Livro Genetica Final

1Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Alagoas Departamento de Educação a Distância Universidade Aberta do Brasil 2 Introdução.................................................................................................................... 04 Capítulo 1: Genética de Transmissão: 1ª e 2ª Lei de Mendel.................. 13 Capítulo 2: Genética de Transmissão: Extensões do Mendelismo........ 52 Capítulo 3: Genética de Transmissão: Herança e Sexo.............................. 82 Capítulo 4: Genética de Transmissão: Ligação e Mapas Genéticos.... 100 Capítulo 5: Genética Molecular: Estrutura dos Ácidos Nucleicos...... 118 Capítulo 6: Genética Molecular: Duplicação do DNA............................... 133 Capítulo 7: Genética Molecular: Transcrição.............................................. 140 Capítulo 8: Genética Molecular: Tradução................................................... 147 Capítulo 9: Genética Molecular: Mutação e Mecanismos de Reparo..162 Referências................................................................................................................ 171 3 O que resulta na formação do zigoto. porém... as espécies adultas que surgem daquela única célula são bem diferentes.Muitas vezes. ouvimos falar: Fulano é a cara do pai. Desde a pré-história nos perguntamos por que nos parecemos com nossos pais? Como essas características são passadas de pais para filhos? Esse livro vem com o objetivo de esclarecer essas questões. em nível bioquímico. Para que ocorra essa transmissão de características. único elo físico entre as gerações. em outras palavras. quais os mecanismos que permitem que essas características sejam passadas.. que moléculas são essas? E como elas conseguem essa façanha? 1. de pais para filhos. Se observarmos o zigoto. veremos que são muito parecidos.. 4 . estuda a hereditariedade ou herança biológica. surgimos a partir de uma única célula. de um animal e compararmos com outros de espécies diferentes. e entre os pais e filhos. por exemplo. OBJETIVOS DA GENÉTICA A genética é a área da biologia que se preocupa em explicar como as semelhanças e diferenças entre os seres vivos. ou o material que será transmitido entre as gerações. Estudaremos como os gametas. Nós. não nega que é seu filho. com células fisiológicas e morfológicas tão diferentes. é necessário que o material hereditário (material genético). transferem essas informações para o novo ser.. células responsáveis pelo processo de reprodução sexuada. um camundongo e nós humanos. organismos multicelulares. olha o jeito de andar e de dormir. seja passado através dos gametas. contendo os cromossomos. são transmitidas de uma geração a outra.. ou. as reações bioquímicas entre as células. todas as etapas do desenvolvimento. E cada geração. e muitas vezes essas pequenas diferenças podem ir se acumulando e passando para as gerações posteriores. necessita formar um grande número de gametas para passar para as novas gerações. A capacidade que tem o material genético de sofrer modificações é o que permite essa grande variedade entre a prole e entre as diferentes espécies e conseqüentemente a evolução. para se perpetuar. ou organismos de uma mesma espécie se assemelhar. mas que interagem e funcionam de forma sincronizada e semelhante à geração anterior. O acúmulo dessas diferenças pode permitir o surgimento de novas espécies. 1º) Capacidade de replicação: cada nova célula formada no organismo também leva a informação contida no zigoto. que são capazes de controlar e gerenciar desde a formação do zigoto. tecidos e órgãos distintos. logo.O zigoto é uma única célula resultante da fertilização do gameta feminino e masculino e carrega toda a informação para a formação do novo ser multicelular que apresenta: células. na nova geração. Para que esse material genético possa ser passado de uma geração a outra e possa regular. além de trazer informações dos genitores. é necessário que esse material seja capaz de produzir cópias dele mesmo (replicar ou duplicar). é necessário que ele apresente uma série de propriedades. 2º) Transferir e traduzir Informações: o material genético que vem nos zigotos. nós somos todos diferentes. tem que ter mecanismos que traduzam essa informação em ações. 5 . 3º) Capacidade de sofrer mutação: apesar de pais e filhos. tecidos e órgãos etc. como o funcionamento de cada célula. até cada etapa do desenvolvimento. a característica cor do cotilédone da semente pode ser. É com Mendel que se inicia um dos níveis de análise genética. altura do pé etc. propôs padrões de herança para características. A coexistência de alelos em uma planta não compromete. ao ocorrer fertilização. através da montagem de experimentos e análise estatísticas dos dados em ervilhas. sua integridade. Mendel também descobriu que alelos de genes diferentes são herdados de forma independente uns dos outros. conhecido como o pai da genética. de como esse material genético controla e interfere na característica herdada. na hora de formar os gametas. da estrutura química desse material genético e. Três grandes eventos marcaram essa história: 2. MENDEL E AS REGRAS DE HERANÇA Gregor Mendel.2. foi o primeiro que. na planta. entre esses dois alelos é que vai determinar qual a cor do cotilédone que será expressa. A relação. principalmente. só um dos fatores vai para os gametas. portanto. mas os avanços científicos e o desenvolvimento tecnológico permitiram. 6 . ( Veremos os estudos de Mendel no capítulo 1). esses fatores voltam a se reunir. tais como: forma da ervilha. em pouco tempo. cor do cotilédone da semente. que chamamos de genética clássica ou genética de transmissão. por exemplo.1. um grande avanço no conhecimento das principais formas de transmissão das características genéticas. Esses fatores ou genes podem apresentar formas (alelos) e contribuições diferentes para a expressão da característica. verde (determinado por um alelo) ou amarela (determinado por outro alelo). OS TRÊS GRANDES MARCOS DA GENÉTICA A genética tem pouco mais de 100 anos. Mendel chegou à conclusão de que cada característica é determinada por 2 fatores hereditários (genes) e que. mas que. O enfoque da genética baseado na análise das sequências de DNA que constituem um genoma é chamado de genômica. Após o sequenciamento. o material que penetra na bactéria e é capaz de formar um novo vírus é o ácido desoxirribonucleico. O PROJETO GENOMA HUMANO: SEQUENCIAMENTO DO DNA E CATALOGAÇÃO DOS GENES Os geneticistas. Perto do final do século XX. (Capítulos 5 e 6) 2. geneticista na segunda metade do século sonhavam com os modos de determinar as sequências de bases nas moléculas de DNA. 7 . esses genes foram catalogados por localização. sonhavam em identificar o material de que os genes são feitos. Esse processo é chamado sequenciamento do DNA e culminou.3. A coleção de genes sequenciados de um organismo forma o que chamamos de genoma.2. a grande pergunta que não queria calar é o que eram os fatores hereditários ou genes? Só na década de 50. em 1900. ou seja. em 2001. em nível molecular. com uma média de 2.7 bilhões de pares de bases e de 20000 a 25000 genes.2. Porém são Watson e Crick que conseguem explicar e montar um modelo da estrutura e como esse DNA é capaz de produzir cópias dele mesmo para passar para a descendência. na primeira metade do século XX. que não compõem o genoma. em bacteriófagos. Os esforços hoje estão voltados para estudar. experimentos feitos por Hershey e Chase mostram que. com o sequenciamento do DNA humano. Foi também observado que o DNA de eucariotos e incluindo o DNA humano apresentam um grande número de sequências de nucleotídeos que não expressam genes. já era possível determinar as sequências de bases de vários organismos. o modo como eles influenciam a grande variedade de características dos seres vivos. WATSON E CRICK: A ESTRUTURA DO DNA Após a redescoberta dos trabalhos de Mendel. o DNA. estrutura e função potencial. Saunders e R. e de interação genética na herança da forma da crista de galináceos. H. Na tabela abaixo. 1902-1909 W. sugerem que os fatores hereditários deveriam estar nos cromossomos. 1906 W. homozigótico. de Vries adota o termo mutação para descrever mudanças na qualidade do material hereditário. Punnett descrevem o primeiro caso de ligação genética (linkage). em ervilhadoce. sabemos que existiu uma série de descobertas que entremeou esses eventos e que contribuíu de forma decisiva para que eles acontecessem. 1903 W. ANO 1900 EVENTO As leis fundamentais da hereditariedade. Correns. F2 etc. relacionamos esses eventos. Bateson e seus colaboradores E. de Vries e E. Bateson cria os termos Genética.H. além de uma nomenclatura para designar as gerações em experimentos genéticos: P. F1. Boveri. 1901 . alelomorfo e epistasia. Ele e T. R. heterozigótico. C. Sutton correlaciona as leis de Mendel com o comportamento dos cromossomos na meiose. von Tschermak.3. descobertas por Mendel em 1865. 8 . PRINCIPAIS ACONTECIMENTOS DA GENÉTICA NO SÉCULO XX Além dos acontecimentos mais marcantes que vieram para mudar a ciência da genética. independentemente. são redescobertas independentemente por C. Beadle e B. lançam a hipótese de que os genes atuam 9 . McClintock. 1916-1917 E. trabalhando com Drosophila melanogaster. Johannsen enfatiza a distinção entre a aparência de um organismo e sua constituição genética e cria o termo fenótipo para designar a primeira e genótipo para a segunda. demonstra que raios X são indutores de mutação. D’Herelle descobrem. Ephrussi. e sugere que eles estariam localizados no cromossomo sexual X. em que aparecem as primeiras discussões sobre genética bioquímica. iniciando a consolidação da teoria cromossômica da herança. 1928 1931 F. 1911 T. Janssens sugere que as figuras em forma de letra X observadas na meiose. Garrod publica o livro Inborn Errors of Metabolism (Erros inatos do metabolismo). 1935 G. E.  A. 1927 H. A. fornecem as provas citológicas da ocorrência de permutação (crossing-over) na meiose. H. J. S. trabalhando com Drosophila melanogaster. Morgan descobre os primeiros genes com herança ligada ao sexo na mosca-do-vinagre Drosophila melanogaster.1909  F. Ele cria também o termo gene para designar os fatores hereditários. e H. C. H.  W. independentemente. resultantes da sobreposição de cromátides de cromossomos homólogos. Nilsson Ehle elabora a hipótese de múltiplos fatores (genes aditivos) para explicar a herança quantitativa da cor da semente do trigo.  N. W. com milho. Muller. com base em seus estudos sobre a cor de olho em Drosophila. seriam originadas pela troca de pedaços entre elas (permutação ou crossing-over). Creighton e B. Griffith descobre a transformação bacteriana em pneumococos. um ex-aluno de Morgan. L. um vírus capaz de atacar e destruir bactérias (bacteriófago). Twort e F. Stern. 1952 A. sugerindo ser o DNA o material hereditário viral. 1944 O. 1936 T. Neel fornece provas de que a anemia falciforme (siclemia) é condicionada pela versão recessiva (alelo recessivo) de um gene. Dobzhansky publica o livro Genetics and the Origin of Species (Genética e a origem das espécies). H. em diversos organismos. Hershey e M. Levan demonstram que os humanos têm 46 cromossomos em suas células (até então. McCarty isolam o princípio transformante do pneumococo. Delbrück iniciam os estudos com bacteriófagos. McClintock propõe a existência de “genes saltadores” (transposons) para explicar certos casos de herança em milho.  B.controlando as reações químicas celulares por meio de enzimas. Tatum publicam o primeiro trabalho sobre genética bioquímica no fungo Neurospora crassa. 1953 1. T. um marco na área da Genética evolutiva e na construção da moderna teoria evolucionista. 10 . Chase mostram que apenas o DNA do vírus bacteriófago penetra na bactéria durante a infecção e que isso é suficiente para produzir novos vírus completos. o qual consolidou a teoria um gene — uma enzima. L. D. marcando o começo dos trabalhos genéticos em vírus. C. V. 1956 J. MacLeod e M. 1941 G. Crick propõem a estrutura em dupla-hélice para a molécula de DNA. mostrando tratar-se do ácido desoxirribonucleico (DNA). Ellis e M. Beadie e E. M. L. 1939 E. substância descoberta em 1869 por Miescher. Tjio e A. W. Watson e F. 1950  J. Avery. 30 anos mais tarde. pensava-se que fossem 48). o que foi confirmado. Monod propõem o modelo de regulação gênica em bactéria e a existência do RNA mensageiro. E. Arber. S.1958 M. Edgell demonstram a herança exclusivamente materna do DNA mitocondrial em híbridos entre cavalo e jumento. Cech recebem o Prêmio Nobel em Química pela descoberta das ribozimas. Stahl demonstram a duplicação semiconservativa do DNA. Khorana desvendam o código genético. O primeiro por seus estudos sobre a bioquímica dos ácidos nucleicos. G. A. W. O. 1974 C. Barnett. Smith recebem o Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina pela descoberta das enzimas de restrição e sua aplicação em problemas de Genética molecular. Sanger recebem o Prêmio Nobel em Química. J. Gilbert e F. Nathans e H. Ochoa e H. H. 1980 P. L. Meselson e E. Crick. 5. A. J. S. Hutchinson. Brenner e R. Potter e M. 1961  F. W. Berg. 1978 W. Jacob e J. estabelecendo a relação entre os 20 aminoácidos que formam as proteínas e 61 trincas de bases nitrogenadas do RNA mensageiro. moléculas de RNA com atividade catalítica. 11 . Nirenberg. que levaram ao desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante (Engenharia Genética).  M. S. os dois últimos por sua contribuição no desenvolvimento de métodos de sequenciamento do DNA. 1989 S. D. Watts-Tobin obtêm fortes indícios de que a linguagem genética baseia-se em sequências de três bases nitrogenadas na molécula de DNA. Matthaei. W.  E. identificado logo depois. Altman e T. R. Newbold. B. a bactéria Haemophilus influenzae. B. Sharp recebem o Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina pela descoberta dos genes interrompidos (split genes) dos organismos eucarióticos. A. 1996 Mais de 600 cientistas. José M. 1995 Fleischmann e colaboradores publicam a primeira sequência completa de bases nitrogenadas de um organismo de vida livre. Smith recebem o Prêmio Nobel em Química. 2000 É anunciada a conclusão do sequenciamento dos cerca de 3 bilhões de pares de bases que constituem o genoma humano. Prusiner recebe o Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina pela descoberta dos príons. Fonte: Amabis.. o primeiro genoma eucariótico completamente sequenciado. J.Martho.1993  R. 2006. MuIlis e M.  K. Roberts e P. trabalhando em cooperação. 12 . Gilberto R. 1997 S.. completam o sequenciamento das bases nitrogenadas dos cromossomos de Saccharomyces cerevisiae. O primeiro pela invenção do método PCR (reação da polimerase em cadeia) para multiplicação de segmentos específicos de DNA in vitro. o segundo pelo desenvolvimento da técnica de mutações dirigidas em sítios específicos e seu emprego no estudo de proteínas. GENÉTICA DE TRANSMISSÃO: 1ª E 2ª LEI DE MENDEL 13 . LEI DA SEGREGAÇÃO DOS FATORES. QUEM FOI MENDEL! Gregor Johann Mendel nasceu em 1822. Nesse capítulo.2008. primeiro vegetal utilizado nos estudos da genética. A falta de condições 14 . filho de pais agricultores pobres. que serviram de ponto de partida para o entendimento dessa ciência. Fonte: Snustad. só no fim século XIX. falaremos sobre os trabalhos de Mendel. Simmons. antiga Áustria e hoje República Tcheca. surgindo dessa forma o que hoje chamamos de genética de transmissão..1: vagem e flor da ervilha. deve uma criação rural o que facilitou o seu conhecimento sobre os processos de cultivo de plantas. D. no vilarejo de Heinzendorf. sua metodologia e seus postulados.Peter. obteve-se os primeiros resultados significativos a respeito de como essas características são passadas de pais para filhos. 1ª LEI DE MENDEL.GENÉTICA DE TRANSMISSÃO 1.1. Michael J. 1. INTRODUÇÃO Apesar de há milhares de anos se tentar explicar como as características genéticas são transmitidas. de criação de animais e seu amor pela natureza. OU LEI DA PUREZA DOS GAMETAS Figura 1. al. agora de física e ciências naturais e começou em 1857. já tinha sido professor numa escola local. Figura 1. não se sabe se por falta de entendimento do que publicou na época. trabalhando com hibridização em outros vegetais descobriram ao pesquisarem a 15 . fisiologia vegetal. botânica. Quatro anos mais tarde ordenou-se padre (1847). Brno) para dar continuidade aos seus estudos. do qual. Também se dedicou ao estudo de técnicas de hibridização em plantas e em especial em ervilhas. para cursar na Universidade de Viena o curso de Física. porém assistiu cursos adicionais de química. publicou um relato detalhado nas publicações da sociedade. Em 1853. seus experimentos genéticos com ervilha. ficou na obscuridade por 35 anos. quando retornou ao Mosteiro. três botânicos. paleontologia e de Matemática. concluindo-os em 1864. como por exemplo.2010 Em 1900. ou por que os interesses dos cientistas da época estavam voltados para outras questões. zoologia. Em 1865 apresentou os seus resultados na Natural History Society local e no ano seguinte. Hugo de Vries na Holanda. Durante. Mendel aprendeu ciências agrárias e técnicas de polinização. Fonte Klug et.2: Gregor Johann Mendel (1822 – 1884). Mendel. porém. Carl Correns na Alemanha e Eric Von TschermaK-Seysenegg na Áustria de forma independente. adotando o nome Gregor pela igreja. a evolução. Entre 1851 e 1853 foi liberado por seus superiores do mosteiro. esses quatro anos. próxima ao mosteiro. voltou as suas atividades de monge-professor..financeiras para estudar fez com que Mendel aos 21 anos optasse por um monastério católico na cidade de Brünn (hoje. Por apresentarem suas pétalas em forma de quilhas (fechadas) são impedidas de realizarem fecundação cruzada de forma natural. 1.literatura científica. a escolha do material.2. a cada geração. PORQUE MENDEL OBTEVE SUCESSO? Várias foram as causas do sucesso de Mendel. ou em vasos. originando híbridos férteis. dicotiledôneas de fácil cultivo. podem ser plantadas em jardins experimentais. sendo assim. o seu alto grau de organização científica na escolha da metodologia e seus conhecimentos estatísticos. hermafroditas e autofecundantes. Apresentam linhagens com características individuais bem contrastantes. Porém. O material biológico escolhido por Mendel foram variedades de plantas da espécie Pisum sativum (34 variedades. em uma estufa. o que facilita o estudo estatístico dos dados colhidos.5 m de altura) e assim sucessivamente para as sete características estudas por ele(figura 1. também chamadas ervilhas-de-jardim ou ervilhas-de-cheiro (figura 1. cedidas por horticultores da região). em pouco tempo. é acessível para cruzamentos experimentais de hibridização. tais como cor dos cotilédones da semente que em uma linhagem é verde e em outra linhagem amarela. um grande número de descendentes. o que facilita a obtenção de linhagens puras para uma determinada característica. para corroborar com suas teorias sobre hereditariedade.0 m de altura) ou baixo (em torno de 0. como conhecedor e professor de matemática por um determinado tempo. que Mendel há 35 anos tinha chegado às mesmas conclusões.4). altura do pé de ervilha que poderia ser alto (em torno de 2. Apresentam. 16 . Seu ciclo de vida é curto.3). podendo originar várias gerações. Martho.. Fonte: Amabis. 17 . com identificação das pétalas fechadas em forma de quilha.Figura 1. anotando seus resultados e comparando-os com os das outras seis características estudadas.3: Flor hermafrodita da ervilha. 2006. amostras significativas para a análise estatística dos dados.. Figura 1. Gilberto R. Fonte: Griffiths et.. decorrência do grande número de descendentes obtidos em cada geração. 2009 Com relação à metodologia. isolando do meio esterno as estruturas reprodutora masculina e feminina da flor. além de obter. Mendel preocupou-se em trabalhar na observação de uma característica por vez.4: As sete características estudadas por Mendel. al. José M. todos nasceram com cotilédones amarelos. de algumas das plantas com cotilédones amarelos. os resultados obtidos foram os mesmos: os descendentes.. ficando essas variedades só com a estrutura reprodutora feminina. UM EXEMPLO DO EXPERIMENTO DE MENDEL Um dos experimentos realizado por Mendel foi o cruzamento entre uma variedade de ervilhas que durante várias gerações só produzia. 2009 18 . com uma variedade que só produzia cotilédones verdes. Mendel esperava o amadurecimento reprodutivo das plantas femininas e realizava a fertilização cruzada. por autofecundação. nos dois casos. Figura 1. Fonte: Griffiths et. do mesmo jeito. para essa característica analisada. Após esse processo de castração. realizando cruzamentos recíprocos. al. estruturas vegetais onde se produz o grão de pólen. retirava o pólen das de cotilédones amarelos e fertilizava as femininas de cotilédones verdes (figura 1.5: Polinização cruzada e autofecundação os dois tipos de cruzamentos usados por Mendel. sendo assim denominadas sementes puras.3. retirando o pólen das anteras das plantas de cotilédones verdes e colocando nas plantas femininas de cotilédones amarelos.1.5). sementes com cotilédones amarelos. Em cada experimento Mendel retirava as anteras. Como resultado em cada uma das variedades estudadas existiriam plantas somente com estruturas reprodutoras femininas e outras hermafroditas. Repetia o mesmo processo com as variedades de cotilédones verdes. Essas plantas resultantes da fertilização cruzada foram denominadas híbridas. geração filial 1 ou F1 e os descendentes da autofecundação de F1. Figura 1. ao 19 . 2006. Mendel pegou as sementes com cotilédones verde da geração F2 deixou germinar e autofecundar.O passo seguinte foi deixar as plantas híbridas autofecundarem para se observar a descendência. geração filial 2. hoje chamada simplesmente geração P. A característica cotilédone verde que havia desaparecido na geração anterior (híbrida) voltou a aparecer numa proporção aproximada de uma semente de cotilédone verde para cada três com cotilédone amarelo (fig. Mendel chamou o 1º cruzamento entre linhagens puras de geração parental. 1. sementes com cotilédones verdes. F1 e F2 do cruzamento monohíbrido para a característica cor do cotilédone da semente Fonte: Amabis..6: Representação esquemática das gerações P. ou F2 e assim sucessivamente. José M. Completando o experimento.Martho. Gilberto R. descendência híbrida. já as sementes com cotilédones amarelos da geração F2.. a prole desse 1º cruzamento.6). obtendo em F3. em F2. com as outras seis características contrastantes da ervilha-de-jardim.1. sementes com cotilédones amarelos e verdes. obtendo sempre o mesmo resultado.8). 