GENÉTICA - Plone site · Medicina da Ribeirão Preto, da Universidade de São Paulo (FMRP - USP)....

GENÉTICA

EdITorA dA UNIvErsIdAdE EsTAdUAl dE MArINGá

Reitor Prof. Dr. Décio Sperandio Vice-Reitor Prof. Dr. Mário Luiz Neves de Azevedo Diretor da Eduem Prof. Dr. Ivanor Nunes do Prado Editor-Chefe da Eduem Prof. Dr. Alessandro de Lucca e Braccini

CoNsElho EdITorIAl

Presidente Prof. Dr. Ivanor Nunes do Prado Editor Associado Prof. Dr. Ulysses Cecato Vice-Editor Associado Prof. Dr. Luiz Antonio de Souza EditoresCientíficos Prof. Adson Cristiano Bozzi Ramatis Lima Profa. Dra. Ana Lúcia Rodrigues Profa. Dra. Analete Regina Schelbauer Prof. Dr. Antonio Ozai da Silva Prof. Dr. Clóves Cabreira Jobim Profa. Dra. Eliane Aparecida Sanches Tonolli Prof. Dr. Eduardo Augusto Tomanik Prof. Dr. Eliezer Rodrigues de Souto Prof. Dr. Evaristo Atêncio Paredes Profa. Dra. Ismara Eliane Vidal de Souza Tasso Prof. Dr. João Fábio Bertonha Profa. Dra. Larissa Michelle Lara Profa. Dra. Luzia Marta Bellini Profa. Dra. Maria Cristina Gomes Machado Profa. Dra. Maria Suely Pagliarini Prof. Dr. Manoel Messias Alves da Silva Prof. Dr. Oswaldo Curty da Motta Lima Prof. Dr. Raymundo de Lima Prof. Dr. Reginaldo Benedito Dias Prof. Dr. Ronald José Barth Pinto Profa. Dra. Rosilda das Neves Alves Profa. Dra. Terezinha Oliveira Prof. Dr. Valdeni Soliani Franco Profa. Dra. Valéria Soares de Assis

EqUIpE TÉCNICA

ProjetoGráficoeDesign Marcos Kazuyoshi Sassaka Fluxo Editorial Edneire Franciscon Jacob Mônica Tanamati Hundzinski Vania Cristina Scomparin Edilson Damasio ArtesGráficas Luciano Wilian da Silva Marcos Roberto Andreussi Marketing Marcos Cipriano da Silva Comercialização Norberto Pereira da Silva Paulo Bento da Silva Solange Marly Oshima

Maringá2011

Formação de ProFessores em CiênCias biológiCas - ead

GENÉTICA

16

João Alencar PamphileVeronica Elisa Pimenta Vicentini

(Organizadores)

5

umárioS

Genética / João Alencar Pamphile, Veronica Elisa Pimenta Vicentini, organizadores. -- Maringá: Eduem, 2011. 260 p. 22cm. (Coleção formação de professores em ciências biológicas – EAD, n. 16)

ISBN

1. Ciências biológicas. 2. Biologia – Estudo e ensino. 3. Genética - Estudo e ensino. I. Pamphile, João Alencar, org. II. Vicentini, Veronica Elisa Pimenta, org.

CDD 21. ed. 575.1

G328

Sobre os autores

Apresentação da coleção

Apresentação do livro

Capítulo 1Natureza do Material Genético

João Alencar Pamphile

Capítulo 2DNA: Estrutura e Replicação


Capítulo 3Transcrição do DNA e Processamento do RNA


Capítulo 4O Código Genético


Capítulo 5Tradução do RNA em Proteína


Capítulo 6Mutação: Aspectos Gerais

Veronica Elisa Pimenta Vicentini

Capítulo 7Mutação Gênica: Bases Moleculares


Capítulo 8Mutação: Mecanismos de Reparo


Capítulo 9Controle da Expressão Gênica em Procariotos


Capítulo 10Controle da Expressão Gênica em Eucariotos

Claudete Aparecida Mangolin

Capítulo 11Rearranjo Gênico e Diversidade de Anticorpos

Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki

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Copyright © 2011 para o autor

Todos os direitos reservados. Proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo

mecânico, eletrônico, reprográfico etc., sem a autorização, por escrito, do autor. Todos os direitos

reservados desta edição 2011 para Eduem.

Endereço para correspondência:

Eduem - Editora da Universidade Estadual de MaringáAv. Colombo, 5790 - Bloco 40 - Campus Universitário

87020-900 - Maringá - ParanáFone: (0xx44) 3011-4103 / Fax: (0xx44) 3011-1392

http://www.eduem.uem.br / [email protected]

Formação de professores em Ciências Biológicas - EAd

Apoio técnico: Rosane Gomes Carpanese

Normalização e catalogação: Ivani Baptista - CRB 9/331

Revisão Gramatical: Prof. Dr. Osvaldo Ferrarese Filho

Projeto Gráfico: Carlos Alexandre Venancio

Edição e Diagramação: Jeferson Gonçalves de Lima

Capa: Jeferson Gonçalves de Lima

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

Ivani Baptista –Bibliotecária CRB-9/331

GENÉTICA

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organizadores / Autores:

JOãO AlENCAR PAMPhilE

Docente do Departamento de Biologia Celular e Genética, da Universidade

Estadual de Maringá - PR (Associado C). Graduação em Ciências -

licenciatura Plena em Biologia, na Universidade Federal Rural do Rio de

Janeiro (UFRRJ). Mestrado em Genética e Melhoramento de Plantas, na

Escola Superior de Agricultura luiz de Queiroz, da Universidade de São

Paulo (ESAlQ-USP). Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas,

na Escola Superior de Agricultura luiz de Queiroz, da Universidade de São

Paulo (ESAlQ - USP).

VERONiCA EliSA PiMENTA ViCENTiNi


Estadual de Maringá - PR (Associado C). Graduação em Ciências Biológicas,

na Faculdade de Filosofia Ciências e letras de Ribeirão Preto, da Universidade

de São Paulo (FFClRP - USP). Mestrado em Genética, na Faculdade de

Medicina da Ribeirão Preto, da Universidade de São Paulo (FMRP - USP).

Doutorado em Genética, na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, da

Universidade de São Paulo (FMRP - USP).

Autores:

MARiA ClAUDiA COlA RUVOlO TAKASUSUKi



na Universidade Federal de São Carlos (UFSC). Mestrado em Genética,

Doutorado em Genética.

obre os autoresSCapítulo 12Erros inatos do Metabolismo


Capítulo 13Princípio Mendelianos


Capítulo 14Relações de Dominância


Capítulo 15Alelos Múltiplos e Genes letais


Capítulo 16Efeito do Ambiente Sobre a Expressão Gênica

Maria de Fátima Pires da Silva Machado

Capítulo 17Determinação do Sexo e herança ligada ao Sexo


Capítulo 18ligação, Recombinação e Mapa Genético

Claudete Aparecida Mangolin

Capítulo 19interação Gênica


Capítulo 20Alterações Cromossômicas

Ana Luiza de Brito Portela Castro

Capítulo 21Genética de Microrganismos


Capítulo 22Tecnologia do DNA Recombinante


Capítulo 23Efeito Materno e herança Extra Nuclear

Maria de Fátima Pires da Silva Machado

Capítulo 24Genética de Populações


Capítulo 25Genética Quantitativa


Capítulo 26Práticas em Genética


referências

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GENÉTICA

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EstelivrointegraacoleçãoFormaçãodeProfessoresdeCiênciasBiológicas–EAD,

comopartedomaterialdidáticoproduzidoparaoCursodeLicenciaturaemCiências

Biológicas,naModalidadedeEducaçãoaDistância,vinculadoaoDepartamentode

Biologia(DBI),doCentrodeCiênciasBiológicas(CCB)daUniversidadeEstadualde

Maringá(UEM),ofertadonoâmbitodaUniversidadeAbertadoBrasil(UAB).

Esta é uma coleção de livros para a formação de professores que traz a marca da

tradiçãoedaforça.Atradiçãovemdaexperiêncianoensinoenapesquisadosautores,

vinculadosaosdepartamentosdaUniversidadeEstadualdeMaringá.Aforça,porsua

vez,estárelacionadaaoconteúdodiversificadoeatualizado,bemcomoàmetodologia

baseadanacomunicação,emlinguagemacessíveleobjetiva,enasatividadeseleituras

complementarespropostas.

NumacoleçãodestinadaàformaçãodeprofessoresdeCiênciasBiológicas,acredi-

tamosqueamelhoropçãoéaadoçãodeumasequênciadeconteúdosquepermiteo

contatocomosníveiscrescentesdecomplexidade,nosquaisomundovivoseorga-

niza.Essaorganização,desdeonívelmolecularatéosprincípiosdahereditariedade

eevoluçãodasespécies, culmina comas relaçõesdos seres vivosentre si e como

ambiente.

Alémdisso,oensinoatualizadonãopodeficarindiferenteàsconquistasdeumaci-

ênciadinâmica,queserenovaacadageração,nabuscaderespostasparaasinúmeras

indagaçõesexistenteseparaaquelasquesurgirão,proporcionandooaumentonotável

dosconhecimentosadquiridos.Portanto,serãoabordados,emtodososvolumes,co-

nhecimentosrecentes,quefocalizemtemasderepercussãonaatualidadevinculados

àspesquisasrelacionadasàsáreasdaBiologia,comoaecologia,agenética,abiotec-

nologiaeasaúde,entreoutras.Nessaperspectiva,cadalivrodacoleçãofoipensadoe

elaboradoparaumadisciplinaespecíficadocurso,buscandoaleitura,areflexãoeo

aprofundamentodoconteúdofundamentalparaaformaçãodeprofessoresnessaárea

deconhecimento.

Aconclusãodostrabalhosdeveráocorrersomentenoanode2013.Deve-secon-

siderarqueofinanciamentoparaaediçãodosvolumesdacoleçãoseráliberadogra-

dativamente,deacordocomocronogramaestabelecidopelaDiretoriadeEducaçãoa

Distância(DED)daCoordenaçãodeAperfeiçoamentodePessoaldoEnsinoSuperior

(CAPES),responsávelpeloprogramaUniversidadeAbertadoBrasil(UAB).

presentação da ColeçãoAMARiA DE FáTiMA PiRES DA SilVA MAChADO



na Faculdade de Filosofia Ciências e letras de Ribeirão Preto, da Universidade

de São Paulo (FFClRP - USP). Mestrado em Genética, na Faculdade de

Medicina de Ribeirão Preto, da Universidade de São Paulo (FMRP - USP).

Doutorado em Genética, na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, da

Universidade de São Paulo (FMRP - USP).

ClAUDETE APARECiDA MANGOliN


Estadual de Maringá - PR (Associado D). Graduação em Ciências Biológicas,

na Universidade Estadual de Maringá - PR (UEM). Mestrado em Biologia

Celular, na Universidade Estadual de Maringá - PR (UEM). Doutorado em

Genética e Biologia Molecular, na Universidade Estadual de Campinas - SP

(UNiCAMP)

ANA lUizA DE BRiTO PORTElA CASTRO


Estadual de Maringá - PR (Associado A). Graduação em Ciências -

licenciatura Plena em Biologia, na Universidade Federal de Viçosa - MG

(UFV). Mestrado em Genética, na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto,

da Universidade de São Paulo (FMRP - USP). Doutorado em Ecologia de

Ambientes Aquáticos Continentais, da Universidade Estadual de Maringá

- PR (UEM).

GENÉTICA

1110

Estecompêndiodeconhecimentoenfocaarelaçãoentreensinoeaprendiza-

dodostópicosdeGenéticaatualizados,comnovosconceitoseabordagens.

Oensinonomundocontemporâneo,frenteàsnovasexigênciasdeinterdis-

ciplinaridades dos conhecimentos, tem sido objetivomister para o docente e pes-

quisadorministrar seus saberese, com isso, formarumprofissional atuantee com

engajamentopolíticoesocial.

O docente / pesquisador necessita atualizar continuamente seus conhecimen-

tos teórico-práticos e, consequentemente, procurar estratégias paraministrá-los de

formaadequada,usandoferramentasdisponíveisecomcomprometimentodidático-

-pedagógicodequalidade.

OsobjetivosgeraisdosdocentesdadisciplinaGenéticasão:

-Fazeracompletacorrelaçãoentreensino-aprendizagem;

-ministrarconhecimentoatualizados;

-usarnovasabordagenscomenfoquenainterdisciplinaridadedosconhecimentos;

- inovar a forma de ministrar os conhecimentos com a aplicação de novos recursos

didáticos;

-ministraradisciplina,ouseja,osconteúdosprogramáticos,voltadosparaosinte-

ressesbásicosdoprópriocursodegraduação;

-propiciaroaprendizadodosconhecimentosprogramáticosteórico-práticos;

-incentivaroalunoasetornarumpropagadordeconhecimentoseadesenvolver

projetosdepesquisa,ensinoe/ouextensão;

-ministrarensinodequalidadecomrecursosaudiovisuaiscomavançotecnológico.

OsobjetivosgeraisdosacadêmicosdeGenéticaSão:

-entenderaestruturaeofuncionamentodosgenes;

-conhecerosmecanismosdecontroledaexpressãogênica:

presentação do livroAAgradecemosaosprofessoresdaUniversidadeEstadualdeMaringáqueorganiza-

ramoslivrosouescreveramcapítulosparaosdiversosvolumesdessacoleção.Tam-

bémressaltamosoapoiodoDepartamentodeBiologia,doCentrodeCiênciasBioló-

gicas,dareitoriaediversosórgãosdaUniversidadeEstadualdeMaringá,emespecial

doNúcleodeEducaçãoaDistância.Esperamosqueacoleçãotenhanovasedições,

destinadasanovosalunosdaUEMedeoutrasinstituiçõespúblicasdeensinosuperior

vinculadasaosistemaUAB.

CelsoJoãoRubinFilho

Organizador da Coleção

13

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:

• comooDNAfoiidentificadocomofontedeinformaçãogenética;

• quaisforamosestudos,asevidênciasindiretasediretasquelevaramaessa

conclusãodegrandeimportânciaparaaGenética.

Aidéiadequeosgenessãofeitosdeácidosnucleicos,surpreendentementenãofoi

aceitaatédepoisde1950.Atéaqueleperíodo,aestruturatridimensionaldoDNA

aindanãohaviasidodescortinada,vindoaocorrerem1953.

Características do Material Genético devem considerar:1. OmaterialGenéticodeveconterinformaçãocomplexa.

2. Omaterialgenéticodevesereplicarfielmente.

3. Omaterialgenéticodevecodificarofenótipo.

vamos ampliar essas considerações:1. O material Genético deve conter informação complexa.

Ainformaçãodevesercapazdevariar.OmaterialGenéticodeveserestável.

2. O material genético deve se replicar fielmente.

Omaterialgenéticodeveteracapacidadedesercopiadocomprecisão.Ainformação

devesertransmitidadepaisparafilhosdeformaprecisa,geraçãoapósgeração.

3. O material genético deve codificar o fenótipo.

O material genético (o genótipo) deve ser capaz de “codificar” (determinar)

características(ofenótipo).Oprodutodeumgene,emgeral,éumaproteína;logo

devehaverummecanismoparaqueas instruçõesgenéticassejamtraduzidasna

seqüênciadeaminoácidosdeumaproteína.

Natureza do MaterialGenético

1João Alencar pamphile

-conhecerosgenesligadosedequeformapodeserdeterminadaadistânciage-

néticaentreeles;

-conhecerasinteraçõesalélicasenãoalélicas;

-entenderaanálisegenéticadeumafamíliaedeumapopulaçãodeindivíduos;

-diferenciaroscaracteresqualitativosdosquantitativos;

-conhecerdequeformaosgenespodemsermanipuladospelohomem.

GENÉTICA

1514

7. AmaiorquantidadedeDNAencontra-senonúcleodascélulaseucariotas,enquanto

amaiorquantidadedeproteínaseRNAencontram-senocitoplasma.

EvIdÊNCIAs dIrETAs: EspErIMENTos INICIAIs• OsExperimentosdeAvery,MacLeodeMacCarty(1944)comprovaramqueoDNAéomaterialgenético.Alémdesses,em1952,HersheyeChasedemonstraramqueo

DNAéomaterialgenéticonobacteriófago.AbasedoexperimentodeAveryetal.

(1944)foioexperimentodeFrederickGriffith(1928).

descoberta da transformação: Experimento de Griffith (1928)

• Omaterial biológico:bactériaStreptococcus pneumoniae. Ela causa pneumonia

emhumanos,sendoletalemcamundongos.

• Tiposdebactérias:

1.Formadebactérias virulentas,mortais,continhamumacápsuladepolissacarídeo,

produzindoumacolôniadeaspecto liso,bactériado tipo S (do inglês smouth,

liso).

2. Forma não virulenta, que não causa pneumonia em camundongos. Variante

mutante,originadaapartirdaformavirulenta(S),masquenão apresenta cápsula

equecresceemmeiosólido,formandocolôniasachatadas,rugosas,opacas,com

bordosirregulares,chamadasdecolônias R(doinglêsrough,rugoso).

3.Adiferençaentreosdoistiposdebactériaséapresençaouaausênciadacápsula,

queécompostadepolissacarídeos.

4.Avariaçãonacomposiçãoquímicadospolissacarídeosdiferenciadiversaslinhagens

debactériasdotipoS,chamadasdeIS,IIS,IIIS,etc.

5.AsbactériasdotipoR,pornãoapresentaremcápsulas,nãopodemserdiferenciadas

dessamaneira.Noentanto,quandoumabactériadotipoRsofremutaçãoreversa,

elairáoriginarumabactériadotipoS,damesmalinhagemSquedeuorigemaela,

IR,IIR,IIIR,etc.

AlgunsSorotiposde S. pneumoniae:

Sorotipo Componentes da CápsulaII Ramnose, glicose, ácido glicurônico

III Glicose, ácido glicurônico

VI Galactose, glicose, ramnose

prIMEIros EsTUdos do dNA1. Em1868,JohannFriedrichMiescherseformouemmedicinanaSuíça.Sobadireção

deHoppe-Seyler,Miescherestudouaquímicadopus.Eleisolouosnúcleosdos

leucócitosdopus.

2. Miescher determinou que o material nuclear continha uma nova substância

levementeácidaericaemfósforo.EstematerialqueconsistiadeDNAeproteínas,foi

chamado por ele de nucleína,sendodepoischamado,porumdeseusestudantes,

de ácido nucleico.

A Teoria do Tetranucleotídeo:

• Lavene,noInstitutoRockefeller(NovaYork),entre1905e1945,estudouaquímicado gene descobriu que o DNA consiste em um grande número de unidades

repetidasligadas,cadaumacontendoumaçúcar,umfosfatoeumabase(formando

um nucleotídeo).

• Lavene,incorretamente,propôsqueoDNAconsisteemumasériede4unidadesdenucleotídeos,cadaumcontendoas4bases(adenina,guanina,citosinaetimina)

emumasequênciafixa(TeoriadoTetranucleotídeo).

• Estateoriareforçouahipótesedequeasproteínas,enãooDNA,seriamomaterialgenético,poisoDNAseriamuitoregular.

o dNA CoMo FoNTE dA INForMAÇÃo GENÉTICA: EvIdÊNCIAs INdIrETAs dE qUE o dNA É o MATErIAl GENÉTICo

Antes da descoberta experimental da natureza química do gene, algumas

evidênciasindicavamoDNAcomosendooconstituintequímicodogene:

1. Os genes, os “fatores hereditários” descritos porMendel, estavam associados a

característicasespecíficas.

2. Ateoriaumgene-umaproteínapostulavaqueosgenescontrolamaestruturadas

proteínas.

3. Osgenessãolevadosemcromossomos.

4. OscromossomoscontêmDNAeproteínas.

5. Correlaçãoprecisaentreospadrõesdetransmissãodosgenesecromossomos.

6. QuantidadedeDNAnascélulassomáticaséodobrodaquantidadedeDNAnos

gametas.


GENÉTICA

1716

CoNClUsÃo: o dNA É o AGENTE rEspoNsávEl pElo dEsENvolvIMENTo dA CApA dE polIssACArídEos E pElA pAToGENICIdAdE A ElA AssoCIAdA.

Experimento de hershey & Chase (1952)

• Em1952,otrabalhodeAlfredHershey(1908-1997)eMarthaChase(1927-2003),chamadode “blender experiment” (experimentodo liquidificador),garantiua

HersheyoprêmioNobel.

•OexperimentofoiumtrabalhorealizadocombactériaseovírusbacteriófagoT2.

•Os fagos são estruturas muito simples, constituindo-sebasicamentedeumacapaproteica,envolvendoumamolécula

deácidonucleico.

•Hershey e Chase basearam-se nas seguintes propriedadesquímicasdasproteínasedoDNA:

• proteínasnãocontêmfósforoemsuacomposição;

• DNAnãocontémenxofreemsuacomposição;

• eles produziram duas linhagens virais diferentes marcadas com radioatividade.

produzindo vírus marcados por radioatividade• vírus com dNA marcado Cultivarambactériasemmeiodeculturacomfósfororadioativo(P32) o DNA das

bactériasficouradioativo.

Infectaramessasbactériascomvírusquesereproduziramegeraramnovosvírus

quepassaramateroDNAradioativo.

vírus com a cápsula proteica marcada Cultivarambactériasemmeiodeculturacontendoenxofreradioativo(S35).

Asbactériasproduziramaminoácidoscisteínaemetioninacomoenxofreradioativo,

esuasproteínas,consequentemente,ficaramradioativas.

Infectaramessasbactériascomvírusquesereproduziramegeraramnovosvírus

quepassaramateroDNAradioativo.

O Experimento de Griffith:

*FiguraadaptadadePierce(2011).

• Griffithmostrou,em1928,queumavariantenãopatogênicadabactériapoderiatransformar-seempatogênica,desdequeentrasseemcontatocomumavariante

patogênica morta pelo calor. Ele descobriu o fenômeno da Transformação

Genéticaembactérias.

• Que componente da célula S morta teria sido responsável pela transformaçãoocorrida?OexperimentodeGriffithnãorespondeuaestaquestão,masdemonstrou

apossibilidadedetransformação.

Experimento de Avery, Macleod e McCarty (1944) • ElesisolaramoextratobrutodabactériaIIIS,trataramcomenzimasdegradativasemisturaramcomcélulasdotipoIIR.

• Os extratos das células S mantinham sua capacidade transformante apóstratamentocomenzimasquedegradavamproteínas(proteases),lipídios(lipases),

polissacarídeos(ex.lisozima)ouRNA(RNAses).

• OextratodascélulasScomDNAsesperdiasuacapacidadetransformante.


GENÉTICA

1918

o EXpErIMENTo• As bactérias eram infectadas e agitadas em um liquidificador, o que desfazia asligaçõesdascapasproteicasviraisfixadasàsparedesdasbactérias.

