilados. 341 IF-2. 530 Lamarckismo.or. 559 . 41 Método Imunodeficiência combinada grave Lipídios. 403. 127 .de genes ligados ao X em fêmeas de . 9. 544 . 242. 339 Mecanismos Homoalelos. 388 Modificações tautoméricas. 315 Mapeamento Hiperploide. 23 Influência do ambiente.pós-zigótico. 20 -do DNA. 291 Membrana.. 26 Meio completo. 44 desaminase.bancos de clones.Northern bwt.. 14. 658 . 125 Material genético Homens de Neandertal. 69 Migração.1. 293 . 541 Imprinting.de cromossomos X em Caenorhahditis. 26 .hidrofóbicas. 336 .desacetilases.com o aUXI1io das deleções e Micro-RNA (miRNA). 403 . 459 Laranja de acridina. 404 Infarto do miocárdio. 70 . 326 . 20 .reguladores pós-tradução. 410 . 445. 30 Identidade por descendência. 44 . 542 .. 304 Linfoma de Burkitt. 324 .positivo.em vertebrados de genes de . 147 Hipoativação. 263. 519 . 147 Microarranjos. 568 Llsossomos..dos fatores múltiplos. 209 Mendel. 18 . 563 Metabolismo da fenilalanina-tirosina.cromossômico. 536 .germinativa.II.da atividade de transcrição. 330 Média aritmética.acetiltransferases. 148 Hipótese.da transcrição. 142 .óperon.. 417 Homo sapiens. 25 1 . 553 . 541 International Human Genome Sequencing Marcação por transpóson. 32 lndutor(as). 40 .peptídicas. 44 . 413 Marcadores ãncoras.por deficiência de adenosina Llsina .502. 23 .de reparo do DNA. 403 .de quebra bifilamentar.por Jeedback. 414 Leptóteno. 521 .parentais. 505 Iniciador fragmento de restrição. 424 Megasporos.códon-tRNA. 118 . 575 Imago. 356 . 79 .II. 564 .de DNA recombinantes. 503 . 469. 5 M. 32 Human Proteome Organization (HUPO). 28 Metáfase. 135 Meiose.uninêmico. 12. capricolum.de três pontos.esteroides. 355 . 12 . 598 M Microtúbulos.da deleção. 529 Microssatélites. 102 duplicações.pelo produto final. 294 Ligação (ões).de regulação invertebrados. 294 Hywbates concol. 293 restrição.da linha bifurcada. 553 .catabólica.da cadeia polipeptídica.por RNA. 493 . citológicos e físicos. 459 em sítios de clivagem por enzima de . 428 Mitomicina. 22 . 171 Hormônio (s). 521 Malária. 14. 401.sinalizadoras.de polimorfismo do comprimento do .de hidrogênio. 23 IF-3.proteína-ácidos nucleicos sequência . 428 Holoenzima. 305 .com um cruzamento-teste .citogenéticos. 579 .genéticos. 433 Levedura. 125 Matrizes abertas de leitura.do quadrado de Punnett. 281 Marchantia polymorpha.bifilamentares de DNA.de troca genética em bactérias.de recombinação . 635 L .da expressão gênica eucariótica. 534. 529 Lycopersicon esculentum. 406 . 144 . 263 mamíferos. 610 Micrópilo. 140 .de RNA.de centiMorgan. 267 . 20. 280. 541 Consortium. mycoides. 544 . 349 Homozigotas. 503 Interações .multinêmico. 234 Mapa(s) Modelo . 208 .de Holliday. 467.citogenético.de Van der Waals. 503 . 293 . 427.de dois pontos. 451 . 398 .. 77 Metilação. 544 Localização de genes Método ClB.da replicação do DNA. 536 .endogâmica. Gregor. 267 Inversões. 44 Imunoglobulinas. 527 Homozigosidade. 30 Ilhas de CpG. 428 Mitose. 142 Histona(s).de controle Homólogos Isolamento .. 304 Ligase de recomposição. 610 Microsporos..efetoras. 357 . 582. 303 Mamut~lanoso. 6 Inteínas. 21. 542 Linhagem (ns) Metástase. 426 Iniciação Mammuthus primigenius..pericêntricas. 406 . 399 Isoalelos. 335 Medida das relações genéticas. 382 Inativação.de dois eventos de Knudson.fisicos de moléculas de DNA baseados Moléculas Insulina humana.iônicas. 