1.germinar e autofecundar gerou em 1/3 dos pés de ervilha somente sementes com cotilédones amarelos e em outros 2/3. só uma das características aparecia. F1 com as plantas parentais de ervilhas de cotilédones verdes. no híbrido. para uma ervilha de cotilédone verde. Em F1. a proporção era sempre de aproximadamente 3 com a mesma característica de F1 para 1 com a característica que desaparecia em F1 (fig. 20 . Mendel também vez o cruzamento recíproco entre as plantas híbridas. Hoje esse cruzamento é conhecido como cruzamento teste (fig. Mendel repetiu esse experimento.7). denominado cruzamento mono-híbrido (pois só leva em consideração uma única característica ou caráter por vez). obtendo na prole a proporção de 1 ervilha de cotilédone amarela. 14:1 7 Altura do caule Alto X baixo Caule alto Alto X Alto 2.96: 1 2 Cor dos cotilédones Amarelo X Verde Sementes com cotilédones amarelo Amarelo X Amarelo 3.Martho..84:1 Figura 1. 21 .82: 1 6 Posição das flores Axilar X Terminal Flores axilares Axilar X Axilar 3.15: 1 4 Textura das vagens Inflada X comprimida Vagens infladas Inflada X Inflada 2..01: 1 3 Cor da flor Violeta X branca Flores violeta Violeta X Violeta 3. Gilberto R. José M. 2006.7: Resultados dos cruzamentos Mendelianos nos quais os genitores diferem em uma característica.Nº de características 1 Geração Parental(pura) ( P) Forma das sementes Lisa X Rugosa Plantas F1 (híbrida) Autofecundação de F1(híbridas) Plantas F2 5474 lisas e 1850 rugosas= 7324(total) 6022com cotilédones amarelo e 2001 com cotilédones verdes= 8023 (total) 705 flores violetas e 224 flores brancas= 929 (total) 882 vagens infladas e 299 vagens comprimidas = 1181 (total) 428 vagens verdes e 152 vagens amarelas= 580 (total) 651 flores axilares e 207 flores terminais= 858 (total) 787 caule alto e 277 caule baixo = 1064(total) Razão entre os tipos F2 Sementes lisas Lisas X Lisas 2. Adaptada Fonte: Amabis.95:1 5 Cor das vagens Verdes X Amarelas Vagens verdes Verde X Verde 2. híbrida. Fonte: Griffiths et..Figura 1. aparecendo na prole a proporção de 3: 1(esquerda) e o cruzamento teste entre F1. híbrida. al. 2009 1.8: Esquema da autofecundação de F1. que funcionam como unidades básicas da hereditariedade (hoje chamamos genes) responsáveis por cada uma das características estudadas e são transmitidas de geração a geração de forma inalterada através dos gametas. e a planta de cotilédones verdes dando a proporção de 1:1 (direita). 4. CONCLUSÕES DE MENDEL Após análise estatística dos dados Mendel chegou às seguintes conclusões: 1º) Existem fatores unitários particulados. (Exemplo: Um fator determina a cor do cotilédone verde e outro fator determina a cor do cotilédone amarelo) 22 . 1.9) 23 . A CORRELAÇÃO ENTRE OS POSTULADOS DE MENDEL E O COMPORTAMENTO DOS CROMOSSOMOS NA MEIOSE As redescobertas dos trabalhos de Mendel em 1900 por Hugo de Vries na Holanda. trabalhando com a formação de gametas em gafanhoto e Theodor Bovari trabalhando de forma independente. 7º) O fator que não aparece na geração F1. Sutton.nas células. Sutton e Bovari propuseram assim a hipótese de que os fatores hereditários de Mendel estavam localizados em cromossomos homólogos.(fig. e só volta a reaparecer na geração F2 é dito recessivo.5. para uma dada característica possuirá um par de fatores iguais. com meiose. e o fator que determina a característica em F 1 é dito dominante. e sua aceitação pelos cientistas originaram o levantamento de outras questões. 1. 5º) Cada planta pura. de tal maneira que sua separação na meiose levaria à segregação dos fatores. 4º) Na fertilização após o encontro do gameta masculino (presente no pólen) com o gameta feminino (presente no pistilo) haverá uma reconstituição do par de fatores.Walter S. (Exemplo cor do cotilédone) 3º) Na hora de formar os gametas só um dos fatores será encontrado nos gametas. determinando a característica. observaram uma grande semelhança entre o comportamento dos cromossomos na meiose e a segregação dos fatores hereditários (genes) de Mendel. tais como: onde se localizam.2º) Cada planta ou organismo individual possuem um par desses fatores. os fatores hereditários ? Qual é o mecanismo responsável por sua segregação durante a formação dos gametas. Em 1902. Carl Correns na Alemanha e Eric Von TschermaK-Seysenegg na Aústria. 6º) A planta híbrida apresentará um fator de cada tipo na formação do par. Martho. de que a segregação de um par de alelos resulta da separação dos cromossomos homólogos na meiose. Sutton e Bovari.. José M.Figura 1. 24 . A hipótese foi confirmada e passou a constituir um dos fundamentos da Genética. em 1902. Fonte: Amabis..9: Representação esquemática da idéia originalmente proposta por Walter S. 2006. Gilberto R. variações dentro de uma mesma característica e expressão física dos fatores hereditários. encontrado em plantas híbridas ou heterozigotas. pois só produzem um tipo de gameta V. O traço dominante da mesma característica (cotilédone amarelo) é representado pela mesma letra. apresenta dois genótipos diferentes. e o genótipo Vv. A TERMINOLOGIA GENÉTICA ATUAL Hoje sabemos que os fatores hereditários de Mendel são os genes. assim representados: VV encontrado em plantas puras ou hoje chamadas homozigotas para essa característica. O fenótipo cotilédone amarelo dominante em relação ao fenótipo cotilédone verde. adotaremos inicialmente. também em itálico. é denominado fenótipo.(fig. a letra da característica recessiva. na forma minúscula. O fenótipo recessivo.6. cotilédone verde apresenta um único genótipo vv originando um único tipo de gameta v. de forma simples.1. que podem ser representado simbolicamente de várias formas. Os fatores hereditários alternativos que determinam traços diferentes dentro de uma mesma característica (V e v) são denominados alelos. capaz de produzirem dois tipos de gametas V ou v. Esses pares de alelos representam o genótipo ou constituição gênica da planta para a característica estudada. Os traços cotilédones amarelos ou cotilédones verdes. v = fator ou gene que determina a característica ou traço cotilédone verde). e em itálico. 1. ou genes.10) 25 . Logo cada planta apresenta dois alelos para uma dada característica ( VV ou Vv ou vv). como símbolo representativo do traço recessivo (por exemplo: Na característica cor do cotilédone. só que maiúscula (V). representando a característica cor do cotilédone Amarelo(V) e verde(v). Adaptada de Klug et.. 2010.10: Esquema de um cruzamento mono-híbrido de ervilha-de-jardim. 26 .Figura 1. al. podemos chegar a conclusão que o fenótipo dominante é homozigoto. feito por Mendel. nesse diagrama representamos os gametas masculinos em uma coluna ou linha. 27 .7. Punnett construiu um diagrama que facilita visualização de um cruzamento. mas se os masculinos foram representados em uma linha os femininos ficam em uma coluna. CRUZAMENTO TESTE O cruzamento teste. Os gametas femininos. (fig. 1. No diagrama também visualizamos como resultado do encontro gamético o genótipo e fenótipo dos descendentes. 1. cruza um fenótipo dominante com um recessivo e serve para identificar se o fenótipo dominante tem genótipo homozigoto ou heterozigoto.8.11). são representados dependendo dos masculinos: caso os masculinos estejam representados em uma coluna os femininos são representados em uma linha.1. OS QUADROS DE PUNNETT Reginald C. já quando obtemos aproximadamente metade da prole com o fenótipo dominante e a outra metade recessiva o genótipo do fenótipo dominante é heterozigoto. quando obtemos toda a prole do cruzamento com fenótipo dominante. 11: Representação do Cruzamento-teste de uma só característica utilizando o quadrado de Punnett: Em (a).Figura 1. a genitora Cotilédone amarelo é heterozigota. a planta genitora Cotilédone amarelo é homozigota. 28 . mas. em (b). al. Adaptada de Klug et.. recessiva. O genótipo de cada planta alta da P1 pode ser determinado por meio do exame da prole. 2010. quando cada uma é cruzada com a planta baixa homozigota. 9.Martho. a característica que determina a forma da borda das folhas : crenada(levemente ondulada) ou lobadas (profundamente recortada) é determinado por um par de genes. 2006. 29 ..1. EXEMPLOS DE HERANÇA MONOGÊNICA OU MONO-HIBRIDISMO EM OUTROS ORGANISMOS 1. utilizada na ornamentação de jardins. onde o gene que determina folha lobada é dominante sobre o que determina folha crenada.1.9.HERANÇA DO TIPO DE FOLHA EM COLEUS BLUMEI (CÓLEO) Na planta Coleus blumei.12: Representação esquemática entre plantas de Coleus blumei (foto) de folhas lobadas e folhas crenadas.. José M. 1. Gilberto R. Fonte: Amabis.(fig.12) Figura 1. 1.9.2. HERANÇA DO TIPO DE ASA EM DROSOPHILA MELANOGASTER A mosca Drosophila, também chamada mosca-do-vinagre ou mosca-dabanana também apresenta características determinadas por um único par de genes, um exemplo é o tipo das asas, onde os fenótipos asa longa (ou selvagem) e asa vestigial (ou mutante), ao serem cruzados produzem em F 1 toda a prole com asas longas e em F2 mantém a proporção Mendeliana de 3/4 asas longa para 1/4 asa vestigial. (fig. 1.13) Figura 1.13: Representação do cruzamento entre Drosophilas selvagens de asas longas e mutantes de asas vestigiais (na foto, aumento ≈ 17X). Fonte: Amabis, José M.,Martho, Gilberto R., 2006. 30 1.9.3. HERANÇA DA SENSIBILIDADE AO PTC NA ESPÉCIE HUMANA Uma herança com padrão de herança monogênica na espécie humana é a sensibilidade ao PTC (droga denominada feniltiocarbamida, ou feniltiouréia), pessoas que são sensíveis ao PTC sentem um gosta amargo na boca quando são colocados em contato com soluções de PTC, e outras pessoas nada sentem quando em contato com a droga. Sensibilidade ao PTC é dominante em relação à insensibilidade. (fig. 1.14) Figura 1.14: Representação esquemática do cruzamento entre uma mulher sensível ao PTC e um homem insensível ao PTC (Feniltiocarbamida). Adaptado de :Amabis, José M.,Martho, Gilberto R., 2006. 31 1.10. HEREDOGRAMAS, GENEALOGIAS, ÁRVORES GENEALÓGICAS OU PEDIGREE Na espécie humana fica muito difícil determinar se um fenótipo é hereditário ou não e qual o padrão de herança de uma dada característica, já que não é possível se fazer cruzamentos experimentais e a prole resultante é muito pequena, para que se tenha uma boa análise estatística, além disso, a possibilidade de se estudar o comportamento de um determinado traço por várias gerações em uma família é pouca provável, já que, às vezes aquele traço só se manifesta na idade adulta, depois dos 40 anos. O meio tradicional para o estudo de determinadas características hereditárias em uma família é a construção de uma árvore familiar ou heredograma, indicando a presença ou ausência de um traço em questão para cada membro de cada geração. As genealogias são representações gráficas convencionadas pelos geneticistas das relações de parentesco entre os indivíduos de uma família. (fig.1.15) 32 15: Símbolos comumente empregados na representação gráfica de genealogias..Figura 1. Celso P.1984 33 . Fonte: Lima. 1.16: Heredograma representativo de uma característica autossômica dominante. Como se reconhece a herança autossômica (característica monogênica onde os genes encontram-se em cromossomos autossômicos) dominante (fig. Alguns critérios que não são rígidos. um casal normal nunca tem filhos afetados (a não ser por mutação que é raro ou por penetrância incompleta).16) 1) A característica ocorre igualmente em homens e mulheres. Figura 1. 1. ou ainda. que ajudam na identificação de padrões de herança quando analisamos heredogramas. dessa forma.1. já que. Fonte: Klug et. mas. a história da família pode ser falseada porque o investigador muitas vezes se baseia em dados que depende da memória de quem os fornece. pelo indivíduo afetado que atraiu a atenção dos pesquisadores). o tamanho da amostra é pequeno e a elaboração muitas vezes depende de informações prestadas pelo probando ou propósito (isto é. ANÁLISE DE GENEALOGIAS Os heredogramas nem sempre são precisos para diagnosticar o tipo de herança que estamos trabalhando.. 2) Indivíduos afetados são sempre filhos de casais em que pelo menos um dos cônjuges é afetado. 3) A característica ocorre em todas as gerações sem pular nenhuma. Para que se possa interpretar com menor chance de erro os dados é necessário muitas vezes analisar vários genealogias referentes aquele fenótipo que se está estudando.10. al. ou por seus parentes que muitas vezes não estão tão interessados em colaborar de forma mais efetiva.2010 34 . em outras palavras. por sua vez.18) 1) Mulheres afetadas são muito mais raras do que homens afetados. são filhas de homens afetados..Como se reconhece a herança autossômica recessiva (fig. 3) Dentre os irmãos do propósito. os indivíduos afetados e normais distribuem-se na proporção de 3 normais para 1 afetado. Como se reconhece a herança recessiva ligada ao sexo (herança monogênica onde os genes encontram-se numa porção do cromossomo sexual X que não tem homologia no Y) (fig.17) 1) Os dois sexos são igualmente afetados. a anomalia passa de avô 4) para neto.17: Heredograma representativo de uma característica autossômica recessiva. Fonte: Klug et.1. 2) Homens afetados geralmente têm filhos normais. Figura 1. através de suas filhas que são portadoras do gene. 2) Os indivíduos afetados geralmente são filhos de pais normais. 3) Os indivíduos afetados são filhos de mulheres normais que.1.2010 35 . 4) Os indivíduos afetados geralmente resultam de cruzamentos consangüíneos. al. 1.1984. Celso P. se não existir descendência deles torna. sejam meninos ou meninas.19) 1) A característica marcante deste tipo de herança é o fato de que os homens afetados têm todas as suas filhas afetadas. 2) As mulheres heterozigotas transmitem as características à metade de seus descendentes.18: Heredograma representativo de uma característica ligada ao sexo recessiva.se impossível reconhecer este tipo de herança. Como se reconhece a herança dominante ligada ao sexo (fig.Figura 1. embora nenhum de seus filhos o seja. Fonte: Lima. 3) As mulheres afetadas homozigotas transmitem as características a todos os seus descendentes. visto que ela se assemelha à herança autossômica dominante. 36 .. 4) Este tipo de herança só pode ser reconhecido pela descendência dos homens afetados. de tal forma. Em outros casos. Os alelos resultantes de alterações no DNA do alelo selvagem são ditos.19: Heredograma representativo de uma característica ligada ao sexo dominante. alelos mutantes.Figura 1. Celso P. Um novo fenótipo resulta de uma mudança na atividade funcional do produto celular (proteína) especificado pelo respectivo gene.11. Esses genes (ou alelos) mutantes podem ser em relação ao alelo selvagem dominante ou recessivo. que como conseqüência altere o fenótipo. Mas. a nível molecular como surgem os diferentes alelos? Esses alelos são resultantes de mutações de alelos denominados selvagens.. se a perda for completa é formado um alelo denominado alelo nulo e o fenótipo determinado por esse alelo é geralmente recessivo. A BASE MOLECULAR DA SEGREGAÇÃO E EXPRESSÃO MONOGÊNICA 1. COMO SURGEM OS ALELOS! Quando falamos em alelos até agora não nos preocupamos com a estrutura e função desses alelos somente como eles se segregam e se comportam em relação aos outros alelos. porém. que se caracterizam por aparecer em maior freqüência na população. (que serão estudadas em outro capítulo). as mutações só são visíveis quando elas alteram o gene.11. Quando a mutação altera o alelo selvagem e ele diminui ou perde a função essa mutação é denominada mutação de perda de função.1984 1.1. Fonte: Lima. a mutação altera o alelo selvagem formando alelos mutantes com um aumento na atividade funcional em relação a atividade funcional 37 . Existem vários tipos de mutações. denominamos a mutação de mutação de ganho de função. Fenótipos Genótipos e+/e+ ou +/+ e+/e ou +/e e/e ou e/e Homozigoto cinza (tipo selvagem) Heterozigoto cinza (tipo selvagem) Homozigoto ébano ( tipo mutante Figura 1. Adaptada de Klug et. Quando se está representando o genótipo utiliza-se uma barra separando os alelos de um mesmo locus em cromossomos homólogos.20 a e b) Tabela representando os genótipos e fenótipos para a cor do corpo em Drosophila que apresenta o alelo mutante recessivo e fenótipo ébano e o alelo selvagem dominante e+ fenótipo cor cinza. Como já havia falado existem várias formas de representação dos alelos. o sinal + para o alelo selvagem e o mutante com a letra inicial ou com a combinação de duas ou três letras.do alelo selvagem .. e o fenótipo resultante geralmente é um fenótipo dominante. que pode ser usada para representar o alelo selvagem e o alelo mutante é a primeira letra ou a combinação de duas ou três letras do traço mutante em maiúsculo ou minúsculo. (fig.al. nesse caso. acrescidos de um sinal sobrescrito + para representar o alelo selvagem ou simplesmente para simplificar. a primeira mais simples.20a: Representação de notação para designar genótipos e alelos selvagens e mutantes recessivo. aumentando assim. Outra notação. do fenótipo recessivo e o recessivo com letra minúscula e em itálico. a quantidade do produto gênico. determinada quando Morgan e Bridges estudavam cor do olho em Drosophila. quando representa respectivamente fenótipos mutantes dominantes e recessivos. usada por Mendel. 1. onde se representa o fenótipo dominante com a letra maiúscula e em itálico. 2010 38 . R (Lisa) e r (rugosa). V (Amarela) e v (verde) e forma da semente. logo o genótipo da planta com sementes amarela lisa pode ser assim representado VV RR e o da planta verde rugosa vv rr. indicando que os dois traços. Genótipos Fenótipos Wr/Wr Wr/Wr+ Wr+/Wr+ Asa rugosa (tipo mutante) Asa rugosa (tipo mutante) Asa normal (tipo selvagem) Figura 1. Essas Plantas F1 ele deixou autofecundar e resultou em todas as possibilidades de combinações nas proporções. 9/16 plantas amarelas lisas. 2010 2. 2ª LEI DE MENDEL OU LEI DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE Mendel após trabalhar na observação de uma característica por vez começou a fazer experimentos com plantas que diferiam em duas características. e que por autofecundação só originavam plantas com sementes amarelas lisas.Tabela representando os genótipos e fenótipos para a forma da asa em Drosophila que apresenta o alelo mutante dominante Wr fenótipo asa rugosa e o alelo selvagem dominante Wr+ fenótipo asa lisa.20b: Representação de notação para designar genótipos e alelos selvagens e mutantes dominantes. amarelo e liso são dominantes em relação à verde e rugoso com o seguinte genótipo Vv Rr. Ao cruzar essas duas linhagens Mendel obteve em F1 todas as plantas com semente amarelas lisas.. portanto puras para as características cor e forma da semente. 1/16 plantas verdes 39 . Ele cruzou a variedade de plantas que produziam sementes amarelas lisas.al. com a variedade de plantas verdes rugosas também puras para essas características com o objetivo de analisar como se comportavam as duas características ao mesmo tempo na hora de formar os gametas e a prole. Vamos usar as seguintes notações nos cruzamentos para representar os genótipos que incluem dois pares de alelos que se encontram em cromossomos homólogos distintos para as características: cor do cotilédone da semente. Adaptada de Klug et. (fig.1.21: Os cruzamentos de Mendel entre ervilhas que produziram sementes amarelas e lisas e ervilhas que produziram sementes verdes e rugosas. 3/16 plantas amarelas rugosas e 3/16 plantas verde lisa. Michael J. 1. indicativo de segregação independente. Mendel também usou o cruzamento teste (cruzamento do di-híbrido com o duplo recessivo) com o intuito de demonstrar que cada gameta do di-híbrido é formado por um alelo do par V ou v e do par R ou r e que essas combinações gaméticas apareciam em uma mesma proporção..22) Figura 1. D. semelhantes aos fenótipos parentais.Peter. Simmons.(fig.23) 40 .21 e 1.rugosas.2008. Fonte: Snustad. Simmons.Figura 1.Peter. D.22: Representação simbólica dos resultados de um cruzamento entre uma variedade de ervilhas com sementes amarelas e lisas e uma variedade com sementes verdes e rugosas.. Fonte: Snustad.2008. 41 . Michael J. Simmons. D. 2. Mendel fez outras combinações entre as sete características estudadas por ele.2008. Michael J.Peter. Cada um dos pares segrega (separa) de forma independente do outro 3. na hora de formar os gametas. logo a alelo V pode estar em um gameta junto com o alelo R ou com r e o alelo v pode vir em um gameta tanto junto com o alelo R ou com r. as chances desses encontros são as mesmas e essas combinações são feitas de forma aleatória. Cada característica é controlada por um par de alelos que se segregam na hora de formar os gametas. Adaptado de Snustad.Figura 1. em todas elas obteve os mesmos resultados e com esses resultados Mendel chegou às seguintes conclusões:z 1..23: Representação do cruzamento teste de plantas de ervilhas amarela lisa (F 1) com o duplo recessivo (verde rugosa). 42 . 24) 43 . Os pares de alelos que determinam cada uma das características mendelianas se encontram distribuídos nesses cromossomos. Os cromossomos homólogos na meiose segregam-se independentemente levando junto os pares de alelos mendelianos. cruzamento esse chamado tri-híbrido e observou que a segregação independente também é aplicada nesses casos. As plantas de ervilhas possuem 14 cromossomos. proveniente do gameta masculino e o outro. 2. proveniente do gameta feminino. A MEIOSE E A 2ª LEI DE MENDEL Sabemos que em um organismo diplóide cada um dos pares de homólogos é constituído por cromossomos de origem paterna. cruzamentos di-híbridos. ou seja. ou distribuem-se. independentemente uns dos outros. A exceção à lei de segregação independente é quando os dois ou mais pares de alelos que determinam as características se encontram em um mesmo cromossomo homólogo.” Além dos experimentos com uma característica. cruzamentos monohíbridos. 7 pares de homólogos e Mendel fez experimentos com 7 características ou traços distintos.1. Mendel enuncia o que chamamos 2ª lei de Mendel ou Lei da segregaç~o independente: “Os alelos de genes diferentes segregam-se. Estudos posteriores que analisaram outras características das plantas de ervilha. os resultados obtidos vieram para validar o trabalho de Mendel quase que de forma geral.Após as conclusões. 