• Emseguida,eramcentrifugadas,afimdesepararasbactériasdascapasproteicasvirais.

• A radioatividade eramedidanasbactérias eno sobrenadanteda centrifugação,ondeseencontravamascápsulasvirais.

CoNClUsÃo: Usando isótopos radioativos, Hershey e Chase seguiram o

movimento do DNA e da proteína durante a infecção do fago. Eles demonstraram

que o DNA e não a proteína, entra na bactéria durante a reprodução do fago, e

que apenas o DNA é transmitido aos fagos da prole.

o rNA CoMo MATErIAl GENÉTICo Experimento de Fraenkel-Conrat e Bean singer (1956)1.Trabalharamcomovírusdomosaicodotabaco(TMV).

2.OvírusdotabacopossuiumaúnicamoléculadeRNAcircundadaporumcilindro

demoléculasdeproteínasdispostashelicoidalmente.

3.Descobriramque,apóssepararemoRNAeaproteínadoTMV,elespodiamremisturá-

loseobterpartículasviraisintactas.

4.Obtiveramvírushíbridos,misturandoRNAeproteínade linhagensdiferentesde

TMV.

5.Quandoosvírushíbridosinfectaramasfolhasdotabaco,foramproduzidasnovas

partículasvirais.

6.AnovaproleviraleraidênticaàlinhagemdaqualoRNAhaviasidoisoladoenão

apresentavaascaracterísticasdalinhagemdaqualfoiobtidaaproteínaviral.

7.AconclusãofoidequeoRNAlevaainformaçãogenéticanoTMV.

PROPOSTA DE ATiViDADE

1)ExpliquequaladiferençaprincipalentreosexperimentosdeGriffith(1928)eAvery

et al. (1944) que permitiu aos últimos comprovarem que oDNA é o princípio

transformante.


Anotações

GENÉTICA

2120

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM Vocêdeveráentender:• aestruturadoDNA;• osaspectosdinâmicosdaestruturadoDNA;• dequeformaocorreaduplicaçãodoDNA.

o dNA: A EsTrUTUrA TrIdIMENsIoNAl ComoficoucomprovadoexperimentalmenteporAvery,McLeodeMacCarty,

em1944,eporHersheyeChase,em1952,omaterialgenéticoéconstituídopeloDNA.

Essamolécula,portanto,constituioreservatóriomoleculardainformaçãogenética,

armazenaetransmiteessainformação.ODNAdescreveasestruturasprimáriasdetodas

asproteínas,RNAs,e,pormeiodasenzimas,afetadiretamentetodososprocessose

constituintescelulares,afetandoforma,tamanhoefunçãodetodososseresvivos.

AestruturatridimensionaldoDNAfoiexplicadaem1953,porWatsoneCrick,

como sendo uma dupla hélice:duascadeiashelicoidaisdeDNAqueseenrolamao

redordomesmoeixo, comgiroparaadireita, comasbasesnitrogenadasvoltadas

paradentrodamolécula,eacadeiaaçúcar-fosfatovoltadaparafora.Naduplahélice,

osfilamentos sãoantiparalelosecomplementares.Emumdosfilamentos,acadeia

inicia-seporumnucleotídeocomumgrupamento fosfato livre,ouextremidade5’

(lê-se “cinco linha”), enquanto a outra extremidade possui um nucleotídeo com

um grupamento hidroxila livre, sendo denominada de extremidade 3’ (lê-se “três

linha”).Logoaorientaçãodacadeiaé5’ 3’.Acadeiacomplementarirápossuiruma

orientaçãoinversa,ouseja,3’ 5’.

ApropostadaduplahélicedeWatsoneCrickbaseava-seemtrêspontos:

• nanaturezaquímicadoscomponentesdoDNA(desoxirribonucleotídeos);• nosdadosdedifraçãodeRaioXcoletadosporRosalindFranklin&MauriceWilkins;• nasrelaçõesentreasbases,estabelecidasporErwinChargaff.

AnotaçõesdNA: Estrutura e

replicação2

João Alencar pamphile

GENÉTICA

2322

1. ComponentesquímicosdoDNA:Estruturaprimária

Antes mesmo dos experimentos iniciais que comprovariam a natureza química

dogene,aestruturaprimáriadoDNAjáeraconhecida.Suaestruturaquímicaé

bemsimples:umpolímerodenucleotídeos.Cadanucleotídeoé constituídode

umgrupamentofosfato,umaçúcarcomcincocarbonos(pentose)eumcomposto

nitrogenadocíclicochamadodebase (basenitrogenada).NoDNA,oaçúcaréa

2-desoxirribose.Aliás,oDNAédenominadodeácidodesoxirribonucleicodevido

aesseaçúcar.Diferentemente,noRNA(ácidoribonucleico),oaçúcaréaribose

(figura1).QuatrobasesdiferentessãoencontradasnoDNA:adenina(A),guanina

(G),timina(T)ecitosina(C).Nesseaspecto,oRNAdiferedoDNAporpossuira

baseuracila(U)nolugardatimina.Asbasesnitrogenadaspodemserclassificadas

comopurinas,basescomdoisanéis(adeninaeguanina)epirimidinas,basescom

umanel(citosina,timinaeuracila)(figura2).EssaestruturadoDNAéconsiderada

comoestruturaprimária(figura3).

Figura 1. Comparação das pentoses do rNA (ribose) e do dNA (2-desoxirribose).

Figura 2. Bases nitrogenadas.

Figura 3. Estrutura primária do dNA. polímero de nucleotídeos. A) polímero de nucleotídeos; B) representa-ção simplificada. Em destaque, os componentes de um desoxirribonucleotídeo trifosfatado.

2. DadosdedifraçãodeRaioXdeRosalindFranklin&MauriceWilkins

WatsoneCricKusaramosdadosdedifraçãoderaiosXnaestruturadoDNA,

disponibilizadosporWilkins e Franklin,para resolveremoproblemadesafiador

daestruturatridimensionaldoDNA.ParaanalisaraestruturadoDNA,R.Franklin,

no laboratóriodeM.Wilkins,utilizavaométododedifraçãodeRaioX.Emum

cristal,asmoléculasestãoarranjadasordenadamente.Assim,quandoumfeixede

RaioXatingeumcristal,espalha-seordenadamentedeacordocomumpadrãoque

refleteaestruturadocristal.A imagemdopadrãodeespalhamentoéfixadaem

umfilmefotográficoimpressionadopelosraiosX.Opadrãodeespalhamentodo

feixe de Raio X atravessando um cristal de DNA indicou que a molécula tinha uma

estruturadehélice(padrão em cruz no centro),comumaestruturabifilamentar

muito ordenada, com as bases (áreas escuras acima e embaixo) dispondo-se

perpendicularmente ao eixo principal damolécula, apresentando subestruturas

repetidasacada0,34nanômetro(1nm=10-9metro)aolongodoeixodamolécula

(figura4).

Figura 4. Esquema do experimento de difração de raios X do dNA (adaptado de pierce, 2011).

3. DadosdeErwinChargaff

OsexperimentosrealizadosporChargaffresultaramemdadosquepropiciaram

oestabelecimentoderegrasquepossibilitaramaWatsoneCrickoestabelecimento

dos tiposde ligações,pareamentos,entreasbasesnitrogenadasnamoléculade

DNA.Chargaffobservouque:1)acomposiçãodasbasesdoDNAgeralmentevaria

deumaespécieparaoutra;2)espécimesdeDNAisoladasdediferentestecidosdo

mesmoindivíduopossuemamesmacomposiçãodebases;3)acomposiçãodebases

doDNAemumadadaespécienãosealteracomaidadedoorganismo,oestado

nutricionaloualteraçãoambiental;4)emtodososDNAs,independentementeda

espécie,onúmeroderesíduosdeadeninaéigualaonúmeroderesíduosdetimina

([A]=[T]),eonúmeroderesíduosdecitosinaéigualaonúmeroderesíduosde

guanina([C]=[G]).Apartirdessasrelações,segue-sequeasomadosresíduosde

purinaseigualaàsomadosresíduosdepirimidina,ouseja,[A]+[G]=[T]+[C].

dNA: Estrutura e replicação

GENÉTICA

2524

• Assim,amoléculadeDNApossui2filamentosqueseenrolamemtornodoeixodahélice;aspentosesficamexternasemrelaçãoàsbases,formandoo“corrimão

da escada”, ou seja, pentoses e fosfatos carregados negativamente encontram-

senaparteexternadamolécula; asbasesqueencontram-senaparte internada

molécula,estãoligadasporpontesdehidrogênio;osfilamentospolinucleotídicos

ficamemdireçõesopostas,asbasesficampareadas(A=T/C=G);osfilamentossão

antiparalelosecomplementares.Acomplementariedadedasbasesnitrogenadasna

moléculadeDNAconstituiabasefundamentaldapropriedadedoDNAarmazenar

ainformaçãogenéticaetransmiti-ladegeraçãoageração.Essaestruturaemdupla

hélicedoDNA,ouseja,a suaestrutura tridimensional, configura-senaestrutura

secundáriadoDNA(figura5).

Figura 5. representações da estrutura tridimensional do dNA (adaptado de Griffiths et al., 2009).

AestruturadoDNAapresentadaporWatsoneCrickcorrespondeàestrutura

secundária do tipo B, ou estruturaDNA-B (figura 5). O DNA pode adotar várias

estruturas secundárias diferentes, como oDNA-A e o DNA-Z. ODNA-A é similar

ao DNA-B, sendo, contudo,menor emais largo do que oDNA-B. ODNA-Z tem

comocaracterísticaprincipalaestruturadeduplahélicecomgiroparaaesquerda,

diferentemente do DNA-B e DNA-A,queapresentamgiroparaadireita.

A replicação do dNA é semiconservativa UmaconsequênciaimportantedaestruturadoDNAedesuapropriedadeda

complementariedadedasbasesnitrogenadaséatransmissãodainformaçãogenética

geração após geração, com alta fidelidade. Assim, a síntese de novasmoléculas de

DNAestádiretamenteassociadaàtransmissãodainformaçãogenética.Omecanismo

decópiadeDNA,propostoporWatsoneCrick,noqualumaduplahélice-moldeserá

copiadaparaformarosfilamentospolinucleotídicoscomplementares,resultaemduas

moléculas:cadaumaconservandoumfilamentomoldeeapresentandoumfilamento

recém-sintetizado.Essemodeloédenominadodereplicaçãosemiconservativa.Além

desse modelo, outros dois modelos hipotéticos estavam em pauta, o modelo de

replicaçãoconservativaeareplicaçãodispersiva.

ModElos AlTErNATIvos pArA A rEplICAÇÃo do dNA

Modo semiconservativo:osdoisfilamentospolinucleotídicosdoDNAsedesenrolariam,

sem rupturas do esqueleto açúcar-fosfato, e cada um deles, separadamente, seria

utilizadocomomoldepara construiro seufilamentocomplementar,de sorteque

cadanovaduplahéliceseriaconstituídadeumfilamentodamoléculaoriginaledeum

novofilamentorecém-sintetizado(figura6).

Figura 6. Modo semiconservativo.

Modo conservativo: similaraomodoanterior,masosfilamentospolinucleotídicos

novos recém-sintetizados constituiriam a nova dupla hélice, e a dupla original se

manteriacomotal(figura7).

Figura 7. Modo conservativo.

Modo dispersivo:haveriaquebrascontinuadasnaespinha-dorsaldeaçúcar-fosfatoda

moléculadeDNAesubsequentereconstituição,apósduplicação,quepoderiaresultar


GENÉTICA

2726

emumamistura entre segmentos damolécula original e segmentos de filamentos

novosnomesmofilamento(figura8).

Figura 8. Modo dispersivo.

Conclusão: Omodelo, experimentalmente comprovado porMeselson e Stahl, em1958, éo semiconservativo:umamoléculadeDNAoriginaduasoutras idênticas àprimeira,ondecadafilamentodamoléculaoriginal servedemoldeparaumanovamoléculadeDNA.

do ponto de vista molecular, de que forma ocorre a duplicação do dNA? O mecanismo geral de replicação do DNA é equivalente tanto emprocariotos quanto em eucariotos. Diferem, contudo, no que se refere a algumasenzimas participantes do processo e no tipo de replicons (as unidades individuaisdereplicação),sesãocirculares(procariotos)ou lineares(eucariotos).Nafigura9,podemosobservaraformaçãodeduascadeiasnovasdeDNAapartirdosfilamentosmoldes,considerando-seoaparatomolecularenvolvidonoprocesso.TendoemvistaareplicaçãodoDNAbacteriano,ondeoprocessoestábemcompreendido,essapodeserdivididaemquatroestágios:iniciação,deselicoidização,alongamentoetérmino.

. Iniciação – AbactériaEscherichia coli possuiumcromossomocircular. ODNAGenômicodesseprocariotopossui somenteumaorigemdereplicação,a regiãooriCcom245pb.ExistemproteínasiniciadorasqueseligamàregiãooriCefazemqueumapequenaregiãodoDNAsedesenrole.

. Deselicoidização – As enzimas queparticipamdoprocessode desenrolamento,deselicoidizaçãodoDNA,sãoashelicases de DNA. AseparaçãodosfilamentosdeDNAcriaumestressetopológiconasuaestruturahelicoidal,queéaliviadopelastopoisomerases (DNA girases).Os filamentos polinucleotídicos separados sãoestabilizadospelasproteínas de ligação ao DNA (SSB), impedindo que eles se religuem.

OsDNApolimerasesnecessitamdeumnucleotídeocomumgrupo3’-OHlivrepararealizarem a ligação com um outro nucleotídeo (ligação fosfodiéster). Quemforneceessegrupo3’-OHsãoosprimers.Portantoosiniciadores(primers) devem estarpresentesantesqueoDNApolimerasepossasintetizarDNA.Essesiniciadores

sãofragmentoscurtosdeRNA(10a12nucleotídeos)sintetizadospelaprimase. Nofilamento líderde replicaçãocontínua, seránecessária a síntesede somenteum primer na ponta 5’ do filamento recém-sintetizado, enquanto no filamentodescontínuoserãogeradosnovosprimersnoiníciodecadafragmentodeOkasaki.

. Alongamento - consisteemduasoperações:síntesedafitalíder(contínua)esíntesedafitatardia(descontínua).

Síntesedofilamentolíder(leading):ApósasíntesedeuminiciadorcurtodeRNAouprimernaorigemdereplicação,osdesoxirribonucleotídeossãoentãoadicionadosaesteiniciadorpeloDNApolimeraseIIIe,então,asínteseprosseguecontinuamente.

Síntese do filamento de replicação descontínua/tardia (lagging): Ela é realizada em fragmentos curtos (Okazaki), sintetizados na direção oposta aomovimentoda forquilha. Isso envolve várias outras enzimas além do DNA polimerase III.Cada fragmentodeve tero seuRNA iniciadorpróprio, sintetizadopelaPrimase,e o posicionamento dos iniciadores deve ser controlado e coordenado com o movimentodeforquilha.OsiniciadoresdeRNAsãoremovidosesubstituídosporDNA,peloDNA polimerase I,eoscortessãoligadospeloDNA Ligase.

. Terminação - ocorre quando as duas forquilhas de replicação se encontram em uma regiãodeterminada.

TIPOS DE DNA POLIMERASE BACTERIANA

• DNA polimerase I:removeesubstituiosprimers.• DNA polimerase II: atuano reparodoDNA, reinicia a replicação apósoDNAdanificadoresultarnainterrupçãodasíntese.

• DNA polimerase III: principal enzima da duplicação. Essa enzima adicionanucleotídeos,ouseja,participadafasedealongamentodareplicação.

• DNA polimerase IV e V: atuam nos processos de reparo do DNA.

Figura 9. Forquilha de duplicação do dNA.


GENÉTICA

2928

AspECTos GErAIs dA rEplICAÇÃo do dNA EM EUCArIoTos

O DNA eucariótico possui muitas origens de replicação. Em cada origem,

um complexo multiproteico de reconhecimento de origem (ORC) liga-se às

origens e desenrola o DNA nessa região. O início da replicação em eucariotos,

por apresentar várias origens de replicação, apresenta um mecanismo que

garante que cada replicação ocorra uma única vez no ciclo celular: a liberação

das origens de replicação para o início do processo de replicação do DNA

eucariótico pelo complexo MCM (manutenção de minicromossomos), que atua

como um fator de liberação da replicação.

ExistemdiversossDNAspolimerasesemeucariotos,como:

DNA polimerase α (alfa): possui a atividade de primase, inicia a síntese deDNA

nuclear com a síntese de um primerdeRNA;

DNA polimerase δ (delta):completaareplicaçãonofilamentolagging;

DNA polimerase ε (épsilon):replicaofilamentoleading;

DNA polimerase θ (teta), λ (lambda), μ (mi) e Rev1:reparaoDNA.

DNA polimerase γ (gama):replicaereparaoDNAmitocondrial.

Umadiferençaimportanteentreareplicaçãoeucarióticaeabacterianaéofato

doscromossomosdeeucariotosseremlineares,apresentandooproblemadassuas

pontas.Esseproblemaéobservadonaduplicaçãodofilamentolagging,onde,coma

retiradadoúltimoprimerdaextremidadedofilamento,essenãopodesersubstituído

comnucleotídeosdeDNA,levandoaumpossívelencurtamentodocromossomo.Para

se evitar a perda de informação genética, os cromossomos de eucariotos possuem

em sua ponta, uma estrutura denominada telômero. Os telômeros são estruturas

especializadasquecontêmrepetiçõesem tandemdeumasequênciacurtadeDNA,

queéadicionadaàponta3´pelaenzima telomerase.EssaenzimaestendeoDNA,

preenchendoafalhadevidoàremoçãodoprimerdeRNA.


1) Por que a complementariedade de bases é um aspecto-chave do processo de

replicação do DNA?

2)De que forma a informação genética presente nas pontas dos cromossomos de

eucariotos é preservada geração após geração, considerando-se o processo de

replicaçãodoDNA?Explique.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEMvocê deverá entender:• dequeformaocorreatranscriçãodoDNA;• dequeformaocorreoprocessamentodoRNA.

o doGMA CENTrAl dA BIoloGIA MolECUlAr(=GENÉTICA MolECUlAr) As células estocam a informação genética no DNA. O DNA mantém essa

informação, que é transmitida geração, após geração, pelo processo de replicação.

Ouseja,essainformaçãofluideDNAparaDNA.Quandoasproteínassãonecessárias,

o DNA é transcrito em RNA, que, por sua vez, é traduzido em um polipeptídeo,

ocorrendooprocessodeexpressãogênica(figura1).

Figura 1. o dogma Central da Biologia Molecular (=Genética Molecular).

Transcrição do dNA e processamento do rNA


GENÉTICA

3130

AspECTos GErAIs dA TrANsCrIÇÃo Atranscriçãoésimilaraoprocessodeduplicação.Contudoelaéassimétrica,ou seja, somente um dos filamentos de DNA servem como molde para a síntesede RNA em uma dada região (lócus). Considerando-se esse aspecto, os filamentospolinucleotídicosdoDNApodemserclassificadoscomofilamentosenseefilamentoantissense. Por convenção, quando se escreve uma sequência de nucleotídeoscorrespondente a um gene, ela sempre é representada pelo filamento codificador.Tambémporconvenção,asequênciaésempreescritanosentido5’->3’.Emalgunssistemas, ofilamentomolde é também identificado comofilamentomenos (-), eofilamentocodificadorcomofilamentomais(+)(figura2). Emeucariotos,cadageneétranscritoemummRNA,ecadamoléculademRNAcodificaainformaçãoparaasíntesedeumaúnicaproteína,sendochamadodemRNAmonocistrônico(umcistron,umgene).Diferentemente,nasbactérias,umconjuntodegenesrelacionados,osoperons,sãotranscritosconjuntamente,resultandoemumamoléculademRNAquecodificaváriasproteínas,omRNApolicistrônico(váriosgenes=policistrônico)(figura3).

Figura 2. representação esquemática dos filamentos sense e antissense.

Figura 3. Comparação das transcrições nos procariotos e nos eucariotos.

A enzima responsável pela síntese de RNA é a RNA polimerase. A enzima

RNApolimerasedeprocariotosécompostapor5subunidades:ααββ´σ.Nocernedaenzima,existemduascópiasdeumasubunidadechamadaalfa(α),umacópiadebeta(β)eumaúnicacópiadebetaprimo(β´).OcernedaenzimacatalisaoalongamentodamoléculadeRNApelaadiçãodenucleotídeosdeRNA.Asubunidadesigma,oufator

sigma(σ),controlaaligaçãodaRNApolimeraseaopromotor. Aunidadedetranscrição(figuras4e5),ouseja,aregiãodoDNAqueserá

transcrita,correspondeaumgene.Naregiãoanterioraogene,ouregiãoupstream, ou

regiãoantecedente,ouàmontantedogene(estessãotermossinônimos),temosaregião

dopromotor,ousimplesmentepromotor.EssaéaregiãoondeaRNApolimerasese

ligaparaoiníciodatranscrição.Nofinaldaunidadedetranscrição,temosofinalizador,

localdetérminodasíntesedeRNA(transcrição).Osítiopromotoréreconhecidopelo

aparatomoleculardetranscriçãoeapresentaumacaracterísticageral:apresençade

sequênciasdeconsenso,ouseja,sequênciascomgrandesimilaridadeouconsenso,

quando o promotor de uma unidade de transcrição é comparado com promotores de

diferentesgenes,damesmaespécieoudeespéciesdiversas.Asequênciadeconsenso,

queéfrequentementeencontradaemquasetodospromotoresbacterianos,écentrada

a cercade10pbantecedentes aopontode início.A sequênciade consenso -10ou

Pribnow Box é

5´-TATAAT-3´

3´-ATATTA-5´

sendoescritacomoTATAAT.Outrasequênciadeconsensoempromotoresbacterianos

éTTGACA,sendodenominadadesequência-35,porestarcentrada35nucleotídeos

antecedentes ao início da transcrição. Experimentos têmmostrado que alterações,

mutaçõesdesubstituiçãodebasesnessassequênciasdeconsenso(-10e-35),reduzem

ataxadetranscrição.

Figura 4. Unidade de transcrição. dois esquemas equivalentes. Com destaque ao sítio promotor e à região codificante do gene (orF). A região 5´ não traduzida (5´UTr), que antecede ao códon de início AUG, e a

região 3´ não traduzida (3´UTr), que ocorre após o códon de fim.