617 . 584 lnterfase.riborregulador ( riboswitch) de. 77 . 125 . 118 .da duplicação.da oscilação. 293 . 406 ..pré-zigótico. 503.gênicas.paracêntricas.de restrição. 304 Ligante. 658 . 387 . 541 Íntrons. 521 Maçã Delicious. 470. 454 Ligadores. 368 Inteligência. 315 lntercruzamento. 453 .564 Locus de característica quantitativa. 268 . 603 . 404 .de DNA com iniciadores de RNA. 141 .peptídicos.negativo. 530 Legionella pneumophüa. 530 . 236 . 209 -AUG. 194 Homeodomínio. 148 Hipoploide. 425 .Bt. 417 lndução. 513 .celulares de oncogenes virais.fisicos. 604 Interferência. 429 Meio mínimo. 209 . 293 .do genoma humano.de RNA. 399 Mitocôndrias. 47 específica.do crescimento humano. 582 . 546 .funções do. 332 Microrna. fndice Alfabético 735 Hiperativação. 475 Inibição M. 505 Pneumococos. 373 recombinação. 307 . 577.negativas dominantes.familiar 588 ' . 382 Peste bubônica. 578 Placa metafásica. 325.. 511 Poliadenilação. 426 NDM-1 (metalobetalactamase de Nova PequenosRNA Mudança na informação genética. 170 Palíndromos. 338 Organização molecular do DNA . 403. 565 .de interferência.condicionais. 20 Information (NCBI).somáticas. 51 Perda de função. 198.de sentido trocado. 558 Mycobact. 478 . 263 Mus musculus. 465 Oogênese. 103 N Parentes . 374 . 579 Plasmócitos.de nucleotídio único.RNA nucleares.por elementos genéticos transponíveis.. 315 .por inserção aleatória. 32 .triploide do endosperma. 326 . 401 Peptídio. 3.do comprimento do fragmento Organismos-modelo.equilibrado. 626 Ponte de cromátide dicêntrica. 91-93.intermediário. 17. 415 Organismos geneticamente modificados. 511 Poligênica. 339 Polimorfismo (s). 424 Paternidade.celulares Plaqueamento em réplica. 198 ..induzidas. 316.com efeitos fenotípicos. 507. 633 .letais. 325 Organização Genoma Humano (HUGO). 577 Mycoplasma genitalium. 66 . 263 National Science Foundation (NSF). 65 Pólipos. 324 Nível seguro de irradiação. 329 . 341 o Pistilo. 367 Partículas transdutoras. 342 . 120 . 399 .de E. 467 p Polipose Mutágenos.et.incapazes de sintetizar um metabólito Pan-mixia. 67 transcricionalmente ativo.características básicas do processo. 69 Ovário. 605 . 336 . 316 Nucleossomos. 163. 316 Ovalbumina. 335 Northern blot. 399 Neurofibromatose. 294 ..590 .mutantes e câncer. 215 Poliploidia. 277 . 314 . 576 especial.knockout. 566 Óperon. 339 Núcleo. 32 .funções dos genes na produção de. 429 Peroxissomos. 579 • • . 559 .ciparum.por substâncias químicas. 29 .correlações entre. 291 . 634 . 588 Mutagênese insercional. 113 . 180 . 560 Morte celular programada. 626 Ponto de verificação. 114 . 610 .pontuais. 89 Placa in situ. 424 Parassegmentos.âmbar. 310. 338 Nucleotídios.736 Fundamentos de Genética Monossomia. 209 Pintura cromossômica. 94 PBRCAl. 332 -virais -TI. 335 Ovelha Dolly.nitrogenada.cinnabar. 31 . 333 .férteis. 142 .durante o desenvolvimento ocular. 339.supressora(s). Cerevisiae com deficiência de Pan troglodytes.direta. 169.por mudança de matriz de leitura.estéreis. 324 PAC. 333 Personalidade. 325. 392 . 91. 343.lac.estéreis. 605 Mosca-das-frutas. 410 de restrição. 74 .. 20 .termossensíveis.scarl. Coli.de lactose.sem sentido. 439 . 208. 7 National Institutes of Health (NIH).585.retrovírus indutores d e tumor e. 454 .espontâneas. 588 Mutante(s). 326 P53.nos genes da globina humana. 