1. Cada uma das características estudada em um par de homólogos. de origem materna. ou duas características ao mesmo tempo. Mendel fez experimentos com três características ao mesmo tempo. as leis de Mendel foram testadas em várias outras plantas e animais. não conseguiram obter sempre os mesmos resultados de Mendel a conclusão para isso é que características que estão em um mesmo par de cromossomos homólogos segregam juntas na hora de formar os gametas (fig. Depois de 1900 quando os trabalhos de Mendel foram redescobertos. . há duas possibilidades para a migração dos cromossomos.Martho. José M.24 Representação esquemática da segregação independente dos cromossomos homólogos na meiose.. Em uma célula duplo-heterozigótica. o que caracteriza a segregação independente. Gilberto R.Figura 1. Fonte: Amabis. 2006. 44 . responsável pela segregaçáo independente dos genes situados em diferentes pares de homólogos. 3. os princípios de Mendel podem ser usados para prever o resultado dos cruzamentos. Essa análise pode ser feitas por dois caminhos ou prevendo os genótipos dos genitores a partir das proporções fenotípicas da prole. Com 3 pares de alelos. gerando 8X8 = 64 genótipos. resultantes do cruzamentos de 2 linhagens uma homozigota dominante com uma homozigota recessiva. Existem três procedimentos analíticos que são parte das pesquisas genéticas cotidianas e são utilizados para se fazer a análise de proporções fenotípicas. teríamos um tri-híbrido em F1.1. representados na figura 2. Esse F1 produziria 8 tipos diferentes de gametas(fig. pois dá uma visualização dos gametas formados pelos genitores e a representação de todos os encontros gaméticos possíveis na formação da prole. 1.4.25) que se for cruzado com outro igual a ele também formará 8 diferentes tipos de gametas. ou as proporções fenotípicas da prole tendo-se o conhecimento dos genótipos dos genitores. 3. 45 . O QUADRADO DE PUNNETT O método utilizado até agora “o quadrado de Punnett”. no quadrado de Punnett. Podendo-se chegar às proporções fenotípicas quando se sabe a relação de dominância entre os alelos que compõem os genótipos. APLICAÇÕES DOS PRINCÍPIOS DE MENDEL Se a base genética de uma característica é conhecida. Porém se torna muito trabalhoso usarmos esse método quando passamos a ter 3 ou mais pares de alelos determinando três ou mais características ao mesmo tempo.3 e 2. é muito útil em situações que envolvem 1 ou 2 pares de genes. resultando nos genótipos. Gilberto R..25: Representação esquemática da segregação independente de 3 pares de alelos originando os oito tipos de gametas. em cada elo da bifurcação colocam-se os fenótipos ou genótipos de um dos cruzamentos. José M. 3.. Adaptada de Amabis.26b) 46 . 1.Figura 1. 2006. O MÉTODO DA LINHA BIFURCADA Caracteriza-se por representar os fenótipos ou genótipos resultantes do cruzamento de cada uma das características estudadas em linhas que se bifurcam. (fig.26a e 1.2.Martho. D. cinzas Figura 1.2008.cinzas 3 Cinzas 9 altas.rugosas. Simmons.Peter.lisas. Michael J. lisas. lisas.rugosas. brancas 9 altas. 47 .. A proporção fenotípica é dada pelo produto de cada cruzamento individualmente.brancas 9 baixas.cinzas 3 altas.26a: O método da linha difurcada para prever o resultado de um cruzamento envolvendo 3 genes que se distribuem independentemente em ervilhas.branca 3 baixas.lisas. Adaptado de Snustad.cinzas 27 altas.Cruzamento: Vv Rr Bb X Vv Rr Bb Segregação de gene Segregação do Segregação do Fenótipo combinados de para cor do cotilédone gene para forma gene para cor da todos os três genes da semente casca da semente da semente 3 Cinzas 3 Lisas 1 Branca 3 Altas 1 Rugosa 1 Branca 3 Cinzas 3 Lisas 1 Baixa 1 Branca 3 Cinzas 1 Rugosa 1 Branca 1 baixa.rugosas.rugosa.brancas 3 baixas. A proporção genotípica é dada pelo produto de cada cruzamento individualmente.26b: O método da linha difurcada para prever o resultado de um cruzamento envolvendo 2 genes que se distribuem independentemente em ervilhas. 48 .2008. Michael J. 1 VV RR 2 VV Rr 1 VV rr Segregação do gene para forma da semente 1 RR 1 VV 2 Rr 1 rr 1 RR 2 Vv 2 Rr 1 rr 2 Vv RR 4 Vv Rr 2 Vv rr 1 RR 1 vv 2 Rr 1 rr 1 vv RR 2 vv Rr 1 vv rr Figura 1. Levando em conta só duas características di-híbridas. Adaptado de Snustad.Peter. Observando as figuras acima vamos perceber que quando montamos a linha bifurcada para os genótipos fica bem mais difícil manejar. já obtemos 3n onde n é igual ao número de características heterozigotas e 3 é o número de genótipos distintos em cada cruzamento mono-híbrido.Cruzamento: Segregação de gene para cor do cotilédone da semente Vv Rr X Vv Rr Proporção dos Genótipos combinados de 2 pares de genes. D.. Simmons. caso tenhamos 3 pares de genes (cruzamento trihíbrido) teríamos 33= 27 genótipos diferentes. a probabilidade da mulher produzir gametas não interfere na probabilidade do homem também produzir. Logo esses eventos são mutuamente exclusivos. Eventos mutuamente exclusivos são eventos que quando um ocorre o outro não pode ocorrer ao mesmo tempo. Eventos aleatórios são eventos que têm a mesma chance de ocorrer quando comparados com outros eventos possíveis dentro de uma probabilidade. são elas a regra dos produtos (ou regra do “e”) e a regra da soma (ou regra do “ou”). 1/2. qual a probabilidade que a primeira seja menina e o segunda seja menino? Em cada nascimento a probabilidade de ser menino ou de ser menina é a mesma. Eventos independentes são eventos em que a ocorrência de um evento não afeta a probabilidade do outro evento ocorrer. Um bom exemplo dentro da genética para isso é o nascimento de uma criança. Por exemplo. A regra do produto diz: “A probabilidade de dois eventos independentes ocorrerem juntos (ao mesmo tempo) é igual ao produto das probabilidades de cada um deles”. ou em um cruzamento entre um casal de heterozigotos. Probabilidade é a chance de um determinado evento ocorrer. Logo a probabilidade de que seja menino é 1 em 2 ou 1/2. ela não pode ser ao mesmo tempo menina e menino. é baseado no princípio da probabilidade. Exemplo: o nascimento de cada filho é um evento independente já que nascimento do 1º não afeta ou não interfere no nascimento do 2º e assim sucessivamente. Ou ele é menina ou ela é menino.3. entre dois ou mais eventos possíveis. O MÉTODO MATEMÁTICO Um método alternativo ao quadrado de Punnett e o da linha bifurcada. qual a probabilidade de em um nascimento obtermos um menino? O número de eventos possíveis (minha amostra) são dois a criança ou é menino ou é menina. e mais rápido. Em estatística existem 2 regras básicas que são necessárias para a resolução dos exercícios para cálculo das proporções genotípicas e fenotípicas da prole.3. Exemplo: Uma mulher teve 2 crianças. e o nascimento de cada filho é um evento independente já que nascimento do 1º não afeta ou não 49 . 1. 3.3.interfere no nascimento do 2º.1. Em um cruzamento monogênico. Qual a probabilidade de em um nascimento nascer uma menina ou um menino? A probabilidade é a soma das probabilidades individuais (P(menino=1/2))+ (P(menina=1/2)) = (1/2 + 1/2)= 1. USANDO AS REGRAS DE PROBABILIDADE PARA REALIZAR CRUZAMENTOS. Logo a probabilidade da mulher ter o 1º menina e o 2º menino é igual ao produto das probabilidades individuais (1/2X1/2=1/4) A regra da soma diz: “A probabilidade de dois eventos mutuamente exclusivos ocorrerem é igual a soma das probabilidades de cada um ocorrer”. qual a probabilidade de obtermos indivíduos heterozigotos do cruzamento de um casal de heterozigotos com genótipos Aa? Cruzamento: ♀ ♂ Aa A 1/2 X Aa a 1/2 aA Proporção genotípica 1/4 AA Proporção fenótípica 1/4+2/4 = 3/4 A_ Fenótipo dominante A 1/2 a 1/2 AA 1/2x1/2=1/4 1/2x1/2=1/4 Aa aa 1/4 + 1/4 Aa= 2/4 1/4 = aa 1/4 = aa Fenótipo recessivo 1/2x1/2=1/4 1/2x1/2=1/4 50 . Exemplo. Ee X Ee = 1/4 ee. Cada cruzamento individual gera 3 genótipos diferentes AA. Aa. BB X Bb = 1/2 Bb. Em um cruzamento teste Aa Bb Cc Dd X aa bb cc dd. Exemplo: No cruzamento de tetra-híbrido quantos genótipos e quantos fenótipos diferentes podem ter? Cruzamento tetra-híbrido: Aa Bb Cc Dd X Aa Bb Cc Dd.3. Cc X Cc = 1/2 Cc. Cc X Cc. Ee X Ee e depois multiplicar cada uma das probabilidades.2. já o número de fenótipos é 2n= 24 = 16. já que estamos considerando que se encontram em cromossomos homólogos diferentes. nesse caso a mesma fórmula pode ser usada tanto para calcular o genótipo quanto o fenótipo 2 n = 24 = 16 51 . cada cruzamento individual produz 2 tipos de genótipos o Aa e o aa e também dois tipos de fenótipos o dominante e o recessivo. Do cruzamento de duas plantas com genótipos Aa BB Cc Dd Ee X Aa Bb Cc dd Ee qual a probabilidade de obtermos na prole um descendente com o seguinte genótipo: aa Bb Cc Dd ee Resposta: Como cada característica segrega independente (são eventos independentes). P( aa Bb Cc Dd ee)= P(aa)XP(Bb)XP(Cc)XP(Dd)XP(ee)= 1/4X1/2X1/2X1/2X1/4= 1/128 3. Dd X dd e poderemos achar a probabilidade individual em cada cruzamento Aa X Aa. aa e dois fenótipos diferentes o dominante e o recessivo. ou seja o número de genótipos diferentes é: 34 = 81. BB X Bb. Dd X dd = 1/2 Dd.podemos utilizar a fórmula 3n onde n é o número de características individuais. Aa X Aa = 1/4 aa.2 QUANTOS GENÓTIPOS DISTINTOS UM CRUZAMENTO PRODUZ? As regras de probabilidades podem ser facilmente utilizadas para prever quantos genótipos ou fenótipos diferentes podem surgir na prole de linhagens parentais complexas com quatro cinco ou mais pares de genes. GENÉTICA DE TRANSMISSÃO: EXTENSÕES DO MENDELISMO 52 . rosa(R1R2). DOMINÂNCIA INCOMPLETA Na dominância completa. já que esses alelos se encontram na mesma posição (locus) nos pares de cromossomos homólogos. Evidentemente cada indivíduo diploide só pode apresentar dois desses alelos. ( representado pelo genótipo aa). 53 . 2/4 R1R2 e 1/4 R2R2 obtida. 2/4 plantas de flores rosa e 1/4 de plantas de flores brancas. ALTERAÇÕES NAS PROPORÇÕES FENOTÍPICAS MENDELIANA 1. Hoje sabemos que cada gene pode apresentar várias formas alélicas na natureza (que surgem por mutação) e que essas várias formas podem apresentar efeitos diferentes sobre o fenótipo. o branco e o rosa. e o organismo para essa característica só apresenta dois fenótipos distintos. Antirrhinum majus. para cada característica só existiam dois alelos: o dominante que contribuía de forma definitiva para produzir o fenótipo. No estudo da característica cor da flor em bocade-leão. todos os descendentes F1 nasceram com uma cor intermediária. se ele aparece em dose dupla (F VFV = fenótipo vermelho). 1.EXTENSÕES DO MENDELISMO INTRODUÇÃO Os experimentos de Mendel estabeleceram que os genes existem em formas alternativas (alelos). Ao cruzar as plantas de flores rosa (F 1) nasceram em F2: 1/4 de plantas de flores vermelha. e o recessivo que só se expressava na ausência do dominante. Na simplificação Mendeliana. já o FBFB não produz pigmento. ele produzirá duas vezes mais pigmento do que quando ele aparece em dose simples (FVFB = fenótipo rosa). Ao ser realizado o cruzamento entre plantas de cor vermelha(R1R1) e branca(R2R2). o alelo é dominante se tiver o mesmo efeito fenotípico em dose dupla (AA) ou simples (Aa). o dominante e o recessivo. A explicação para essa alteração na proporção fenotípica em relação à proporção obtida por Mendel é que o alelo FV daria como produto gênico final uma certa quantidade de pigmento. semelhante com a proporção genotípica de 1/4 R 1R1. foram observados três fenótipos diferentes: o vermelho. 1. 2010. Esse tipo de herança não invalida a 1ª lei de Mendel. 2. mas apresenta uma proporção fenotípica diferente da obtida por ele em F 2. (fig.resultando na cor branca. 54 . e como o fenótipo do heterozigoto é intermediário entre os dos homozigotos. Fonte: Klug et al. foi denominado de dominância incompleta..1). Figura 2.1: Dominância incompleta mostrada na cor da flor boca-de-leão. 2). Como não existe dominância completa entre os alelos. nesse caso. produzindo dois produtos gênicos detectáveis. M. que apresenta tanta o alelo L M. já o heterozigoto. MN e N. um cruzamento entre dois genitores heterozigotos MN pode produzir filhos com os três tipos de fenótipos. (fig.2. os que apresentam somente alelos LN já produzem um outro tipo de glicoproteína na superfície das hemácias que também funcionam como antígeno natural e o fenótipo é grupo sanguíneo N. Um exemplo desse tipo de herança é a do grupo sanguíneo do sistema MN. produzem uma molécula glicoprotéica na superfície dos eritrócitos que é um antígeno natural. dessa forma. semelhante à proporção genotípica.2. CODOMINÂNCIA Outra exceção ao princípio de dominância completa surge quando um heterozigoto apresenta característica encontrada em cada um dos homozigotos associados. Figura 2. controlado por alelos presentes no cromossomo 4. o fenótipo grupo sanguíneo M. Como é previsto. quanto o alelo LN produzem os dois tipos de glicoproteínas e o fenótipo é grupo sanguíneo MN. na proporção de 1:2:1.2: Exemplo de codominância Tabela representando os genótipos e fenótipos para a característica sistema sanguíneo MN Genótipos LM LM LM LN LNLN Fenótipos Grupo sanguíneo M Grupo sanguíneo MN Grupo sanguíneo N 55 . descoberto por Karl Landsteiner e Philip Levin. a expressão conjunta dos dois alelos no heterozigoto é denominada codominância. a notação genética mais utilizada é a de representar os alelos com a mesma letra maiúscula e sobrescrito a letra dos alelos alternativos. apresentando.1. indivíduos homozigotos para o alelo L M. pode sofrer inúmeras mutações. Quando na população existem mais de dois estados alélicos de um mesmo gene. ALELOS MÚLTIPLOS OU POLIALELIA O conceito mendeliano de que os genes existem em não mais que dois estados alélicos foi modificado quando se descobriu que a sequência de DNA. que determina um gene. pelagem himalaia (corpo branco e as extremidades pretas. c+c cchcch. originando diversos tipos de alelos. c+cch . chc cc Fenótipos Pelagem tipo selvagem Pelagem tipo chinchila Pelagem tipo himalaia Pelagem branca ou albina 56 . cuja notação utilizada é c determina pelagem albina (todo branco).3) c+ > cch > ch > c. (fig.2.1. pelagem selvagem (pelo colorido por todo o corpo. .3. cchch. estamos falando de alelos múltiplos ou polialelia. . dominância. já que nos organismos diploides cada indivíduo só herda 2 alelos. O estudo de diversos cruzamentos na população de coelhos permitiu determinar a relação de dominância entre os diversos alelos. cchc chch. Esses diversos alelos só podem ser identificados em um estudo genético populacional.3: Exemplo de alelos múltiplos em coelhos Tabela representando os diversos genótipos e fenótipos para a característica cor da pelagem em coelhos. pelagem chinchila (pelagem branca com a ponta dos pelos preta. c+ch. ch. focinho e orelhas). cch. normalmente castanho). que apresenta 4 formas alélicas. em pontos diferentes. presentes em um mesmo locus nos cromossomos homólogos. Um dos exemplos clássicos de polialelia é a cor da pelagem em coelhos. o que dá uma ideia de conjunto acinzentado) e c+. patas. Genótipos c+c+. o sinal > indicando Figura 2. cada indivíduo só é capaz de herdar dois desses alelos. podendo ser encontrados os seguintes genótipos e fenótipos na população. ver tabela abaixo na figura 2. um que vem no cromossomo 9 de origem paterna e outro que vem no cromossomo 9 de origem materna. O conhecimento sobre os grupos sanguíneos humanos tem várias aplicações. a designação I representa isoaglutinogênio. Se o antígeno estiver presente na superfície dos eritrócitos da pessoa. Um exame dos grupos sanguíneos ABO. dos genitores e da criança. os alelos IA e IB apresentam uma relação de codominância. ou quando é incerto se um homem específico é o pai de uma criança.4. se tiver ambos os antígenos. caso tenha o antígeno B. reagirá com o anticorpo correspondente e causará agregação. Quando o indivíduo é testado desse modo. A e B. entre os três alelos encontrados na população. Com relação aos genótipos. IB e IO. outro termo para antígeno. localizados em um locus do cromossomo 9. no início da década de 1900. pode ajudar a excluir a paternidade ou a maternidade. ele será do grupo sanguíneo AB. dessas células sanguíneas. ele será do grupo sanguíneo O. ele será do grupo sanguíneo B. será revelado um entre quatro fenótipos. assim como de outros antígenos hereditários. após estudos em muitas famílias diferentes. Uma das mais importantes é testar a compatibilidade das transfusões de sangue. ou aglutinação. em que os recém-nascidos são inadvertidamente trocados no hospital. IA. O fenótipo ABO de qualquer indivíduo é averiguado mediante mistura de uma amostra de sangue com um antissoro que contém anticorpos anti-A ou anti-B. Mais uma vez lembrando que apesar de na população encontrarmos três tipos de alelos para a determinação do sistema sanguíneo ABO. se o indivíduo tiver o antígeno A ele será do grupo sanguíneo A.Outro exemplo de alelos múltiplos é o sistema sanguíneo ABO em humanos. 57 . chegou-se à conclusão de que. e os alelos IA e IB com o alelo IO uma relação de dominância. Com três alelos alternativos de um gene. mas jamais prova a paternidade ou maternidade. e caracterizado pela presença de antígenos na superfície dos eritrócitos. e caso não seja detectado nenhum dos dois antígenos. descoberto por Landsteiner. Outra aplicação envolve os casos de investigação de paternidade. galactose(Gal). A especificidade dos antígenos A e B é dada pela ligação química na porção terminal da substância H de mais um grupamento carboidrato. O produto gênico do alelo IA é uma enzima que adiciona à substância H o carboidrato N-acetilglicosamina (AcGluNH). constituído por três moléculas de carboidrato.3.4: Exemplo de alelos múltiplos em humanos Tabela representando os genótipos e fenótipos para a característica sistema sanguíneo ABO Genótipos IAIA. ou acrescida de galactose(Gal). O alelo IO apresenta uma mutação que não permite que seu produto gênico acrescente 58 . nesse caso. O alelo IB tem como produto uma enzima modificada que só consegue adicionar a porção terminal da substância H uma galactose(Gal). IAIO IBIB. Tanto o antígeno A como o antígeno B têm como substância precursora uma substância denominada substância H ou antígeno H.Figura 2. Indivíduos IAIB adicionam ou um ou outro na porção terminal. tanto substância H acrescida de acetilglicosamina (AcGluNH). e podemos encontrar. formando o antígeno B nas superfícies dos eritrócitos. formando o antígeno A. N-acetilglicosamina (AcGluNH) e fucose ligadas quimicamente. IBIO IAIB IOIO Fenótipos Grupo sanguíneo A Grupo sanguíneo B Grupo sanguíneo AB Grupo sanguíneo O 1. MECANISMOS BIOQUÍMICOS PARA FORMAÇÃO DOS ANTÍGENOS A E B Os antígenos A e B são carboidratos que se ligam a moléculas de lipídeos(ácidos graxos) na superfície externa da membrana celular dos eritrócitos.1. observou-se que um dos pais era do grupo AB e ela 59 . em indivíduos de fenótipo O. ao necessitar de uma transfusão. A ou B sendo. sendo encontrada. Índia.(fig. em Bombaim. fez uma tipagem sanguínea e diagnosticou-se que ela não possuía nenhum dos antígenos.5) Figura 2.3. com a participação dos genes IA e IB e FUT1 na formação das enzimas envolvidas. 2. O FENÓTIPO BOMBAIM Em 1952.2. Porém ao se fazer a árvore genealógica dela.. 2010. uma situação muito rara propiciou informações sobre a base genética da substância H. Uma mulher.nenhum carboidrato na porção terminal da substância H. do grupo sanguíneo O. Fonte: Klug et al. 1. a partir da substância H.5: Mecanismo bioquímico para formação dos antígenos A e B. somente a substância H. portanto. quando isso ocorre. dependendo da fase do desenvolvimento (embrionário. da fucose. quando em heterozigose. mas se um único alelo mutante já determinar a morte do indivíduo. quando em homozigose. chamamos o processo de pleiotropia Um exemplo de genes letais é um gene pleiotrópico que participa da determinação da cor da pelagem em camundongo e da sobrevida. o que é era inconsistente com a tipagem sanguínea. chamamos a letalidade de dominante. Logo o comportamento do alelo AY em relação à sobrevivência é de letal recessivo. não sendo encontrados camundongos amarelos homozigotos. chamamos a letalidade de recessiva. enquanto o alelo A determina pelagem aguti(cinzenta). não podendo formar os antígenos A ou B e apresentando-se funcionalmente como do grupo O. 1. já que são necessários 2 alelos iguais para 60 . Quando os genes que os produzem mutam. demonstrou-se que a mulher era homozigota para uma mutação recessiva rara em um gene denominado FUT1(codificador da enzima fucosil-transferase). GENES LETAIS Um alelo que é capaz de causar a morte de um organismo é chamado de alelo letal.tinha doado a dois filhos o alelo IB. Posteriormente. Quando. logo formam a substância H e consequentemente os antígenos B. A substância H incompleta (sem fucose) não é reconhecida pelas enzimas produzidas pelos genes IA e IB . para ocorrer a morte do indivíduo. Os filhos que herdaram o alelo IB são heterozigotos para o gene FUT1. pode resultar na morte prematura do organismo. porém o genótipo AYAY mata ainda no período embrionário. primeira infância ou adulto) em que seu produto gênico vai ser necessário. são necessários dois alelos mutantes.4. Muitos produtos gênicos são essenciais ao desenvolvimento normal e à sobrevivência de um organismo. já que seus produtos podem interferir em mais de uma via metabólica. Existem alelos que podem determinar mais de uma característica. responsável pela ligação química na porção terminal da substância H. O alelo AY determina pelagem amarela. Fonte: Klug et al. Figura 2..causar a morte do camundongo. 2010. enquanto que. mudando assim a proporção de nascidos vivos. Na figura 2. estão representados alguns cruzamentos e as proporções fenotípicas e genotípicas resultantes desses cruzamentos.6: Exemplos de cruzamentos com alelo letal onde se percebe alterações nas proporções fenotípicas e genotípicas. A letalidade também altera as proporções fenotípicas e genotípicas mendelianas. em relação à cor da pelagem. 61 . ele comporta-se como um alelo dominante. já que alguns embriões morrem antes do nascimento.6. Mas existem muitos casos em que. mas a maioria dos letais recessivos são silenciosos no heterozigoto.5. 