GENÉTICA

3332

C) Fase de Término da transcrição Após a síntese dos finalizadores, a transcrição termina. Esses finalizadores

ocorrem, em geral, antes do ponto de término da transcrição. Nesse caso, a RNA

polimeraseparaasíntesedeRNA,amoléculadeRNAéliberadadaRNApolimerase,

com a separação total do RNA damolécula de DNA. A RNA polimerase se separa

dofilamentomoldedeDNA.Ossinaisdeterminaçãosãovariados,eoprocessode

terminaçãodependedaformaçãodeestruturassecundárias,emformadegrampo,na

moléculadeRNAnascentee/oudaparticipaçãodeproteínasauxiliares.Hádoistipos

definalizadoresemE. coli:rô-dependenteerô-independente.

quadro comparativo dos tipos de terminação da síntese de rNATerminação rô-independente:

Neste caso, a terminação da cadeia

cabe totalmente à RNA polimerase, não

dependendodeproteínasauxiliares.

Terminação rô-dependente:

Neste caso, a terminação da cadeia

depende de proteínas auxiliares

(proteínas rô).

Existem sequências repetidas invertidas

ricas em GC na molécula de DNA,

formando sequências repetidas invertidas

(autocomplementares).

As sequências são ricas em C e pobres

em G. Essa é uma região de baixa

complementariedade. Em geral não são

formadosgramposouessessão“fracos”.

Existe uma série de 6 ou mais As no

Filamentomolde,apósaregiãoricaemGC.

Essas serão transcritas em Usnoterminal3’

doFilamentodeRNA.

Nãoexisteumasériede6oumaisAs no

Filamentomolde, após a região rica em

GC.Nãoexistindo,portanto, afileirade

unidades Unaponta3´doRNA.

A presença de sequências repetidas

invertidas (autocomplementares),permite

a formação de estruturas em grampo ou

haste-alça(hairpin,stem-loop,eminglês),

via emparelhamento dos segmentos

complementares, parando a síntese do

RNA e gerando a liberação do RNA da

polimerase e da enzima polimerase do

molde.

A pausa da RNA polimerase após a

formação do grampo “fraco” permite

que a proteína rô alcance a enzima,

aprisionando-aedesenovelandoohíbrido

DNA/RNA.

AspECTos GErAIs dA TrANsCrIÇÃo EM CÉlUlAs EUCArIÓTICAs

Considerando-seoseucariotos,paraoiníciodatranscrição,háanecessidadedamontagem demuitas proteínas em um promotor, antes que a RNA polimerasepossa começar a sintetizaroRNA.Essasproteínas são chamadasde fatores gerais

de transcrição (GTF). O alongamento ocorre dentro da bolha de transcrição

O sítio promotor representa uma informação extremamente importante para a unidade

detranscrição,poisdelimitaondecomeçaráatranscrição.

Figura 5. representação do sítio promotor em bactéria, com destaque às sequências consenso (adaptado de Griffiths et al., 2009).

TrANsCrIÇÃo: INICIAÇÃo, AloNGAMENTo E TÉrMINo Considerando-seatranscrição,didaticamente,elapodeserdivididaemtrês

etapasgerais:iniciação,alongamentoetérminodatranscrição.

A) Fase de Iniciação Na fase de iniciação, teremos a ligação da holoenzima ao DNA na região

do promotor (complexo fechado); desespiralização do DNA (bolha), produzin-

do um molde unifilamentar (complexo aberto); e a formação do complexo de

iniciação, com a síntese de poucos ribonucleotídeos, sem a necessidade de um

primer na ponta 5´da molécula de RNA.

B) Fase de Alongamento Após a iniciação da transcrição, a RNA polimerase move-se downstream

ao longo do molde, ou seja, na região após o ponto de início da síntese, deseli-

coidizando progressivamente o DNA na margem da bolha de transcrição, adicio-

nando ribonucleotídeos à molécula de RNA complementares àqueles presentes

na sequência molde e reenrolando o DNA na margem antecedente (upstream) da

bolha de transcrição.

OprocessodealongamentosóterminaquandoaRNApolimeraseencontraumsinal

determinação,queétambémumasequênciaespecíficadenucleotídeos,namolécula

deDNA.


GENÉTICA

3534

essencialmente como ocorre em procariotos.Os eucariotos possuem três tipos deRNApolimerase,cadaumatranscrevendoumtipodiferentedeRNA:RNA polimerase

I, que transcreve o rRNA (RNA ribossomal); aRNA polimerase II, que transcreve os pré-mRNAs (RNAs pré-mensageiro), snoRNA (RNA pequeno nucleolar) e algunssnRNAs(RNAspequenosnucleares);eaRNA polimerase III, que transcreve pequenas moléculasdeRNA:tRNAs(RNAstransportador),pequenorRNAealgunssnRNA. Osgeneseucarióticossãocomplexos.Elespossuemregiõeschamadasdeéxonseregiõesnãocodificanteschamadasdesequênciasintercalaresouíntrons.Osíntronssãocomunsemgeneseucarióticoserarosemgenesbacterianos.Todososíntronseéxonssão inicialmentetranscritosemRNA.Contudo,apósa transcrição,os íntronssão removidos por splicingeoséxonssãounidos,resultandoemumRNAmaduro.Portanto,apósotérminodatranscrição,oRNAsintetizado,denominadodetranscritoprimário ou pré-mRNA, sofre váriasmodificações, ou seja, um processamento póstranscricional.Sãotrêsmodificações:aadiçãodoCap5´,aadiçãodaCaudaPoli(A)earecomposição(splicing)doRNA(figura6). A adição do Cap5´consistenaadiçãodeumnucleotídeoextranaponta5´domRNAeumametilaçãopelaadiçãodeumgrupometila(CH3)àbasenonucleotídeorecém-adicionadoeaogrupo2´-OHdoaçúcardeumoumaisnucleotídeosnaponta5´.Ocorre,portanto,aadiçãodeum“revestimento”,ouseja,caps de7-metilguanosina(7-MG). AadiçãodeumacaudaPoli(A)refere-seàadiçãode50a250nucleotídeosadeninaàponta3´.Esseprocessodeadiçãodeadeninachama-sepoliadenilação.EssacaudaconfereestabilidadeamuitosmRNAs. Oprocessoderecomposição,ousplicing,refere-seàretiradadosíntronseàuniãodoséxonsdotranscritoprimáriooupré-mRNA.Inicialmente,opré-mRNAéclivadonosítio5´.Essecorteliberaoprimeiroéxondoíntron,eaponta5´doíntronliga-seaopontoderamificação,ouseja,oíntrondobra-sesobresimesmo,formandoumaestruturaem formade laço.Nessaetapa,onucleotídeoguaninanasequênciadeconsensonosítiodecorte5´liga-secomaadeninanopontoderamificaçãoporumareaçãodetransesterificação.Comoresultado,ogrupo5´fosfatodonucleotídeoguanina liga-se ao grupo 2´-OH do nucleotídeo adenina no ponto de ramificação(figura9).Naetapa2,dareaçãoderecomposição,osítioderecomposiçãoem3´doíntronécortado,osdoiséxonssãounidosporumaligaçãofosfodiésternormal5´com3´,eoíntronemformadelaçoéliberado.Todoesseprocessoderecomposiçãodopré-mRNA ocorre dentro de um spliceossomo.Ospliceossomo é formado por cinco moléculas de RNA e quase 300 proteínas.Os RNAs que compõem o spliceossomo sãoossnRNAs,oupequenosRNAsnucleolaresque,associadosaproteínas,tornam-sepequenasribonucleoproteínasnucleares(snRNP).OsseissnRNAssãochamadosdeU1,U2,U3,U4,U5eU6.Esseprocessoestádescritonafigura6.

AreaçãoderecomposiçãodoprecursordetRNAocorreemdoisestágios;mas,diferentemente do splicingdopré-mRNA,nãoháaparticipaçãodeumspliceossomo.Esses íntrons são removidos por simples nucleases e ligases de recomposição. Noprimeiroestágio,umaendonucleasederecomposiçãonuclearligadaàmembranafazdoiscortesnaspontasdoíntron.Emseguida,noestágioII,umaligasederecomposiçãojuntaasduasmetadesdotRNAparaformaraestruturamolecularfinaldotRNA. A reação de recomposição em rRNA de vários eucariontes inferiores – eemvários rRNA, tRNAemRNAsdemitocôndrias e cloroplastosdemuitas espéciesdiferentes – ocorrem como uma autorrecomposição ou atividade autocatalítica,dependenteexclusivamentedaprópriamoléculadeRNA.Opróprioíntroncatalisaasuaremoção.Nessecaso,omecanismodesplicingenvolveumasériedetransferênciasdeligaçõesfosfodiéster,semligaçõesperdidasouganhasnoprocesso.Areaçãorequerumcofatorguaninacomumgrupo3´-OHlivre.

Figura 6. processamento do mrNA em eucariotos.


GENÉTICA

3736


1)Descrevaodogmacentraldabiologiamolecular.

2)Qualaprincipaldiferençadaestruturadeumgenedeprocariotosedeeucariotos?

3)OqueéprocessamentodoRNA?Descrevaostrêstiposprincipais.

4)Esquematizeosplicing spliceossomal.

Anotações oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• comoainformaçãogenéticaestácodificadanoDNAequaissãoaspropriedadesdocódigogenético;

• asinformaçõessobrealgunsexperimentosquelevaramàdecodificaçãodocódigogenético.

AspECTos GErAIs do CÓdIGo GENÉTICo Em1953,Watson&CrickdeterminaramaestruturatridimensionaldoDNAe consideraram a sequência de bases como a portadora da informação genética.Considerando-seque:1. osgenessãosegmentosdeDNA;2. osácidosnucleicossãoarranjoslinearesdenucleotídeos;3. asproteínassãoarranjoslinearesdeaminoácidos. Tem-seahipótese:“Asequênciadosaminoácidosnaproteínaéespecificadapelasucessãodosnucleotídeosdeumgene.”Oqueseriaumaanalogiaaumcódigo,o“CódigoGenético”.Adecodificaçãodessecódigosomenteveioaserobtidacercade10anosdepoisdadescobertadaestruturatridimensionaldoDNA. AprimeiraquestãolevantadasobreessecódigoseriaarespeitodequeformaainformaçãoescritacomquatroletrasnoRNAmensageiro(A–adenina;G-guanina;C–citosina;U -uracila),complementaresàsequênciadenucleotídeosdoDNA(T– timina; C - citosina; G – guanina; A - adenina), codificariam os vinte diferentesaminoácidosdasproteínas. Uma ideia inicial sobre a estrutura desse código seria a cerca do númeromínimo necessário de nucleotídeos para se codificar um aminoácido na cadeiapolipeptídica.Umasimplesanálisecombinatóriaresponderiaaessaquestão:Comumúniconucleotídeopoderiamsercodificadossomente41aminoácidos,ouseja,quatro.Seosquatronucleotídeossecombinassemdoisadois,teríamos42possibilidades,ou

o CódigoGenético


GENÉTICA

3938

seja,16aminoácidos.Considerando-seosquatronucleotídeoscombinadostrêsatrês,teríamos43combinaçõespossíveis,ouseja,64trincasdiferentesdenucleotídeos,maisdoqueosuficienteparacodificarcadaumdos20aminoácidosdistintosquepoderiamformarumpolipeptídeo. A comprovação experimental de que o código genético é constituído portrincasdenucleotídeos,porcódons, foidadaporFrancisCrick,Barnett,BrennereWats-Tobin,em1961.Elesmostraramessefato,experimentalmente,usandomutantesdobacteriófagoT4(queinfectaE. coli),produzidoscomousodaacridinaproflavina,umamoléculacapazdeseinserirentreosnucleotídeosdeumahélicedupladeDNA,dobrando adistância entreosdois nucleotídeos adjacentes epermitindo, emumapróximaduplicaçãodeDNA,o ganhoou aperdadeumnucleotídeode cada vez.Essa alteração do DNA produzia efeitos drásticos, com grande alteração da cadeiapolipeptídica codificadana região rII do fago, os quais podiam ser revertidos como tratamento domutante produzido novamente comproflavina.Ou seja, havendoa adição de umnucleotídeo e logo após, comumnovo tratamento como agentemutagênico,adeleção(perda)deumoutronucleotídeo,asequênciadeaminoácidosna cadeia polipeptídica seria restabelecida à estrutura da proteína produzida pelobacteriófagoselvagem,entreaadiçãodeumnucleotídeoeolocaldedeleçãodeoutronucleotídeo.

dECIFrAÇÃo EXpErIMENTAl do CÓdIGo GENÉTICo Foi em 1961 que Nirenberg e Matthaei descobriram que o RNA sintético

poderiafuncionarcomoummRNAnasíntesedepolipeptídeos.Elesusaramaenzima

polinucleotídeo fosforilase. Essa enzima, diferentemente da RNA polimerase, não

requer um molde; ela liga aleatoriamente os nucleotídeos disponíveis na reação

de síntese. Eles produziram inicialmente RNAs homopolímeros sintéticos, ou seja,

formadosporumúniconucleotídeo,comoo5´UUUU...3´(RNApoli-U).EssesRNAs

poli(U)foramadicionadosa20tubosdiferentes,cadaumcontendoumsistemalivre

decélulascom todososcomponentesparaa traduçãoe todosos20aminoácidos.

Cadatubocontinhaumaminoácidodiferente,marcadoradioativamente.Aproteína

radioativa apareceu naquele tubo que continha o aminoácido fenilalanina. Logo o

códonUUUcodificaoaminoácidofenilalanina.Usandoesseprocedimento,decifraram

aindaoscódonsCCC,paraprolina,eAAA,quecodificaalisina.OcódonGGG,por

motivostécnicos,nãofoideterminado.

Em 1964, Nirenberg e Leder descobriram que as moléculas de tRNA

carregadas com aminoácidos se ligam ao complexo ribossomo-mRNA. Além disso,

observaramquea ligaçãotRNAaessecomplexonãorequeria longasmoléculasde

mRNA.Elesproduzirammaisde50minismRNAs(cadaumconstituídoporsomente

3nucleotídeos),testandocadadiferentetrinca(mRNA)paraos20tiposdiferentesde

aminoacil-tRNAs.Elesdeterminaramosaminoácidoscodificadosparacadaumadessas

combinaçõesdenucleotídeos(trincas).Em1968,ocódigogenéticofoicompletamente

decifradopeloacúmulodeinformaçõesproduzidasexperimentalmenteaolongodos

anosanteriores.Ocódigogenéticopodeserapresentadoemumatabela(figura1).

Figura 1. Tabela do código genético.

o Código Genético

GENÉTICA

4140

proprIEdAdEs do CÓdIGo GENÉTICo As propriedades do código genético podem ser relacionadas conforme as

explicaçõesseguintes.

1. A unidade do código genético é o códon.Cadacódonéconstituídopor três

nucleotídeos(trinca).

2. O código genético tem ponto inicial.AleituradamoléculademRNAcomeçano

sítiocorrespondenteaocódonAUG,ouseja,umamatrizdeleitura[=quadrode

leituraabertoouopen reading frame(ORF)]inicia-sepelocódonAUG.

3. O código genético não é sobreposto.CadanucleotídeonomRNApertence a

apenasumcódondeumamatrizdeleitura.Ofatodeumamutaçãodeponto(que

alteraumnucleotídeo)sóalterarumaminoácidonacadeiapolipeptídicaéuma

evidênciadocódigonãosersobreposto.

4. O código genético não tem vírgulas.Nãoexisteumnucleotídeocomafunçãode

espaçadordecódons.Oscódonssãolidosconsecutivamente.

5. O código genético é redundante (degenerado).Dos64códonspossíveis,três

são códons de fim, especificando o fim da tradução. Os 61 códons restantes,

denominados de códons com sentido, codificam aminoácidos. Como existem

somente20aminoácidosdiferentes,comumenteencontradosnasproteínas,um

aminoácidopodesercodificadopormaisdeumcódondiferente.Oscódonsque

especificamomesmoaminoácidosãochamadosdesinônimos(Figuras2e3).

Figura 2. Infográfico mostrando as explicações do ponto de vista molecular para a ocorrência do código genético redundante, considerando-se o trNA.

A G U

Posição oscilante da base

Alça de anticódon do tRNA

Anticódon

U C A\G

3´

3´ 5´

5´

Códon Figura 3. Exemplo de um anticódon com posição oscilante. dependendo da posição da terceira base

do anticódon, o trNA poderá se parear, reconhecer dois códons diferentes (adaptado de Griffiths et al., 2009).

6. O código genético não é ambíguo.Umcódoncodificasomenteumaminoácido.

7. O código genético é quase universal. Os códons especificam os mesmos

aminoácidos em todos os seres vivos, com algumas exceções. A maioria das

exceçõessãoencontradasemgenesmitocondriais.Algunscódonsnãouniversais

tambémforamencontradosemgenesnuclearesdeprotozoários.

8. O código genético tem ponto final. O término da leitura da fita demRNA é

determinado por códons de terminação, também chamados de códons sem

sentido,quenãosãolidosportRNAS,massimporproteínasespecíficasconhecidas

porfatoresdeterminação.SãooscódonsUAA,UAGeUGA.


1. Expliqueoqueéumsistemalivredecélulas?Comopoderiaserobtido?

2. ExpliquequalseriaasequênciadeaminoácidoscodificadopelomRNAhipotético

aseguir:

o Código Genético

GENÉTICA

4342

oBJETIvos dE AprENdIZAGEMVocêdeveráentenderomecanismodetraduçãodomRNAemumaproteína.

AspECTos GErAIs dA TrAdUÇÃo A tradução éoprocessonoqualasequêncianucleotídicadomRNAéusada

comomoldeparaasíntesedeumpolipeptídeo.Asequênciadeaminoácidosnacadeia

polipeptídicaédeterminadapelasequênciadenucleotídeosnacadeiadomRNA.A

ligaçãoentreosaminoácidosdenomina-sedeligaçãopeptídica.Acadeiadospeptídeos

(aminoácidos)constituiumpolipeptídeo.Umpolipeptídeopodeserumaproteínaou

serasubunidadedeumaproteínamaiscomplexa.Umpolipeptídeopodeserformado

poraté20aminoácidosdiferentes.OtRNAéoadaptadormoleculardatradução.Esta

moléculaemformadetrevolevaoaminoácidoaolocaldesíntese(figura1).OtRNA

possuioanticódon,umatrincadenucleotídeoscomplementaraocódondomRNA.

Figura 1. Estrutura do trNA, destacando o anticódon e o sítio de ligação ao aminoácido.o local da tradução do mrNA são os ribossomos (figura 2, tabela 1). Estes são constituídos por duas sub-unidades. Uma maior e uma menor. As subunidades dos ribossomos são formadas por rNA e proteínas.

Tradução do rNAem proteína


Anotações

GENÉTICA

4544

Tabela1.AssubunidadesRibossômicas.ProteínaemoléculasdeRNAquecompõemas

duassubunidadesdeumRibossomo.

Célula Procariótica

(Ribossomo 70S)

Célula Eucariótica

(Ribossomo 80S)

Subunidades ribossômica:

50S + 30S

Subunidades ribossômica:

60S + 40S

23S rRNA + 5S rRNA + 31

proteínas = 50S

28S rRNA + 5,8S rRNA + 5S rRNA

+ 49 proteínas = 60S

16S rRNA + 21 proteínas = 30S 18S rRNA + 33 proteínas = 40S

Existemsítios-chavedeinteraçãonosribossomos(figura2).Osítiodeinteração

aomRNA encontra-se completamentedentroda subunidademenordo ribossomo.

Considerando-sealigaçãodotRNAaoribossomo,existem3sítiosdeligação:ossítios

E (de saída, exit),P (peptidil) eA (aminoacil). O sítioA liga um aminoacil-tRNA

quepossuiumanticódoncomplementaraocódonpresentenomRNAnasubunidade

menordoribossomo.OsítioP é o local de entrada do tRNA iniciador e entrada dos

demaistRNAsapóspassarempelosítioA.OsítioE é o local do tRNA sem aminoácido

(desacilado) que será liberadodo ribossomo.Na subunidademaiordo ribossomo,

temos o centro peptidil transferase,ondeaformaçãopeptídicaécatalisada.

Figura 2. representação do ribossomo com destaque aos sítios de interação.

ETApAs dA TrAdUÇÃo 1 INICIAÇÃo Em E. coli, o sítio de iniciação da síntese proteica, na molécula de mRNA, é

identificadopelainteraçãodoterminal3´dorRNA16S,dasubunidadepequena,com

oterminal5´damoléculademRNAasertraduzida.Umasequênciadenucleotídeos

na extremidade 5´ domRNA, que precede o códon de início da tradução (AUG),

denominada sequência Shine-Dalgarno, é parcialmente complementar a uma

seqüênciapresentenaextremidade3´dorRNA16S.Nascélulaseucarióticas,aligação

dasubunidademenorsedácomproteínasdocapdaextremidade5´domRNA.OtRNA

iniciador,emumacélulaprocariótica,carregaumametioninamodificada,formilada

(fMet-tRNA).Nascélulaseucarióticas,aprimeirametioninanãoéformilada.

AligaçãodasubunidademenordoribossomoaomRNAealigaçãodotRNA

iniciador,maisdiferentesproteínas,formaocomplexodeiniciação30S(embactérias)

ou40S(emeucariotos).Aetapaseguintedainiciaçãoéaligaçãodasubunidademaior

doribossomoaocomplexodeiniciação30S,formandoocomplexodeiniciação70S

(embactérias)ou80S(emeucariotos).

Em E. coli,teremosaparticipaçãodoschamadosfatoresdeiniciação.Ofator

3deiniciação(IF-3)liga-seàsubunidademenordoribossomo,impedindoaligaçãoda

subunidademaiordoribossomo.Ofatordeiniciação2(IF-2)formaumcomplexocom

GTPeotRNAcarregadocomumaN-formilmetionina,ligandoestetRNAàsubunidade

menordoribossomo,posicionandonosítioP.Ofatordeiniciação1(IF-1)aumentaa

dissociaçãodassubunidadesmaioremenordoribossomo.Quandoessesfatoresde

iniciaçãosãoliberados,asubunidademaiordoribossomoseligaparacriarocomplexo

deiniciação70S.

AMINoACIlAÇÃo: lIGAÇÃo dos AMINoáCIdos Aos rNAs TrANsporTAdorEs (trNA)

A aminoacilação é uma reação muito importante, pois garante uma fiel

correspondênciaentreumaminoácidoeseutRNA(anticódon),garantindoaentrada

corretadesseaminoácidonacadeiapolipeptídicaemrelaçãoaocódondacadeiade

mRNA.Essa reaçãopossuidois estágios e é catalisadapela aminoacil tRNA sintase.

UmacélulapossuiumaaminoaciltRNAsintaseparacadaaminoácido.Porisso,são20

enzimasdiferentes.Umaenzimaparaumdeterminadoaminoácidoreconhecetodos

ostRNASquereconhecemoscódonsparaesseaminoácido.Aenzimaativaogrupo

carboxildoaminoácidoparaa ligaçãocovalentecomotRNA,(ligaçãoàadeninada

trinca CCA da extremidade 3´do tRNA). No primeiro estágio, o aminoácido reage

comoATP(trifosfatodeadenosina),produzindoaminoacil-AMPePPi (pirofosfato).