29 Pós-tradução . 273 Múltiplos réplicons por cromossomo.homeóticas.em camundongo.. 331 Não disjunção. 63. 399 . 514 Polidactilia. 39. 590 Motilidade.do cólon.recessivas. 588 Populações em equilíbrio genético. 339 Pirossequenciamento. 336 . 187 .. 183 Mostarda Nanoarchaeum equitans. 565 Operador. 215 . 194. 370 . 316. 233 . 23 Pigmento rodopsina. 7.adenomatosa . 51 Partição da variância fenotípica.erium tuberculosis. 590 .mecanismos reguladores. 345. 9. 199 Politênicos energéticas específicas. 20.sulfúrica.. 187. 565 Número de cromossomos.com bloqueio da capacidade de usar fontes Padrões de difração de raios X.em seres humanos. 617 . 193 Pesticidas.resistentes a fármacos e antibióticos. 404. 336 .neutras. 339 . 116 . 368 . 399 Polylinker. Coli e S. 401 Peptidil transferase. 32 Plastídios. 324 . 346 Nicotiana tabacum. 599 .sensíveis ao supressor. 453 .colinear. 89 Pirimidinas.de efeito materno.R conjugativos. 163. 23 . 178. 336 . 310 Pirimidina 5-bromouracila. 568 .germinativas. 247 Neisseria gonorrhoeae.gene-específicas. 526 Nanismo.somáticos.recessivas.shihire.knockout . 8. 153 . 6. 70 mRNA. 170 PAPC. 380 .de triptofano em E. 343 Paramecium aurelia. 32 PHMSH2. 614 Mosca tsé-tsé. 507.visíveis. 18 .. 113 . 294 Perfis de DNA.processo reversível. 66 Octaploides.químicos. 172 . 505 Pleiotropia. 579 Plasmídio(s).genéticos. 578 Plasmodiumf al. 70 . 338 Oxytricha Jallax.hipofisário. 111. 226 . 339 Polimerases translesão. 66 .com ganho de função.homólogos celulares d e. 12 . 291 MtDNA. 117 . 68 Nucleína.reversa. 427 Morfógenos.. 8 Delhi). 326 National Center for Biotechnology PBRCA2. 338 Origem de replicação. 645 Organelas. 540 Polipeptídio(s). 380 Poliploides. 68 Oscilação.cromossomos. 336 Pisum sativum. 424 . 427 . 69 .normais.dos genes. 69 Ordem. 174 . 335 Oncogenes. 170 Paquíteno.efeitos fenotípicos. 20 Phaseolus vulgaris. 424 Pareamento de cromossomos politênicos Mosaicos homólogos. 463 .. 343 Par bivalente de cromossomos. 67 Mutação(ões). 431 . 324 Neurospora crassa. 521 .por radiação. 64. 555 Nucléolo. 120 . 114 .586 . 355 Pan-mítica...base molecular da. 5 Penetrância incompleta. 42.cromossômicos e câncer.in vitro de moléculas de DNA Rastreamento Resistência recombinantes. 245 Pro habilidade (s) .de base. 139 ..tree of life.da segregação.implicadas no controle da transcrição. 404 Segmentação do corpo.propenso a erro. 5 Proteômica. 349 . 379 . 186 Prófago. 368 . características básicas da. 170 .estrutura das.553 Purinas.520 . 238 .da expressão gênica por controle da .bidirecional.taxas de mutação em.a antibióticos e fármacos. 176.da estrutura do cromossomo. 44 . 75 -do DNA. 227. 230 Primossomo. 588 Regras de Kozak.da probabilidade. 152 Reversão.receptoras ligadas à membrana. 355 Retrovírus. 379 Resposta . 533 .da distribuição independente. 248 Procariotos . 265 Recessivo. 66. 415 Receptores hormonais.X. 427 . 152 Revisão.. 298 . 272 .com aplicação industrial. 349 Pseudomonas aerugi. 485 Promotores. 518 . 40 -LTR. 300 . 195 . 32 .binomiais.catabólica.em serie Salto no cromossomo. 349 Roentgen (r). 272 .organizadoras nucleolares.DNA in vivo. 343 . 291 .regulação do óperon de histidina de. 20 .invertidas terminais. 446 . 267 . 536 . 94 Quociente de inteligência.. 7.endógenos.ultravioleta. 590 tradução. 652 .por excisão.de erros de pareamento. 