62 . Um exemplo de gene letal dominante é o da doença de Huntington. inclusive com a possibilidade de interação com outros genes não caracterizados. Uma única dose do alelo Manx. interfere gravemente no desenvolvimento da coluna dorsal. como também com o meio externo. Sabemos. Mas. Genes letais dominantes são raros na população. que o embrião não sobrevive. no homozigoto MLML. Os alelos para cor da pelagem em camundongos e para o fenótipo sem cauda Manx sendo genes pleiotrópicos apresentam fenótipos visíveis em heterozigose. pois não permitem a perpetuação do alelo. a letalidade recessiva é diagnosticada observando a morte de 25% da prole em algum estágio do desenvolvimento. podemos usar o fenótipo para distinguir os genótipos mutantes e selvagens com quase 100% de certeza. com efeitos epistáticos ou supressores. essa doença só se manifesta nos heterozigotos (Hh) na idade adulta. que a expressão do fenótipo não só depende do genótipo e sim da interação desse genótipo com o meio interno celular. a dupla dose do gene produz uma anomalia tão extrema no desenvolvimento da coluna. mesmo o genótipo estando presente. permitindo assim que esses indivíduos cheguem à idade reprodutiva e transmitam seus genes para os descendentes. hoje. ML. o fenótipo não é expresso. PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE A herança monogênica estudada até agora produz mutantes e selvagens que produzem claras proporções mendelianas. Em tais casos. 1. resultando na falta de cauda no heterozigoto MLM.O fenótipo sem cauda Manx em gatos também é produzido por um alelo que é letal no estado homozigoto. quando causam morte antes da idade reprodutiva. que se caracteriza pela degeneração motora e nervosa. Em tal situação. em humanos. Causada pelo alelo autossômico dominante H. 1% apesar de terem o genótipo para polidactilia. a penetrância é dita incompleta. determina pelagem homogênea. entretanto os com genótipos ss.9% dos indivíduos. como o do genótipo dominante. a expressividade mede a intensidade do fenótipo. indo desde quase sem manchas até uniformemente pigmentados. e a penetrância desse alelo é de 64. A expressividade mede o grau em que determinado alelo é expresso em nível fenotípico. Outra medida para descrever a gama de expressão fenotípica é a chamada de expressividade. 35. apresentam pelo menos 10 tipos diferentes de padrão de manchas( fenótipo variegado). dizemos que a penetrância é completa. 2. o alelo dominante. S. Por exemplo. (fig. não apresentam o fenótipo. Alelos que produzem fenótipos tão variados em seus portadores. determina uma distribuição heterogênea dos melanócitos durante o desenvolvimento embrionário. decorrente da distribuição homogênea dos melanócitos. Mas quando um determinado alelo. mas o fenótipo só é expresso em 64. em cães da raça beagles. Nos casos em que um determinado alelo está presente e expressa com 100% de certeza o fenótipo.9%. segundo estudo populacional na África. sem manchas. como o da polidactilia postaxial (herança autossômica dominante caracterizada por um dedo extranumerário próximo ao quinto dedo da mão ou do pé) está presente. apresentam pelagem sem manchas. fala-se em expressividade gênica variável. s. isto é.Definimos Penetrância como a porcentagem de indivíduos com um determinado alelo que exibem o fenótipo associado a esse alelo. ou seja. O alelo recessivo.7) 63 . Animais com genótipo SS ou Ss. obteveram-se quatro tipos de fenótipos: os três já 64 . J.6.7: Representação esquemática... F e cols. INTERAÇÕES GÊNICAS NÃO ALÉLICAS Caracteriza-se pela interação entre dois ou mais alelos. INTERAÇÃO GÊNICA SIMPLES Algumas das primeiras evidências de que uma característica pode ser influenciada por mais de um gene foram obtidas por Bateson e Punnett. 1 a 10) devidos à expressividade variável do alelo que condiciona a variegação da pelagem (Baseado em Griffiths. Fonte: Amabis.6. A.Figura 2. determinando uma mesma característica. As da raça Wyandottes têm cristas rosa. Em cães da raça beagle podem-se distinguir 10 padrões de pelagem (ver no esquema. do cruzamento de Wyandottes e Brahmas (cristas rosa e ervilha). além de informar quantos genes estão envolvidos na formação da característica pode também revelar o tipo de interação entre eles. apareceu outro tipo de crista denominada noz. José M. de experimentos de cruzamentos em galinhas. presentes no mesmo ou em cromossomos homólogos diferentes. Tipos diferentes de galinhas domésticas têm formas de cristas diferentes. as Brahmas têm cristas ervilhas.Martho. e do cruzamento de duas aves noz. 1.. Gilberto R. A análise da proporção fenotípica entre os descendentes de um cruzamento. 1. 2006. em 1905.1. 1998). Fonte: Snustad.Peter. Michael J. o fenótipo crista noz. Leghorns. Simmons. resultante do cruzamento de aves de crista ervilha com crista rosa. E_ R_. (b) Ervilha. a notação R e r a forma da crista rosa. (a) Rosa. Brahmas. Usando a notação E e e para representar os alelos do par que determina a forma crista ervilha. (d) simples.( fig.conhecidos.2. pela proporção fenotípica da descendência.(fig. noz e outro fenótipo chamado de crista simples em galinhas da raça leghorns.8) Figura 2. crista rosa. e E_ expressando que o genótipo pode ser EE ou Ee o mesmo aplicável para o R_. determinaria o fenótipo crista ervilha.8: Formas das cristas de galinha de raças diferentes.2008.. crista simples é representado pelo genótipo duplo-recessivo. Wyandottes. representamos os genótipos da seguinte forma: O genótipo E_ rr. e o genótipo ee rr o fenótipo crista simples. 65 . 2. D. ervilha. o genótipo ee R_ o fenótipo crista rosa. híbrida do cruzamento entre galinhas com cristas rosa e ervilha.8) Bateson e Punnett descobriram que o tipo de crista é determinado pela interação de dois pares de alelos que se segregam independentemente. (c) noz. cada um destacado por uma cor diferente no quadrado de Punnett. já os A_ bb são azuis e os A_ B_ são verdes. determinadas por dezenas de genes. Periquitos aa B_ são amarelos. O entrecruzamento na F1 produz quatro tipos de fenótipos. esses periquitos apresentam um grande gama de cores. amarela e branca . o par A e a e o par B e b. na determinação das cores básicas da plumagem dessas aves – verde.9: O experimeto de Bateson e Punnett sobre a forma das cristas em galinhas. 66 . O cruzamento de periquitos verdes heterozigotos produz os 4 tipos de fenótipos na proporção de 9/16 verde: 3/16 amarelo: 3/16 azul e 1/16 branco.P Gametas F1 Wyandotte (rosa) ee RR eR Híbrido Ee Rr X Brahma (ervilha) EE rr Er Híbrido Ee Rr X Gametas masculinos ER F2 Gametas femininos ER Er EE RR EE Rr Er EE Rr EE rr eR Ee RR Ee Rr er Ee Rr Ee rr eR er Ee RR Ee Rr Ee Rr Ee rr ee RR ee Rr ee Rr ee rr Figura 2. que se segregam independentemente. azul.estão envolvidos somente dois pares de alelos. em uma proporção 9:3:3:1 Outro exemplo de interação gênica simples é o que ocorre com a cor da plumagem em periquitos australianos. Periquitos homozigóticos recessivos apresentam genótipo aa bb e um fenótipo branco para a plumagem. No entanto. Gilberto R. contra o fundo escuro de melanina no centro da pena.Fonte: Amabis. (Baseado em Campbell. N. essa cor resulta da mistura do efeito visual azul. e do amarelo. dando um fenótipo branco. respectivamente.10) Á Figura 2. causado pela presença do pigmento psitacina. de maneira complementar ou cooperativa. a cor da plumagem é verde. devido à dispersão da luz na superfície da pena.(fig 2. e cols. 1994). 2006. aparece como azul.. o que leva à dissimulação. EPISTASIA É um exemplo de interação onde o efeito de um gene ou de um par de genes dissimula ou modifica o efeito de outro gene ou de outro par gênico. Às vezes. entretanto.Martho. 67 . O alelo B produz um pigmento amarelo chamado psitacina..2. A. os genes envolvidos exercem sua influência reciprocamente. que se deposita na pena. Em outros casos. os genes envolvidos influem na mesma característica fenotípica de modo antagonista. Os alelos a e b são formas alteradas e não produzem.. melanina e psitacina. causado pela presença de melanina.10: Esquemas de cortes transversais das penas de periquitos para mostrar como a presença e a distribuição dos pigmentos melanina e psitacina determinam a cor da plumagem. Quando os alelos A e B estão constituindo um mesmo genótipo. 1. José M.Tanto o alelo A como o alelo B produzem pigmentos. O alelo A produz o pigmento melanina (um pigmento escuro) que.6. A.S.5 e 2. O gene A produz um pigmento que funciona como precursor dos alelos P que determina cor aguti (base do pelo preto com ponta amarela). Um exemplo de epistasia recessiva.S. 3/16 G.S. apresentando o portador desse genótipo. O Figura 2. é a do fenótipo Bombaim. sanguíneo AB Hh IAIB X G.S. o gene H quando em homozigose recessiva suprime a expressão dos genes IA ou IB.AB. 68 .11) F1 G. B. 4/16 G. sanguíneo AB Hh IAIB Gametas masculinos F2 H IA Gametas femininos H IB h IA h IB HI A HI B h IA HH IAIA Hh IAIB hh IAIA hhIAIB h IB Hh IAIB HhIBIB hh IAIB hhIBIB HH IAIA HH IAIB Hh IAIA Hh IAIB HH IAIB HHIBIB Hh IAIB Hh IBIB Proporção Fenotípica: 6/16 G. com conseqüente surgimento do fenótipo Grupo sanguíneo O (G. quando o par de alelos localizados em um locus impede ou suprime a expressão. a que já nos referimos. do par de alelos.(fig. heterozigotos para os genes H. O). 3/16 G. em outro locus. o gene a é alterado e não origina esse precursor. O par que tem o efeito supressor é dito epistático e o par suprimido é dito hipostático.S.A epistasia pode ser recessiva. 11: Representação do cruzamento de indivíduos do grupo sanguíneo AB. fenótipo do grupo sanguíneo O. Outro exemplo de epistasia recessiva é o da cor da pelagem em camundongos.2. e do alelo p que determina cor preta. 69 . respectivamente. José M..2.Martho. Gilberto R. Fonte: Amabis.12a: Representação esquemática da seqüência de reações bioquímicas que levam à síntese do pigmento melanina no pêlo de camundongos aguti. fabricada por um gene específico. 2006.(fig. Cada transformação química é controlada por uma enzima.. preto e albino. Mas se o gene for aaP_ ou aapp o fenótipo é albino.12a e b) Figura 2.Quando o genótipo do camundongo é A_P_ ou A_ pp os camundongos são aguti ou pretos. Figura 2.12b: Representação esquemática do cruzamento de camundongos em que a cor da pelagem resulta da epistasia recessiva. No cruzamento entre animais duplo-heterozigóticos surge a proporção 9: 3 : 4, característica desse tipo de epistasia. Fonte: Amabis, José M.,Martho, Gilberto R., 2006. Quando um único alelo de um par já impede ou suprime o par de alelos de outro locus, falamos em epistasia dominante. O exemplo de epistasia dominante é o da cor do fruto em abobrinhas, o alelo A impede ou suprime a expressão, enquanto o alelo a permite a expressão dos alelos B e b, que se encontram em outro locus gênico, e determinam a cor amarela 70 e cor verde respectivamente. Como esses alelos segregam independentemente a proporção em F2 do cruzamento de duas plantas de abobrinhas brancas heterozigotas é de 12 brancas para 3 amarelas para uma verde.(fig. 2.13) P Gametas F1 Abobrinha branca AA BB AB Aa Bb X Abobrinha verde aa bb ab Aa Bb X Gametas F2 AB Gametas Ab aB ab AB AA BB AA Bb Aa BB Aa Bb Ab AA Bb AA bb Aa Bb Aa bb aB Aa BB Aa Bb aa BB aa Bb ab Aa Bb Aa bb aa Bb aa bb Proporção fenotípica: 12/16 abobrinha branca; 3/16 abobrinha amarela; 1/16 abobrinha verde Figura 2.13: Quadrado de Punnett representativo de um cruzamento de plantas de abobrinhas em que a determinação da cor da abobrinha é resultante de epistasia dominante, originando uma proporção fenotípica modificada de 12: 3: 1. A cor da plumagem em galinhas também exemplifica a interação epistática dominante, os pares de alelos que participam são denominados I e i, e o outro par C e c. A presença de I já suprime ou impede a expressão do C ou c. (fig 2.14) 71 Figura 2.14: Representação esquemática do cruzamento de galináceos para coloração das penas, resultante de epistasia dominante, originando uma proporção fenotípica modificada de 13: 3, Essa proporção difere do esperado para a epistasia dominante pois o genótipo ii cc também é branco pois os alelos hipostáticos cc não produzem pigmentos. Fonte: Amabis, José M.,Martho, Gilberto R., 2006. 1.6.3. INTERAÇÃO GÊNICA COMPLEMENTAR (GENES DUPLOS RECESSIVOS) Bateson e Punnett, descobriram em ervilha-doce (Lathyrus odoratus) ao cruzar duas plantas de flores brancas homozigotas que a F 1 obtida eram todas de flores púrpuras, e o resultado da F 2 foi de 9 púrpuras para sete brancas, indicando que ocorre segregação independente de dois pares de alelos, assim denominados: em um locus B e b e no outro locus A e a. A explicação para esse resultado é que a cor da flor da ervilha é dada pela interação complementar de dois alelos, se o os dois alelos A e B estiverem presentes o pigmento será produzido e a flor será púrpura, caso falte um dos dois – aa B_, A_ bb ou aa bb – a planta 72 os alelos recessivos aa ou bb dissimulam o expressão do alelo dominante do outro locus .15 e 2.15: Representação esquemática da seqüência de reações bioquímicas que levam à síntese do pigmento púrpura. diferente dos outros dois já apresentados. O fruto apresenta os fenótipos discoide. (fig.apresentará flor branca. resultantes do cruzamento de F1. porém se só um dos alelos A ou B estão presentes o fenótipo é esférico. (fig. Cada transformação química é controlada por uma enzima. 2. aparecem plantas com fenótipo do tipo esférico. todos os descendentes em F 1 apresentam fruto discoide.6.17) 73 . E representaremos os alelos de um locus com as letras A e a e o outro par de alelos com as letras B e b. Quando cruzamos uma planta de fruto discóide com uma de fruto alongado.4.2. alongado e esférico. A explicação para esse resultado é que a presença dos dois alelos A e B determinam o fenótipo discoide. GENES DUPLOS COM EFEITO CUMULATIVO Em abobrinha (Cucurbita pepo) a forma do fruto também é um exemplo de interação determinada por dois pares de alelos que se segregam independentemente. enquanto a ausência dos dois determina o fenótipo alongado. mas na geração F2. São necessários ao dois alelos A e B para produção do pigmento. Interação gênica complementar( genes duplos recessivos) 1. Os genes A e B influenciam igualmente na determinação dos fenótipos.16) Gene A Gene B MOLÉCULA PRECURSORA (INCOLOR) A_ PRODUTO INTERMEDIÁRIO (INCOLOR) B_ PRODUTO FINAL (PÚRPURA) Figura 2. fabricada por um gene específico. . Nessas linhagens.16: Representação esquemática de cruzamento entre duas linhagens de ervilhadoce. a coloração das flores depende da interação de dois pares de alelos que se segregam independentemente. Gilberto R. (Interação genes duplos recessivos ou interação gênica complementar).. 74 . José M.Martho. Fonte: Amabis.Figura 2. 2006. 2.(fig.2010 Proporção fenotípica: 9/16 abobrinha fruto discoide.18) 75 ..P Gametas F1 Abobrinha discoide AA BB AB Discoide Aa Bb X Abobrinha alongados aa bb ab Discoide Aa Bb X Gametas F2 AB Gametas Ab aB ab AB AA BB AA Bb Aa BB Aa Bb Ab AA Bb AA bb Aa Bb Aa bb aB Aa BB Aa Bb aa BB aa Bb ab Aa Bb Aa bb aa Bb aa bb Fonte:Klug et. Além dessas interações gênicas já mencionadas existem outras que modificam as proporções fenotípicas de um cruzamento di-híbrido. representadas na tabela abaixo. al.17: Quadrado de Punnett representativo de um cruzamento de plantas de abobrinhas em que a determinação da forma do fruto é resultante de genes duplos de efeitos cumulativos. 6/16 abobrinha fruto esférico. originando uma proporção fenotípica modificada de 9:6:1. 1/16 abobrinha fruto alongados Figura 2. 7. Quando isso ocorre.18: Tabela representativa dos principais tipos de interações gênicas. AB. Embora 76 . pode ser A. no exemplo da flor boca-de-leão. mesmo nos casos de dominância incompleta. o grupo sanguíneo ABO. lisa ou rugosa. O. os fenótipos eram bem pontuais. HERANÇA QUANTITATIVA OU POLIGÊNICA Até agora a maior parte dos nossos exemplos sobre variações fenotípicas eram tipos que podiam ser classificados em categorias diversas e separadas: as características das ervilhas de Mendel eram bem contrastantes. branco. B. Cada uma das características citadas apresenta genótipos distintos que determinam fenótipos distintos. onde se encontra relacionado os possíveis genótipos com as proporções fenotípicas do cruzamento de dois duploheterozigotos 1. rosa e vermelho. cor do cotilédone verde ou amarelo. ela apresenta fenótipos. textura da semente da ervilha.Tipos de Interação A_ B_ Interação gênica simples Epistasia dominante Epistasia recessiva Genes duplos com efeito cumulativo Genes duplos dominantes Genes duplos recessivos Interação dominante e recessiva 9 13 9 9 9 12 Genótipos A_ bb 3 aa B_ 3 3 3 6 4 1 aabb 1 1 15 7 3 1 Figura 2. falamos que essas características apresentam variação descontínua. são denominados características complexas ou multifatoriais. Na herança quantitativa. pleiotropia e epistasia possam confundir um pouco a relação genótipo-fenótipo. a produtividade das colheitas e o conteúdo proteico das sementes. Características com limiar são características poligênicas. pratica esportes etc. mas não 5. Os fenótipos que resultam da ação gênica e de influências ambientais. Exemplo: o número de sementes por vagem.fenômenos como penetrância. nós vamos estudar características que apresentam uma variedade contínua de fenótipos. em um ano. três ou um grande número de genes. o transtorno afetivo bipolar etc. dentro de uma determinada faixa de variação da altura genética. a altura. características multifatoriais. há duas outras classes de características poligênicas: Características merísticas são aquelas em que os fenótipos são descritos por números inteiros. mas os fenótipos sofrem grande influência do ambiente. Sofrem grande influência dos fatores ambientais. às vezes. ou o peso na espécie humana.75. essa variedade contínua pode ser medida e descrita em termos quantitativos. portanto. a maior altura. em que a variação fenotípica pode situar-se em qualquer ponto de uma variedade de medidas. expressividade variável. o genótipo estabelece os limites quantitativos na fertilização. logo esses fenótipos são resultantes da contribuição aditiva de dois. pois um grande número de doenças apresenta esse padrão de herança. a vagem pode conter 2 ou 4 ou 6 sementes. Exemplo: a diabetes tipo II. mas que apresentam só poucos tipos de fenótipos distintos na população. a produção de leite ou de carne no gado. onde cada genótipo contribui com uma pequena parcela para determinar o fenótipo. por isso o nome dado a esse estudo é herança quantitativa ou poligênica. mas não têm uma infinidade de fenótipos: Por exemplo. sendo. a evidência de que 77 . pode atingir. São de grande interesse dos geneticistas humanos. mas se a pessoa tem uma boa alimentação. ou o número de ovos postos por uma galinha. a altura humana é parte geneticamente determinada. por exemplo. Em humanos. Além das características quantitativas contínuas. Na herança quantitativa. a esquizofrenia. São características quantitativas. São exemplos de herança poligênica ou quantitativa a cor da pele. na qual muitos genes. mas ao cruzar as plantas F1.2. os que apresentavam fenótipo grão vermelho escuro possuíam um genótipo com o máximo de genes aditivos AA BB.1. apresentavam seu genótipo sem nenhum gene aditivo. 1. aa bb. a segunda por 3 alelos aditivos. a quarta com 1 alelo aditivo. Nilsson-Ehle iniciou seu trabalho cruzando plantas de trigo de grão vermelho escuro com plantas de trigo de grãos branco. em termos mendelianos. e o 1/16 branco. Aa BB ou AA Bb e fenótipo vermelho médio. AS CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS PODEM SER EXPLICADAS EM TERMOS MENDELIANOS No início da década de 1900. AA BB. obteve em F2 15/16 plantas com grão que variavam em tons de vermelho. Representando os alelos como A e a e B e b. (fig. o que inicialmente o fez suspeitar de dominância incompleta entre dois alelos de um mesmo locus. F2 então ficou com cinco classes fenotípicas.tais características são influenciadas por fatores genéticos vem de comparações entre parentes. aa BB. e outro que não adicionava nada na formação do fenótipo. Essa hipótese foi sustentada pelos resultados experimentais. a explicação da variação fenotípica contínua. já os que eram brancos. cada um comportando-se mendelianamente. Cada par tinha um alelo que contribuía de forma aditiva para compor o fenótipo grão vermelho. contribuíam para o fenótipo de forma cumulativa ou quantitativa.7. sugerindo que era uma herança com dois pares de alelos que se segregavam independentemente. Aa bb ou aa Bb e fenótipo vermelho claro e a quinta e última classe com 0 alelos aditivo e fenótipo grão branco. mas Bateson e Gudny Yule propuseram a hipótese dos fatores múltiplos ou genes múltiplos. a terceira com 2 alelos aditivos. especialmente gêmeos. podendo ser distinguidos até 4 tons de vermelho. publicados pelo trabalho com a característica cor do grão de trigo desenvolvido por Hermann Nilsson-Ehle. obtendo em F 1 todas as plantas com uma cor intermediária (vermelha).19) 78 . e fenótipo vermelho escuro. AA bb. a primeira representada por 4 alelos aditivo. Aa Bb e fenótipo vermelho. causou muita controvérsia. 2006. A proporção obtida na geração F2 mostra tratar-se de um caso de herança quantitativa ou poligênica. (fig. 2. ou curva em forma de sino. Fonte: Amabis. Se fizermos um gráfico da distribuição da cor do grão em trigo.Figura 2..20) 79 . observaremos que todas essas características quantitativas apresentam uma mesma curva de distribuição. ou da cor da pele em humanos etc.19: Representação esquemática do cruzamento entre plantas de trigo produtoras de grão vermelhos-escuro e brancos. que chamamos de curva de distribuição normal. José M.. ou da estatura. Gilberto R.Martho. Quando o número de poligenes é pequeno. que o número de fenótipos será sete. pode-se usar a fórmula 1/4n = relação entre os indivíduos F2 que expressam um dos dois fenótipos extremos. 