A enzima sintase permanece associada ao aminoacil-AMP até o aparecimento do tRNA

correspondente.Nosegundoestágio,asintasecatalisaatransferênciadoaminoácido

ativadoparaotRNAcomaliberaçãodoAMP(adenosinamonofosfato).


GENÉTICA

4746

2 AloNGAMENTo Afasedealongamentodatradução(figura3)consistenaadiçãodosaminoácidos

nacadeiapolipeptídica,ouseja,ocorreocrescimentogradualdacadeiapolipeptídica.

Noiníciodoalongamento,osítioP(peptidil)estápreenchidocomotRNAiniciador.

Temosentãoaentradadeumaminoacil-tRNAnosítioA(aminoacil),pareandocom

ocódonexpostonosítioA(primeiraetapadoalongamento).Nasequência,ocorrea

ligaçãopeptídicadoaminoácidopresentenosítioP,comoaminoácidopresenteno

sítioA(segundaetapadoalongamento).Comoresultadodessaligaçãopeptídica,o

aminoácidodosítioPéliberado,permanecendoligadoaoaminoácidodosítioA.Essa

reaçãoécatalisadapelaenzimapeptidiltransferase.Aterceiraetapadoalongamento,

deumcicloqueserepete,éconstituídapelatranslocaçãodoribossomo,ouseja,o

deslocamentodoribossomoaolongodomRNAnosentido 5´ 3´ .Estaetapaposicionaoribossomonocódonseguinte.OtRNAqueestavaposicionado

nosítioPpassaaocuparosítioE,enquantootRNA,queocupavaosítioA,passaa

ocuparosítioP,deixandoosítioAlivreparaaentradadopróximotRNAcarregadocom

aminoácido(aminoacil-tRNA).OtRNAqueentranosítioEmove-separaocitoplasma,

ondepodeserrecarregadocomoutroaminoácido.

Afasedealongamentodatraduçãotambémtemaparticipaçãodediferentesproteínas,oschamadosfatores de alongamento.EmE. coli,são3:osfatores de

alongamento Tu(EF-Tu)eTs(EF-Ts)eofatorde alongamento G(EF-G).Emresumotemos:

OEF-Tuliga-seaoGTPeentãoliga-seaumtRNAcarregadocomaminoácido.OEF-Tu-GTPcolocaoaminoaciltRNAnosítioAdoribossomoeéliberadocomoEF-Tu-GDP.

OEF-TsérequeridoparamediararegeneraçãodoEF-Tu-GDPporEF-Tu-GTP.O EF-G está envolvido no processo de translocação. Na etapa da translocação,temosahidrólisedeGTPemGDP.

3 TErMINAÇÃo Aúltimaetapadasínteseproteica(figura3)ocorrenomomentoemqueo

ribossomodesloca-seaolongodomRNA,atingindoumcódondetérminodasíntese

proteica(UAA,UAGouUGA).Nestecaso,nãoháaentradadeumtRNAcarregado,

massimumaproteína(fatordeliberação)quepromovea liberaçãodaproteínado

ribossomoeconsequentedissociaçãodoribossomo.Tambémrequersinaismoleculares

específicosquedeterminamofimdocomplexomRNA-ribossomotRNA-peptidil.

Duasclassesdeproteínas(FatoresdeLiberação)atuamnesteprocesso.RF1

eRF2apresentamsimilaridadeemtamanhoeformaàumtRNAeatuamvialigaçãoao

sítioAdoribossomo,reconhecendodiretamenteumcódondeterminação.

RF1reconheceoscódonsUAAeUAG.

RF2reconheceoscódonsUGAeUAA.

RF3éumaproteínadeligaçãoaoGTPque,emassociaçãoàRF1eàRF2,promove

aclivagemdopeptidil-tRNA,liberandoaproteína.

Figura 3. Aspecto geral da tradução (adaptado de Clark, 2010).


1)QualaimportânciadaaminoacilaçãodotRNAparaafidelidadedatradução?

2)Qualenzimaéresponsávelpelaformaçãodasligaçõespeptídicasduranteatradução?

3)Expliqueoquesãofatoresdetradução.


GENÉTICA

4948

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• oquesignificamutação;• osdiferentestiposdemutação.

DuranteareplicaçãodoDNA,ocasionalmenteeespontaneamente,ocorrem

errosquepodemcausaralteraçõesnasequênciadenucleotídeos.Essasalteraçõessão

chamadas de Mutações.

MUTAÇÕEs: mudançashereditáriasqueosorganismossofrem.QualqueralteraçãodoDNAquenãosejaexplicadapelarecombinaçãogenética.

A mutação é parte intrínseca da vida, é aleatória, casual. Ela ocorre

naturalmente e pode surgir em toda e qualquer célula e em qualquer tempo. É a

origemdetodavariabilidade que leva ao processo de seleção,gerandoaadaptação,

quetemcomoconsequênciaaevolução.

Asmudançasnassequênciasgênicasqueestãopresentesemumapopulação

deorganismos,equesãoprejudiciais,serãoperdidas,porqueosindivíduosafetados

nãosobreviverão.Assim,aseleçãodeorganismos,paraasuasobrevivência,ocorrepor

umaseleçãodegenes,ou,maisprecisamente,porconjuntosdegenes.Umapopulação

de organismos, frequentemente, contém muitas variantes que são praticamente

iguais,bemadaptadasàscondiçõesprevalecentes.Quandoascondiçõesmudampara

condiçõesadversas,osorganismosquesãomaiscapazesdeseadaptarsobreviverão.

Destaforma,acomposiçãogenéticadeumapopulaçãodeorganismospodemudarao

longodotempo.

Portanto o processo de mutação é essencial para as espécies poderem evoluir e se

adaptar ao seu ambiente variável. Mas mutação demais pode também extinguir a

Mutação:Aspectos Gerais

6veronica Elisa pimenta vicentini

Anotações

GENÉTICA

5150

espécie em função de sua cargagenética.

Devidoatudoisso,todadiversidadedemanifestaçõesdavida,desdeasboas

comoasmaisnegativas,originaram-sedasmutações.

As mutações podem ser de ocorrência:MUTAÇÃO ESPONTÂNEA:tendênciainerentedosorganismosparasofrermudança

deumestadohereditárioparaoutro.SurgedeerrosnareplicaçãodoDNA,oupor

lesõesespontâneas,quesãodanosnaturaisqueocorremnoDNA.

MUTAÇÃO INDUZIDA: ocorre quando um organismo é exposto a um agente

mutagênico ou mutágeno. É causada por diferentes agentes químicos, físicos ou

biológicos,chamadosmutagênicos.

MUTAGÊNICOS:agentesquetêmoefeitobiológicodeinduzirmutaçõesemumnível

maisaltodoqueosníveisespontâneos,outaxabackground(basal).Sãoimportantes

nos estudos dos mecanismos de mutação e na indução de mutação em pesquisa

genética.Sãousadosparaaseleçãoemplantas(melhoramento).

Especificidade Mutacional: “preferência” do mutágeno (mutagênico) por certos

tiposdemutação,substituição,ouporsítiosmutacionais(hot-spots).

MUTANTE:organismooucélulacujo fenótipomudadodeve-seàpresençadeuma

mutação.

As Mutações podem ser dos tipos:MUTAÇÃO GÊNICA:eventosmutacionaisqueocorremdentrodegenesindividuais.

Muda um alelo de um gene. Ela também é chamada demutação de ponto, que

é aalteraçãodeumúnicopardebasesdoDNAouumpequenonúmerodepares

debases adjacentes. Amudança acontecedentrodeumúnico gene, emum locus

cromossômico(“ponto”).

MUTAÇÃO CROMOSSÔMICA: muda segmentos dos cromossomos, cromossomos

inteiros,oumesmoconjuntosinteirosdecromossomos.Asalteraçõesdevem-semais

aosnovosarranjosdoscromossomosedosgenesqueelescontêm.

As Mutações podem ser fenotipicamente:Mutação Dominante: nos diploides, aparece no fenótipo da célula ou clone de

célulasqueacontém.

Mutação Recessiva:sóseráexpressadaemhomozigose,porqueelaémascaradapor

um alelo do tipo selvagem.

Tipo Selvagem:provêopadrão,quepodeseraformaencontradananaturezaoua

formaencontradaemumestoquepadrãodelaboratório.Oalelotemalgumtipode

funçãoativaoufunçõesespecíficasparaopapelbiológicodaquelegeneparticular.

Mutação Direta:mudançaforadoalelodetiposelvagem(+).

Mutação Reversa:mudançadevoltaparaotiposelvagem.

EstudossobreaocorrênciadeMutaçãoconsideramosseguintesparâmetros

descritosabaixo.

Eventos de Mutação:éaocorrênciarealdeumamutação.Sãoagentesdemudança

casual que agemna estruturado gene (DNA).Geralmenteo evento édestrutivo e

deletériooumudaregiõesfuncionaiscruciaisdogene.

Frequência de Mutação:éaproporçãodemutaçõesoumutantesemumapopulação

decélulasouorganismos.

Taxa de Mutação:númerodemutaçõesqueacontecememalgumaunidadedetempo,

comoumciclodegeraçãocelular,oudeumorganismo,ounúmerototaldedivisões

celulares.

Clone:umapopulaçãodecélulasidênticasderivadasassexuadamentedeumacélula

progenitora.Oseutamanhoéproporcionalàfasededesenvolvimentoàqualoevento

demutaçãoocorreu.

Setor Mutante:caminhodecélulasmutantesfenotipicamente,membrosdeumclone,

resultadoobserváveldeumamutação.Amutaçãoinicialproduzumamaiorproporção

decélulasmutantes,setormutante,napopulaçãoemcrescimentodoqueamutação

tardia.

oCorrÊNCIA dA MUTAÇÃo:MUTAÇÃO SOMÁTICA:aconteceemumacélulanotecidosomático.Poderesultarna

mortecelular,perdaoudiminuiçãodafunçãocelular,oucontribuirparaosprocessos

envolvidosnatransformaçãoneoplásica(câncer).Estamutaçãonãoétransmitidapara

aprogênie.


GENÉTICA

5352

MUTAÇÃO GERMINATIVA:acontecenalinhagemgerminativa,tecidoquevaiformarascélulassexuais(gametas).Seumacélulasexualmutanteparticipanafertilização,amutação será passada para a próxima geração, contribuindo, por exemplo, paraumaproporçãosubstancialdeanormalidadescongênitasededoençasgenéticasnohomem.Estamutaçãopodesertransmitidaparaalguémouparatodaaprogênie.

sIsTEMA dE dETECÇÃo dE MUTAÇÃo Mutação somática e germinativa - teste locus-específico, pois é visto que amutaçãoéumeventoraro.

MUTAÇÕES MORFOLÓGICAS: Afetam as propriedades exteriormente visíveis de um organismo,comoaforma,acor,ouotamanho.

MUTAÇÃO COM PERDA DE FUNÇÃO: Causa uma completa ou parcial perda de função.Interferecomafunçãodotiposelvagem.Noheterozigoto,oaleloselvagemprovêbastantefunçãopararesultaremfenótiponormal.Mutaçãogeralmenterecessiva.

MUTAÇÃO COM GANHO DE FUNÇÃO: Causa o aparecimento de uma nova função ou causa o aparecimento em um tecido inadequado ou em um período de tempo inapropriado.Funçãonovanogeneseráexpressada.Alelodominante.

MUTAÇÃO LETAL: Causamorteprematura.Umalelomutanteletaléreconhecidoporseusefeitosnaviabilidadedoorganismo.

MUTAÇÃO SUPRESSORA: Suprime o efeito de uma mutação inicial em um sítiodiferente.Mutação Supressora Intragênica: Suprimeoefeitodeumamutaçãoinicialdentrodomesmogene.Mutação Supressora Intergênica: Suprimeoefeitodeumamutaçãoinicialemoutrogene.

SISTEMA SELETIVO: Um protocolo experimental projetado para separar o tipomutantedesejadodosindivíduosdotiposelvagem.Serveparaaumentararecuperaçãodemutaçõesraras.Éusadoprincipalmenteemmicroorganismos.

ANálIsE dE rEvErsÃoOtestedereversãodeumamutaçãopodemostraralgosobreanaturezadamutaçãoouaaçãodeummutágeno.

Por exemplo: se uma mutação não pode ser revertida na presença do mutágenoquea induziu,entãoomutágenodeveteralgumaaçãounidirecionalrelativamenteespecífica.

MUTAÇÕEs BIoqUíMICAsOcorreaperdaoumudançadealgumafunçãobioquímicadascélulas,resultandoem

umainabilidadeparacrescereproliferar.

MUTANTES PROTOTRÓFICOS: Podem existir em um meio mínimo.

MUTANTES AUXOTRÓFICOS: Devem ser providos com certos nutrientes adicionais

paracrescer.

TÉCNICAs MICroBIANAsMÉTodo dE ENrIqUECIMENTo dE FIlTrAÇÃoSeleciona osmutantesauxotróficosdiretosemfungosfilamentosos.

MUTAÇÕES CONDICIONAIS: Umalelomutantesócausaumfenótipomutante em

umcertoambiente,chamadoCONDIÇÃO RESTRITIVA.

Essealelomutantecausaumfenótipodotiposelvagememalgumambientediferente,

chamado CONDIÇÃO PERMISSIVA.

PERÍODO SENSÍVEL: Períododedesenvolvimentoemqueogeneatuano tempo

específico.Ex:mutaçõessensíveisàtemperatura.

CrUZAMENTo dE MUTAÇÃoAvariabilidadenaturaléaumentadapelaintervençãohumana.

Mutaçõesgerminativaspodemlevaràseleção.

Paragerarvariabilidadeporseleção,deve-setratarcomummutágeno.

Asmutaçõessãoremovidasdapopulaçãoatravésdemutaçãoreversaouporseleção.

INDUÇÃO DE MUTAÇÃO

ExposiçãoaumadoseefetivadoAgenteMutagênico,causandomutação,emcélulas

somáticasegerminativasesuasconsequências,semconsiderarosistemadereparo:


GENÉTICA

5554

INdUÇÃo dE MUTAÇÃo E AÇÃo do rEpAro

Exposição a uma dose efetiva do Agente Mutagênico, causando mutação, e suas

consequências,considerandooSistemadeReparo:

Exemplosdeagentes(químico,físico,biológico)queaumentamataxadeMutação:

AGENTES MUTAGÊNICOS

AGENTE FÍSICORAIOS: X, UV, GAMA; RADIAÇÃO IONIZANTE: α, β, γ (emitida por urânio, rádio, trítio, carbono 14, etc.), LUZ SOLAR, ETC.

AGENTE BIOLÓGICOVÍRUS, BACTÉRIAS, BIOTOXINAS, ETC.

AGENTE QUÍMICOALIMENTOS: ADITIVOS, CONSERVANTES, CORANTES, ACIDULANTES, EMULSIFICANTES, ADOÇANTES, EMBUTIDOS, PIRROLIZADOS, DEFUMADOS, ETC.ESTILOS DE VIDA: BEBIDAS, FUMO, DROGAS, COSMÉTICOS, ETC.AGROTÓXICOS: DEFENSIVOS AGRÍCOLAS, INSETICIDAS, FUNGICIDAS, HERBICIDAS, PRAGUICIDAS, PESTICIDAS, BIOCIDAS, PRODUTOS FITOSSANITÁRIOS, ETC.ORIGEM OCUPACIONAL: SOLVENTES, CORANTES, REAGENTES, PRODUTOS DE BORRACHA E PLÁSTICOS, ETC.MEDICAMENTOS: SINTÉTICOS E NATURAIS, ETC.OUTROS: POLUIÇÃO, FUMAÇA, FULIGEM, QUEIMADAS, COMBUSTÍVEL, METAIS, EFLUENTES INDUSTRIAIS LÍQUIDOS E SÓLIDOS, ESGOTOS E DESPEJOS, ETC.

MUTAÇÃo E CÂNCEr A Mutação é uma doença genética que muda os proto-oncogenes em

oncogenes,quepromovemasduascaracterísticasprincipaisdocâncer:

- divisão celular descontrolada, formando um grupamento de células chamadotumor;

- expansão dessas células pelo corpo, para formar tumores novos, chamadasmetástases.

Atravésdoprocessodemutação,levamàformaçãodeumclonemutante.

Por exemplo: retinoblastoma (câncer de retina, recessivo, esporádico-unilateral ou

hereditário-bilateral).

O câncer constitui um problema de saúde pública para o mundo e, em

especial, para as nações em desenvolvimento. Ele é responsável pormais de 12%

detodasascausasdeóbitonomundoe,acadaano,maisde7milhõesdepessoas

morremdadoença.Issopodeserexplicadodevidoàmaiorexposiçãodosindivíduos

a fatores cancerígenos.As causasdocâncerpodemserdecorrentesdaalimentação

incorreta,predisposiçãogenéticaepormeiodoambiente.Contudoamaioriaresulta

daexposiçãoacarcinógenosambientais,comoagentesquímicosnaturaisesintéticos,

físicos,comoaradiação,oubiológicos,comoosvírus.


GENÉTICA

5756

Por exemplo: A classe médica tem atenção especial com relação à exposição dos

indivíduosàsradioterapias,agentessabidamentederisco.Alémdisso,paraqualquer

tipodetratamento,deve-selevaremconsideraçãoarelaçãorisco-benefício,nocaso

emqueaexposiçãoaagentesperigososoudanosossejanecessária,comonasquimio

eradioterapias.

AGENTEs CArCINoGÊNICos:• fatoresdeestilodevida(alimentação,tabagismo);• exposições que ocorrem naturalmente (luz ultravioleta, o gás radônio, agentesinfecciosos);

• tratamentosmédicos(quimioterapia,radiação,drogas);• exposiçõesocupacionais(nolocaldetrabalho);• poluição,etc.

TErAToGENICIdAdETeratologia: ramo da ciência médica que estuda a contribuição ambiental no

desenvolvimentopré-natalalterado.

CausasGenéticas(gênicasoucromossômicas)sãoasmaisconhecidas,comocapazes

dealterarodesenvolvimentoembrionáriohumano.

AGENTEs TErAToGÊNICos:• medicações(talidomida,misoprostol);• doençasmaternas(diabetes,epilepsia);• infecções(rubéola,toxoplasmose);• radiações(radioterapia);• substânciasquímicas(mercúrio,chumbo);• outrasdrogas(álcool,fumo,cocaína,etc.).

INTErAÇÃo orGANIsMo-AMBIENTE O SER VIVO é fruto da interação entre o genoma com o seu ambiente. A

capacidadedeinteragircomomeiotambémestáinscritanoDNA.

NãodevemosesquecerqueataxamutacionalelevadaproduzelevadaCarga

Genéticaetambémpodeextinguiraespécie.

Apesarde tudo, todas as espécies controlamgeneticamente a taxade suas

mutaçõesporummecanismodereparodoDNA.

Conhecer os processos mutacionais e os fatores que os produzem é

importante,poispossibilitaadministrar,controlareminorarosriscos.Ouseja,fazer

umaprevençãoderiscosedanosàsaúde,objetivandoumamelhorqualidadedevida.


1) Monte uma tabela e cite os diversos tipos de Mutações e as suas principais

características.


Anotações

GENÉTICA

5958

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• osdiferentestiposdeMutaçãodeponto;• oserrosnareplicaçãodoDNA.

As Técnicas deGenética Molecular podem ser usadas para determinar a sequênciadegrandessegmentosdeDNAetambémasmudançasdesequênciaqueresultamdasmutações,revelandoos“pontosquentes”(hot spots)mutacionais,sítiosgenéticosdesequênciasrepetidas,comtendênciaàsofreremMutação.

MUTAÇÃo dE poNTo Asmutaçõespontuaisque incidememgenesestruturais, causandoa trocadeumpardebasesnitrogenadas,irásignificaratrocadeumcódon,oquepodeviraalterarumaminoácidonarespectivaproteína,tendoconsequênciasnaestruturaeexpressãogênica.PortantoelaspodemocorrernoDNAenaProteína.

NO DNA: os dois principais tipos de Mutação de Pontosão:SUBSTITUIÇÃO DE BASE: MudaabasedeumúniconucleotídeodoDNA.Umpardebasesésubstituídoporoutro.Podemserdedoistipos:

Mutação por Transição:PurinaésubstituídaporoutrapurinaouPirimidinaésubstituídaporoutrapirimidina.A↔G T↔C

Mutação por Transversão:Purinaésubstituídaporpirimidinaevice-versa.A↔C A↔T G↔T G↔C

Mutação Gênica:Bases Moleculares


Anotações

GENÉTICA

6160

AdIÇÃo/INsErÇÃo oU dElEÇÃo dE BAsE:Deumoumaisparesdebases.Mudaasequênciadecódons.

Nas Proteínas: de acordo com o efeito que a mutação terá na seqüência de

aminoácidos(a.a.)daproteínacodificada,teráaseguinteclassificação:

Mutação de sentido Trocado:Conservativa:Mudaasequênciadea.a., trocadeuma.a.poroutrodepropriedade

semelhante,semalteraçãodafunçãodaproteínacodificada(Neutra).Porexemplo:

UUU–Ala“UCU–Ser.

Não-Conservativa:Mudaumcódoncomsentidoemumcódoncomsentidodiferente,

resultandonaincorporaçãodeuma.a.diferentenaproteína,comcomprometimento

desuafunção.Porexemplo:CCA–Pro“CUA–Leu.

Mutação sem sentido:Mudaumcódoncomsentidoemumcódonsem sentido,deparada,detérminode

tradução(UAG,UAA,UGA),causandotérminoprematuroda traduçãoproteica.Por

exemplo:AAG–Lys“UAG–Parada.

Mutação sinônima:Muda um códon com sentido em um códon sinônimo, troca de bases sem uma

correspondentetrocadea.a.(Silenciosa).Porexemplo:CAA-Gln“CAG-Gln.

Erros NA rEplICAÇÃo do dNA UmparilegítimodenucleotídeosseformaduranteasíntesedeDNA,levando

aumasubstituiçãodebases.

TAUTÔMEROS: FormasdasbasesdeDNAemequilíbrio.Isômerosquediferemnas

posiçõesdeseusátomosenasligaçõesentreosátomos.

CETO:formapresentenoDNAnormal.

IMINO e ENOL:formasmaisraras.IONIZADAS:formasmaisraras.


GENÉTICA

6362

MUdANÇA dA MATrIZ dE lEITUrA (FRAMEShIFT):Qualqueradiçãooudeleçãodeparesdebasesquenãosejatrêsoumúltiplodetrês,quealteraamatrizdeleituradeumgene.Amudançano referencial de leitura é gerada apartir doponto emqueocorreu amutação, resultando em uma sequência de aminoácidos diferente da original naproteínacorrespondente.Surgequandoasalçasnasregiõesunifilamentaressãoestabilizadaspelomalpareamentodesequênciasrepetidas.