273 . 206 Raios Repressão. 349 Rodopsina. 332 Prototróficas. 579 . 4 76..CITR. 399 Restrição funcional. 263. 334 Segregação. Quadrado do desvio da média. 253 Ratazana. 7. 585 Projeto 1. 262 . 282 Ribossomos. 333 Replissomo.renina.polimerases.do choque térmico. 527 .e evolução.de trinucleotídios.constante.V. 503 Produção . 44. 578 Proteína(s). 198 . 653 Programa(s) Ratos. 251 . 581 Retropósons.ionizante.simples.a fármacos.HapMap Humano. 399. 194 Previsão de fenótipos. 352 Reparo . 332.das terminações do cromossomo.II.terminais longas (LTR). 234 . 446 . 625 Radiação . 403 . 152 . 512 Prochlorococcus marinus.supressoras de tumor. 224 Princípio . 446 Recomposição Ribonuclease. 624.. 541 . 590 Regulação -mensageiro(s).pBRCAl. 243 .nuclear heterogêneo. 541 .II. 403 ..Genoma Humano.semiconservativa. 332 Repressores. 460 ..gênica eucariótica.antisense. 238 da fibrose cística. 10 Reação em cadeia da polimerase. 279 . 609 Proflavina. 399 Retinoblastoma.pós-replicação. 195 .de ligação ao DNA unifilamentar. 454 .p53. 273. 344 .rô.verde fluorescente. 487 Pré-mRNA. 417 Renaturação. 182.mendeliana em famílias humanas.cósmicos.IV. 584 Remodelagem da cromatina.em número variável. 338 Projeto .conservativa. 330 autossômica. 410 Questões .por inversões. 244 Quinases. 348 Q .536 . 261. 603 . 268 Regulador de condutância transmembrana .pHMSH2.de nucleotídios. 487 Proteases. 404 Salrnonella typhimurium.de competência. 528 Riborreguladores. 271 . 584 Quiasma. 540 .ribossômicos.. 174 . 352 s Pupa. 96 -SOS.forenses. 576 . 31.gama. 223 . 42. 372 .alternativa de RNA. 6 .significado evolutivo. 334 . 353 Saccharomyces cerevisiae. 93 . 227.pré-iniciadoras com oriC.. 369. 44 R . 6 Recombinação. 338 .em procariotos. acúmulo de genes de. . 166 genes de interesse.pBRCA2. 478 Prófase.não ionizante. 272 . 20. 11 O . 586 . 607 Quinacrina. 42 .de Hardy-Weinberg. 530 Região ( ões) RNA .básicas HLH ou BHLH. 460 .guias.da dominância. 456 ..de proteínas eucarióticas em bactérias. 590 .de reprodução seletiva.III. 232 .à seleção. 617 -de DNA.curtas em série. 265 .dependente de luz. 7. 300 . 273 .mitocondriais. 217 Rearranjos.em pesquisa celular. 135. 12 Rattus norvegi. 245 .000 genomas. Índice Alfabético 737 PRB. 332 Reprodução das bactérias. 429 Repetições Saco embrionário. 232 . 124 Retrotransposição. 262 Quimeras.de interferência curtos. 519 . 399. 502 . 332 . 223 . 265. 518 .de pré-mRNA.cus.por círculo rolante.estrutura do cromossomo em. 375 .por complementação. 352 Robótica.autocatalítica. 23 .do óperon de histidina de Salrnonella . 530 Retrotranspósons. 225 Repulsão. 305 . 263 celulares das. 485 Proporções fenotípicas. 30 Rastreando a herança ligada ao X e . 476.XPA.nosa. 459 Raízes da fava. 535 . 477 . 332 . 113 Retromutação. 52 . 44 . 284 . 487 Propagação da informação genética. 18. 536 -pAPC. 439 Proto-oncogenes. 216 RNAi.SSB. 135.de bibliotecas de DNA para identificar . 137. 623. 4.replicação de DNA em. 585. 569 . 490 . 336 Retículo endoplasmático. 170.indutores de tumor e oncogenes virais. 410 . 530 typhimurium. papéis Relógio molecular. 539 Proteoma. 424 . 234 .de controle de locus.fontes de. 583 .iniciação da. 353 Progérias.. 4 76 . 51 .. 461 Replicação..de identidade. 559 .dependentes de ciclina.transportador. 194 .1. 332 Réplicon. 403. 268 .de Ames. 283 . 318 .humana. 