2. usando-se o triângulo de Pascal. nesse caso obteremos o número de alelos envolvidos na herança quantitativa (fig. Os números das linhas começam sempre por 1. CALCULANDO O NÚMERO DE POLIGENES Para estimar o número de genes (quantos pares de alelos) envolvidos na determinação de uma característica quantitativa. com efeito aditivo 1. Sabemos. pela fórmula. Vamos supor que desejamos saber a proporção fenotípica obtida no cruzamento entre dois híbridos para três pares de genes de efeito cumulativo. e os números seguintes são obtidos somando o número imediatamente acima com o 80 . é mais fácil usar a equação (2n+1) = número observado de categorias fenotípicas distintas.20: Representação esquemática de um gráfico de distribuição normal da herança poligênica da cor do grão de trigo . Construímos um triângulo com sete linhas. pode-se determinar a proporção fenotípica de cada uma das classes fenotípicas formadas. Ou 1/2n relação entre os indivíduos F2 que expressam um dos dois fenótipos extremos. determinada por 2 pares de alelos que se segregam independentemente .6/16 4/16 1/16 Vermelho Vermelho Vermelho Vermelho escuro médio claro Branco Figura 2. Do cruzamento onde os dois genitores são heterozigotos para todos os genes. Na primeira.21). às vezes. colocamos o número 1.2.7. Determinação do número de poligenes(n) envolvidos em uma característica quantitativa n Indivíduos que expressam um dos fenótipos extremos Classes fenotípicas distintas 1 2 3 4 5 1/41 = 1/4 1/42 = 1/16 1/43 = 1/64 1/44 =1/256 1/45 = 1/1024 3 5 7 9 11 Figura 2.que está à esquerda dele (quando não houver número acima ou à esquerda.Fonte: Klug et. al. e do número de genes envolvidos em uma característica quantitativa. considera-se zero). Todas as linhas terminam novamente com o número 1: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 1 3 6 10 15 1 4 10 20 1 5 15 1 6 1 Na sétima linha podemos ver que a proporção fenotípica para três pares de genes na herança quantitativa (no cruzamento de dois indivíduos heterozigotos) é 1 : 6: 15 : 20 : 15 : 6 : 1..21: Representação na tabela do número de classes fenotípicas . 2010 81 . GENÉTICA DE TRANSMISSÃO: HERANÇA E SEXO 82 HERANÇA E SEXO INTRODUÇÃO Todos os casos que você estudou em genética, até agora, tinham uma coisa em comum: as características de um indivíduo sempre dependiam dos genes que ele herdava, independentemente de terem sido transmitidos pelo pai ou pela mãe. Analisemos o conhecido caso do albinismo: pai normal (AA) e mãe albina (aa) têm sempre descendentes normais (Aa). Também mãe normal (AA) e pai albino (aa) geram crianças normais (Aa). Não importa qual dos progenitores, pai ou mãe, tenha transmitido o gene A; em qualquer caso, ele condicionará produção de melanina e pigmentação normal nos filhos. Nesse tipo de herança, além disso, há outro fato: a criança que recebe um gene dominante, não importando se é um menino ou uma menina, manifestará aquele caráter. A característica não tem “preferência” por um dos sexos. Há casos, no entanto, em que a herança da característica parece depender tanto do sexo do progenitor, que transmite o gene, quanto do sexo da criança que recebe o gene. Há, na espécie humana, uma característica chamada daltonismo, em que a pessoa se confunde na percepção de certas cores, muitas vezes do verde com o vermelho. Quando um homem daltônico se casa com uma mulher normal, na família da qual não há casos de daltonismo, todas as crianças, meninos e meninas, nascem com visão normal. No entanto, quando uma mulher daltônica se casa com um homem normal, todas as meninas, filhas do casal, nascem normais, porém todos os meninos nascem daltônicos. Nesse caso, portanto, parece fazer diferença não apenas o sexo de quem transmite o gene para o daltonismo, mas também o sexo de quem recebe o gene. Além disso, percebe-se que existem muito mais homens daltônicos do que mulheres daltônicas, diferentemente do caso do albinismo, que se distribui mais ou menos da mesma forma nos dois sexos. 83 Foi demonstrado, na década de 1910, que os genes se localizam nos cromossomos, filamentos existentes nos núcleos das células. Quando se tentou entender casos de herança como o daltonismo, procurou-se, ao microscópico, por uma diferença entre os cromossomos de homens e os de mulheres que pudessem justificar a diferença no modo de transmissão da característica. Descobriu-se, finalmente, que surgiu a suspeita de que a herança do daltonismo pudesse ser explicada por esse par de cromossomos diferentes, que foram chamados de cromossomos sexuais, enquanto os demais cromossomos eram chamados de autossomos. Os demais tipos de genes, como o do albinismo, ficariam nos autossomos. No decorrer desse capítulo, você entenderá como o daltonismo e outras heranças semelhantes relacionadas com os cromossomos sexuais são transmitidas de pais para filhos. 1. CROMOSSOMOS SEXUAIS Em condições normais, qualquer célula diploide humana contém 23 pares de cromossomos homólogos, isto é, 2n = 46. Dos 46 cromossomos, 23 são de origem paterna e 23, de origem materna. Desses cromossomos, 44 são autossomos, que não têm implicação com o sexo, e 2 são os cromossomos sexuais, também conhecidos como heterossomos, os quais participam da determinação do sexo do indivíduo. Os cromossomos autossômicos são os relacionados às características comuns aos dois sexos, enquanto os sexuais são os responsáveis pelas características próprias de cada sexo. A formação de órgãos somáticos, tais como fígado, baço, o estômago e outros, deve-se a genes localizados nos autossomos, visto que esses órgãos existem nos dois sexos. O conjunto haploide de autossomos de uma célula é representado pela letra A. Por outro lado, a formação dos órgãos reprodutores, testículos e ovários, característicos de cada sexo, é condicionada por genes localizados nos cromossomos sexuais e são representados, de modo geral, por X e Y. O cromossomo Y é exclusivo do sexo masculino. O cromossomo X existe 84 php O cromossomo Y é mais curto e possui menos genes que o cromossomo X. entre os dois cromossomos há uma região não-homóloga. em que existem genes exclusivos do sexo masculino. Observe na figura acima que uma parte do cromossomo X não possui alelos em Y.na mulher em dose dupla. além de conter uma porção encurtada.1: Microscopia Eletrônica do cromossomo X e Y. Diferença de tamanho de cada cromossomo. 2005.sobiologia. 85 .com.2: Representação esquemática dos cromossomos X e Y.br/co nteudos/Genetica/herancaesexo. indicando as regiões homólogas. Assim. Figura 3. temos:   Homens: 44 autossomos + 2 sexuais (44A + XY) Mulheres: 44 autossomos + 2 sexuais (44A + XX) Figura3. Fonte:http://www. (cores fantasia) Fonte: César e Sezar. isto é. enquanto no homem ele se encontra em dose simples. menor. representada em vermelho. são exclusivos do X. A região do cromossomo Y. na hora da meiose. Fala-se em herança parcialmente ligada ao sexo. representadas em amarelo. enquanto os homens apresentam apenas um exemplar do gene. ocorre pareamento somente da porção representada em amarelo no esquema. observamos a representação de um cromossomo X. Primeira informação importante: nesses cromossomos. Isso quer dizer que tanto o macho quanto a fêmea possuem dois genes para características determinadas por essa região. interferindo nesse caso outros fatores. Os genes localizados na região do cromossomo X. Por fim. que é idêntica. por isso. as mulheres possuem dois exemplares do gene. não existindo no Y. por exemplo). e o grupo que não envolve os cromossomos sexuais. quanto aos resultados à herança autossômica. herança holândrica ou herança restrita ao sexo. característica exclusiva dos indivíduos de sexo masculino. e de um cromossomo Y. para os caracteres condicionados por esses genes. as regiões do X e do Y. 2. são homólogas. Os genes dessa região condicionam assim a herança ligada ao Y.Observe o esquema acima: lado a lado. eles são considerados parcialmente homólogos. contém genes exclusivos do Y e que serão encontrados somente nos homens. como os ambientais (temperatura. do qual fazem parte os sistemas XY. assim. representada em azul. maior. ZW e Z0. X0. DETERMINAÇÃO GENÉTICA DO SEXO Existem dois grandes grupos de mecanismos de determinação do sexo em animais: o grupo que envolve apenas os cromossomos sexuais. localizado no único X que eles têm. Esses genes determinam a herança ligada ao X ou herança ligada ao sexo. 86 . a constituição genética dos indivíduos do sexo masculino é representada por 2AXY e a dos gametas por eles produzidos. Essa cromatina possibilita identificar o sexo 87 . AX e AY. No homem.br/conteudos /Genetica/herancaesexo. 22X e 22Y. na fêmea. incluindo a humana. produzem-se apenas gametas AX. MECANISMO DE COMPENSAÇÃO DE DOSE Em 1949.php 2. O SISTEMA XY Em algumas espécies animais. cuja constituição genética é indicada por 2AXX. 22X. o pesquisador inglês Murray Barr descobriu que há uma diferença entre os núcleos interfásicos das células masculinas e femininas: na periferia dos núcleos das células femininas dos mamíferos existe uma massa de cromatina que não existe nas células masculinas.sobiologia. Figura 3.2.com.1.2. a constituição genética é representada por 44XY e a dos gametas por ele produzidos. na mulher 44XX e os gametas.3: Representação esquemática do Sistema XY Fonte: http://www. se espirala e se torna inativo. pois – quanto aos cromossomos sexuais apresentam dois tipos de células. dessa forma esse corpúsculo cora-se mais intensamente que todos os demais cromossomos. quando há dúvidas quanto ao sexo do indivíduo. diz-se que as mulheres s~o “mosaicos”. 88 . Como a inativação ocorre ao acaso e em uma fase do desenvolvimento na qual o número de células é relativamente pequeno. Por isso. A esse mecanismo chamam de compensação de dose. é de se esperar que metade das células de uma mulher tenha ativo o X de origem paterna. que se encontram ativos e na forma desespiralada de fios de cromatina. A determinação do sexo nuclear (presença do corpúsculo de Barr) tem sido utilizada em jogos olímpicos. evidências permitiram que a pesquisadora inglesa Mary Lyon levantasse a hipótese de que cada corpúsculo de Barr fosse um cromossomo X que.celular dos indivíduos pelo simples exame dos núcleos interfásicos: a ela dá-se o nome de cromatina sexual ou corpúsculo de Barr. a inativação atinge ao acaso qualquer um dos dois cromossomos X da mulher. A partir da década de 1960. na célula interfásica. seja o proveniente do espermatozoide ou do óvulo dos progenitores. enquanto que a outra metade tenha o X de origem materna em funcionamento. Alguns autores acreditam que a inativação de um cromossomo X da mulher seria uma forma de igualar a quantidade de genes nos dois sexos. Segundo a hipótese de Lyon. 2. borboletas e alguns peixes. principalmente em insetos. a fêmea continua portadora do par cromossômico sexual X. As fêmeas são representadas por 2A + XX (homogaméticas) e os machos 2A + X0 (heterogaméticos).4: Compare quanto à presença do corpúsculo de Barr nas células masculinas (acima) e femininas (abaixo). chamamos a esse sistema de sistema X0. nesse caso. 89 .com. O SISTEMA ZW Em muitas aves (inclusive os nossos conhecidos galos e galinhas).4. é diferente: os cromossomos sexuais dos machos são representados por ZZ.sobiologia.Figura 3.3. a composição cromossômica do sexo é oposta à que acabamos de estudar: o sexo homogamético é o masculino. o macho não tem o cromossomo Y. enquanto as fêmeas são heterogaméticas. para não causar confusão com o sistema XY. enquanto nas fêmeas os cromossomos sexuais são representados por ZW. somente o X.br/conteudos/ Genetica/herancaesexo. Também a simbologia utilizada. O SISTEMA X0 Em algumas espécies. Fonte: http://www. Pela ausência do cromossomo sexual Y.php 2. o sexo não depende da presença de cromossomos sexuais. enquanto os machos sempre produzem espermatozoides com um cromossomo Z. Fonte: http://www. Esse sistema existe em galinhas domésticas e em répteis. 90 . elas fazem óvulos com e óvulos sem o cromossomo Z. Figura 3. a determinação sexual difere acentuadamente da que até agora foi estudada.6. As fêmeas continuam sendo o sexo heterogamético. Nesses insetos.5: Esquema de alguns casos de determinação do sexo. Assim. assim.com. ABELHAS E PARTENOGÊNESE Nas abelhas.5.php 2. os machos (zangões) são sempre haploides.br/cont eudos/Genetica/herancaesexo. O SISTEMA Z0 Uma variante do ZW é o sistema Z0. e sim da ploidia.2.sobiologia. porém apresentam apenas um cromossomo Z. um. termo que significa “duas casas. 91 . Óvulos fecundados originam zigotos que se desenvolvem em fêmeas. partheno = virgem. Outras espécies têm sexos separados. uma para cada sexo”. e oikos. casa). transformar-se-ão em novas rainhas. produz centenas de óvulos.enquanto as fêmeas são diploides. ou seja. Essas espécies são denominadas dioicas (do grego di. Os óvulos não fecundados desenvolvem-se por mitose em machos haploides. que contêm tanto estruturas reprodutoras masculinas como femininas. gênesis = origem). desenvolver-se-ão em operárias. essas fêmeas receberem uma alimentação especial. Plantas desse tipo são monoicas (do grego mono. por meiose. e oikos. é considerado um processo de desenvolvimento de óvulos não-fertilizados em indivíduos adultos haploides. com plantas que produzem flores masculinas e plantas que produzem flores femininas.7. muitos dos quais serão fecundados. casa). termo que significa “uma casa para dois sexos”. duas. que são estéreis. 2. DETERMINAÇÃO DO SEXO EM PLANTAS Grande parte das plantas produz flores hermafroditas. A rainha é a única fêmea fértil da colmeia e. Se na fase larval. Caso contrário. Esse processo é chamado de partenogênese (do grego. Esse é o caso da maioria das plantas e de animais como minhocas. têm sistema XY de determinação do sexo. 2. ORGANISMOS QUE NÃO TÊM SISTEMA DE DETERMINAÇÃO DO SEXO Os organismos monoicos (hermafroditas) não apresentam qualquer sistema de determinação cromossômica ou genética de sexo. HERANÇA LIGADA AO SEXO Habitualmente. quando um cromossomo X se emparelha com um cromossomo Y. o mesmo cariótipo. basicamente. Logo. há genes alelos entre X e Y. Portanto. A porção homóloga do cromossomo X possui genes que têm correspondência com os genes da porção homóloga do cromossomo Y. 92 . já o morando segue o sistema ZW. classificam-se os casos de herança relacionada com o sexo de acordo com a posição ocupada pelos genes. não há genes alelos nessas regiões. Todos os indivíduos da espécie têm. 3. nos cromossomos sexuais. nessas regiões.8. vamos dividi-los em regiões. Para tanto. os sexos são determinados de forma semelhante à dos animais. caramujos e caracóis. por exemplo. Os genes da porção heteróloga do cromossomo X não encontram correspondência com os genes da porção heteróloga do cromossomo Y. O espinafre e o cânhamo.Nas plantas dióicas. enquanto o homem será sempre hemizigoto. Já o homem. enquanto o seu alelo dominante XD determina a visão normal. No que se refere a esses caracteres ligados ao sexo. O fato de a mulher apresentar dois cromossomos X permite concluir que ela é sempre portadora de genes ligados ao sexo em dose dupla. nascido em 1776 e falecido em 1844. têm apenas um de cada gene. apesar de ter o gene Xd em dose simples. tem esses genes sempre em dose simples. geralmente cria confusão entre o verde e o vermelho.1. Trata-se da incapacidade relativa na distinção de certas cores que. formando pares de alelos. o gene Xd. Um gene recessivo presente no cromossomo X de um homem irá se manifestar. manifesta a doença pela ausência do alelo dominante capaz de impedir a expressão do gene recessivo. Já os homens.Herança ligada ao sexo é aquela determinada por genes localizados na região heteróloga do cromossomo X. embora possua um gene para o daltonismo. consagrado químico inglês. É um distúrbio causado por um gene recessivo localizado na porção heteróloga do cromossomo X. Ela é chamada de portadora do gene para o daltonismo. 93 . Nos humanos. ele descreveu a cegueira parcial para cores. como possuem apenas um cromossomo X (pois são XY). uma vez que não há um alelo dominante que impeça a sua expressão. Em 1794. usando o seu próprio exemplo e o de seu irmão. na sua forma clássica. pois se trata de um gene recessivo. ambos daltônicos. por apresentar apenas um cromossomo X. A mulher de genótipo XDXd. os principais exemplos de herança ligada ao sexo são: 3. DALTONISMO O daltonismo tem esse nome por ter sido descrito por John Dalton. O homem de genótipo XdY. Como as mulheres possuem dois cromossomos X. não manifesta a doença. costuma-se dizer que a mulher pode ser homozigota ou heterozigota. elas têm duas dessas regiões. É pouco frequente o nascimento de mulheres hemofílicas. HEMOFILIA É um distúrbio da coagulação sanguínea. 3. ou de derivados de sangue em que ele pode ser encontrado (transfusões de sangue ou de plasma). Se você consegue distinguir perfeitamente o número 74 entre as bolinhas da figura acima. localizado no cromossomo X. O tratamento da hemofilia consiste na administração do fator VIII purificado.O homem XdY não é nem homozigoto ou heterozigoto: é hemizigoto recessivo. A hemofilia atinge cerca de 300. os pacientes hemofílicos apresentam uma elevada incidência de AIDS e de hepatite tipo B. como um pequeno ferimento ou uma extração dentária. representado por h. para apresentar a doença. As pessoas hemofílicas têm uma tendência a apresentarem hemorragias graves depois de traumatismos banais. doenças transmitidas através dessas vias. pois do par de genes ele só possui um. O homem de genótipo XDY é hemizigoto dominante. então você não é daltônico. È condicionada por um gene recessivo. uma das proteínas envolvidas no processo. Pelo uso frequente de sangue e de derivados. já que a mulher. 94 . encontrado no plasma das pessoas normais. em que falta o fator VIII.000 pessoas.2. 95 . e não à coagulação do sangue).deve ser descendente de um hímen doente (X hY) e de uma mulher portadora (XHXh) ou hemofílica (XhXh). 2005.6: Hemofilia – dois possíveis tipos de casamento. contrariando assim a noção popular de que essas mulheres morreriam por hemorragia. Como esse tipo de cruzamento é extremamente raro. após a primeira menstruação (a interrupção do fluxo menstrual deve-se à contração dos vasos sanguíneos do endométrio. Figura 3. No entanto. A e B. Fonte: César e Sezar. acredita-se que praticamente inexistiriam mulheres hemofílicas. já foram relatados casos de hemofílicas. 3. em drosófila. na proporção 1:1:1:1. podiam ser explicados admitindo-se que ele estivesse localizado no cromossomo X. portanto. machos de olho selvagem e machos de olho branco. que tem cor marrom avermelhada. heterozigotas XWXw. O macho de olho branco original teria fornecido seu cromossomo X. apenas descendentes de olho selvagem. portador do alelo recessivo mutante w (Xw). Esse resultado mostrou que o caráter olho branco podia aparecer também nas fêmeas. Morgan concluiu que os resultados dos cruzamentos envolvendo o loco da cor do olho. A proporção de moscas de olho selvagem e moscas de olho branco foi de aproximadamente 3:1. Morgan estudou um macho de drosófila portador de olho branco. Como explicar. então. Já os machos de F1 receberam o cromossomo X das fêmeas selvagens puras (X W). a ausência de fêmeas de olho branco na geração F2 do primeiro cruzamento? Em 1911. As fêmeas da geração F1 seriam. Morgan cruzou machos de olho branco com as suas próprias filhas. portadoras do alelo selvagem W (XW). que eram heterozigotas em relação à cor do olho. Além disso. A hipótese de Morgan foi confirmada pela análise de outros genes de drosófila. permitiu também explicar a herança de genes relacionados com o sexo em outras espécies. Isso indicava que a característica em questão tinha alguma relação com o sexo dos indivíduos. na geração F1. O cruzamento de machos e fêmeas da geração F1 resultou em uma geração F2 constituída por fêmeas de olho selvagem. surgiram fêmeas e machos de olho selvagem. 96 . originado de uma mutação do olho selvagem. Na sequência dos experimentos. portanto. Morgan voltou sua atenção para o fato de não ter nascido nenhuma fêmea de olho branco na geração F2. cuja herança seguia o mesmo padrão. X WY. e fêmeas e machos de olho branco. HERANÇA LIGADA AO SEXO EM DROSÓFILA Em 1910.3. Desse cruzamento. a todas as filhas que receberam seu outro cromossomo X das mães. o que permitiu concluir que a característica olho branco era hereditária e recessiva. Sua constituição gênica seria. O cruzamento desse macho de olho branco (white) com fêmeas de olho selvagem originou. Fonte: http://www.7: Esquema de herança ligada ao sexo em drosófila.br/conteudos/Genetica/herancaesexo.sobiologia.com.php 97 .Figura 3. e o inverso ocorre com o seu alelo. todos os seus filhos serão afetados. Nesse grupo. também chamado de SRY (iniciais de sex-determining region of Y chromossome). a dominância influenciada pelo sexo. a hipertricose. das quais ressaltaremos a mais conhecida. em algumas famílias estudadas. pois. herança em que. dentro do par de genes autossômicos. 98 . e as filhas serão normais. Não há duvidas de que a masculinização está ligada ao cromossomo Y. HERANÇA INFLUENCIADA PELO SEXO Nessa categoria. Esses genes. No entanto. caracterizam a chamada herança restrita ao sexo. Na herança restrita ao sexo verdadeira: Todo homem afetado é filho de um homem também afetado. HERANÇA RESTRITA AO SEXO O cromossomo Y possui alguns genes que lhe são exclusivos. um deles é dominante nos homens e recessivo nas mulheres.4. de alguma forma. influenciada pelo sexo do portador. presença de pelos no pavilhão auditivo dos homens. na porção encurvada que não é homóloga ao X. também conhecidos como genes holândricos. Na espécie humana. ou seja. incluem-se as características determinadas por genes localizados nos cromossomos autossomos cuja expressão é. temos o caso da calvície. que codifica o fator determinante de testículos. Tradicionalmente. O gene TDF já foi identificado e está localizado na região não-homóloga do cromossomo Y. há diversas modalidades de herança. a evidência de que a hipertricose deve-se a uma herança ligada ao Y está sendo considerada inconclusiva. era citada como um exemplo de herança restrita ao sexo. Um gene que tem um papel importante nesse fato é o TDF (iniciais de testisdetermining factor). os pais com hiperticose tiveram filhos homens com e sem pelos nas bordas das orelhas. 5. Basicamente. 99 . falha de fechamento dos lábios. podem não vir a manifestá-la. ainda que possuam o genótipo causador da anormalidade. quando o cruzamento de um macho afetado com uma fêmea não afetada gera uma descendência diferente do cruzamento entre um macho não afetado com uma fêmea afetada. 