ADIÇÃO:durante a síntesedeDNA,ofilamento recém-sintetizado forma uma alça comváriosparesdebases.Ex:Adiçãode1pardebases(negrito):AAGACTCCT AAG AGCTCCT...

DELEÇÃO:duranteasíntesedeDNA,ofilamento-molde forma uma alça com vários paresdebases.Ex:Deleçãode1pardebases(negrito):

AAGACTCCT AAACTCCT...

síTIos Ap:

DEPURINAÇÃO: Envolveainterrupçãodaligaçãoglicosídicaentreabaseeoaçúcar,

comperdadeumaAouG,enovabaseseráinseridanestesítio.

Sítioapurínicoéalesãomaiscomum.

DESAMINAÇÃO: DeCproduzUqueiráparearcomAnareplicação,ocorrendouma

transição(G-C=>A-T).

BASES DANIFICADAS OXIDATIVAMENTE: Ostiposdeoxigênioativo,taiscomo,os

radicaissuperóxido(O2.),peróxidodehidrogênio(H2O2)eradicaishidroxila(OH

-),

sãogeradoscomosubprodutosdometabolismoaeróbionormal.


GENÉTICA

6564

O produto 8-oxi-7-hidrodesoxiguanosina (8-oxidG ou “GO”) frequentemente se

pareiaerradocomA,resultandoemumaltoníveldetransversõesG-C=>A-T.

MUTAÇÃo INdUZIdA Ocorrequandoumorganismoéexpostoaumagentemutagênico,oumutágeno,

por3mecanismos:

- substituirumabasenoDNA;- alterarumabasedemodoqueelaespecifiqueumpareamentoerradocomoutrabase;ou

- danificarumabasedemodoqueelanãopossamaisseparearcomqualqueroutrabasesobcondiçõesnormais.

As especificidades do mutágenodependemdoorganismo,dogenótipo,dogene

estudadoedaaçãodossistemasbiológicosdereparo.

INCorporAÇÃo dE ANáloGos dE BAsEs Compostos químicos similares às bases normais, sendo incorporados no

lugardasbases,mascompropriedadesdepareamentodiferentesdasbasesqueestão

substituindo.

5-BROMOURACILA(5-BU):AnálogodaT,tembromonoC-5nolugardoCH3(T),e

aformacetoseligacomA.5-BU,alteraparaaformaenoleseligaàG.TransiçãoAT

=>GC.

2-aminopurina(2-AP):AnálogoàA,liga-secomT.2-AP;naformaprotonada,liga-seà

C.TransiçãoAT=>GC.

MAlpArEAMENTo EspECíFICo AlgunsmutágenosnãosãoincorporadosaoDNA,masalteramumabase.

Agentes Alquilantes:

Adicionamgruposalquilaemdiferentesposiçõesdasbases.PreferemtransiçõesGC

=>AT.

Etilmetanosulfonato(EMS):adicionaetila.

Nitrosoguanidina(NG):adicionametila.

Hidroxilamina (HA): Hidroxila o amino nitrogênio no C-4 da C, criando a N-4-

hidroxicitosina,eseligaàA.TransiçãoGC=>AT.


GENÉTICA

6766

Ácido Nitroso(NA)e Íons Bissulfito: DesaminamaCemU,queseligaàA.Transição

GC=>AT.ÁcidoNitrosopodedesaminarA,produzindohipoxantina,queseligaàC.

Agentes Intercalares(ICR)(AgenteQuímico):

ModificamoDNA.Moléculasplanares,quemimetizamparesdebasesesãocapazesde

seinterpor(intercalar)entreasbasesnocentrodaduplahélicedoDNA.

Podemcausarinserçãooudeleçãoentreparesdenucleotídeos.

Podem se inserirnafitaúnica, formando alças emudando amatrizde leitura. Por

exemplo:Proflavina,AlaranjadodeacridinaeCompostosICR.

pErdA dE pArEAMENTo EspECíFICo Vários mutágenos danificam uma ou mais bases, gerando lesões não-codifícantes,eopareamentoespecíficonãoocorre,bloqueandoareplicaçãodoDNA.* O bypass(ultrapassagem)destebloqueionecessitadaativaçãodeumsistemaespecialdereparo,osistemaSOS,permitindoaultrapassagemdelesõesnão-codificantes.MutágenosdependentesdeSOSincluemamaioriadoscarcinógenos.

Luz ultravioleta(UV)(AgenteFísico):GeraváriosfotoprodutosnoDNA.Duaslesõesdiferentesocorremempirimidinasadjacentes:ofotodímerociclobutano deTeT,eofotoproduto6-4deTeC.TransiçãoC=>Téamaisfrequente.Podem ocorrer também transversão, mudança da matriz de leitura, duplicação e

deleção.

Aflatoxina B1(AFB1)(Agente/ToxinaBiológico):

Éumpoderosocarcinógenoquegerasítiosapurínicos,apósaformaçãodeumproduto

deadiçãonaposiçãoN-7daG.TransversãoGC=>TA.


GENÉTICA

6968


1)MonteumatabelaeciteosdiferentestiposdeMutaçõesdePontoeassuasprincipais

características.

2)MonteumatabelaeciteosdiferentestiposdeErrosnaReplicaçãodoDNA,causados

pordiferentesprocessosecompostos,eciteassuasprincipaiscaracterísticas.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• OsdiferentestiposdemecanismosdereparodeMutação.

As células vivas desenvolveram uma série de sistemas enzimáticos que reparam oDNAdanificadoporumavariedadedemodos.UmafalhanestessistemaspodelevaraumataxamaiordeMutação.Podemos dividir as Vias de Reparoemváriascategorias.

EvITANdo Erros ANTEs qUE ElEs oCorrAM AlgunssistemasenzimáticosneutralizamcompostosquímicospotencialmenteprejudiciaisantesqueelesreajamcomoDNA.Por exemplo: detoxicação dos radicais superóxido produzidos durante um danooxidativoaoDNA.

A enzima superóxido dismutasecatalisaaconversãoderadicaissuperóxidoemperóxidodehidrogênio,e,emseguida,aenzima catalase,porsuavez,converteoperóxidodehidrogênioemágua.

rEvErsÃo dIrETA do dANo Omodomaisdiretode repararuma lesão,quandoelaocorre,é revertê-ladiretamente,regenerandoassimabasenormal.A reversão nem sempre é possível, pois alguns tipos de danos são essencialmenteirreversíveis. O fotodímeromutagênicodepirimidina, ciclobutano, causadopor luzUV,pode ser reparado por uma fotoliase(debactériaseeucariontesinferiores,masnãoemhumanos).

Mutação:Mecanismos de reparo


Anotações

GENÉTICA

7170

Aenzimaseligaaofotodímeroeocliva,napresençadedeterminadoscomprimentosdeondadaluzvisível,paragerarasbasesoriginais.Esta enzima não pode operar no escuro, demodo que outras vias de reparo sãonecessáriaspararemoverodanodeUV.

As alciltransferasestambémsãoenzimasenvolvidasnareversãodiretadelesões.ElasremovemalgunsgruposalcilqueforamadicionadosnasposiçõesO-6daguanina.

vIAs dE rEpAro por EXCIsÃo

reparo Geral por Excisão:Envolve a quebra de uma ligação fosfodiéster em ambos os lados da lesão, nomesmofilamento,feitoporumaexonuclease.ADNAgirasedesenrolaaduplahélice,resultandonaexcisãodeumoligonucleotídeo.Istodeixaumespaçoqueépreenchidopelasíntesedereparopelapolimerase,apartirdomolde,eumaligasefechaaquebra.*Nosprocariotos,12a13nucleotídeossãoremovidos.

*Noseucariotos,27a29nucleotídeossãoeliminados.

*AdaptadodeGriffithset al (2009).

BasedanificadanoDNAédetectadaereparadapeloreparo por excisão de base.

Acoplamento de Tanscrição e reparo:O envolvimento de um fator de transcrição(TFIIH),noreparoporexcisão,destacao

fatodequeatranscriçãoeoreparoestãoacoplados.

Emeucariotoseemprocariotos,háumreparopreferencialdofilamentotranscritodo

DNAparaosgenesexpressos.

vias Específicas de Excisão:Algumas lesões sãomuito sutis para causar uma distorção suficientemente grande

paraser reconhecidapelosistemageraldeexcisão-reparocodificadoporuvrABCe

suas contrapartes emcélulasdeorganismos superiores. Assim, sãonecessárias vias

adicionaisdeexcisão.

via de reparo da dNA Glicosilase (reparo por Excisão de Base):A DNA glicosilases não clivam ligações fosfodiéster,mas sim ligaçõesN-glicosídicas

(base-açúcar),liberandoabasealteradaegerandoumsítioapurínicoouapirimidínico,

amboschamados sítios AP,poissãobioquimicamenteequivalentes.

via de reparo de Ap Endonuclease:Todas as células têm endonucleases que atacam sítios deixados depois da perda

espontâneadeunidadesdepurinaoupirimidina(sítios AP).

As APendonucleases são vitaispara a célula,pois adepurinaçãoespontânea éum

eventorelativamentefrequente.

Essas enzimas introduzemquebras de cadeia, clivando as ligações fosfodiéster nos

sítiosAP.

Isso inicia um processo de excisão-reparo mediado por três outras enzimas, uma

exonuclease,aDNApolimerase l e a DNA ligase.

DevidoàeficiênciadaviadereparoAPendonuclease,elapodeseraetapafinalde

outrasviasdereparo.

Assim,seumpardebasesdanificadopodeserexcisado,deixandoumsítioAP,asAP

endonucleasespodemcompletararestauraçãoaotiposelvagem.

sistema Go:Duas glicosilases,osprodutosdosgenesmutMemutV,funcionamjuntasparaimpedirquesurjammutaçõespelaslesões8-oxidG,ouGO,noDNA.Uma segunda glicosilase, o produto do gene mutY, remove a A (adenina) destemalpareamento específico, levando auma restauraçãodaC (citosina) correta, pelasíntesedereparo(mediadapelaDNApolimerasel),epermitindoumasubsequente

remoçãodalesãoGOpeloprodutomutM.


GENÉTICA

7372

rEpAro pÓs-rEplICAÇÃo

reparo de MalpareamentoAlgumasviasdereparosãocapazesdereconhecererrosmesmoapósareplicaçãodo

DNAterocorrido.

Este sistema pode detectar malpareamento que ocorra durante a replicação

do DNA por 3vias:

-reconhecerparesdebasesmalpareados;

-determinarqualbasenoparerradoéaincorreta;

-excisarabaseincorretaefazerasíntesedereparo.

Os erros de replicação produzem malpareamentos do filamento recém-

sintetizado,demodoqueéabasenestefilamentoquedeveserreconhecidaeexcisada.

Para distinguir o filamento velho do recém-sintetizado, o sistema se aproveita da

demoranormalnametilaçãoapósareplicaçãodasequência.

A enzima de metilação é a adenina metilase, que cria 6-metiladenina em cada

filamento.

Modelo de Reparo de Malpareamento em E. coli:

ODNAéMetiladonabaseAdeninanasequênciaGATC.

A replicação do DNA produz um duplex hemimetilado, que existe até a metilase

modificarofilamentorecém-sintetizado.

O sistema de Reparo de Malpareamento faz as correções necessárias baseadas na

sequênciaencontradanofilamentometilado(moldeoriginal).

reparo recombinacional:OgenerecAestáenvolvidonoreparo.

O sistema de replicação para em um fotodímero de UV, ou em outras lesões

bloqueadoras,eentãoreiniciaapósobloqueio,deixandoumespaçounifilamentar.

Noreparorecombinacional,esteespaçoépreenchidopeloDNAcortadodamolécula

filha.Esteprocessopodelevaraalgunserros.

O bypass SOS,aocontrário,éaltamentemutagênico,pois,osistemadereplicação

continuaatravésdalesão,aceitandonucleotídeosnão-complementaresparaasíntese

donovofilamento.

reparo propenso a Erro: síntese de dNA Translesão Atéaqui,todososmecanismosdereparovistossãolivresdeerro,poiseles

revertemdiretamenteodano,ouusamacomplementariedadedebasesparainserira

basecorreta.

Existem vias de reparo que são uma fonte significativa demutação. Esses

mecanismosparecemterevoluídoparaevitaraocorrênciaderesultadospotencialmente

maissérios,taiscomoamortecelularouocâncer.

Uma forquilha de replicação parada pode iniciar a via de morte celular.

Tantoemprocariotosquantoemeucariotos,taisbloqueiosdereplicaçãopodemser

contornadospelainserçãodebasesinespecíficas.

Em Escherichia coli,esseprocessorequeraativaçãodosistemaSOS.Onome

SOSvemdaideiadequeessesistemaéinduzidocomoumarespostadeemergência

para evitar amorte celular na presença de dano significativo aoDNA.Como tal, a

induçãoSOSéummecanismodeúltimorecurso–umaformadetolerânciaaodano,

aqualpermitequeacélulatroqueamorteporumcertoníveldemutagenicidade.

Na síntese translesão, aspolimerasesdebypass são recrutadas para a forquilha de

replicaçãoqueparoudevidoaodanonofilamento-molde.Aspolimerasesdebypass

podem introduzir erros no curso da síntese que podem persistir e levar a uma mutação

quepodesercorrigidaporoutrosmecanismos,taiscomooreparodemalpareamento.


GENÉTICA

7574

Síntese de DNA Translesão:ModeloemEscherichia coli

ADNApolimerasepropensaaerrospermiteàmáquinadereplicaçãopassarporuma

quantidade de bases danificadas, incorporando bases erradas. Ignora e ultrapassa

lesõesemforquilhasdereplicaçãoparadas.

OsAgentesMutagênicosquecriambasesincapazesdeformarparesdebases

estáveis são, portanto, dependentes de SOS e sistemas semelhantes por sua ação

mutagênica,porqueaincorporaçãodenucleotídeosincorretosrequeraativaçãodo

sistemaSOS.

A categoria demutagênicos SOS-dependente é importanteporque inclui amaioria

dosagentescausadoresdecâncer(carcinógenos),taiscomoaluzultravioleta(UV)e

aflatoxinaB1.

EsTrATÉGIA dE rEpAro

-Umsistemageraldereparo por excisão é usado para remover qualquer tipo de

basedanificadaquecauseumadistorçãoreconhecívelnaduplahélice.

- Quando as lesões são muito sutis para causar tal distorção, atuam sistemas

específicosdeexcisão,ousistemasderemoção.

-Paraeliminaroserrosdereplicação,operaumsistemadereparo de malpareamento

apósareplicação.

- Finalmente, os sistemas de recombinação pós-replicação eliminam os espaços

atravésdaslesõesbloqueadorasqueescaparamaosoutrossistemasdereparo.

-Váriasviasdereparosãoinduzidasemrespostaaodano,comoosistemaSOS,e

esteé,emgeral,chamadoderespostaadaptativa.

MUTAdorAs

Ascélulasnormaissãoprogramadasparaevitarerros.Entretantolinhagensmutantes

comaumentodastaxasdemutaçõesespontâneasjáforamdetectadas,chamadasde

mutadoras.

Emmuitoscasos,ofenótipomutadordeve-seaumsistemadefeituosodereparo.

Emsereshumanos,essesdefeitosdereparogeralmentelevamagravesdoenças.

Porexemplo:xerodermapigmentosum(predisposiçãoautossômicarecessivaparao

câncerdepele,alteraçãodoreparo).


1)MonteumatabelaeciteosdiversostiposdeMecanismosdeReparodeMutaçãoe

assuasprincipaiscaracterísticas.


Anotações

GENÉTICA

7776

oBJETIvos dE AprENdIZAGEMVocêdeveráentender:

• dequeformaaexpressãodosgeneséreguladaembactérias;• doismodelosprincipaisderegulaçãogênicaemprocariotos:ooperondalactoseeooperondotriptofano.

A REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA (ASPECTOS GERAIS)

O termo expressão gênica refere-se ao processo em que a informação

codificadaporumdeterminadogeneédecodificadaemumpolipeptídeo.Teoricamente,

aregulaçãoemqualquerumadasetapasdesseprocessopodelevaraumaexpressão

gênicadiferencial.

PORQUEREGULAR?

Qualocusto(emtermosdeenergiaerecursos)parafazerumaproteína?

A Escherichia colitemcercade4200genesquecodificamaproximadamente2000

proteínas.

Imagineocusto,setodasestasproteínasfossemproduzidastodootempo?

Jáqueasíntesedeproteínasrequergrandesquantidadesdeenergiaerecursos,as

bactériasdesenvolverammecanismoselaboradosparacontrolaraescolhadequais

proteinassãofeitasemdiferentesmomentos,sobdiferentescondiçõesambientais.

Issoéregulaçãogênica.

Aexpressãodosgeneséregulada.OsGenessão,emsuamaioria,ligadosedesligados

constantemente nas células. Diferentemente desses genes, existem os genes

constitutivos.

Controle da ExpressãoGênica em procariotos

9JoÃo AlENCAr pAMphIlE

Anotações

GENÉTICA

7978

Genes constitutivos:Genesquesãoexpressosconstantemente,comoogenedo

tRNA,rRNA,componentesdaRNApolimeraseeetc.

Ocontroledaexpressãogênicapodeocorreremníveisdiferentes:

-transcrição;

-processamentodemRNA;

-transportedemRNA;

-tradução;

-funçãoenzimática.

Aregulaçãogênicaérealizadaprimariamentenosníveisdetranscrição e processamento

do RNA.

o ModElo opEroN EM proCArIoTos• Operon:unidadegenéticadeexpressãocoordenada.ÞOsGenessãoreguladosemconjunto,coordenadamente.Essemodeloécomumnosprocariotoseinexistenos

eucariotos.

• Componentes:sãoformadosporumoumaisgenes estruturaisepelassequências

promotor e operadorcontínuas(Figura1).

PromotoréosítioemqueaRNApolimerasedeveseligarparainiciaratranscrição

dosgenesestruturais.

Operadoréosítioondeseligaorepressor(proteínarepressora).Essesítiopossui

umaregiãoquesuperpõecomosítiopromotor.

Repressor:proteínacodificadapelogeneregulador.Orepressor,aoligar-seaosítio

operador,impedeasíntesedeRNAmensageiro.

Figura 1. Esquema de um operon bacteriano. I = gene regulador, p = sítio promotor, o = sítio operador.

Controle positivo ou negativo do operon

Os Sistemas de controle positivo ou negativo são definidos pela resposta do

operonnaausênciadeproteínasreguladoras.Essesprocessosderegulaçãogênica

ocorremtantoemprocariotosquantoemeucariotos.Ocontrolenegativoémais

importanteembactérias,enquantoocontrolepositivoémaisempregadopelos

eucariontes.

Controle Negativo:osgenessãoexpressos,anãoserquesejam‘desligados’por

umaproteínarepressora.

Controle Positivo: os genes são expressos somente quando uma proteína

reguladoraativaestápresente.

Operon Induzível e operon repressível:

Indução:Processopeloqualaexpressãodegenesé ligadaemrespostaauma

substância do ambiente. Exemplo: regulação das enzimas envolvidas nas vias

catabólicas(degradativas).

Repressão:Processodedesligamentodaexpressãodegenesemrespostaauma

substância do ambiente. Exemplo: regulação das enzimas envolvidas nas vias

anabólicas(biossintéticas).

o opEroN lAC (opEroN dA lACTosE) ÉumOPERONinduzível.

ABactériaEscherichia coli(E. coli),napresençadoaçúcarlactose,sintetizaas

enzimasenvolvidasnasuautilização(Figura2):Ab-galactosidase cliva a lactose em

glicoseegalactose;ab- galactosídeo permease promove a entrada da lactose para

dentrodacélula,eatransacetilase.EssasenzimassãocodificadaspelosgeneslacZ,

lacYelacA,respectivamente.

Figura 2. Metabolismo da lactose (adaptado de pierce, 2011).


GENÉTICA

8180

Na ausência de lactose:Orepressorseligaaooperador,impedindoqueaRNApolimeraseseligueaopromotor,

impedindoatranscriçãodosgenesz,y,a(Figura3).

Figura 3. Funcionamento do operon lac na ausência da lactose (adaptado de Griffiths et al., 2009).

Na presença de lactose (indutor):A Lactose, mais especificamente a alolactose, liga-se ao repressor, impedindo que

esteseligueaooperador,permitindoqueaRNApolimeraseligue-seaopromotore

transcrevaosgenesestruturais.

Nestesistema,orepressorlivreliga-seaooperador(figura4).

Figura 4. Funcionamento do operon lac na presença da lactose (adaptado de Griffiths et al., 2009).

opEroN TrIpToFANo Éumoperonrepressível.Asbactériassãocapazesdesintetizaraminoácidos,

vitaminas,etc.AE. colipossuicincogenescodificadoresparaasenzimasenvolvidasna

síntesedotriptofano.

Orepressor(apo-repressor)nosistemarepressíveléinativo.Sótorna-seativo

quandoligadoaoco-repressor.Nasuaformaativa(repressorcompleto),eleliga-seao

operador,impedindoatranscriçãodosgenesenvolvidos.

Na ausência de triptofano:O apo-repressor não é capaz de ligar-se ao operador. A RNA polimerase liga-se ao

promotoretranscreveosgenes(Figura5).

Figura 5. Funcionamento do operon triptofano na ausência de triptofano. r = gene regulador, p = promo-tor, o = operador.

Na presença de triptofano:O triptofano (co-repressor) liga-se ao apo-repressor, formando um complexo. Esse

complexo(repressorativado)liga-seaooperador,impedindoqueaRNApolimerase

se ligue aopromotor, impedindo a transcriçãodos genes envolvidosna síntesede

triptofano(Figura6).

Figura 6. Funcionamento do operon triptofano na presença de triptofano. r = gene regulador, p = promo-tor, o = operador.


GENÉTICA

8382

operon lac: repressão catabólicaApresençaouausênciadelactosenãoéoúnicofatorqueinfluenciaaexpressãodo

operon Lac. Seacélulapossuiumafontesuficientedeglicose(umdosprodutosda

quebradalactose)parasuasnecessidadesenergéticas,elanãoprecisautilizaralactose.

Componentesdarepressãocatabólica:

1. proteínaativadoradocatabolismo(CAP);

2. sítioCAP;

3. AMPcíclico(umnucleotídeomodificado,derivadodeATPpormeiodeumareação

catalisadapelaadenilatociclase-cAMP);

4. glicose.

PormeiodocontroledaquantidadedecAMPnacélula,aglicose,indiretamente,

regulaaligaçãodocomplexoCAP-cAMP.AconcentraçãodecAMPéinversamente

proporcionalaoníveldeglicosedisponível.

Glicosepresente–adenilatociclaseinibida–níveisbaixosdecAMP–

sítioCAPvagooperonlacétranscritoapenasempequenataxa

Glicoseausente–adenilatociclaseativa–níveisaltosdeCAMP–

CAP/cAMPseligaaosítioCAPoperonlacétranscritoemgrandetaxa


1)Compareosoperonslactoseetriptofano.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• quaisasprincipaisdiferençasdocontroledaexpressãogênicaemeucariotosemrelaçãoaosprocariotos;

• quaissãoosprincipaismecanismosdocontroledaexpressãogênicaemeucariotos.