125 .de células-tronco embrionárias. 233. 450 . 369 .de cromátides.recíproca. 198 . 305 SNRNA. 119 .268 .I 30 Transgênico. 111 Tetraploides. 274 . 450 .de mRNA concomitantes.somáticas. 174 Totipotência. 453 . 341 transcrição. 268 START.coelicolor.429 . 150 . 215 . 5 . 101 Suscetibilidade. 4 76 mental na. 450 ' .de DNA implicadas no controle da . 267 Selenocisteína. 540 . 480 . 388 Sulfonato .dirigida. 253 Teláfase.eis. 432 . 650 . 172 .de alelismo.genética.de recombinação do DNA. 93 ' . 1 72. 234 . 424 Tirosinose.do genoma humano. 389 Transferência gênica . 183. 492 Sintenia. 253.alelos mutantes causadores de retardo . 298. 63 .proteica.da região 5'.de Turner..de Werner.purificadora.de consenso. 633 .p ou peptidil.de mRNA concomitantes.de inserção. 252 . 7. 268 . 450 .como mutágenos. 101 .de DNA controlada. 184 Sinal de término.. 12 . 262 Shelterina.componentes necessários para a. 623 .de resolução.de transfecção.de Rothmund-Thomson.nucleotídicas de genes e cromossomos. 387 Teste Selenoproteínas. 345 Sensibilidade gustativa à . 493 . 171.e ou de saída. 521 . 326 Tráfego.da transcrição. 453 Transcrição.cis-trans. 493 . 477 Subdivisão da população. 476 de mrna. 477 . 51 Telômero.cromossômica da hereditariedade. 355 . 212. 303 .replicativos. 268 . 89 .261.de metila. 180. 268 Staphylococcus aureus.do DNA. 382 TFIIX. 373 . 214 Translocação (ões). 450 Transversões. 65 Sequência . 331 .da evolução de Darwin. 170 Super-hélices.pneumoniae.738 Fundamentos de Genética Seleção recombinação. 483 . mutações induzidas . 181 T . 654 . 233 . 268 . 99 Thermusthermophilus.de células .de imunodeficiência adquirida (AIDS). 643 Transpósons. 485 Sexo Super-helicoidização negativa.de "cortar e colar" 4 76 ' . 465 Síndrome Técnica de Sanger. 318 . 344 . 478 Síntese Teosinto. 171 .de complementação. 503 . 403 .35.replicativa. 500 T-DNA do plasmídio Ti. 353 Tecnologias Transformação.contínua.repetidas de DNA.de Lynch. 171. 300 Terminadores independentes de rô. 344 . 62 .e organização do genoma. 552 . 445 . 7. 261 .alostéricas. 379 .intercalares. 284 Testosterona.de Hutchinson-Gilford. 344 Semidominante.cálculo. 268 Streptococcus Tirosinemia. 127 . 297 SNRNP.comprimento do.marcados por sequência. 443 Teoria . 301 .de DNA in vitro. 205 Transcriptoma.de Ehler-Danlos.germinativas.não hereditária. 652 Transposição .das frequências alélicas. 576 Tipo selvagem. 347 -10.neutra da evolução m olecular. 51 .das hipóteses genéticas.hereditária.de reconhecimento. 24 Transgene.trans. 268 Taxa de concordância.primário.robertsoniana. 534 Substituições gênicas. 280.de Down.de sinal. 462 . 205 Transcriptase reversa. 274 Sobredominância.de restrição.de quebra d e Nijmegan.balanceadora.especializada.homogamético. 411 Southern blots.de clivagem . 90. 301 . 341 . 297 Terapias com células-tronco .303 .natural. 99 .de sequenciamento de DNA.333. 355 Técnicas citológicas. 261 Sexodução.único para endonuclease de restrição. 626 Tetrahymena thermophila. 182 Shigella dysenteriae. 268 Série alélica. 187... 580 -CAAT. 331 .da região 3'. 446 Timina. 110 . 184 Símbolos genéticos. 450 . 404 . 125 . 628 Sítio(s) Término . 187.heterogamético.do X frágil. 121 Tecnica de Southern blotting. 26 Taxas de evolução molecular.. 448 . 325 ' .de polipeptídios usando moldes .de ligação do produto final.de Marfan. 