2. há duas evidências que permitem suspeitar de um caso de herança relacionada com o sexo: 1. A expressividade também pode ser influenciada pelo sexo.Genótipos CC CC’ C’C’ Fenótipos Homem Calvo Calvo Não-calvo Mulher Calva Não-calva Não-calva Outras formas de herança autossômica influenciada pelo sexo são a penetrância influenciada pelo sexo e a expressividade influenciada pelo sexo. Um exemplo bem conhecido é o do lábio leporino. Entre os meninos. Na espécie humana. a doença assume intensidade maior que nas meninas. portanto. a ocorrência de más formações de vias urinárias apresenta uma penetrância muito maior entre os homens do que entre as mulheres. quando a proporção fenotípica entre os descendentes do sexo masculino forem nitidamente diferentes da proporção nos descendentes do sexo feminino. Elas. nas quais os defeitos geralmente são mais discretos. GENÉTICA DE TRANSMISSÃO: LIGAÇÃO E MAPAS GENÉTICOS 100 . 1: Representação esquemática da meiose. ligação: dois genes em um único par de homólogos. No lado direito. quando ocorre a meiose. Isso acontece porque esses pares de alelos se encontram em pares de cromossomo homólogos distintos. de forma independente.1). al. os pares de alelos que compõem essas características segregam-se. na hora de formar os gametas.. os pares de cromossomos homólogos distintos é que se separam de forma independente levando junto os alelos que neles estão distribuídos. processo de formação de gametas. Porém cada par de cromossomos homólogos possui uma grande quantidade de genes e esses genes na hora de formar os gametas vão juntos com os cromossomos homólogos. 101 . apesar de algumas características não apresentarem as proporções mendelianas do di-hibridismo (interação gênica). onde a 2ª lei de Mendel ou lei da segregação independente não pode ser aplicada. No lado esquerdo. distribuição independente: dois genes em dois pares de cromossomos homólogos diferentes.4. 2010. vamos falar um pouco de características genéticas. Figura 4. CROSSING-OVER E MAPEAMENTO GENÉTICO EM EUCARIONTES INTRODUÇÃO Neste capítulo. como se fosse uma única unidade (fig. Na realidade.LIGAÇÃO. Fonte: Klug et. sem ocorrência de troca ou crossing-over. Como já vimos anteriormente. obteve em F 1 todo as fêmeas de olhos vermelhos e corpo cinza (XBAXba) e todos os machos de olhos brancos e corpo cinza ( XbaY). localizadas nesse cromossomo. Inicialmente. Se os genes estavam localizados em um mesmo cromossomo. olhos vermelhos e corpo cinza (XBAY). (Cada par de homólogos tem um cromossomo de origem materna e um de origem paterna. em 1903. Ao 102 . Morgan e colaboradores foram os primeiros a demonstrarem que o cromossomo X em Drosophila possuía vários genes. Então. mas se encontram em um mesmo par de cromossomos homólogos são ditos em ligação ou denominados genes ligados. foi o descobridor do fenômeno de ligação no cromossomo X. LIGAÇÃO. os semelhantes aos parentais. ao cruzar uma fêmea mutante de olhos vermelhos e corpo amarelo. investigando numerosas mutações de Drosophila. (XbaXba) com um macho selvagem. a levantar a hipótese de que cada cromossomo era constituído por mais de um gene ou “fator heredit|rio” e que esses cromossomos no momento de formar os gametas levavam junto os genes. percebeu que os resultados obtidos em F 2 eram bem diferentes daqueles obtidos. Morgan estudou inicialmente as características: cor do corpo (amarelo e cinza) e cor dos olhos (brancos e vermelhos). irão juntos no mesmo cromossomo. Em seus estudos. RECOMBINAÇÃO E CROSSING-OVER Sutton e Boveri foram os primeiros. por isso. esses alelos. na hora da formação dos gametas. quando ocorria segregação independente. mas quando começou a fazer cruzamentos experimentais. gametas que contêm um desses cromossomos são ditos parentais). seus cruzamentos levavam em consideração uma única característica. mas também não era um resultado esperado para genes que estavam em um mesmo cromossomo. deveriam ser transmitidos juntos e como consequência só seriam formados dois tipos de gametas. não segregando independentemente. considerando duas características ligadas ao cromossomo X.1. Pares de alelos que determinam características diferentes. se os dois pares de alelos que determinam duas características distintas se encontrarem em um mesmo par de cromossomos homólogos. observando sempre o mesmo padrão básico. mas sem um padrão definido com relação às proporções fenotípicas (fig.2). mas menos de 1% do total de moscas nasceram com os olhos brancos e corpo cinza e olhos vermelhos e corpo amarelo (tendo sido chamados de recombinantes por apresentarem uma mistura dos fenótipos parentais). uma proporção fenotípica parental alta e uma proporção de recombinantes baixa.realizar o cruzamento das fêmeas F1 (XBAXba) com machos F1 (XbaY) a grande maioria da prole em F2 mostrava o fenótipo parental. 103 . Morgan e colaboradores realizaram outros cruzamentos com genes ligados ao X. ou seja. 4. Depois desses resultados. olhos vermelhos e corpo cinza e olhos brancos e corpo amarelo. Fonte: Klug et. 104 .5% das moscas de F2 (machos e fêmeas) demonstram fenótipos recombinantes.2: Resultados de F1 e F2 do cruzamento A que envolve as mutações amarelo (a) e branco (b) com o tipo selvagem . No cruzamento A. dados como foram compilados por Sturtevant.al. 0.Figura 4.. 2010. As questões levantadas após esses resultados foram: O que leva a formação dos recombinantes? E por que eles aparecem em cada cruzamento em uma proporção diferente? Baseados em indícios citogenéticos. observados por Janssens e outros. Logo. Tiradas durante meiose em testículos de gafanhotos. (John Cabisco/Visuais Unlimited). os recombinantes que surgem são resultados dessa troca física “de pedaços” entre crom|tides homólogas. terão menos espaço físico entre eles para permitir quebra e troca de pedaços (crossing-over).3) interseções em forma de X. cujos pontos de sobreposição são evidentes. ou até não haverá recombinantes.. (fig. Figura 4.4) 105 . originando uma maior possibilidade de recombinantes.3: Foto onde aparecem vários quiasmas. do pareamento dos cromossomos homólogos na prófase I da meiose. e do enrolamento entre esses homólogos e surgimento de quiasmas(fig. assim a possibilidade do surgimento de recombinantes será menor. Fonte: Griffiths et.4.4. al. Morgan propôs que esses quiasmas poderiam representar os pontos de trocas genéticas (crossing-over). entretanto se os genes estão mais distantes terão mais espaço físico entre eles e uma maior chance de que ocorra quebra e crossing-over ou permuta.2009 A segunda pergunta foi explicada por Morgan da seguinte forma: se dois genes estão muito próximos um do outro. Figura 4. e pr+. e vg+. formam-se somente gametas parentais e a troca não é detectada. normal) em Drosophila. essencialmente esquecer a meiose no outro (o testador). existem dois conjuntos de meiose a considerar na análise da prole: um no genitor masculino e um no feminino. vestigial. Os alelos selvagens pr+ e vg+ são dominantes e Morgan realizou cruzamentos para obter di-híbridos e cruzá-los com um duplo recessivo (cruzamento teste). Em (b) a troca separa os alelos. Fonte: Klug et.. fez o primeiro mapa genético. a análise pode se concentrar na meiose em um genitor (o di-híbrido) e. A distância relativa entre os genes é dada pela taxa de crossing-over ou permuta entre eles. Outro exemplo de genes ligados estudados por Morgan foi o que afetava a cor dos olhos (pr. Como essas características são autossômicas. vermelho) e o tamanho da asa (vg. púrpura. os fenótipos da prole revelam diretamente os alelos contribuídos pelos gametas di-híbridos. Em contraste. pois o genitor testador contribui com gametas levando apenas os alelos recessivos. al. não foi necessária a representação dos cromossomos sexuais. resultando em gametas recombinantes. O cruzamento teste é importante. 2010. 106 . Dessa forma Sturtevant. Em (a) a troca não altera o arranjo de ligação entre os alelos dos dois genes. que são detectáveis. Assim. em um F1 autofecundado. tomando como base a taxa de recombinação ou de crossing-over entre os genes. do cromossomo X. colaborador de Morgan.4: Dois exemplos de uma permutação única entre duas cromátides não irmãs e dos gametas produzidos subsequentemente. Os cruzamentos de Morgan estão representados a seguir: (existem várias notações usadas para representar os genes ligados algumas delas são aqui apresentadas: pr+ vg+/ pr vg ou pr+ vg+//pr vg. As duas primeiras combinações de alelos est~o em grande maioria indicando claramente que est~o associadas ou “ligadas”. E descendem dos gametas parentais. Os que aparecem em menor quantidade (3ª e 4ª combinações) são resultantes da quebra e troca de pedaços (crossing-over) e são ditos recombinantes.) P Gametas Di-híbrido de F1 Cruzamento Teste pr vg/ pr vg pr vg X pr+ vg+/ pr+ vg+ pr+ vg+ pr+ vg+/ pr vg pr+ vg+/ pr vg X pr vg/ pr vg Gametas pr vg 1ª 2ª 3ª 4ª pr+ vg+ pr vg pr+ vg pr vg+ pr+ vg+/ pr vg pr vg / pr vg pr+ vg/ pr vg pr vg+/ pr vg 1339 1195 151 154 2839 Obviamente. esses números desviam-se drasticamente da previsão mendeliana de uma proporção 1:1:1:1. 107 . aproximadamente iguais em frequência. Esse arranjo é chamado conformação cis. teremos a taxa de crossing-over ou permuta igual a 11%. os dois alelos dominantes ou selvagens se encontram em um cromossomo.11. (fig. no outro. dependendo de sua proximidade. feito por Morgan. em geral. O segundo passo é calcular a frequência de recombinação. Um único crossing gera dois produtos recombinantes recíprocos. Multiplicando-se essa frequência por 100. e os dois alelos recessivos ou mutantes.2. podemos calcular a taxa de crossing-over entre os genes pr+ e vg+.e. que será o número total de recombinantes dividido pelo número total de descendentes: 305 / 2839 ≈ 0. COMO CALCULAR A TAXA DE CROSSING-OVER OU PERMUTA Considerando os dados do cruzamento teste acima. O primeiro passo é identificar quais os fenótipos que resultam de gametas recombinantes no di-híbrido. o que explica por que as classes recombinantes são. os que aparecem em menor número. Esse arranjo é chamado conformação trans. eles estão em homólogos diferentes. mais proximamente suas frequências de recombinantes aproximam-se de 50%. 3. OS ARRANJOS “CIS” E “TRANS” DOS GENES LIGADOS O trabalho de Morgan mostrou que os genes ligados em um di-híbrido podem estar presentes em duas conformações básicas. no caso. por conseguinte. Quanto mais distantes estão os genes. Na outra. As frequências de recombinantes para diferentes genes ligados variam de O a 50%.5) 108 . em tais casos. Nesse exemplo formaramse dois fenótipos recombinantes o que tem 151 descendentes ( pr+ vg/ pr vg) e o que tem 154 (pr vg+/ pr vg) descendentes no total de: 151 + 154 = 305 descendentes recombinantes. os parentais também devem ter iguais frequências. Em uma. não podemos decidir se os genes estão ligados ou estão em cromossomos diferentes. 4. E. 6 a e b).Figura 4. Cruzamento A B / a b teste X ab/ab Gametas masculinos ab AB Gametas Femininos ab Ab aB A B/a b a b/a b A b/a b a B/ab 40% 40% 10% 10% Recombinantes Parentais Figura 4. se os dois genes ligados estão em posição cis ou trans. pode ser feita analisando nos descendentes de um cruzamento teste (fig.5: Representação esquemática de duas células uma em conformação cis e outra em conformação trans.4. 109 . A identificação.6a: Representação de um cruzamento teste. onde os parentais encontram-se em conformação cis. a taxa de recombinação entre eles é quase zero e não teremos recombinantes.Cruzamento A b / a B teste X ab/ab Gametas masculinos ab Ab Gametas Femininos aB AB ab A b/a b a B/a b A B/a b a b/ab 40% 40% 10% 10% Recombinantes Parentais Figura 4. a dist}ncia entre os genes pr+ e vg+ é igual a 11 UR( ou unidades de recombinação). Esse método produz um mapa linear correspondente à linearidade cromossômica? 110 . maior a possibilidade de quebra e troca de pedaços entre os cromossomos e.. UR ou cM ou morganídeo corresponde a 1% da taxa de recombinação. A distância entre dois genes é diretamente proporcional à taxa de recombinação ou crossing-over. CONSTRUINDO MAPAS GENÉTICOS POR FREQUÊNCIA DE RECOMBINAÇÃO 3. quanto maior a distância física entre dois genes.m. maior a possibilidade de gametas recombinantes. logo. onde os parentais encontram-se em conformação trans.. como a taxa de crossing entre os genes pr+ e vg+ é igual a ≈ 11%. Outra unidade usada para expressar a distância entre dois genes é o centimorgan ou morganídeo e a unidade de mapa genético u. Já quando dois genes estão muito próximos. 3.6b: Representação de um cruzamento teste. Cada u.1. consequentemente. TESTE DE DOIS PONTOS Como já havíamos falado.m. Como as distâncias de mapa são aditivas. então a distância que separa B e C deve ser de 8UR.Sturtevant previu que. o cálculo das distâncias A—B e A-C nos deixa com duas possibilidades mostradas para a distância B-C. Caso a distância entre os genes B e C fosse de 8UR a sequência dos genes seria CAB caso a freqüência entre B e C fosse de 2UR teríamos a sequência de ACB. separam os genes A e . Sturtevant viu que sua previsão era correta. enquanto 3UR.2009 Logo. 111 .. Em outras palavras. para se poder construir o mapa gênico entre os genes A. B. al. ou 2UR. Fonte: Griffiths et.7: Figura 4. em um mapa linear. B e C usando o teste de dois pontos (determinação da distância usando um cruzamento teste com um di-híbrido) seria necessário o conhecimento também da distância (= taxa de recombinação entre os genes) entre os genes B e C. tornando as distâncias aditivas. se 5 UR. A representação gráfica de um mapa é mostrada na figura 4. separam A e C. sua análise sugeriu fortemente que os genes estão dispostos em alguma ordem linear..7: Uma região cromossômica contendo três genes ligados. nesse caso. sendo dois deles semelhantes aos fenótipos parentais e seis deles recombinantes.8) Para entender quais crossings estavam envolvidos na produção de cada tipo de recombinante. olhos echinus (ec) e asas crossveinless (cv). devemos primeiro determinar como os genes são ordenados no cromossomo. Vamos calcular a distância e a sequência de 3 genes usando como exemplo o experimento feito por Bridges e Olbrycht.3. (fig. recessiva para as três características). Em F1. 112 . todos expressando os gametas produzidos pela fêmea.2. (elas herdaram um cromossomo X do macho com as três características selvagem e um dos cromossomos X da fêmea com as três características mutantes recessivas) e machos hemizigotos recessivos (na herança ligada ao cromossomo X o macho só herda um cromossomo X. Assim o entrecruzamento entre machos e fêmeas F1 equivale a um cruzamento teste. nasceram fêmeas heterozigotas para as três características.. cada um representando um tipo diferente de cromossomo com crossing. que cruzaram machos tipo selvagem de Drosophila com fêmeas homozigotas para três mutações recessivas .4.cerdas scute (sc). Os parentais como sempre aparecem em uma proporção bem maior. Os recombinantes em uma proporção bem menor. o da fêmea. chamamos esse teste de três pontos. TESTE DE TRÊS PONTOS Quando o mapeamento é feito levando-se em conta as taxas de recombinação em um cruzamento teste com um tri-híbrido. Entrecruzando fêmeas F 1 com machos F1 obtiveram em F2 oito tipos de fenótipos diferentes. são as mesmas que uma dessas. 4 com maior freqüência e 2 com menor freqüência. sc—ec—cv 2.Figura 4. Simmons. Fonte: Snustad.2008. os que aparecem com menor frequência. tais como cv – ev – sc. 3. pois as pontas esquerda e direita do cromossomo não podem ser distinguidas.. já que é necessário que 113 . 2º.8: Cruzamento de três pontos de Bridges e Olbrycht com os genes ligados ao X sc (cerdas scute). ec—cv—sc Outras possibilidades. que são seis. ec—sc—cv 3. ec (olhos echinus) e cv (asas crossveinless) em Drosophila. Então. definimos os que apresentam crossing duplo.Peter. como determinar a ordem? A sequência dos procedimentos é o seguinte: 1º. Michael J. D. definimos os recombinantes.2. DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE GENES Existem três possíveis ordens de genes: 1.1. no caso. 2. (sc ec+ cv) e (sc+ ec cv+).9): 114 .105 que multiplicado por 100 dá uma distância de 10. Dessa forma. pode ser calculada somando-se as distâncias entre cada um dos pares adjacentes: 9. A distância entre os dois genes extremos.1centiMorgan). na 3º. Somamos os números de descendentes de cada fenótipo recombinante selecionado e dividimos pelo número total de descendentes achando assim a frequência de recombinação entre os dois genes(163+130+1+1=295)/ 3248=0. 3. sc ec+ cv e o outro sc+ ec cv+. Escolhemos dois genes adjacentes.091x100= 9. (sc+ ec cv). o que resulta probabilidade de ocorrer o 1° e o 2º(P(1º) x P(2º)). o gene nos recombinantes que mudou de lugar em relação aos parentais foi o gene ec+. sc e ec e identificamos as classes recombinantes entre eles. a ordem correta do gene é sc ec cv. multiplicamos por 100 para achar a distância entre os dois genes. 2º. 1st. qual dos três genes apresenta uma mudança em relação aos parentais. logo. o mapa pode ser assim representado (fig. nesse caso. Calculando a distância Tendo estabelecido a ordem dos genes. 4º. por exemplo: os parentais são. 4º. Achada a frequência. O mesmo processo é repetido entre os genes ec e cv e achamos a frequência de 0. sc cv . o gene do meio é o ec+.6cM.2. (sc ec+ cv+). observamos nos duplos recombinantes. 3º.ocorram dois crossing ao mesmo tempo. (0. os duplos recombinantes.5 centiMorgan(cM).10). podemos agora calcular as distâncias entre os genes adjacentes (fig. 4. sc ec cv e o outro sc+ ec+ cv+ .1+10.091).4.5=19. . A distância entre cada par de genes é obtida estimando-se o número médio de crossings. As distâncias são dadas em centiMorgans.9: Mapa de Bridges e Olbrycht de sete genes ligados ao X em Drosophila. Incluindo a representação dos três genes calculados no problema.Peter. Logo: parentais +recombinantes com 1 crossing + recombinantes com 2 crossing = 0.0012. Fonte: Snustad. Simmons. Também podemos obter esta estimativa calculando o número médio de crossings entre estes genes: Parentais: (1158+1455)= 2613/3248=0.10: Cálculo das distâncias de mapa genético dos dados de Bridges e Olbrycht.195 x (1) = 0.0006 x (2)= 0. Michael J.2008.2008.196 Figura 4.Figura 4. Recombinantes com 2 crossing: 1+1= 2/3248= 0. D.. Simmons.805 Recombinantes com 1 só crossing:163+130+192+148= 633/3248=0. D. 115 .195.Fonte: Snustad.Peter. Michael J. 0006. Podemos agora comparar essa frequência com a frequência observada. um fenômeno chamado interferência. seu menor valor possível. que foi de 2/3. um coeficiente de coincidência igual a um significaria nenhuma interferência.105 = 0. Podemos fazer isso multiplicando as frequências de crossing de duas regiões cromossômicas adjacentes. a frequência esperada de crossings duplos no intervalo entre sc e cv seria portanto de 0. entre ec e cv . A intensidade da interferência geralmente é medida pelo coeficiente de coincidência. e. Crossings duplos entre sc e cv foram muito menos frequentes do que o esperado. Por exemplo.248 = 0.3. é calculado como I = 1 . Como nesse exemplo o coeficiente de coincidência é próximo de zero.248 = 0. c.937. a interferência foi muito forte (I é próximo de 1). Se for suposta independência (aplica-se a regra do produto das probabilidades). 116 . devemos calcular a frequência esperada de crossings duplos.248 = 0. Por exemplo. simbolizado por I. com base na ideia de independência. a frequência de crossing era (163 + 130 + 1 + 1)/3. significaria que os crossings ocorreram independentemente uns dos outros.063 O nível de interferência. que é a proporção entre a frequência observada de crossings duplos e a frequência esperada: c = Frequência observada de crossings duplos/ frequência esperada de crossings duplos = 0. ela era (192 + 148 + 1 + 1)/3.3. No outro extremo. isto é. INTERFERÊNCIA E COEFICIENTE DE COINCIDÊNCIA Um teste de três pontos tem uma vantagem importante em relação a um teste de dois pontos: ele permite a detecção de crossings duplos.063 = 0.0095 = 0.c = 1 – 0.2.091.09 1 x 0. permitindo-nos determinar se as trocas em regiões adjacentes são independentes umas das outras.0006 / 0. um crossing na região entre sc e ec ocorre independentemente de um crossing na região entre ec e cv ? Ou um crossing inibe a ocorrência de outro próximo? Para responder a tais perguntas. Esse resultado sugere que um crossing inibiu a ocorrência de outro próximo.105. entre os genes sc e ec no mapa de Bridges e Olbrycht.0095. A força da interferência é. a interferência enfraquece a ponto de crossings ocorrerem mais ou menos independentemente. portanto. em regiões grandes. uma função da distância de mapa. assim.Muitos estudos mostraram que a interferência é forte em distâncias de mapa menores que 20 cM. Entretanto. 117 . crossings duplos raramente ocorrem em curtas regiões cromossômicas. ESTRUTURAS DOS ÁCIDOS NUCLEICOS GENÉTICA MOLECULAR: 118 . 1. moléculas grandes que chamou de nucleínas. Figura 5. Fonte: http://www. estudar a estrutura dos ácidos nucleicos buscando compreender como moléculas químicas guardam informações biológicas tão valiosas. Assim.mpg.de/fml/miescher.htm/ 119 .tuebingen.1: Johann Friedrich Miescher (1844-1895). Posteriormente. o pesquisador Johann Friedrich Miescher isolou. formado por uma única molécula de DNA. neste capítulo. por si só.presente apenas nos núcleos das células . associada a proteínas. pela primeira vez. ÁCIDOS NUCLEICOS Em 1869. foram identificados dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA) .fml.ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS INTRODUÇÃO Vimos que diversos genes estão distribuídos ao longo das moléculas de DNA que constituem os cromossomos de um organismo. Cada cromossomo é. uma base e um ácido fosfórico. comprovada a natureza ácida das nucleínas . do núcleo de células. Em 1912.estas passaram a ser denominadas ácidos nucleicos. a molécula de DNA é a resposta do enigma da vida! Iremos. Phoebus Levine e Walter Jacobs concluíram que o componente básico dos ácidos nucleicos eram polímeros de nucleotídeos que.e o ácido ribonucleico (RNA) – encontrado tanto no núcleo como no citoplasma. por sua vez. No início do século XX. são moléculas complexas formadas por: um açúcar. 