ODNAdeumorganismocodificatodasasmoléculasdeRNAedeproteínasnecessáriasparaconstruirassuascélulas.AgrandequestãoésabercomoassequênciasdenucleotídeosdoDNAfuncionam.Sobquaiscondiçõesosprodutosdosgenessãosintetizados?Umavezqueoprodutodosgenessãosintetizados,oqueelesfazem? Osdiferentestiposdecélulasemumorganismomulticelulardiferemtantoem suas estruturas como em suas funções. Se compararmos um neurônio e umhepatócitodeumorganismo,édificilimaginarqueestasduascélulasapresentamomesmogenoma.Adiferenciaçãocelulardestasdependedasmudançasdaexpressãogênica;desta forma,umapartedos genesque são expressosnoneurônionão sãoexpressosnohepatócito,eoinversotambéméverdadeiro.Assim,osdiferentestiposdecélulasdeumorganismomulticelular se tornamdiferentes,poiseles sintetizameacumulamumdiferenteconjuntodemoléculasdeRNAsedeproteínas, istosemalterarassequênciasdenucleotídeosdeseuDNA(figura1).

A regulação espacial e temporal dos genes eucarióticos garante o funcio-namento diferencial de suas células Muitosprocessoscelularessãocomunsparatodasascélulas.Assim,ascélulasemumorganismopossuemmuitasproteínasquesãocomuns,porexemplo:proteínasestruturaisdoscromossomos,DNApolimerase,RNApolimerase,enzimasdereparodo DNA, proteínas ribossomais, proteínas envolvidas nas reações do metabolismocentral,entreoutras.Masoutrasproteínassãoabundantesemcélulasespecializadas,porexemplo,ahemoglobinasópodeserdetectadanascélulasvermelhasdosangue,e isto ocorre em função de um controle espacial da expressão gênica.Uma célula

Controle da ExpressãoGênica em Eucariotos

10Claudete Aparecida Mangolin

GENÉTICA

8584

humanaexpressade30%a60%dosaproximadamente25.000genesquepossuem.Quandoaexpressãodessesgenesécomparadaentreasdiferentescélulas,observa-sequeoníveldeexpressãodequasetodososgenesativosvariadeumtipocelularparaoutro. Outroaspectoimportantedaregulaçãogênicaenvolveoaspectotemporal.Genesdiferentessãoexpressosemmomentosdiferentes;algunsemrespostaasinaisbiológicos,taiscomooshormônios,eoutrosrespondemaestímulosambientais. ApesardeasdiferentescélulasespecializadasapresentaremgrandesdiferençasparaseusRNAm,estasdiferençassubestimamadiferençatotalnopadrãodeproduçãodeproteínas,poisdoRNAmatéaproteína,istoé,apósatranscrição,existemmuitospassos nos quais a expressão dos genes pode ser regulada (figura 1). O splicing alternativo do pré-RNAm pode produzir uma família de diferentes proteínas a partir deumsógene(figura2),eaindaproteínaspodemsercovalentementemodificadasapósasuasínteseparasetornaremmadurasefuncionais.

Figura 1. os seis passos em que os genes em eucariotos podem ser controlados.

Figura 2. splicing alternativo do pré-rNAm pode produzir diferentes proteínas a partir de um só gene. As proteínas A, B e C estão sendo produzidas a partir do mesmo gene. para isso, em cada uma delas, foram

associados diferentes exons.

sinais extracelulares podem causar mudanças na expressão gênica de uma célula Amaioriadascélulasespecializadasemumorganismomulticelularalteramo

seupadrãodeexpressãogênicaemrespostaasinaisextracelulares.Seguindoospassos

de JacobeMonod,muitospesquisadores tentaram identificar indutoresespecíficos

da transcrição de genes eucarióticos. Entretanto o controle gênico em eucariotos,

induzidoporfatoresambientaisenutricionais,parecesermenosexpressivodoque

para procariotos. Três exemplos de indutores regulando a expressão gênica são

bem conhecidos. Os dois primeiros envolvem a indução por fatores ambientais –

luze temperatura–, eo terceiroenvolvea induçãodeumconjuntodemoléculas

sinalizadoraschamadashormônios.

Os hormônios circulam pelo corpo, fazem contato com as células alvo e

entãoiniciamumasériedeeventosqueregulamaexpressãodedeterminadosgenes.

Oshormôniospodemserdeduasclasses:oshormôniosesteroideseoshormônios

peptídicos. A primeira classe compreende os hormônios derivados do colesterol;

são lipossolúveis e apresentam pouca ou nenhuma dificuldade para atravessar as

membranas.Asegundaclassecompreendecadeiaslineraresdeaminoácidos;osinal

queelesemitemdevesertransmitidoparaointeriordacélulaporproteínasligadasà

membranaplasmática.

A regulação gênica realizada pela classe de hormônios esteróides está

apresentadanafigura3.Ohormônioentraemumacélulaalvoecombina-secomuma

proteínareceptora.Ocomplexohormônio-receptorliga-seaumasequênciaregulatória

noDNA,funcionandocomofatordetranscrição.Umavezqueestecomplexoseliga

a esta região, estimula a transcriçãogênica.O transcritoéprocessadononúcleoe

transportadoparaocitosol.Nocitosol,oRNAmétraduzidoemproteínas.

A regulação para a produção de diferentes perfis de proteínas na célula

pode ocorrer no controle da transcrição do DNA em RNA ou na tradução de RNA em

proteína.

Modos de regular a expressão gênica em eucariotos Aregulaçãodainiciaçãodatranscriçãoéaformamaisestudadadecontrole

daexpressãogênica,tantoembactériascomoemeucariotos.Naverdade,aregulação

gênica ocorre emmuitos níveis, incluindo alterações demRNA – alterações pós-

transcricionais (alterações noprocesso de splicing ou na estabilidade domRNA) e

alterações pós-traducionais (que são as modificações das proteínas). Entretanto a

maioriadosprocessosderegulaçãogênicaocorremnatranscriçãodegenes.


GENÉTICA

8786

Figura 3. Mecanismo de regulação da expressão gênica regulada por homônios esteroides.

Para amaioria dos genes, o controle transcricional é a forma principal decontrole,poisacélulaevitaasíntesedeintermediáriossupérfluos.Porissoaprincipalabordagemda regulação gênicadeste capítulo será consideradapara esta etapadaregulação.

Omecanismobásicoderegulaçãoenvolvesinaismolecularestantointracomoextracelulares,estes sinais induzemaativaçãodeproteínas regulatóriasemregiõesespecíficas damolécula deDNA. Essas regiões estão fora das regiões codificadorasde proteínas, sendo denominadas sequências regulatórias. A ligação dessasproteínasregulatóriasmodulaataxadetranscrição.Taisproteínaspodem,diretaouindiretamente,auxiliaraligaçãodaRNApolimeraseaopromotorparaativaroiníciodatranscrição,ouparareprimiratranscrição,umavezqueelaspodemimpediraligação

daRNApolimeraseàregiãopromotora.

Estrutura da cromatina e o funcionamento dos genes Como o genoma de eucariotos é maior do que o genoma de bactérias,

o primeiro grupo, portanto, apresenta uma forma mais complexa de regulação

gênica, exigindo ummaior número de proteínas regulatórias e maior número de

interações comas regiões reguladorasnoDNA.Adiferençamais importanteéque

oDNAeucarióticoestáassociadoaumconjuntodeproteínasbásicasdenominadas

histonaseproteínasnãohistonas.AassociaçãocomashistonasH2A,H2B,H3eH4

(histonas nucleossomais) garante a organização semelhante a um colar de contas,

queédenominadaestruturanucleossomal,ecoma ligaçãodahistonaH1tem-sea

organizaçãoda cromatina.Os fatoresgeraisde transcrição,osmediadorese aRNA

polimerase são incapazes de se associarem a um promotor que apresenta um estado

nucleossomalpadrão.Juntocomamaquinariadetranscriçãoqueatuanopromotor,

asproteínasativadorasdosgenespromovema iniciaçãodatranscrição,mudandoa

estruturadacromatinadassequênciasregulatóriasedospromotoresdosgenes.Em

eucariotos,aestruturadacromatinaédinâmica,eestefatoéoingredienteessencial

naregulaçãodosgenes.Oestadodacromatinaéoprimeiropassoparaocontrole

transcricional.

Comovimos,oestadodacromatinaéopontoinicialdocontroletranscricional,

e emmuitos casosnãoépossível a ligaçãodamaquinariade transcrição,devidoà

posição dos nucleossomos próximos e ao longo do promotor. Assim, a estrutura

da cromatina geralmente tem de ser alterada para ativar a transcrição eucariótica.

A regulação gênica em eucariotos requer a atividade dos complexos proteicos que

promovem ou que restringem o acesso da RNA polimerase aos promotores de

genes.Algunsdomíniosdeativaçãofuncionamatravésdaligaçãoaoscomplexosco-

ativadoresmultiproteicos,comoporexemplooscomplexosacetiladoresdehistonas.

A hiperacetilação das caudas N-terminais de histonas nos nucleossomos diminuem a

associaçãoDNA-HistonasefacilitaasinteraçõesentreoDNAdopromotoreosfatores

geraisdetranscrição,estimulando,assim,oiníciodatranscrição.

Fatores gerais de transcrição, proteínas mediadoras e a RNA polimerase

são incapazes de se associarem a promotores que estejam condensados na forma

nucleossomal. As proteínas ativadoras podem promover o início da transcrição,

mudando a estrutura da cromatina nas regiões regulatórias e nos promotores dos

genes.Asproteínasativadorasdosgenespodematuarmodificandocovalentemente

ashistonas,remodelando,removendoesubstituindonucleossomos(Figura5).Estas

modificações promovem descondensação da cromatina, tornam-a mais acessível,

facilitando a associação de fatores gerais de transcrição, de mediadores e da RNA

polimerase.Asproteínasativadorasdegenesatuamnasquatroformasdemodificações

dehistonas,atraindoenzimasmodificadorasdehistonas,complexosremodeladores

dacromatinadependentesdeATPechaperonasdehistonasquealteramacromatina

dopromotorqueelascontrolam(figura5).


GENÉTICA

8988

Figura 4. Estrutura e funcionamento dos genes de bactérias e de eucariotos. As diferentes regiões regulatórias, assim como as diferentes proteínas envolvidas na expressão gênica, estão apresentadas

(adaptado de Griffiths et al., 2009) .

As modificações da estrutura da cromatina podem persistir por tempo

variável.Emalgunscasos,assimqueasproteínasregulatóriassedissociamdoDNA,

asmodificaçõessãorapidamenterevertidas.Estarápidareversãoéimportanteparaos

genesquedevemserrapidamenteligadosedesligadosnacélula.

As sequências reguladoras no dNA e o início do processo de transcrição Em eucariotos, estão presentes três RNA polimerases, e a RNA polimerase

II é quem transcreve mRNAs. Os RNAs transcritos em eucariotos são amplamente

modificadosduranteatranscrição;asmodificaçõessãorealizadastantonaextremidade

3´comona5´,eosintronssãoretirados.Atranscriçãodegenesquecodificampara

proteínasémediadapelaRNAPolimeraseIIepodeseriniciadain vitropelaligação

sequencialdosseguintescomponentes,naordemindicada:TBP,queseliganoDNA

aoTATAbox;TFIIB,umcomplexodeRNAPolimeraseIIeTFIIF;TFIIE;e,finalmente,

TFIIH.

A maquinaria necessária para gerar a grande diversidade de padrões de

transcriçãodegenestemmuitoscomponentes,apresentandováriasregiõesdecontrole,

e,nessasregiões,ligam-seproteínasespecíficas.Estasregiõesestãolocalizadastanto

próximas como distantes do sítio de iniciação da transcrição. Dentre tais regiões,

podemoscitaropromotor,énesta regiãodogenequese iniciaa transcrição.Esta

região é reconhecida pela RNA polimerase. Como já discutido anteriormente, o

inícioprecisodatranscriçãoapartirdepromotoresdegenesrequerváriasproteínas

acessórias,osfatoresgeraisdetranscrição.

Trêstiposprincipaisdesequênciasforamidentificadasdentrodopromotor

deeucariotos:asregiõesTATAbox,quesãoasmaiscomunseaparecememgenesde

rápidatranscrição;ospromotoresiniciadores,quesãoencontradosemalgunsgenes,

asilhasCpG;eascaixasCCAAT,quesãocaracterísticasdegenesqueapresentambaixas

taxasde transcrição.Tambémsãoencontradososelementospromotoresproximais

(promoter-proximal elements), que se localizam acerca de 200 pares de bases a

montante do sítio de iniciação de transcrição. Vários desses elementos, contendo

de10a20paresdebases,podemregularumdeterminadogene.Osamplificadores

(enhancers ou upstream activating sequences [UAS’s], como são chamados em

leveduras), que contêm muitos pequenos elementos controladores, podem estar

localizadosa200paresdebasesouadezenasdequilobasesamontanteouajusante

de umpromotor, dentro de um intron, oumesmo a jusante do éxon final de um

gene.Oselementospromotoresproximaiseosamplificadores frequentemente são

específicosparaotipocelular,funcionandoapenasemdeterminadostiposdecélulas

diferenciadas.Todasestasregiõesestãoapresentadasnafigura6.

Figura 5. proteínas ativadoras de genes atuam de quatro maneiras diferentes modificando as histonas, atraindo enzimas modificadoras de histonas, complexos remodeladores da cromatina dependentes

de ATp e chaperonas de histonas que alteram o promotor que elas controlam ativo para que ocorra a transcrição.


GENÉTICA

9190

Figura 6. padrão geral dos principais elementos que regulam a expressão gênica (a) em eucariotos multi-celulares e (b) em leveduras.

Os fatores gerais de transcrição se ligam em sequencias específicas dentro

do promotor para facilitar o alinhamento de forma precisa da RNA polimerase no

filamentomoldedoDNA.

Além dessas proteínas, um conjunto de proteínas regulatórias (fatores

específicosdetranscrição),atuamnoiníciodoprocessodetranscrição.Essasproteínas

interagemcomsequênciascis-atuantequeselocalizampertodopromotorequesão

chamadaselementospromotoresproximaisouamplificadores(acentuadores).Estas

sequências regulatórias podem estar localizadas a uma distância considerável dos

promotoresdosgenes.Deummodogeral,ospromotoreseoselementospromotores

proximais estão vinculados por fatores de transcrição que afetam a expressão de

muitosgenes.Osamplificadores (enhancers) sãoosalvosde fatoresde transcrição

mais específicos que controlam a regulação de ummenor subconjunto de genes.

Para a RNA polimerase II transcrever o DNA em RNA, há a necessidade de vários

elementosreguladorescisatuantes.Ospromotores,elementospromotoresproximais

eatenuadoressãoalvosparaaligaçãodediferentesproteínastransatuantes.Aligação

daRNApolimeraseIIaopromotornãoproduztranscriçãodeformaeficiente,havendo

anecessidadedaparticipaçãodefatoresadicionaisdetranscrição;estesseligamaos

elementosproximaisdopromotor.

OsRNAs transcritos emeucariotos são amplamentemodificadosdurante a

transcrição, tantonaextremidade3´comona5´,eos intronssãoclivados.ARNA

polimeraseII(eucarioto)émuitomaioremaiscomplexadoqueaRNAbacteriana.

Umadas razõespara essa complexidade adicional é que aRNApolimerase II deve

sintetizar o RNA e coordenar os eventos especiais de processamento que são exclusivos

emeucariotos.

Figura 7. regiões de controle para um gene típico de eucarioto.

Controle pós-transcricional Cada etapa necessária para o processo de expressão gênica pode ser

controlada.Muitosgenessãocontroladospormúltiplosmecanismos.Comojávimos,

oscontrolesnainiciaçãodatranscriçãodogenesãoospontoscríticosnaformade

regulaçãopara todosos genes.Outros controlespodemagirmais tarde, na via de

RNAparaproteína,modulandoaquantidadedoprodutodogenequeseráfeitoea

exatasequênciadeaminoácidosdaproteínaqueserásintetizada.Essescontrolespós-

transcricionaissãocruciaisparamuitosgenes.Osmecanismosderegulaçãoincluem

aatenuaçãodoRNAtranscritopelasuaterminaçãoprematura.Outromecanismoéa

seleção do sítio de splicingalternativo.

Aformaçãodaextremidade3´doRNAmtambémpodesercontroladapela

seleçãodosítiodeclivagemepelaadiçãodacaudapoliAnoRNA.OsRNAspodem

ser editados. Durante o processo de edição, ocorre a alteração da sequência de

nucleotídeos,mudandoamensagemcodificadaqueoRNAmcodifica.Otransportedo

RNAdonúcleoparaocitosolpodesercontrolado,assimcomooposicionamentodeste

RNAemlocaisparticularesdacélula.Oiníciodatradução,bemcomoadegradação

reguladadoRNAm,sãoosúltimoseventosderegulaçãopós-transcricionais.


GENÉTICA

9392


1)Expliquequaissãoosníveisderegulaçãodaexpressãodeumgene.

2) Explique e discuta de que maneira a estrutura da cromatina está associada à

expressãogênica.

3) Os hormônios esteroides são moléculas que circulam na corrente sanguínea.

Expliquedequemaneiraessasmoléculasconseguematuarnaregulaçãodosgenes

queestãolocalizadosnonúcleodacélula.

4) Quando avaliamos o genoma de diferentes células de um mesmo organismo

(neurônio,hepatócito,etc.),observamosquetodasapresentamomesmogenoma.

Explique de que maneira é possível que cada uma delas produza diferentes

proteínas,conferindodiferentemorfologiaediferentefuncionamento.

Anotações

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá:• entenderumaabordagemintrodutóriasobresistemasgenéticosquecontrolamofuncionamentodosistemaimune;

• enfatizar a singularidade individual e a capacidadedegerarpolimorfismodessesistema;

• destacar a determinação e expressão gênica do Complexo Principal deHistocompatibilidade (MHC), das Imunoglobulinas (Igs) e dos Receptores deCélulasT(TCRs).

Organismos superiores conseguem identificar o próprio (self) do não próprio (nonself) e produzir uma reação seletiva contra um espectro muito amplo deantígenosestranhos.Aresposta imune correspondeàreaçãomediadapelaredeinterativa complexa de células e citocinas celulares do sistema imune. Os fatoresgenéticosdesempenhamumpapel-chavetantonageraçãodarespostaimunenormal,comotambémnodesenvolvimentodereaçõesimunesaberrantesedoençasresultantesimunologicamentemediadas. Boa parte da singularidade imunológica humana depende da expressãodosgenesdoMHC (complexo de histocompatibilidade principal) e dois outros da mesma superfamília que codificam componentes-chave da resposta imune: imunoglobulinas (Igs) e receptores de antígenos das células T (RCTs). OsgenesdoMHCestãolocalizadosnobraçocurtodocromossomo6.Essesistemaécompostoportrêsclassesdegenesaltamentecomplicadosepolimórficos:ClasseIeClasseII–AntígenosLeucocitáriosHumanos(HLA). Classe I (HLA-A, HLA-B, HLA-C) são os antígenos que constituem parteessencial da membrana plasmática das células nucleadas. Estão envolvidos narejeiçãode transplantes.Alémdisso, são fundamentaisparaa imunocompetênciaeintrincadamenterelacionadosaoreconhecimentodeantígenos,interaçõesdelinfócitosedesenvolvimentodeautotolerância.Ogenedab

2-microglobulina foimapeadonocromossomo5.

rearranjo Gênico e diversidade de Anticorpos

11Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki

GENÉTICA

9594

AclasseII(sub-regiões-HLA-DP,HLA-DQ,HLA-DR)sãomoléculasexpressadasprincipalmente nos linfócitos B,macrófagos e linfócitos T ativados. São essenciaistambémàmembranacelular,àsinteraçõescelulareseàsfunçõesimunes. Os antígenosHLA classe I e classe II desempenham um papel importantenodesencadeamentodeumarespostaimunee,especificamente,naapresentaçãodeantígenosaoslinfócitosT,quenãoreconhecemnemrespondemaumantígenoquenãoestejaformandoumcomplexocomumamoléculadeHLA. OsgenesdaclasseIIInãosãogenesHLA,masgenesdeproteínasséricasereceptoresdemembranaenvolvidoscomafunçãoimune,comoofatorBdaproperdina,C2eC4,quefazempartedosistemacomplemento.Nessafamíliagênica,estápresentetambémogeneda21-hidroxilase,quepossuialeloquecausaahiperplasiasuprarrenalcongênita. HáumaacentuadasemelhançanasequênciadeDNAenaorganizaçãodosgenesHLAdasclasses Ie IIeentreosgenesHLAeosgenesdas imunoglobulinase dos receptores de células T, o que levou à classificação em uma família gênicadenominada superfamília de genes das imunoglobulinas. Os membros dessafamília gênica parecem estar evolutivamente relacionados; seus produtos exercemumgrandenúmerodefunções,alémdopapelimunológicodasmoléculasdoHLAeimunoglobulinas.

polimorfismo e herança dos haplótipos do hlA O sistema HLA é altamente polimórfico. Já foram identificadas numerosasvariantes antigênicas (especificidades) emcadaumdos locosdoHLA.Todapessoaherdaumavariantedecadaumdos subgruposdoHLAdeumeoutrogenitor.Osalelos de HLA em um dado cromossomo são muito estreitamente ligados, sendotransmitidos juntos, comoumhaplótipo, e são codominantes.Cada genitor e seudescendentecompartilhamapenasumhaplótipo,eháumachancede25%dequedoisirmãosherdemhaplótiposcompatíveis.Emcasosraríssimos,umgenitortransmiteumhaplótiporecombinanteaoseudescendente. A tipagemdoHLA, classicamente realizadapelousode sorosdemulheresmultíparas (várias gestações), revelou uma considerável variação no perfil e nafrequência das variantes de HLA em populações diferentes. Essas diferenças nasfrequências observadas desses haplótipos mostram um grande desequilíbrio deligaçãodesseslocos.Porisso,certoshaplótipossãomuitofrequentesnaspopulações,enquantooutrosnuncaforamobservados(sãopossíveis3X107combinações).Existetambémumanotáveldistribuiçãoétnicadoshaplótipos.

A aceitação de tecidos transplantados se correlaciona principalmente com o graudesemelhançaentreoshaplótiposdoHLAdodoadoredoreceptor(eogruposanguíneoABO).Assim,omelhordoadorparaumtransplantedemedulaósseaoudeumórgãoéumirmãoABO-compátiveleHLA-compatíveldoreceptor.