215 Transdução.transformação genética com.II Transições. 377 .de reparo do DNA associada à .necessárias para expressão de um gene. 7 Serratia marcescens. 280 por. 197 Sinapse.por enzima de restrição. 51 . 485 . 463 . 302 .do qui-quadrado. 355 . 275 Tabaco. 47 feniltiocarbamida.sinalizadora. 635.530 . 532 . 494 .302 . 382 . 467 .genética com transpósons. 654 . 67 Taq polimerase. 29 Sequenciamento Sobrevida d esigual.291. 318 . 609 .reversa. 608.descontínua. 234 Terapia gênica .de "cortar e colar" 4 76 . 527 . 325 . 47 . 601 Transfecção.a ou aminoacil. 634 .de clonagem múltipla.de Klinefelter. 14.358 . 118 . 416 Substâncias químicas. 183. 601 Transcrito .. 251 . 355 Telomerase.expressas. 138 -TATA. 4 Sonda. 275 Sequências Sry (região determinante do sexo). 63 . 120 Tempo de divergência Transposase.hipersensíveis à DNAse. 355 Temperatura. 626 Tradução.de etil metano.no milho.gênico.compostos.475 Síndrome unha-patela.Cri-do-Chat. 65.297. 20 . 308 Selênio.da cadeia polipeptídica.de Shine-Dalgarno.generalizada. 368 .de Bloom. 284 Tétrade. 373 . 530 Silenciadores. 233.de Cockayne.unidirecional em bactérias.artificial.mediada por agrobacterium tumefaciens. 114 .dos fenótipos.das proteínas. 48 .de DNA e origens humanas.da imunodeficiência humana. 526 .DNA. conceito. 485 Triticum aestivum.de DNA 653 ' ..alélica e função gênica.anabólicas.da estrutura .catabólicas. 114 . 353 Unidade de transcrição. 526 . 6 Vetores . 605 Xenopus laevis.d o 21. 605 Xeroderma pigmentosum. cromossomo. 267 . 267 Variegação p or efeito de posição.3 trifosfato de didesoxirribonucleosídio.shuttle ou de transferência..uma enzima. 653 X Um gene Variância.nucleotídicas. 375 tRNA supressores. 644 w Tuberculose... 166 2. 502 Zigoto diploide. 539 YAC. 118 .em seres humanos.de clonagem. 205 Valor .d e RNAi. 368 . 529 . 115 . 316 . cromossomo.d e Fisher. 32 . 164 Trissarnia . 62 Vilosidades. 603 X-gal. 502 Zigóteno.d o mosaico do tabaco.de proteínas. 294 .herpes simplex. 296 . 646 . 535 .médio dos pais..ambiental. 605 y Upstream.um polipeptídio. 77 Trigo moderno.na evolução Western blotting. 375 z V Via(s) Z. 469. 186. 215. 197 Trivalente. 536 Zíper de leucina. 122 Tripanossomos africanos. 163.citogenética. 424 Uso da informação genética. 353 Vantagem do heterozigoto.lisogênica.cromossômica. 198 Vegetais transgênicos. 374 . conceito.. 644 Trypanosoma brucei.das sequências u .Epstein-Barr. 389 Variabilidade genética. 424 . 119 .crítico.fenotípica total. 324 Vicia Jaba. 646 .genética em populações naturais. Índice Alfa bético 739 Tricotiodistrofia.. 661 . 462 Yersinia pestis. 226 Trifosfatos de ribonucleosídios. 112 Vírus. 607 . 186 .. 225. 265 Variação Vigor híbrido. 646 Vírus . 605 Univalente.da(s) sequência(s) . 115 .genética dos. 634 . 387 . 26 .. 323. 374 U racila. 165 . 465 Troca genética.genética. 349.. Documents Similar To Fundamentos de GenéticaSkip carouselcarousel previouscarousel nextHistologia Basica 11Edicao - Junqueira e CarneiroGriffiths Et Al (2008) Introducao a Genetica 9edBioquímica Básica - Anita Marzzoco.pdfIntrodução à Genética - Griffiths,Wessler,Lewontin,Carroll - 10ª ed.pdfBiologia Celular e Molecular - Lodish - 7edMicrobiologia 12ª edição - Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. 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