120 .htm É importante saber que a numeração dos carbonos é utilizada para indicar quais posições no açúcar. Os números s~o chamados de “um linha”.med. outros componentes do nucleotídeo são ligados. para distinguir os átomos de carbono no açúcar dos átomos de carbono e nitrogênio na base nitrogenada. “dois linha” e assim por diante.2: Estrutura da ribose presente no RNA e desoxiribose presente no DNA. Fonte:http://medicina.up. Assim. A denominaç~o 2’desoxirribose indica que a estrutura padr~o da ribose foi alterada através da substituição do grupamento hidroxila (-OH) ligado ao átomo de carbono 2’ por um hidrogênio (-H). Figura 5. NUCLEOTÍDEO Os nucleotídeos são unidades básicas formadoras dos ácidos nucleicos.pt/bcm/trabalhos/2 005/Interac%87%C6o%20DNA%20prot/DNA. no RNA.1. o açúcar é uma ribose.1. o açúcar do nucleotídeo é uma pentose denominada 2’desoxirribose. No DNA. Os nucleosídeos são formados quando uma base se liga a um açúcar. coenzima (coenzima A.). nicotinamina adenina de nucleotídeo (NAD+) e a flavina 121 . por sua vez. Este. é convertido a nucleotídeo através da ligação de um grupamento ácido fosfórico ao carbono 5’ do açúcar. o nucleosídeo resultante reflete o nome da base.pirimidina .As bases nitrogenadas são estruturas de anel simples . GTP. 2008. Além de serem os blocos de construção doa ácidos nucleicos.ou duplo. etc. No DNA. os nucleotídeos desempenham funções.ligadas ao carbono 1’ do açúcar. Fonte: Griffiths et al. podem ser ligadas nessa posição. Figura 5. Até três grupamentos fosfato independentes podem ser ligados por meio da ligação anidro.3: Estrutura dos quatro nucleotídeos do DNA. rica em energia.purina . . adenina ( A) e guanina (G) e as pirimidinas. como: molécula energética (ATP. Quando uma das bases está ligada à ribose. as purinas.. citosina (C) e timina (T). Figura 5.4: Representação esquemática da função do cAMP (Adenosina Monofosfato cíclica) como segundo mensageiro.mononucleotídeo (FMN) e na transmissão de sinais químicos como segundo mensageiros. 1992. Fonte: Ucko. 122 . Uma descoberta importante para a elucidação da organização estrutural do DNA é o fato de que ela não existe como uma cadeia única. 1992. e perpendiculares ao eixo da hélice. Fonte: Ucko.5: Representação esquemática da função do cAMP (Adenosina Monofosfato cíclica) como segundo mensageiro. mas como cadeias duplas complementares.2.1. ou polinucleotídeo. O RNA na célula normalmente consiste de uma cadeia polinucleotídica única formada por açúcares interligados a grupos fosfato com diferentes bases emergindo da cadeia. POLINUCLEOTÍDIOS Para que os nucleotídeos formem um ácido nucleico. forma-se uma ligaç~o diéster fosfato entre o carbono 3’ de um nucleotídeo com o carbono 5’ de outro. Devido a sua forma molecular das bases 123 . Figura 5. em planos paralelos entre si. As bases púricas e pirimídicas de cada cadeia polinucleotídica localizam-se dentro da dupla hélice. ligadas entre si por ligações de hidrogênio entre bases complementares. . timina (T) ou citosina (C).6: Modelo simplificado da estrutura helicoidal do DNA. constituindo assim o pareamento de bases. conectadas por ligações de hidrogênio (linhas tracejadas). Cada par de bases tem uma base purina. as pontas 5’ e 3’ são denominadas pela orientação dos átomos de carbono 5’ e 3’ dos anéis de açúcar. Dessa forma. (b) Um diagrama químico preciso da dupla hélice de DNA. se a sequência de pares de bases de um filamento for conhecida. Os arcabouços correm em sentidos opostos. Figura 5. desenrolado para mostrar os arcabouços açúcar-fosfato (azul) e degraus de pares de bases. e as fitas representam os arcabouços açúcar-fosfato das duas cadeias de polaridade inversa. 2008. adenina (A) ou guanina (G). e uma base pirimidínica. 124 .nitrogenadas. automaticamente se conhece a outra. Fonte: Griffiths et al. (a) Os bastões representam pares de bases. a adenina pode interagir somente com a timina (ou uracila) e a guanina interage apenas com a citosina. O diagrama em fita (a) destaca o empilhamento de pares de bases. permitem a interação do DNA com proteínas básicas e outras moléculas eletricamente positivas. Fonte: Griffiths et al. A dupla hélice é estabilizada por interações hidrofóbicas entre os anéis aromáticos planos das bases. Em consequência disso. 125 . Nessa estrutura. se as ligações diéster fosfato v~o do carbono 5’ de um nucleotídeo ao 3’ do nucleotídeo seguinte (5’  3’) na primeira fita. em cada extremidade da molécula. uma das cadeias polinucleotídica termina em 3’ e a outra em 5’. isto é.34 nm. 2008. enquanto o modelo compactado (b) mostra os sulcos maior e menor. Os grupos fosfóricos.7: Diferentes representações da dupla hélice de DNA. A distância entre as bases em uma molécula de DNA é de 0. v~o de 3’ a 5’ (3’  5’) na outra cadeia.As duas fitas da hélice de DNA ocorrem em sentido antiparelelo e se enrolam em forma de uma hélice dextro-orientada.. Figura 5. que estão orientados no centro da hélice. com carga negativa. e cada volta completa da hélice contém 10 nucleotídeos. a desoxirribose e o ácido fosfórico localizam-se na periferia da molécula em contato com a água intracelular. até 250 milhões de pares de base no cromossomo 1.A hélice pode ser desnaturada pelo calor. No genoma humano. 126 . alterações no pH ou por agentes químicos como a ureia e a formamida. Figura 5. Devido ao tamanho e complexidade da molécula de DNA. A desnaturação pelo rompimento da ligação de hidrogênio ocorre inicialmente nas ligações A-T. esta encontra-se altamente condensada dentro da célula. essas cadeias polinucleotídicas possuem centenas de milhões de nucleotídeos variando de 50 milhões de pares de base. sendo as ligações C-G mais resistentes. Duas ligações de hidrogênio entre a Adedina e a Timina e TrÊs Ligações de hidrogênio entre a Guanina e a Citosina. Fonte: Harper. no cromossomo 21.8: Complementariedade das bases. 2006. por estarem unidas por três ligações de hidrogênio. citosina e a base pirimidina uracil (U) em vez de timina presente nas moléculas de DNA. Fonte: Griffiths et al. As duas ligações de hidrogênio que podem formar-se entre U e G são mais fracas do que as que se formam entre U e A. A uracila forma ligações de hidrogênio com a adenina da mesma forma como faz a timina.. Figura5.2. guanina. 2008. 127 . as bases de U são capazes de se ligar às bases de G.9: Estrutura dos quatro nucleotídeos do RNA. A capacidade de U ligar-se tanto com a A quanto com a G é um fator importante que permite ao RNA formar estruturas extensas e complexas. muitas das quais vitais aos processos biológicos. O ÁCIDO RIBUNUCLEICO (RNA) Os ribonucleotídeos contêm as bases adenina. Porém. o mRNA sofre o segundo estágio da expressão gênica chamado tradução. o RNA de transferência ou transportador (tRNA) e o RNA ribossômico (rRNA). através do ácido ribonucleico (RNA). Fonte: Brown. 1998. são descritas três principais classes de moléculas de ácido ribonucleico: o RNA mensageiro (mRNA). molecularmente. apresentada { Sociedade de Biologia Experimental.10: Principais moléculas de RNA. 128 . Os mRNAs transmitem a informação genética armazenada na sequência de nucleotídeos de um gene do DNA cromossomal para a síntese de proteínas. O rRNA e o tRNA são os produtos finais da expressão de seus genes. o produto final do gene. O RNA dirige a síntese e a sequência dos polipeptideos e especifica as proteínas que estão envolvidas na síntese e no metabolismo do DNA e do RNA. Entre estes as moléculas de mRNAs são as mais heterogêneas em tamanho e estabilidade. Esse fluxo de informação é chamado dogma central proposto por Francis Crick.Em todos os organismos procariotas e eucariotas. em sua conferência intitulada “On Protein Synthesis”. Figura 5. em 1958. A ligação do código genético dos genes e o código de aminoácidos das proteínas estão ligados. servindo como um modelo no qual uma sequência específica de aminoácidos é polimerizado para formar uma molécula de proteína específica. O DNA dirige a síntese e a sequência do RNA. As moléculas de tRNA são adaptadores para a tradução das informações na sequência dos nucleotídeos do mRNA em aminoácidos específicos. onde serão incorporados nas proteínas que estiverem sendo sintetizadas. 2006.11: Estrutura em fita simples da molécula de RNA. 129 . É produzido por genes que se concentram em regiões específicas dos cromossomos e variam em tamanho entre 74 e 95 nucleotídeos. capturando aminoácidos livres na célula e conduzindo-os até os ribossomos. Fonte: Harper. O tRNA é uma peça chave envolvida na tradução do mRNA.Figura 5. 130 . O produto de transcrição.htm A síntese e o processamento da molécula de tRNA podem ser descritos em quatro etapas: 1. Fonte: http://www. o tRNA é transcrito pela RNA polimerase III.12: Síntese e processamento do tRNA. contém sequências de RNA complementar.ewa. Essas sequências adicionais são removidas do transcrito durante o processamento. nas extremidades 5 'e 3'. Inicialmente. contendo enzima ribonuclease P (RNase P).cz/pages1/813.Figura 5. o pré-tRNA. Os nucleotídeos adicionais à extremidade 5' são removidos por um RNA incomum. 2. Essas três bases não são codificadas pelo gene tRNA. Alguns precursores tRNA contêm um íntron localizado na região do anticódon. Já um ribossomo é uma estrutura nucleoproteica citoplasmática que atua como a maquinaria para a síntese de proteínas a partir dos moldes de mRNA. Os genes para rRNA ficam concentrados nas regiões dos cromossomos nas quais se formam os nucléolos. Em vez disso. e 8-azaguanina. no tratamento de vários tipos de câncer. um análogo das purinas. Essas modificações da base são introduzidos no tRNA. Durante a síntese proteica. Seus efeitos tóxicos refletem tanto a inibição de enzimas essenciais para a síntese de ácidos nucleicos ou sua incorporação em ácidos nucléicos com consequente rompimento da base de emparelhamento. 4. é 131 . Oncologistas empregam 5-fluoro-ou 5-iodouracil. na fase de processamento final. 3. A função biológica da maioria das bases é desconhecida. muitos ribossomos são associados com uma molécula de mRNA em um conjunto chamado de polissomos. 6-tioguanina e 6-mercaptopurina.ou 6-azauridine. que são incorporada no DNA antes da divisão celular. pirimidinas. Todos os tRNAs maduros contêm o CCA trinucleotide em suas extremidades 3'. o processo de tradução parece normal em mutantes e faltam às enzimas responsáveis pela modificação das bases.2. 5 . IMPORTÂNCIA MÉDICA DOS NUCLEOTÍDEOS Análogos sintéticos das purinas. guanina (G). O fim da enzima responsável pela adição da CCA-tRNA é transferase nucleotidil. O alopurinol. citidina (C) e uracila (U).molécula transcrita a partir de um gene. Nos ribossomos. tRNAs maduros podem conter até 10% de outras bases do que o habitual adenina (A). Esses Íntrons são separados durante o processamento do tRNA. 3deoxiuridina. nucleotídeos possuem inúmeras aplicações na medicina clínica. esses nucleotídeos são adicionados durante o processamento do pré-transcrição tRNA. as moléculas de mRNA e tRNA interagem para traduzir uma informação específica da proteína . 5 . nucleosídeos.ou 6azacytidine. 132 . metabolizada a 6-mercaptopurina. é empregada durante o transplante de órgãos.usado no tratamento da hiperuricemia e gota. devido a sua ação inibitória na biossíntese de purinas e sobre a atividade da xantina oxidase. a azatioprina. para suprimir a rejeição imunológica. Por outro lado. GENÉTICA MOLECULAR: DUPLICAÇÃO DO DNA 133 . seguidos pela síntese de novos filamentos complementares “cópias”. Estes filamentos consistem em uma fita da hélice original e uma fita nova. denominadas origens de replicação. que iremos observar neste capítulo. em tempos diferentes da fase S do ciclo celular. A replicação é extremamente complexa e envolve 20 ou mais enzimas além de outros fatores que constituem o sistema DNA replicase. O DNA das diversas espécies difere principalmente na sequência das bases nitrogenadas. DUPLICAÇÃO O mecanismo pelo qual uma molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA) faz uma cópia de si mesmo é denominado duplicação. complementar à primeira – no processo denominado duplicação semiconservativa. Uma sequência pequena contendo doze nucleotídeos de comprimento pode gerar 412 = 16777216 sequências diferentes. o que garante a integridade do material genético. ou mesmo dentro de um único cromossomo. 134 . 1. A síntese do DNA ocorre ao longo de cada cromossomo iniciando em centenas a milhares de regiões. Assim. A duplicação do DNA é assincrônica em todos os cromossomos. O arranjo estrutural da molécula de DNA permite a sua duplicação pela separação dos dois filamentos moldes “original”. é extremamente eficiente.DUPLICAÇÃO DO DNA INTRODUÇÃO A estrutura da molécula de DNA permite a transferência da informação genética de uma célula para as células filhas e de uma geração para a seguinte. o mecanismo de duplicação ou replicação do DNA. 2008. Os filamentos recém-polimerizados.Figura 6. mostrados em azul. servem como moldes para a polimerização. mostrados em amarelo.. Os filamentos parentais. Fonte: Griffiths et al. 135 .1: Modelo semiconservativo da replicação do DNA proposto por Watson e Crick. têm sequências de bases que são complementares a seus respectivos moldes. Figura 6. o que significa que os filamentos molde precisam ser lidos no sentido 5’  3’. filamentos originais estão firmemente ligados por ligação de hidrogênio. Porém. Como os dois. que mantêm os filamentos separados enquanto se processa a replicação.O primeiro passo para a replicação do DNA começa com o reconhecimento de um ponto de iniciação e desdobramento da dupla hélice realizado pelas enzimas denominadas topoisomerases. 136 . faz-se necessária a ação das proteínas SSP (single strand proteins).2: Representação do primer de RNA sintetizado a partir do molde de DNA. Fonte: Harpe. 2006. A DNA-polimerase polimeriza os nucleotídeos sequencialmente para formar uma nova fita de DNA. essa enzima não consegue iniciar a síntese das novas fitas de DNA sem o auxílio de um iniciador (primer) de RNA. porque ela só é capaz de adicionar nucleotídeos a um polinucleotídeo preexistente no sentido 5’ 3’. Essa enzima confere as bases adicionadas e remove imediatamente uma base errada.blogia. A ligação dos fragmentos ocorre pela ligação fosfodiéster catalisada pela enzima DNA ligase.com/200 7/082801-tuneko-okazaki-1933-. a primase. enquanto os primers do DNA contínuo (leading) são produzidos pela RNA polimerase que normalmente sintetiza RNA na transcrição. Essa precisão é devido à especificidade da DNA polimerase que é capaz de conferir às bases a medida que as adiciona ao filamento de DNA. em 1968. a DNA polimerase forma um filamento de DNA que contém um pequeno seguimento de RNA.php Apesar de sua complexidade. removidos posteriormente das moléculas de DNA recém sintetizadas. Ambas as enzimas utilizam como molde os filamentos de DNA separados nas origens de replicação. Estima-se que ocorre apenas um erro na replicação de 10 9 pares de bases. o processo de replicação envolve a participação de várias enzimas e cofatores: 137 . a replicação do DNA é altamente precisa.Os primers da fita descontínua (leagging) são sintetizados pela ação de uma RNA-polimerase especial. Além da DNA polimerase.3: TuKeno Okazaki. Fonte:http://mujeresdeciencias. A teoria de que o DNA descontínuo 3’ 5’ era sintetizado em pedaços foi constatada pela bióloga molecular Tuneko Okazaki em estudos realizado em colaboração com Reiji Okazaki. antes que a síntese do filamento continue. a DNA polimerase sintetiza o DNA até certa distância antes de encontrar o primer na ponta 5’ do fragmento de Okazaki seguinte. Nos dois casos. No filamento descontínuo. Figura 6. Identificaram trechos curtos de DNA entre 100 e 1000 nucleotídeos de comprimentos associados à sua replicação – os fragmentos de Okazaki. mantendo-as separadas.single strand binding protein: Essas proteínas.DNA helicase: são enzimas que se ligam à fita simples de DNA. DNA ligase: a enzima responsável por realizar a junção entre os fragmentos de DNA (fragmentos de Okazaki) sintetizados na fita atrasada. entre outras proteínas. que é na realidade uma região curta de aproximadamente 10 nucleotídeos de comprimento. As DNA polimerases não conseguem iniciar a síntese de uma fita complementar de DNA através de um molde completamente composto de fita simples. 138 . Assim que as fitas se abrem. Primase: é a enzima responsável por sintetizar primer. forçando as fitas se separarem e provocando um desenrolamento. próximo à zona de replicação e se movem na direção da fita dupla. as proteínas desestabilizadoras se ligam à fita simples. ligam-se à fita simples de DNA. com um grupo hidroxila livre no carbono-3’. Elas necessitam de oligonucleotídeo iniciador. Proteína de ligação do DNA de fita simples . denominado primer. DNA topoisomerase: um problema de superdobramento ocorre à medida que as fitas se separam. denominadas de proteínas desestabilizadoras da hélice. que serve como primeiro aceptor de um nucleotídeo. As enzimas DNA topoisomerase são responsáveis pelo mecanismo para remover o superdobramento. 4: Representação molecular de forquilha de replicação. A topoisomerase e a helicase desenrolam e abrem a dupla hélice na preparação para a replicação do DNA. 139 . Quando a dupla hélice está desenrolada.. Fonte: Griffiths et al. A ilustração é uma representação do chamado modelo trombone (denominada por sua semelhança a um trombone devido à alça do filamento de replicação descontínua) mostrando como os dois cernes catalíticos do replissomo são vistos interagindo para coordenar os vários eventos da replicação dos filamentos leading e lagging. as proteínas de ligação a um só filamento impedem que a dupla hélice se reconstitua. 2008.Figura 6. GENÉTICA MOLECULAR: TRANSCRIÇÃO 140 . com exceção de alguns vírus de RNA. mas não estão presentes no RNA mensageiro (RNAm) no citoplasma. Essas sequências intercalares. as proteínas não podem por si só orientar a síntese de RNA. os éxons. apenas as sequências codificantes. A descoberta de que os genes formam um código genético foi um dos mais importantes acontecimentos científicos da época. e o RNA não pode orientar a síntese de DNA. carregam a informação da sequência de aminoácidos de uma proteína. Sequências de pares de bases nitrogenadas que indicam o início dos genes são denominadas regiões promotoras. 1.TRANSCRIÇÃO INTRODUÇÃO O que difere os polinucleotídeos das diferentes espécies é a ordem em que as bases estão arranjadas em cada fita de DNA. Assim. sequências de término de transcrição. GENE Um gene é um seguimento de uma molécula de DNA que contém o local de início e fim da síntese de uma molécula de RNA. Em 1958. Iremos neste capítulo compreender como as informações armazenadas na molécula de DNA são transcritas na célula. Francis Crick postulou que a informação biológica contida no DNA de um gene é primeiramente transferida ao RNA e depois à proteína. são inicialmente transcritas em RNA no núcleo. Sendo o fluxo de informação unidirecional. A maioria dos genes é interrompida por uma ou mais regiões não codificantes. as que indicam o fim dos genes. 141 . denominadas íntrons. o tamanho médio de um intron em mamíferos é de cerca de 2000 nucleótidos.1.000 nucleotídeos entre 2. O número e o tamanho dos íntrons variam de gene para gene e de espécie para espécie. Assim. Os íntrons 142 . Um exemplo clássico em seres humanos é o do gene da distrofia muscular de Duchenne que possui 79 exons e 78 introns. não. quando unidos os éxons.1: Representação esquemática do DNA de organismos superiores. que são conjuntos de proteínas e moléculas de snRNA (pequenos RNAs nucleares). distribuídos por 2. snRNA Após a descoberta de éxons e íntrons. a maior porcentagem do DNA em mamíferos codifica introns. exons. enquanto que em média o tamanho do exon é de cerca de 200 nucleotídeos. 1992. o mRNA resultante apresenta 14. A remoção de íntrons e união dos éxons é denominada splicing. mas também em alguns genes de rRNA e até mesmo genes tRNA. sendo removidos durante o processo de transcrição do mRNA. os cientistas voltaram sua atenção para o mecanismo de splicing do RNA.5 milhões de pares de bases. As regiões que codificam proteínas (éxons) estão separadas por (íntrons) por regiões que não estão presentes no mRNA final. Fonte Ucko. 1. Os íntrons estão presentes não apenas em genes que codificam proteínas. Entretando.Figura 7.5 milhões de pares de base não codificantes. O processamento splicing é uma operação complexa realizada pelos spliceossomos. Por exemplo. Essa maquinaria enzimática reconhece sinais no RNA nascente que especificam os locais de corte. enquanto o filamento do gene transcrito é lido no sentido 3’  5’ com relaç~o { estrutura desoxirribose fosfodiéster. A síntese do transcrito prim|rio de mRNA ocorre no sentido 5’  3’. 1. o TATA boxe – 5’TATAAAT-3’) – situada geralmente cerca de 25 nucleotídeos antes da sequência a ser transcrita. O iRNA funciona como mecanismo de defesa contra vírus que têm código genético em forma de fitas duplas de RNA. 143 . que é precedido por um trecho rico em pirimidinas. bem como os níveis de expressão de um determinado gene em tecidos diferentes. com diferentes propriedades regulatórias que especificam o padrão de desenvolvimento. Existem vários tipos diferentes de promotor encontrados no genoma humano. Além de atuar no controle da expressão genética. Durante o processo de alongamento da transcrição.2. trata-se de uma importante ferramenta de pesquisa que poderá dar origem a novos tratamentos para condições ligadas a características genéticas. que permite “silenciar” genes com precis~o. a RNA polimerase percorre a molécula de DNA desenrolando a dupla hélice. 2. A TRANSCRIÇÃO A transcrição de genes codificantes pela RNA polimerase é iniciada anteriormente ao gene. na região promotora – pequena sequência de nucleotídeos reconhecida pela polimerase II (como por exemplo. iRNA A descoberta do mecanismo conhecido como RNA de interferência. enquanto liga sequencialmente ribonucleotídeos { extremidade 3’ da molécula crescente de RNA. rendeu aos biólogos norte -americanos Andrew Fire e Craig Mello o Prêmio Nobel de Medicina de 2006.quase sempre começam com GU e terminam com AG. portanto. 2008.Como o RNA sintetizado corresponde tanto em polaridade quanto em sequência de bases (substituindo Timina por Uracila) ao filamento 5’  3’.7-metilguanosina que está ligado ao ribonucleosídeo através de uma ponte contendo 3 fosfatos. além de estabilizar o mRNA.2: A sequência de mRNA é complementar ao filamento-molde de DNA do qual ele é transcrito e. Essa sequência é do gene para a enzima 3-galactosidase. A transcrição continua incluindo íntrons e éxons do gene. essa fita de DNA não transcrita é denominada codificante ou com sentido. além da posição no cromossomo que eventualmente corresponde { ponta 3’ do mRNA. O cap . corresponde à sequência não molde (exceto em que o RNA tem U onde o DNA tem T).. 