Os haplótipos doHLA estão associados amuitas doenças (Quadro 1), e amaioria dessas desordens é autoimune, ou seja, associa-se a uma resposta imuneaparentementedirigidacontraumoumaisantígenospróprios.Namaioriadoscasos,aassociaçãoestárelacionadaàrespostaimuneenãodependedaproximidadefísicadogenecausadordadoençaaos locosdoHLA.OsgenesdoHLA, juntamentecomoutrosfatoresgenéticoseambientais,permitemumapredisposiçãoaváriasdoenças. ComoasmoléculasdoHLAsãoessenciaisaoreconhecimentodeantígenospor células T, acredita-se que o seu papel na patogenia pode estar relacionado adiferençasnacapacidadedessasproteínaspolimórficasparainteragircomantígenosecomoreceptordacélulaTnodesencadeamentodeumarespostaimune.Quadro1.ExemplosdeassociaçãoentreoantígenoHLAedoenças.

Imunoglobulinas Osanticorpossãoasimunoglobulinas(Igs)quesãoproduzidasemrespostaaumestímulo feitoporumantígenoestranho;eles reconhecemese ligamàqueleantígenoefacilitamasuaeliminação.SãomediadoresdarespostaimunenasdoençasrelacionadascomoHLA,bemcomonarespostaaantígenosestranhos. AprincipalimportânciagenéticadasIgséaocorrênciadeumapropriedadesingular–arecombinação somática–,pelaqualgenesdaslinhagensgerminativassãorearranjadosemcélulassomáticasparagerardiversidade. Osanticorpossãoencontradosemduasformas:linfócitosB(célulaB),ligadosàmembranacelular,eumaformasolúvelousecretada.Ossolúveissãoproduzidospor plasmócitos que são derivados de linfócitos B por proliferação ematuração –ativação das células B.Esseprocessoé iniciadopela interaçãoentreumantígenoespecíficoeamoléculadoanticorpoligadoàmembranadacélulaB.EssainteraçãoresultanaexpansãoclonalediferenciaçãodacélulaB, comconsequente formaçãodoplasmócito,quesecretaanticorposespecíficosparaosantígenosdesencadeantes,e célulasBdememória capazesde responder imediata e intensamente aqualquerprovocaçãoposteriorpelomesmoantígeno.

diversidade das imunoglobulinas Que mecanismo poderia gerar um número quase infinito de anticorposapartirdoDNAdequalquer indivíduo?Estima-sequecadapessoapossagerar108 anticorposdiferentes,emboraogenomasejacompostoporapenas3X109 pares de basesdeDNA. A resposta a essa questão foi demonstrada pelo fato de que os anticorpos sãocodificadosnalinhagemgerminativaporumnúmerorelativamentepequenodegenesque,duranteodesenvolvimentodascélulasB,sofremumprocessopeculiarderearranjosomáticoerecombinaçãoquepossibilitaageraçãodeumaampladiversidade.Opotencialdecriarnúmerostãoaltosdeanticorposdiferentespareceter-seoriginado

rearranjo Gênico ediversidade de Anticorpos

GENÉTICA

9796

comoummecanismodeproteçãocontraaenormesériedemicrorganismosinfecciososambientais,agentestóxicosecélulasmalignasautólogasaosquaisumapessoapodeficarexposta. AsmoléculasdeIgcompõem-sedequatrocadeiaspolipeptídicas,duascadeiaspesadas(H)eduascadeiasleves(L)idênticas,unidasporligaçõesdedissulfetoentreas cadeias (figura 1). As ligaçõesdedissulfetodentrodas cadeias subdividem cadacadeiaemumasériededomínioshomólogos.Combaseemdiferençasestruturaisnapartecarboxiterminal,ascadeiaspesadassãosubdivididasemcincoclassesisotípicas:g,a,m,d,e;asIgscorrespondentessão:IgG,IgA,IgM,IgDeIgE.Essasclassesdiferem

quantoàfunçãoeàestrutura.

Figura 1. Estrutura de uma molécula de imunoglobulina (A) e receptor de antígeno de célula T (B). s-s = pontes dissulfeto; Nh2= aminoterminal; Co2h= carboxiterminal; C= região constante; v= região variável.

AscadeiaslevesdasmoléculasdeIgssãodedoistipos:kel,masestesnãoestãopresentesnomesmoanticorpo.

UmanticorpoproduzidoporumacélulaBpossuiumisotipodecadeiapesadaeumsubtipodecadeialeve. Diferentedosdemaislocosautossômicos,emumacélula,apenasumdosdoisalelosparentaisparacadacadeiaHseráexpresso:opaternoouomaterno,masnãoambos(fenômenochamadodeexclusão isotípica).Omesmoocorreparaacadeialeve(exclusão alélica). CadacadeiaHeLcontémdoissegmentos,aregiãoconstante(C)earegiãovariável(V ).AprimeiraéquedeterminaaclassedamoléculadeIg,situa-sepróximaàextremidadecarboxilesuasequênciadeaminoácidosérelativamenteconservadaentreIgsdemesmaclasse.Aregiãovariável,aocontrário,localiza-senaextremidade

aminoesuasequênciadeaminoácidosexibegrandevariaçãoentreregiõesdiferentes.AsregiõesVdascadeiasHeLformamosítiodeligaçãoaoantígenoedeterminamaespecificidadedoanticorpo. Os genes que codificam as cadeias H e L localizam-se em três regiõescromossômicasnãoligadas(figura2).OsgenesdacadeiaLkestãolocalizadosnobraçocurtodocromossomo2(2p),enquantoosgenesdacadeiaLlestãonobraçolongodocromossomo22(22q),enobraçolongodocromossomo14(14q)estãolocalizadososgenesdaH. CadacadeiaHeLécodificadapormúltiplossegmentosqueestãoamplamenteseparadosnalinhagemgerminativa.OdomíniodaregiãoVdacadeiaLécodificadopelossegmentosVeJ( junção),aopassoquearegiãoVdacadeiapesadaécodificadaportrêssegmentosgênicos:ossegmentosV,JeD(diversidade).Nototal,cadagrupodegenesdasIgsabrangemuitosmilharesdeparesdebases. DuranteadiferenciaçãodascélulasB,oDNAnoslocosdasIgssofreorearranjosomático.Paraascadeiasleves,umsegmentoVeumsegmentoJsejustapõem,comperdadoDNAinterposto,paraformarumgenecomregiãovariávelcompleta. Para as cadeiaspesadas,umsegmentoDeumsegmento J se justapõemedepoissecombinamcomumsegmentoV.Nacadeiapesada,umadiversidadeaindamaior é gerada por causa do uso adicional de um dosmúltiplos segmentos D naformaçãoda regiãovariávelda cadeiaH.Afigura2mostraosprincipais rearranjosgênicosparaasíntesedeanticorpos.

Figura 2. Esquema da síntese de anticorpos. rearranjos dos genes de imunoglobulinas decadeias pesada e leve.

Podeocorreraindamutaçãodepontosomáticadentrodosgenesdaregião

variável,aumentandoaafinidadedoanticorpopeloseuantígeno.

rearranjo Gênico ediversidade de Anticorpos

GENÉTICA

9998

receptor de antígenos de célula T OreceptordeantígenosdecélulasT(RCT)éanálogoàs imunoglobulinas,

contudosãoglicoproteínasheterodiméricas ligadasàmembranadascélulasB,não

háformasolúvel.Essasglicoproteínastransmembranassãocompostasdeumacadeia

a e uma cadeia b (RCT a:b) ou uma cadeia g e uma d (RCT g:d).Quase todas as

célulasTnacirculaçãoperiféricapossuemreceptora:b,quedesempenhaumpapel

fundamentalnoreconhecimentodeantígenosenasíntesedeatividadeauxiliadoraou

citotóxicadascélulasT.Osreceptoresg:dsãosintetizadosnotimoatéanonasemana

degestaçãoemhumanos.Emseguida,suasíntesediminuiparaníveismuitobaixose

sãosubstituídospeloreceptora:b,denominadosdecélulasTmaduras.

OsgenesRCThumanosdascadeiasβeγestão localizados no cromossomo

7,eosdascadeiasαeδnocromossomo14. RCT assemelham-se estruturalmente à molécula de Ig. Possuem regiões

constantes e variáveis, segmentos V, D e J. São codificados em três regiões

cromossômicas separadas – parecem ser membros da superfamília gênica das

imunoglobulinas. NoRCTnãoocorremutação somática– o receptor de célula T

somenteconseguereconheceroantígenoquandoesteéapresentadoaelecomoum

peptídeoprocessado,formandoumcomplexocomumamoléculadoMHCclasseIou

classeII.Assim,oreceptordacélulaTéespecíficoparaacombinaçãodepeptídeoe

proteína,umfenômenoconhecidocomorestrição do MHC.


1) Expliqueporqueogêmeomonozigóticodeumreceptornãoénecessariamenteo

doadordeescolhaparaumpacientecomdeterminadadoençaautoimune.

2) O HLA possui muitos alelos para cada classe de molécula do MHC. De que

maneiraeleétransmitido?Considerandoasuamaneiradetransmissão,qualéa

probabilidadededoisirmãosapresentaremosmesmosalelosparaoHLA?

3) Explique omecanismo de expressão dos genes das imunoglobulinas e em que

pontosdiferedaexpressãodosdemaisgenesautossômicos?

4) ComentesobreassimilaridadesediferençasentreosreceptoresdecélulasTeas

imunoglobulinas.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá:• entenderedescreverosmecanismospelosquaisasmutaçõesalteramasproteínasemníveldesíntese,processamentoouasassociaçõesmoleculareseosfeitosno

seufuncionamento;

• entender as relações entre o defeito molecular, a localização e a natureza dapatologiaclínica.

Aprimeiraobservaçãoqueapoiouaideiadequeosgenesatuamcontrolando

aquímicacelularfoirealizadaporArchibaldGarrod,que,em1909,publicouolivro

sobreoserrosinatosdemetabolismo.Essemédicoinglêsnotouqueváriasdoenças

humanasrecessivasapresentavamdefeitosdemetabolismo(conjuntogeraldereações

químicasqueocorrememumorganismo).

Contudo foi o estudo desenvolvido por George Beadle e Edward Tatum

(1940)que esclareceuopapel dos genes edemonstrou a interaçãodos genesnas

viasmetabólicas.EssespesquisadoresreceberamoprêmioNobelporseuestudo,que

marcouoiníciodaBiologiaMolecular.

OmodelopropostoporBeadleeTatummostrouainteraçãoentreogenee

asenzimasdeformabrilhante.Ahipótese“umgene–umaenzima”foidemonstrada

poroutrospesquisadores e aceita.Comoasproteínas (sejamenzimasounão) são

codificadaspor genes, essa frase foimodificadapara “umgene–umpolipeptídeo

(tipomaissimplesdeproteína,formadoporumaúnicacadeiadeaminoácidos).

A síntese química nas células ocorre por vias com etapas sequenciais catalisadas

por enzimas.Os genes que codificam essas enzimas de vias específicas constituem

umsubgrupodogenoma.Afigura1mostraainteraçãoentregene,proteínaeavia

metabólica.

Erros Inatos doMetabolismo


GENÉTICA

101100

Figura 1. Esquema de via metabólica mostrando a interação entre gene e proteína

Alguns genes codificam RNA que tem função especial e não são traduzidos emproteínas,sãodenominadosdeRNAsfuncionais.Exemplos:RNAribossômico,RNAtransportadorepequenosRNAscitoplasmáticos.

Todos os processos bioquímicos estão sob controle genético, os quais se

desdobramemváriassériesdereaçõesgradativasindividuais.Cadareaçãobioquímica

estásobaaçãodeumgenediferente.Umamutaçãoemumgeneresultanaalteração

de uma única reação química. A figura 2 mostra a via metabólica do aminoácido

fenilalanina.Mutaçõesemgenesdiferentesdessaviapodemlevaradoençasmetabólicas

comoalbinismo,fenilcetonúriaealcaptonúria.

As mutações nos genes das diferentes classes de proteínas podem causar

váriostiposdedoenças,alterandoaquímicadacélulaeafunçãodoórgão.

Asdoençasmetabólicassurgemporfaltadeformaçãodoproduto(cretinismo

bocígeno), acúmulodeprecursor (doençadeVonGierke), superproduçãodeuma

substância(hiperuricemia),distúrbiosdetransportedemembrana(cistinúria).

ddoucc-albinismoaa-ácidohomogenstico(alcapton-urinacomcorescura)-alcaptonúriapp-(enzimadeficienteéfenilalaninahidroxilase)ocorreacúmulodefenilcetonúrianosangue-fenilcetonúria

Figura 2. via metabólica do aminoácido fenilalanina. Mutações nos genes d, A e p podem levar ao desnvolvimento de albinismo, alcaptonúria e fenilcetonúria.

Osdistúrbiosmetabólicosapresentamgrandevariaçãoquantoàseveridade.Algunssãodescobertosacidentalmenteedescritoscomovariantesmetabólicas,sendoassintomáticosesemnenhumaconsequência,comoasensibilidadegustativaaoPTC(feniltiocarbamida). A glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD – a enzima apresenta alteraçãofuncional,causandohemólisequandoapessoaingerecertasdrogascomoantibióticos)eaporfiriaagudaintermitentesãoassintomáticasatéquesejamdesencadeadaspelaingestãodecertasdrogas. Certos distúrbios metabólicos são sintomáticos, porém compatíveis coma sobrevivência e a reprodução, como, por exemplo, a alcaptonúria, a gota e ahemocromatose,queraramenteaparecemantesdaterceiradécadadevida. As formas infantis geralmente são agudas, enquanto as adultas tendem asermaisbrandasecrônicas.Pacientesquesobrevivemàgalactosemianosprimeirosanosdevida,graçasaumadietasemlactose,tendematolerarmelhoroleitequandoadultos. Os distúrbios metabólicos ligados ao X ocorrem com maior frequêncianos homens. Nas mulheres heterozigotas, como há inativação parcial de um doscromossomos X, os distúrbios podem manifestar gradações de severidade clínica,como na doença de Fabry. Nesse caso, algumas heterozigotas apresentam apenasopacidadedacórneaedisfunçõesrenaismínimas.Os principais grupos de erros inatos do metabolismo são os carboidratos,mucopolissacarídeos,lipídeos,metaiseaspurinas.

prINCIpAIs Erros INATos dE METABolIsMoCarboidratosGalactosemia–incapacidadedeconverteragalactoseemglicoseGalactosemia clássica (1:62000):ausênciadegalactose-1-fosfatouridiltransferase.Manifestaçõesclínicas:cataratas,algunsdiasapósonascimento,vômitosediarreia;podeocorreróbitonasprimeiras semanas;hepatomegaliaprogressiva;pode surgiraindaicterícia,proteinúria,aminoacidúriageneralizada.Deficiência da galactocinase(1:150.000):aúnicamanifestaçãoclínicaéacatarata.Populaçãonegrapossuiametadedagalactocinasenormalemsuashemáceaséumpolimorfismoinofensivo.

AminoácidosFenilcetonúria: deficiênciahepáticaemconverterafenilalaninaemtirosina.Háexcessodeácidofenilpirúviconaurinadospacientes.Autossômicarecessiva.Fenilalanina clássica: a enzima envolvida é a fenilalanina hidroxilase (atividadeenzimáticamenordoque1%)(Figura2).Hiperfenilalaninemias:(atividadeenzimática10vezesabaixodonívelnormal)sãodeváriostipos,comfrequênciaassintomática.Háduasvariantesraraseletais,também


GENÉTICA

103102

autossômicas recessivas, devidas à deficiência de diidropteridina redutase ou debiopterinasintetase.

Tirosinemia:distúrbiosnometabolismodatirosina.Herançaautossômicarecessiva.

Tirosinemia hereditária: duasformasclínicas:aguda,queégeralmentefatal,eaformacrônica,quecausaretardodecrescimento,cirrosenodulardofígadoenefropatia.

Hipertirosinemia:concentraçãodetirosinasuperiora1mM,apresentahiperqueratosedolorosadasregiõespalmareplantar,úlcerasnacórneaepodeapresentarretardomental-controlealimentarcomrestriçãodetirosinaefenilalaninaérecomendado.

Mucopolissacarídeos (Mucopolissacaridoses)São doenças decorrentes de depósito lisossômico. Há a deficiência ou falta deenzimas que degradem os glicosaminoglicanos (GAG), inicialmente denominadasde mucopolissacarídeos, que deram origem ao nome da doença. Os GAGs sãopolissacarídeos longos, não ramificados, ligados a um ácido urônico. Quandoos GAGs não são degradados corretamente, devido à deficiência enzimática, elesficam depositados no interior dos lisossomos. Dependendo da enzima deficiente,ocorreráum tipodemucopolissacaridose.A tabela1mostraosprincipais tiposdemucopolissacaridoseseasdeficiênciasenzimáticas.

Tabela 1. Mucospolissacaridoses, enzima deficiente na degradação de sulfato de

heparanepadrãodeherança.

lipídeosDoença de Gaucher: os três tipos são autossômicos recessivos. É um distúrbio

caracterizadopeloacúmuloelevadodeglicocerebrosídeosnascélulasreticuloendoteliais.

Associadosaoretardomentalocorremproblemasdecomportamento,convulsõese

outros, sendogeralmente fatalna adolescênciaou inícioda vida adulta. Frequente

entreosjudeus(ashkenazi).

Doença de Niemann-Pick:causadaporgrandeacúmulodeesfingomielina,devidoà

deficiênciadaenzimaesfingomielinase.Opadrãodeherançaéautossômicorecesivo.

A forma infantil ou aguda representa 80% dos casos com falta de crescimento e

hepatomegalia.Deterioraçãopsicomotoragrande,emgeralascriançasmorrematé4

anos.

Gangliosidoses: são doenças hereditárias causadas pela falta de enzima celular que

deveriadegradargangliosídios (glicoesfingolipídeos)presentesnascélulas.Quando

não sãoquebrados,depositam-seprincipalmentenocérebro,no fígadoenobaço.

Essedepósitoseráresponsávelpelosurgimentodossinaisesintomascaracterísticos.

Hádoistiposdegangliosidose:GM1eGM2.

Gancliosidose GM1:éumadoençadearmazenamentocelularcausadapeladeficiência

daenzimabeta-galactosidase.Seestaenzimaédeficienteounãofuncional,ocorreo

acúmulodegangliosídioGM1nascélulasdocérebroedeoutrassubstânciasàbase

deaçúcaregorduraemoutrostecidosdocorpo.OacúmulocerebraldeGM1dará

origemprincipalmenteàscomplicaçõesneurológicas,enquantooacúmulodeoutros

açúcares com gorduras será responsável pelas alterações viscerais e esqueléticas

provocadaspeladoença.AGM1podeserdeinícioinfantil,infantiltardiooujuvenile

inícionavidaadulta.

Doença de Tay-Sachs: é uma GM2; ocorre acúmulo de substrato por deficiência

dasenzimas lisossômicas.Nessedistúrbio,ocorreaquase totalausênciadaenzima

lisossômicahexosaminidaseAeumaumentodequase10vezesnaconcentraçãoda

hexosaminidase B, enzimas normalmente encontradas em quase todos os tecidos

humanos.Frequênciade3%entreosjudeusashkenazi.Ocorreemtodasasetniascom

prevalênciade1em3600nascimentos.Oiníciodadoençaocorreporvoltadosseis

mesesdeidadeelevaàmorteemcincoanos.Sintomas:apatia,hipotoniaeretardo

psicomotor, resposta exagerada ao barulho,mancha vermelho-cereja namácula da

retina (acúmulo de lipídeos), retardo psicomotor precoce, cegueira, convulsões e

macrocefalia.

Peroxissomos: distúrbios associados à disfunção peroxissômica generalizada,

síndromedeZellweger(autossômicarecessiva);causaretardomental,ouapenasuma


GENÉTICA

105104

função alterada como ocorre na adrenoleucodistrofia infantil, doença de Lorenzo

(ligadaaoXrecessiva).

MetaisDoença De Wilson:Hágrandereduçãodeceruloplasmina-removedordecobre,no

plasma, levando ao acúmulo de cobre que se deposita principalmente no fígado,

causando cirrose.No sistemanervoso, causaproblemasneurológicos (disartria e a

deterioração da coordenação dosmovimentos voluntários, distúrbios de postura e

tônus,movimentosinvoluntários);naíris,formaumanelcastanho-dourado,chamado

deaneldeKayser-Fleisher.Sintomaspodemsurgirdesdeos4anosatéaidadeadulta.

Manifestaçõesclínicas:hepáticaouaguda:hepatite,cominíciona infância, levando

àmorte entre 4-15meses; crônica: início tardio, levando àmorte entre 2-7 anos.

Hemólise é frequente. Perda de função intelectual e distúrbios de comportamento

podemdesenvolver tardiamente.Mulheres,emgeral,apresentama formahepática,

enquantooshomenstêmaneurológica.Herançaautossômicarecessiva.

purinassínDrome De lesch-nyhan: deficiência da enzima hipoxantina-guanina

fosforribosiltransferase (HPRT – participa do ciclo de purinas, na ausência dessa

enzimaháacúmulodeácidoúrico)-herançarecessivaligadaaoX.Pessoascomaté

30%daatividadenormaldaenzimaapresentamapenasgota,comoresultadodasuper

produçãodeácidoúrico,semalteraçõesneurológicas.Mulheresheterozigotaspara

estadeficiênciageralmentenãoapresentammanifestaçõesclínicas.Ossintomassão:

coreoatose(desordemdosmovimentos),espasticidade,retardomental,automutilação,

hiperuricemia,cálculosrenais.Morteporinsuficiênciarenalouporinfecçãoocorre

entre20e30anos.Prevalênciaéde1em100.000nascimentos.Entre2e16anos,a

criançaapresentacompulsãoemseautomutilar.Podemsetornaragressivas.Nãohá

tratamentodefinitivo,principalmenteparaosistemanervoso.


1)Expliquequalarelaçãoentregene,enzimaeerroinatodemetabolismo.

2)Expliquecomopodemsurgirasdoençasmetabólicas.

3)Expliquequaisosprincipaistiposdeerrosmetabólicosquepodemcausardoenças.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• e descrever a segregação independente dos genes, por meio da análise dosprincípiosdaHerançaMendeliana.

prINCípIos MENdElIANos: hErANÇA dE UM pAr dE GENEs E hErANÇA dE doIs pArEs dE GENEs

Em 1866, o monge e matemático austríaco Gregor Mendel (1822-1884)

publicou o trabalho “Experimentos com plantas híbridas”, no qual procurou

explicar a maneira como as características dos organismos são herdadas. Assim

nascia a genética. Contudo suas ideias sobre herança somente foram aceitas e

tiveram créditos a partir de 1900, 35 anos após o seu estudo ter sido publicado.

Naquela época, três botânicos, Hugo de Vries, na Holanda, Carl Correns, na

Alemanha, e Eric von Tschermak-Seysenegg, na Áustria, independentemente,

obtiveram os mesmos resultados de Mendel.