144 . Está envolvido no reconhecimento do mRNA pela maquinária de tradução. Já o filamento 3’ 5’ transcrito é denominado n~o-codificante ou sem sentido. O transcrito primário de RNA é processado pela adição de uma estrutura química “cap” na ponta 5’ do RNA e uma clivagem na ponta 3’ em um ponto específico. ao final da informação codificante. Fonte: Griffiths et al. Essa clivagem é seguida pela adição de uma cauda poliA na ponta 3’ do RNA. impedindo o ataque de 5'-exonucleases. Figura 7. assim como o processamento do RNA. em geral encontrada na parte 3’ não traduzida do RNA transcrito. O mRNA é transportado então para o citoplasma.cz/pages1/813_soubory/end. ou por uma sequência semelhante a esta. onde ocorre a tradução.Figura7. Fonte: http://www. 145 . Essas modificações pós transcricionais ocorrem no núcleo.3: Representação esquemática da estrutura cap (metilguanosina) e das proteínas nucleares (CBP80 e CBP20) envolvidas no complexo de ligação cap durante a transcrição do mRNA.gif A cauda poliA parece aumentar a estabilidade do RNA poliadenilato resultante.ewa. O ponto de poliadenilação é especificado em parte pela sequência AAUAAA. Figura 7.gif 146 . Fonte: http://www.4: Representação esquemática do complexo de poliadenilação.cz/pages1/813_soubory/end.ewa. GENÉTICA MOLECULAR: TRADUÇÃO 147 . a maioria dos aminoácidos é especificada por mais de um códon. ou uma pirimidina (T ou C) ou. O CÓDIGO GENÉTICO A chave para a tradução é um código que relaciona aminoácidos específicos à combinação de três bases adjacentes ao longo do mRNA. complexos macromoleculares constituídos por RNA ribossômico (18S e 28S) associados a proteínas ribossomiais. 148 . o código genético consiste em um conjunto de três nucleotídeos (trinca) que indicam um aminoácido X. Por sua vez. Assim. no qual a sequência de bases adjacentes determina a sequência de aminoácidos no polipeptídeo codificado. qualquer uma das quatro bases sem alterar a mensagem codificada. A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos. Citosina. neste capítulo iremos compreender o mecanismo de tradução e como ocorrem as mudanças pós-traducionais.TRADUÇÃO INTRODUÇÃO A informação genética é armazenada no DNA por meio de um código. Por exemplo. e Guanina) pode reproduzir 64 aminoácidos. 1. Por isso o código genético é dito como degenerado. em alguns casos. Como existem 20 aminoácidos presentes nas proteínas dos seres humanos e 64 possíveis códons. Timina. a célula necessita decifrar o código genético presente no mRNA. Mas para que a informação contida nos nucleotídeos seja traduzida em uma proteína específica. Um código de três letras de quatro diferentes bases ( Adenina. a base na terceira posição da trinca pode ser uma purina (A ou G). Figura 8.1: O código genético designa os aminoácidos especificados por cada códon. a tradução é sempre iniciada em um códon AUG que especifica o aminoácido metionina. UGA. pois é o primeiro a ser adicionado à cadeia polipeptídica) é removido antes que a síntese da proteína seja completada. Os códons. Porém. Apenas os aminoácidos metionina e triptofano são especificados apenas por um único códon. UAA ou UAG. Por outro lado. são denominados finalizadores ou sem sentido porque marcam o término da tradução da molécula de mRNA. normalmente esse aminoácido (amino-terminal. 1992. Fonte: Ucko. 149 . A FUNÇÃO DO tRNA Há pelo menos 20 tipos de moléculas de tRNA em cada célula. Embora os tRNA apresentem sequências nucleotídicas especificas. 1998. Fonte: Brown.2: Representação esquemática da síntese do tRNA. correspondentes a cada um dos 20 aminoácidos necessários para a síntese de proteínas. 150 . Figura 8. A estrutura primária.2. a sequência de nucleotídeos de todas as moléculas de tRNA gera uma estrutura secundária em duas dimensões como um trevo. essas moléculas possuem muitas características em comum. isto é. Eles são complementares a um códon do mRNA correspondente a um aminoácido transportado pelo tRNA. Fonte: Brown. 1998. em seguida.3: Representação esquemática das moléculas individuais de tRNA específicas para aminoácidos diferentes. o reconhecimento dessa molécula ocorre por meio de uma proteína capaz de distinguir tanto o tRNA quanto o aminoácido específico. Figura 8. Como não há afinidade de ácidos nucleicos presentes nas moléculas do tRNA para os grupos funcionais específicos de aminoácidos. O processo de reconhecimento e ligação de cada um dos 20 aminoácidos é realizado por um grupo de enzimas denominado aminoacil-tRNA sintetase. sugere-se que o pareamento entre este último e o nucleotídeo correspondente do anticódon não é estritamente uma regra. reconhece um tRNA 151 .Como o código do mRNA é escrito em grupos de três nucleotídeos. As moléculas de tRNAs possuem um grupo de três nucleotídeos chamado "anticódon". Como a degeneração do código genético reside principalmente no último nucleotídeo do código em trincas. a tradução se efetua graças ao tRNA capaz de "ler" o código do mRNA. constituída por sete nucleotídeos. é formado um intermediário ativado de aminoacil-AMP que. Durante o processo de reconhecimento. que quando associadas formam uma partícula 70S.específico.na síntese de um polipeptídeo. sendo a taxa de erro inferior a 10-4. Figura 8. Ao contrário. formando o ribossomo 152 . Esse processo é extremamente preciso. OS RIBOSSOMAS Os ribossomas foram originalmente caracterizados por sua taxa de sedimentação e.3’ . o que é uma indicação do tamanho molecular dessas estruturas macromoleculares. O aminoácido permanece ligado ao seu tRNA específico em uma ligação éster até que é polimerizado em uma posição específica . 2.1998. seus nomes são derivados de seus coeficientes de sedimentaç~o em Svedberg (S) “unidade”. em eucariontes as subunidades pequena e grande são denominadas 40S e 60S. por essa razão.4: Representação da reação envolvida na aminoacilação de um tRNA. Em procariontes as subunidades pequena e grande são designadas 30S e 50S. respectivamente. Fonte: Brown. . (a) (b) Figura 8. o ribossomo se contém no centro catalítico responsável pela formação da ligação peptídica. Os ribossomas são o local onde o mRNA e aminoacil-tRNA se reúnem durante a tradução da mensagem genética em todos os tipos de células.80S. Os ribossomas foram descobertos no início dos anos 1940. 153 . Fonte: Griffiths et al. Cada subunidade contém rRNA de tamanhos variados e um conjunto de proteínas. Embora os ribossomas eucarióticos sejam maiores e mais numerosos. Além de fornecer o suporte estrutural para o processo de decodificação. 2008.5: Um ribossomo contém uma subunidade grande e outra pequena. (b) Ribossoma eucarioto. Existem duas principais moléculas de rRNA em todos os ribossomos. (a) Ribossoma procarioto. os componentes e as etapas de síntese proteica são universalmente semelhantes. mais de uma década depois. mas seu papel na síntese de proteínas logo se tornou aparente. O nome "ribossomo" foi dado a essas moléculas em 1958. o chamado centro peptidil transferase. O complexo de iniciação forma-se na ponta 5’ do mRNA e o percorre no sentido de 3’ à procura de um códon de início. TRADUÇÃO Uma vez no citoplasma da célula. O reconhecimento do código de início dispara a montagem do ribossomo completo e a dissociação dos fatores de iniciação (não mostrados). O códon iniciador é a primeira trinca AUG que a subunidade pequena encontra.4.. à medida que "escaneia" a molécula de mRNA.6: Representação esquemática do início da tradução em eucariontes. 154 . A subu nidade pequena do ribossomo (40S nos eucariontes) então se move ao longo do mRNA até alcançar um códon iniciador e começar a tradução. 2008. Figura 8. A hidrólise de ATP fornece energia para ativar o processo de varredura. o mRNA produzido a partir do DNA é reconhecido pelo ribossoma que se liga a sua extremidade 5’. Fonte: Griffiths et al. 7: Representação esquemática da etapa de alongamento. liberando a energia necessária para a síntese do polipeptídeo. Fonte: Griffiths et al. Dessa união. Para tanto.Formado o complexo de iniciação. um fator EF-G liga-se ao sítio A enquanto empurra os tRNA e seus códons de mRNA para os sítios E e P. 2008. uma molécula de ATP é hidrolisada. 155 . a subunidade grande do ribossoma pode se fixar. e o sítio aminoacil “aminoterminal” – posicionado sobre o segundo códon. Figura 8. Um complexo ternário consiste em um aminoacil-tRNA ligado a um fator EF-Tu que se liga ao sítio A.. Após seu aminoácido juntar-se à cadeia polipeptídica em crescimento. resultam dois sítios de ligação: as moléculas de tRNA – um sítio peptidil “amino terminal” ocupado no momento pelo tRNAmet – códon de iniciação. Durante a síntese proteica. e os dois aminoácidos estão em contato direto. formando um complexo denominado polissoma. e o ciclo de alongamento da cadeia polipeptídica é então repetido.php 156 . estando cada um em um estágio diferente.br/conteudos/Citologia2/AcNucleico9.sobiologia. liberando o tRNAmet.Ambos os sítios do ribossoma estão ocupados tRNAs aminoacilados. permitindo que o sítio Aminoacil fique livre.com. A etapa posterior é a formação de uma ligação peptídica entre o grupamento carboxila da metionina e o grupamento amino do segundo aminoácido. de modo que o tRNA ligado a um aminoácido entre no sítio peptidil. O terceiro tRNA aminoacilado entra no sítio aminoacil. Essa reação é catalisada pela peptidiltransferase.8: Representação esquemática do processamento seqüencial da molécula de mRNA durante a tradução. Fonte: http://www. O ribossomo então desliza ao longo do mRNA através de três nucleotídeos. mais de 80 ribossomas movem-se pela molécula de mRNA ao mesmo tempo. Figura 8. fatores de liberação clivam o polipeptídeo completo. Figura 8. Em seguida. 157 . UAG ou UGA) entra no sítio aminoacil. e as subunidades 40 S e 60 S se disossiam. Fonte: Griffiths et al. em um processo que envolve o gasto de energia na forma de GTP.A finalização da tradução ocorre quando um códon finalizador (UAA. A tradução é terminada quando os fatores de liberação reconhecem os códons de fim no sítio Aminoacil (A) do ribossomo. 2008..9: Representação esquemática do termina da tradução. codificadas pelo mesmo gene ou por genes distintos. MUDANÇAS PÓS TRADUCIONAIS A maioria das proteínas passa por modificações pós transducionais.5. Fonte: http://www.ibilce.biocristalografia.unesp.10: Formação da estrutura quaternária da hemoglobina. A molécula de hemoglobina é um tetrâmero formado por duas cadeias de alfa-globina e duas cadeias de beta-globina ligadas por interações não covalente.df. podem se combinar para formar um único complexo proteico final. A estrutura tridimensional específica de cada proteína é determinada pela própria sequência de aminoácidos.br/xtal/texto_hb. Figura8. Duas ou mais cadeias polipeptídicas.php 158 . 11: Fosforilação e desfosforilação de proteínas.Os produtos proteicos também podem ser modificados quimicamente. As proteínas podem ser ativadas pela ligação enzimática de grupos fosfato aos grupos laterais de seus aminoácidos e inativar a remoção desses grupos fosfato. após a sua tradução. enquanto que as enzimas chamadas fosfatases removem esses grupos fosfato das proteínas.. Duas das alterações mais comuns são a fosforilação e ubiquitinação. Como a adição e remoção de grupos fosfato atuam como um interruptor reversível no controle de uma variedade de eventos celulares. Fonte: Griffiths et al. 2008. incluindo a ativação e/ou inativação de enzimas específicas. 159 . 5. Figura 8. treonina e tirosina. FOSFORILAÇÃO Um grupo de enzimas denominadas quinases é capaz de ligar grupos fosfato aos grupos hidroxila dos aminoácidos serina.1. Mais de 300 modificações podem ocorrer nos aminácidos das cadeias polipeptídicas. 5. estando altamente conservada em plantas e animais. 9.23 São mostradas as principais etapas na degradação de proteínas mediada pela ubiquitina. Figura 8. A ubiquitina é uma proteína que contém 76 aminoácidos. presente nos organismos eucariontes. UBIQUITINAÇÃO O mecanismo de ubiquitinação envolve a adição de uma proteína denominada ubiquitina ao resíduo de lisina de uma proteína alvo.12: Ubiquitinação. FIG. Fonte: Griffiths et al. ou são proteínas danificadas ou transformadas. 160 . A ubiquitina primeiro é conjugada a outra proteína e. como as que participam do ciclo celular. então.2. que será posteriormente degradada em um complexo denominado proteasomo. A ubiquitina e os oligopeptídeos são então reciclados. 2008. degradada pelo proteassomo. As principais classes de proteínas que são metabolizadas por ubiquitinação apresentam uma meia vida curta.. as proteínas são sintetizadas nos ribossomos localizados no citoplasma. Por exemplo.13: Representação da incorporação de sequências de sinal que marcam as proteínas que serão secretadas pela célula. Figura 8. algumas dessas proteínas acabam no núcleo. Fonte: Griffiths et al. que as direciona para os canais na membrana do retículo endoplasmático onde a sequência final é clivada por uma peptidase. e outras ainda ancoradas à membrana interna ou externa. geralmente. No entanto. um peptídeo lider de 15 a 25 aminoácidos.6. 161 . 2008. proteínas de membrana apresentam. a proteína é direcionada para seu destino final. em organelas como as mitocôndrias. ou secretadas em vesículas.. A partir do retículo endoplasmático. DESTINO DAS PROTEÍNAS Em eucariotos. O direcionamento das proteínas ocorre por meio uma sequência curta “peptídeo líder” na sua extremidade amino -terminal. MUTAÇÃO E MECANISMO DE REPARO GENÉTICA MOLECULAR: 162 . MUTAÇÃO E MECANISMO DE REPARO INTRODUÇÃO A molécula de DNA serve como um modelo para a transcrição das informações em RNA e para a replicação da informação em moléculas de DNA filha. Mesmo sendo altamente específico, o processo de replicação gera erros que, em sua maioria, são corrigidos pela DNA polimerase, porém alguns erros não são detectados. Além disso, o DNA pode ser danificado ou alterado de uma maneira que afeta sua sequência de bases. 1. MUTAÇÃO Uma mutação é uma alteração na sequência de nucleotídeos de uma molécula de DNA, que pode ocorrer dentro de um gene ou em regiões intergênicas. Se uma mutação ocorre em uma região intergênica, ela provavelmente será silenciosa e não terá efeito na célula. Entretanto, se uma mutação ocorre em um gene, ela pode alterar o produto gênico e gerar uma alteração observável no organismo: isso é chamado de uma mudança no fenótipo. O fenótipo de um organismo é um conjunto de características observáveis, em contrapartida, o genótipo é sua constituição gênica. Um organismo que apresenta o fenótipo usual para a espécie é chamado tipo selvagem; um organismo cujo fenótipo foi alterado por mutação é chamado mutante. 163 Figura 9.1: Representação do gene. Fonte: Brown, 1998. 1.1. TIPOS DE MUTAÇÕES 1.1.1. MUTAÇÃO NA SEQUÊNCIA DE NUCLEOTÍDEOS DO DNA 1.1.1.1. MUTAÇÃO PONTUAL Trata-se da substituição de um nucleotídeo por outro. Ela pode causar a substituição de um aminoácido por outro na sequência polipeptídica. Pode ainda ser classificada como mutação pontual de transição, se a substituição for de uma 164 purina e/ou pirimidina por outra (Adenina  Guanina; Guanina  Adenina; Timina  Citosina; Citosina  Timina), ou mutação pontual de transversão, se a alteração for de uma purina para uma pirimidina ou vice-versa. 1.1.1.2. MUTAÇÃO POR INSERÇÃO OU DELEÇÃO Mutações graves envolvem a inserção ou deleção de um par de nucleotídeos ou mesmo de grandes trechos de DNA. Estas são conhecidas como mutação por "deslocamento", uma vez que elas fazem que o DNA seja lido incorretamente. Esse tipo de mutação é geralmente letal porque resulta na síntese de proteína completamente diferente. 1.1.1.3. MUTAÇÃO POR INVERSÃO Esse tipo de mutação ocorre pela excisão de uma parte da dupla hélice seguida de sua reinserção na mesma posição, mas em orientação inversa. 1.2. MUTAÇÃO EM UM GENE Seja pontual, de inserção, deleção ou inversão, uma mutação será silenciosa, se ocorrer em uma região intergência. Mas, quando ocorre em uma sequência codificante do DNA, pode gerar diferentes consequências: 1.2.1. MUTAÇÃO SILENCIOSA Ocorrerá quando a mutação pontual se der no nucleotídeo da terceira posição de um códon que, devido à redundância do código genético, dificilmente irá alterar o aminoácido codificado no local da mutação. 165 Alteração de duas bases (por exemplo: luz UV que pode causar a dimerização de pirimidinas adjacentes). AGENTES MUTAGÊNICOS Danos causados ao DNA por agentes físicos e químicos podem ser classificados em quatro tipos: I. como raios X ou gama.2. como as histonas). a mutação altera a atividade da proteína. como as causadas por radiações ionizantes. produzindo. IV. levando a um fenótipo mutante.3. 1. Mutações podem também resultar de meios artificiais. Ligação cruzada (por exemplo: entre moléculas de DNA e proteínas. geralmente.3. II. porém com a alteração do aminoácido codificado. Alteração de uma única base (por exemplo: pela desaminação da adenina em hipoxantina ou desaminação da citosina em uracil). MUTAÇÃO DE SENTIDO TROCADO Trata-se também de uma mutação pontual. 1. 1.2. resultando em um gene que codifica um polipeptídeo incompleto. MUDANÇA NA MATRIZ DE LEITURA Ocorre pela inserção ou deleção de bases que levam à leitura incorreta dos códons adiante da mutação. Se a mutação afetar um aminoácido essencial para a estrutura ou função da proteína. maior a 166 . Ruptura dos filamentos de DNA (por exemplo: na oxidação por radicais livres).4. Na maioria dos casos. III.2. resultando em um fenótipo mutante.1. MUTAÇÃO SEM SENTIDO Essa é uma mutação de ponto que altera o códon original para um códon finalizador.2. esta será inativada. um fenótipo mutante. Quanto maior a dosagem. por ocorrer principalmente no primeiro ou segundo nucleotídeo de um códon. como 5-bromouracila. citidina em uridina). que ocorre principalmente entre os negros. enquanto que as oxidações intracelulares são reduzidas pela ação do NADPH2. um "gás mostarda" nitrogenado usado durante a guerra. podem tornar-se parte da molécula do DNA. remove grupos amina (transformando. indiretamente. como modificação das bases. glutation e pela vitamina E. Moléculas com estruturas semelhantes às das bases. Certas substâncias conhecidas como agentes químicos mutagênicos que incluem agentes alquilantes tais como os compostos do tipo ClCH2CH2N(R)CH2CH2Cl (onde R é o radical alquila). um análogo sintético da timina. induzindo a produção de íons superóxidos. Os íons superóxidos.probabilidade de ocorrer uma mutação genética. O DNA sofre a ação de agentes químicos produzidos pela própria célula. HNO2. Uma doença dita de origem genética pode resultar da alteração na sequência de aminoácidos de uma proteína. pode reagir nitrogênio das bases do DNA. as células desenvolveram vários sistemas de proteção. O ácido nitroso. 167 . O erro quando hereditário é transmitido de pais para filhos. Entretanto. Calcula-se que os íons H+ e a alteração térmica sejam responsáveis pela perda de aproximadamente 10000 bases púricas por dia. ou ruptura dos filamentos e. decorrente de uma mutação no DNA. mas não formarão pontes de hidrogênio da maneira como o fazem as bases que estão sendo substituídas. A presença do pigmento melanina nas células da epiderme constitui em um mecanismo de defesa contra os raios ultravioleta. Os íons H+ são neutralizados pelos reguladores ácido-base. em cada célula do organismo humano. Os raios cósmicos e outras radiações podem causar lesões diretas no DNA. que gera a substituição do ácido glutâmico pela valina. por causa dos casamentos entre pessoas do mesmo grupo. Doenças moleculares tendem a aparecer em grupos raciais particulares. Na anemia falciforme. ocorre uma mutação pontual pela substituição da timina pela adenina. por exemplo. são inativados pela ação da superóxido dismutase. capazes de danificar a estrutura do DNA. por exemplo. para proteger seu DNA entre outras moléculas. uma fosfodiesterase remove o nucleotídeo sem base. Enzimas denominadas uracila DNA glicosilases removem a uracila presente na molécula de DNA clivando a ligação glicosídica da base com o açúcar. na segunda fase. bem como para a sobrevivência da espécie. resultando em um sítio apurínico. MECANISMO DE REPARO A manutenção da integridade da informação da molécula de DNA é de extrema importância para a sobrevivência de um organismo em particular. Curiosamente. consiste na identificação da mutação e da remoção por meio de endonucleases do seguimento alterado. doença que aflige os países subdesenvolvidos. O reparo por excisão de bases envolve enzimas que são capazes de reconhecer danos comuns. que ocorre espontaneamente na presença de água. 168 . 2. o seguimento removido é substituído pela sequência correta de nucleotídeos. portadores de anemia falciforme são imunes à malária.num certo ponto da tradução. uma DNA polimerase preenche o espaço e por fim a DNA ligase une o filamento reparado. a exemplo da desaminação (remoção do grupo -NH2) da citosina. Posteriormente. gerando uma uracila. uma endonuclease corta o polinucleotídeo adjacente à posição danificada. específica para cada tipo de mutação. O reparo do DNA é realizado de modo geral em duas fases: a primeira. Figura 9. Fonte: Brown. o reparo por excisão de nucleotídeos é mais comum entre a maioria dos organismos. O espaço vazio é preenchido por uma DNA polimerase. sendo iniciado por uma enzima capaz de originar quebras unifilamentares na molécula de DNA. 1998. 169 . Por outro lado.2: Reparo por excisão de base. Em seguida. O seguimento contendo o nucleotídeo danificado é removido. juntamente com algumas bases adjacentes. sendo o reparo concluído pela ação da DNA ligase. que irá identificar e corrigir o erro na fita recémsintetizada. e não no filamento parental. ocorre um mecanismo de reparo de mau pareamento das bases.Figura 9. Fonte: Brown. Durante o processo de replicação do DNA. 170 . 1998.3: Reparo por excisão de nucleotídeo. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan.. 3ª Edição. 2008. WILLARD. S. Thompson & Thompson. J.AMABIS.9. R.C. JOSÉ M. R. BENDER. Genética um enfoque molecular. K.Biologia.Biologia das Populações.MARTHO.. LEWONTIN.. Biologia Celular e Molecular. NUSSBAUM. V. SÉRGIO. BOTHAM. RODWELL. ROSSO. 1ª edição.São Paulo.11. 2003. Genética médica. 27th Edition. K. 1998. p. vol 3. LOPES. BROWN. D.C.CUMMINGS.299. 2006. CARROLL. 2.. R. Biologia Hoje.B. 2008.. São Paulo: Nova Geração.838.MICHAEL R.. A.A. GRANNER. S. T. São Paulo: Saraiva. JUNQUEIRA. 171 .. New York: Freeman and Company. LAURENCE. 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