Os estudos de Mendel foram desenvolvidos com ervilha Pisum sativum,pois

essadicotiledôneacrescefacilmenteemcasadevegetação.Asplantaspossuemciclo

devidacurto,produzemgrandenúmerodedescendentesesãofáceisdemanipular

(realizarfertilizaçãocruzadamanualmente).

Osprimeirosexperimentossãodenominadoscruzamentosmonoíbridos,pelo

fatodequefoiinvestigadaaherançaparaapenasumacaracterística.Mendelrealizou

experimentoscomsetetraçosmorfológicoseherdáveisdaservilhas,quepodemser

observadosnatabela1.

princípioMendelianos


GENÉTICA

107106

Tabela 1. Cruzamentos realizados porMendel em 1866,mostrando as proporções

fenotípicasdageraçãoF2.

Osexperimentosforamrealizadosseguindoasetapasmostradasaseguir.Será

consideradooexperimentocomervilhascomfloresroxasefloresbrancas.

Plantascomfloresroxasefloresbrancaserammantidasporautofertilização–aparte

masculinadaplanta (pólen) fertiliza a parte feminina (óvulos) damesmaplanta–

denominadas linhagens Puras,ouseja,eramasplantasparentais.

Apósaproduçãodaslinhagensparentais,eramrealizadososprimeiroscruzamentos

paraobtençãodasplantasdenominadasF1(primeira geração filial).

Cruzamento Parental:Nessetipodecruzamento,osgrãosdepólendeumaplanta

(comfloresroxas)eramcolocadospormeiodeumpincelnoestigma(aberturaparao

ovário)deoutraplantaemasculada(haviamsidoretiradososestiletesquecontinham

osgrãosdepólen)comfloresbrancas.Assementesobtidasdocruzamentoentreas

plantasparentaisforamsemeadas,easplantasobtidastiveramascoresdassuasflores

analisadas.

F1:todasasfloresobtidastinhamcoloraçãoroxa.

AgoraMendelfezocruzamentoentreasplantasobtidasnaF1(F1xF1).

As sementes obtidas do cruzamento F1xF1 foram semeadas, e as plantas obtidas

tiveramascoresdassuasfloresanalisadas.

F2 (segunda geração filial): entre as plantas obtidas, foi observado que havia

flores roxasefloresbrancas.Mendel inovouapesquisa científicadaépocaporque

eleverificouonúmerodefloresdecadacor.Na tabela1,podemosverificarquea

proporçãoobtidafoide3,15 flores roxas: 1 flor branca.

Mendel repetiu esse experimento com as outras características mostradas na

tabela1.Osresultadosmostraramque,naF1,umadascaracterísticasdosparentaisse

manifestavaemtodasasplantasdescendentes.Eledenominouessacaracterística,que

éobservadanaF1,comodominante.

AcaracterísticaquedesaparecenaF1evoltaaserobservadanaF2foidenominadade

recessiva.

ApesardenãotersidoexatanosexperimentosrealizadosporMedel,ficouestabelecido

que a proporção fenotípica da F2, em cruzamentos monoíbridos, é de 3

dominantes: 1 recessivo.

Osresultadosdessescruzamentospermitiramquefosseelaboradooenunciadoque

ficouconhecidocomoprimeiraleideMenel:Os membros dos pares de genes se

segregam (separam) igualmente nos gametas (óvulos e espermatozoides).

Essaafirmaçãofoimuitoimportante,poisnaépocanãohaviaconhecimento

sobreosgenes,queelesestão situadosnoscromossomosequeestes se localizam

no interiordonúcleoemeucariotos.Tambémnãoera conhecidoomecanismode

meiose,queformaosgametas;portantoasideiasdeMendelforaminovadoras.

Atualmente, conseguimos entender esse modelo facilmente e estabelecer

algumasdefiniçõesimportantesparaagenética:

Genoma:conjuntocromossômicobásicodeumorganismo.

Gene:Unidadefuncionaldeherança;normalmentecorrespondeaosegmentodeDNA

quecodificaumaproteína.

Alelo:Formasalternativasdeumgene.

Genótipo:Acomposiçãoalélicaespecíficadeumdeterminadogene.

Fenótipo:Manifestaçãoexternadetectáveldeumgenótipoespecífico.

Loco (latim locus, plural= loci):localondeestáogenenogenoma.

Além de estabelecer a proporção fenotípica dos caracteres analisados,

podemostambémestabeleceraproporçãogenotípicadessescaracteres.

Sabemosqueamaioriadosorganismoseucarióticossãodiploides,portanto

háumacombinaçãodedoisalelosparacadagenequecompõeogenomadasespécies.

Voltandoaoexemplodacordasfloresdaservilhas,temosque:Florroxa=

geneB;florbranca=geneb(lembretes:adenominaçãodogeneéfeitapelaprimeira

letradacaracterísticarecessiva;onomedogenedeveserescritoemitálico).

O cruzamento parental (linhagem pura)BB (flor roxa) X bb (flor branca)


GENÉTICA

109108

(essas plantas formam gametas: óvulos e grãos de pólen) resultará na proporção

genotípicadaF2de:¼BB:2/4Bb:¼bb,comoapresentadonafigura1,pelométodo

do quadrado de Punnett.

Reginald Crundall Punnett (1875-1967) foi um geneticista Britânico que ajudou a establecer a

genética como ciência, além de contribuir com ométodo do quadrado de Punnett para prever

proporçõesgenotípicasefenotípicasdecruzamentos.

Figura 1. Cruzamento entre plantas puras de ervilha com flores roxas x flores brancas, mostrandoas proporções genotípicas (quadro de punnet) e fenotípicas da F2.

Deacordocomafigura1,podemosverificarqueosindivíduosquepossuem

genótipoBB,bb são denominados de homozigotos,ouseja,possuemduascópias

idênticasdomesmogene.Podemosdizerainda,queosdoisalelossãoidênticos.

OsindivíduosqueapresentamgenótipoBb são heterozigotos,poispossuem

asduasformasalélicasdogenediferentes(osdoisalelossãodiferentes).

Apósosestudos,considerandoapenasumgenecomdoisalelos,Mendelfez

aassociaçãodedoisgenescadaumcomdoisalelos.Ouseja,elepassouaavaliara

herançadeduascaracterísticas,cruzamentos diíbridos.

Podemosdizer,então,queasegundaleiéumaextensãodaprimeira.

Paraentenderasegundalei,serãoutilizadososgenescordaflordaervilha

(roxaoubranca)ecordasemente(amarelaouverde).

Tiposdecruzamentosnasanálisesgenéticas

Cruzamentorecíproco–umpardecruzamentoscomosegue:

(fêmea)genótipoAX(macho)genótipoB

e(macho)genótipoAX(fêmea)genótipoB

Cruzamento-teste–cruzamentoentreumorganismodegenótipodesconhecidoouheterozigotoe

umtestador,geralmenteotestador

Afigura2mostra,deformaesquemática,ocruzamentoentreplantaspuras

comfloresroxasesementesamarelasXplantaspurascomfloresbrancasesementes

verdes.NaF1,foramobservadastodasasplantascomfloresroxasesementesamarelas.

Durante a formação dos gametas das plantas F1, houve a segregação dos

gametas,eestafoiindependente(figura2).Sabemosqueestaafirmativaécorretapela

observaçãodameioseedassuasetapas.DuranteametáfaseI,cadapardehomólogose

localizanoplanoequatorial.Essalocalizaçãonãodependedaorigemdoshomólogos;

háumamisturadessescromossomos.QuandoocorreasegregaçãonaanáfaseI,os

cromossomos migram para pólos opostos, originando as diferentes combinações

cromossômicase,comoconseqüência,dealelos.

Figura 2. segregação independente entre os locos dos genes para cor da flor de ervilha (roxa (B) e branca (b)) e cor da semente (amarela (A) e verde (a)), mostrando as proporções genotípicas (quadro de punnet) e

proporções fenotípicas da F2. G = genótipo e p = proporção fenotípica.

Emdecorrênciadessasdiferentescombinaçõesnaformaçãodosgametasena

formaaleatóriaparaformaçãodaF2,levouàobtençãodasproporçõesfenotípicase

genotípicasapresentadasnafigura1.


GENÉTICA

111110

Assim,asegundaleideMendelpodeserdescritacomosendoo princípio

da segregação independente, ou seja, os pares de genes em cromossomos

diferentes separam-se independentemente na meiose.

RESUMINDO

PrimeiraLeideMendel:

• Proporçãofenotípica=3:1(dominantes:recessivos)

• Proporçãogenotípica=1:2:1(homozigotodominante:heterozigoto:homozigotorecessivo

SegundaLeideMendel:

• Proporçõesfenotípicasegenotípicas=9A-B-:3A-bb:3aaB-:1aabb

Aanálisemendelianapermitepreverasproporçõesgenotípicasefenotípicas

na prole de um cruzamento. Além do quadrado de Punnett, pode ser utilizada a

probabilidade para prever as proporções esperadas emum cruzamento, já que na

segregaçãomendelianadeumgenecomdoisalelosoheterozigotoproduzdoistipos

degametas,metadecomumaleloeaoutrametadecomooutro.

Dessamaneira,duasregrasdaprobabilidadesãoutilizadas:

A regra multiplicativa:aprobabilidadedequeeventosindependentesocorram

juntoséoprodutodesuasprobabilidades individuais,ouseja,P(AeB)=P(A)X

P(B).

A regra da adição:aprobabilidadedeum ou outro de dois eventos mutuamente

exclusivosocorrereméasomadesuasprobabilidadesindividuais,ouseja,P(AouB)

=P(A)+P(B).

Exemplos:

a) Considere o cruzamento Aa x Aa:

A chance de que um zigoto seja AA será a probabilidade de que cada gameta

contenha o alelo A:P(AA)=P(A)xP(A)=(½)x(½)=¼,poisosdoistiposde

gametassãoproduzidosindependentemente.

A chance de que um zigoto sejaAa será a probabilidade do aleloA vir de um

ovócitoeoaleloa virdeumespermatozoidequeéde1/4,ouvice-versa:P(Aa)=

P(Aa ovócito,espermatozoide)+P(Aa espermatozoide,ovócito)=(1/4)+(1/4)

=½.

b) Considere o cruzamento AaBbCcDd X AaBbCcDd

Que proporção da prole será homozigota recessiva para os quatro alelos?

P(aabbccdd)=P(aa)xP(bb)xP(cc)xP(dd)=(¼)X(¼)X(¼)X(¼)=1/256

c) Considere o cruzamento AaBb X AaBb

Queproporçãodaproleseráhomozigotarecessivaparapelomenosumgene?P(A-

bb)+P(aaB-)+P(aabb)=(¾x¼)+(¾x¼)+(¼x¼)=(3/16)+(3/16)

+(1/16)=7/16.


1)Umcasalcompigmentaçãodapelenormaltemumdosseusgenitoresalbinos.Qual

aprobabilidadedequeelestenhamumacriançaalbina?

2)Considereoseguinte:ohomemalbino,amulherénormalparapigmentaçãoda

pele,masopaidelaéalbino.Qualaprobabilidadedocasalterumacriançaalbina?

3)Umcasalnormaltemquatrocrianças.Duasapresentamumdistúrbiogenéticoraro

quetemaparecidoesporadicamentenessafamília.A)Qualéopadrãodeherança

dessedistúrbio?B)Qualéogenótipodosgenitores?

4) Em ervilhas, os genes para planta alta, semente amarela e semente lisa são

dominantes sobre seus respectivos alelos para plantas anãs, sementes verdes e

rugosas. A) Represente um cruzamento entre uma planta homozigota alta com

sementeslisaseverdeseplantaanãcomsementesrugosaseamarelas,descrevendo

ospossíveisgametasdecadaparentaledaF1.B).Representeumcruzamentoentre

duasplantasdaF1eapresenteasproporçõesfenotípicasegenotípicasesperadas

paraaF2.

Anotações


GENÉTICA

113112

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• aanálisemendeliana,abordandoasdiferentesformasdedominânciaeidentificarasdiferençasentredominânciaincompletaecodominância;

• eanalisarospadrõesdeherançaemnívelfamiliarpormeiodeheredogramas.

rElAÇÕEs dE doMINÂNCIA: doMINÂNCIA INCoMplETA, CodoMINÂNCIA E ANálIsE dE hErEdoGrAMAs Mendeldemonstrouqueosgenesocorrememformasalternativas(alelos).Paracadaumadassetecaracterísticasanalisadas-cordasemente,texturadasemente,forma da vagem, cor da vagem, altura da planta, cor da flor e posição da flor –,foramidentificadosdoisalelos:umdominanteeoutrorecessivo.Pareciahaverumadicotomia,poisumdosalelosdeterminavaofenótipoeooutronãofazianada.Masessaobservaçãoéumasimplificaçãodos fatos,como foidemonstradono iníciodoséculoXX,ouseja,asrelaçõesdedominânciaentreessesalelossãomaiscomplexasepodemserobservadosdiferentesefeitossobreofenótipo. Asmutaçõespermitemoaparecimentodenovasformasdeumgene,osalelos.Assim,quandosão identificadosnovosalelosdeumgene,é importanteverificarseelessãodominantesourecessivos,paraesclarecercomoamutaçãoatua. Adominânciaéumtipodeinteraçãoentrealelosdeumúnicogeneemumheterozigoto. Na dominância completa,oalelodominanteseráexpresso,mesmoqueestejapresenteemumaúnicacópianoheterozigoto,eoaleloalternativoserátotalmenterecessivo.Nessecaso,nãoépossívelsepararpelofenótipoosindivíduoshomozigotosdominanteseosheterozigotos(AA =Aa). Em alguns tipos de interações entre os alelos de um gene não há essadominânciacompletadeumdosalelos,podendoserobservadosheterozigotoscom

fenótiposdiferentesdaquelesdosdoistiposdehomozigotos.

Anotaçõesrelações dedominância


GENÉTICA

115114

DOMINÂNCIA INCOMPLETAcor Da Flor De Antirrhinum majus (boca-De-leão)

Asplantascomfloresvermelhas(BB) ebrancas(bb)sãohomozigotasparadoisalelos

de um loco determinante da cor das flores. Quando essas plantas são cruzadas,

originamumaprolecomfloresrosa(Bb).Oaleloparaacorvermelhaéparcialmente

dominante,porissodenomina-sedominância incompleta.

A dominância incompleta pode ser explicada, em nível molecular, pela

quantidadedeprodutoproteicoproduzidoporcadaalelo.Nocasodaflorboca-de-

leão,oaleloB tem comoprodutoessaproteína, e o alelo b nãoproduz. Asflores

homozigotasBB produzemodobrodeprodutoqueasheterozigotasBb,apresentando

coloraçãovermelha(maisintensa)(Tabela1).Assim,acoloraçãorosadasfloresBb é

decorrentedamenorquantidadedepigmentoproduzidoporelas(Tabela1).

Tabela1.DiferençasnaquantidadedeprodutodosalelosdogeneB ecoloraçãodaflor

de A. majus (boca-de-leão).

CodoMINÂNCIA Nesse caso, há a expressão de ambos os alelos de um heterozigoto. Os doisaleloscontribuemindependentementeparao fenótipoheterozigoto–háumaindependênciadefunçãodosalelos.

sistema sanguíneo MN AcapacidadedeproduzirosantígenosMeNédeterminadaporumgenecomdoisalelosMeN.OshomozigotosMproduzemapenasessetipodeantígeno,assimcomooshomozigotosNproduzemapenasoantígenoN.Osheterozigotosparaessesdoisalelosproduzemosdoistiposdeantígenos.A codominância também é observada no sistema ABO, que será discutidoposteriormente.

Anemia Falciforme Essadoençahumanaédecorrentedeumamutaçãoporsubstituiçãodeumaúnica base nitrogenada no gene da β-globina humana, que leva à alteração de um

aminoácidoglutamina(CTT)paravalina(CAT).Hádoisalelosprincipaisparaahemoglobina:oHbA(hemoglobinanormal)eaHbS paraahemoglobinafalcêmica(S=sickleeminglêssignificafoice,porqueashemáceasadquiremformaafoiceada).Pessoas com o genótipo HbSHbS apresentam anemia grave, geralmente fatal. Ahemoglobinaanormalfazqueashemáceassetornemafoiceadas.Quandoogenótipoé HbAHbA, as hemáceas são normais; e os heterozigotosHbSHbA apresentam traço falcêmico–ashemáceassóafoiçamsobbaixasconcentraçõesdeoxigênio.Asdiferentes formasdashemoglobinaspodemser visualizadasemeletroforesesdeproteínasemgéisdeamido.Nessetipodeanálise,podemseridentificadaspessoasque são HbAHbA,HbSHbS,HbSHbA.Os heterozigotos são clinicamente normais quanto à anemia, contudo apresentamresistênciaàmalária,poisoprotozoárioPlasmodiumsp.,causadordessadoença,nãoconseguesereproduzirnashemáceasfalcêmicas.

Aanemiafalciformeéumexemplodedominânciaincompleta,poisosindivíduosheterozigotos apresentam apenas o traço falcêmico. Contudo a análise eletroforéticada hemoglobinas mostra codominânica, já que os heterozigotos e os dois tipos dehomozigotossãoidentificadospeladiferençademobilidadedessasmoléculas.

ANálIsE dE hErEdoGrAMAs Opadrãodeherançadosgenespodeserinvestigadonasfamílias,aolongodasgerações,pormeiodeheredogramaoupedigree. Heredogramapodeserdefinidocomoumdiagramadeumahistóriafamiliar,indicandomembrosdafamília,seuparentescocomoprobandoesuacondiçãocomrelaçãoaumadeterminadacondiçãohereditária. Afigura2mostraosprincipaissímbolosdeheredogramaeoseusignificado.

Figura 2. principais símbolos e seus significados para elaboração de heredograma.

relações de dominância

GENÉTICA

117116

Os principais padrões de herança e heredogramas representativos são

apresentadosaseguir.

herança autossômica dominante

herança autossômica recessiva


1) Comoépossíveldiferenciardominânciaincompletadecodominância?

2) Duasplantasflor-de-maravilhacomfloresrosaforamcruzadas.Aprogêniedestecruzamento era composta de 44 plantas com flores vermelhas, 84 plantas comfloresrosae42comfloresbrancas.Quehipótesepoderiaexplicaressesresultados?

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• comoosalelosdeumlocointeragem,inclusivequandoapresentamletalidade;• queocorremlocoscommaisdedoisalelos.

Oentendimentodospadrõesdeherançapermitiudetectarváriasalterações

nasproporçõesdescritasinicialmenteporMendelparaumlococomdoisalelos.Essas

diferentes proporções fenotípicas e genotípicas foram agrupadas como extensões

à análisemendeliana. Assim, os alelosmúltiplos e os genes letais serão analisados

separadamente.

AlElos MÚlTIplos Entreosanimaiseasplantassãoconhecidosmuitosexemplosdaocorrência

deváriasformasdiferentesdeumgeneparaomesmoloco.Osalelosmúltiplos,como

sãodenominadosessescasos,sãobemconhecidosparaacordepelagemdecoelhos,

sistemasanguíneoABOenaautoincompatibilidadedeplantas.

Cor de pelagem de coelhos As cores dos pelos em coelhos são explicadas pela série alélica C, cch, ch, c:C=

pelagem selvagem denominada aguti - pelo preto ou marrom-escuro; cch = cor

chinchila - cinza-claro; ch=cor himalaia=pelosmarronsoupretos apenasnas

extremidadesorelhas,cauda,focinhoepatas-demaispartesdocorpobranca,com

olhoscor-de-rosa;ec=pelagembrancaemtodoocorpo,sendooanimalalbinocom

osolhoscor-de-rosa.

A interação que existe entre os alelos é a de dominância completa, na qual,

C>cch>ch>c.Nessecaso,épossívelocorrer10genótiposqueexpressamapenas4

fenótiposcorrespondentesaonúmerodealelos,comopodeserobservadonatabela1.

Alelos Múltiplos eGenes letais


GENÉTICA

119118

Tabela1.Genótiposefenótiposcorrespondentesparaacordepelagemdecoelhos.

Épossívelestimardemaneirarápidaonúmerodegenótipospossíveisapartirda

quantidadedealelosconhecidosparaumloco:

Númerodegenótipos=m(m+1)/2

Sendom=númerodealelos

Ostiposdehomozigotoscorrespondemaonúmerodealelos,noexemplodacordepelagem

decoelhos=4.

Onúmerodetiposdegenótiposheterozigotospodeserestimadoapartirde:

Númerodetiposheterozigotos=m(m-1)/2

Sendom=númerodealelos

Considerandomaisumavezapelagemdecoelhos,teremos6genótiposheterozigotos.

sistema sanguíneo ABo Os grupos sanguíneos são antígenos da membrana das hemáceas. Foram

descobertosem1901,peloDr.KarlLandsteiner,emViena,quandoeleverificouque

ascélulasvermelhasdealgumaspessoasaglutinavamemgruposmacroscopicamente

visíveis,quandomisturadasaosorodeoutraspessoas.Atualmentesãoconhecidos15

sistemasqueincluemmaisde100grupos.

OsistemaABOcontrolaotipodeglicolipídeosencontradosnasuperfíciedos

eritrócitos,aparentementepelaespecificaçãodotipoglicosil-transferases(enzimasque

catalisamasíntesedepolissacarídeossintetizadosnascélulassanguíneasvermelhas).

Os tipos específicos de glicosídeos na superfície das células vermelhas

fornecem os determinantes antigênicos que reagem com anticorpos específicos

presentesnosorosanguíneo.

Os antígenos do sistema ABO são mucopolissacarídeos formados por um

açúcar(basedaespecificidadedareaçãoantígeno-anticorpo)+proteína(idênticaem

ambososantígenos).

OgeneIéresponsávelpeladeterminaçãodosantígenosdosistemaABO,está

localizadonocromossomo9epossuitrêsalelos. Os alelos IA e IBsãocodominantes,

e o alelo iérecessivo(IA =IB>i).Atabela2mostraospossíveisgenótiposdostipos

sanguíneosdosistemaABO.

Tabela2.TipossanguíneosdosistemaABOeosprováveisgenótipos.

Alelismo múltiplo em plantasA autoincompatibilidade é a incapacidade de uma planta fértil produzir sementes,quando fertilizada com seu próprio pólen. Esse mecanismo favorece a alogamia,atuandonamanutençãodavariabilidadegenética.Cerca de metade das famílias das angiospermas hermafroditas apresentam essefenômeno. A autoincompatibilidade ocorre em plantas de valor econômico, comoameixeira,macieira,repolho,brócolis,centeio,cacau,maracujáegirassol. Essemecanismo foi descrito pela primeira vez em fumo (Nicotiana), queapresentavaincapacidadedecrescimentodotubopolínico,ouumcrescimentomuitolento, ineficiente para a fertilização. Essa incapacidade é explicada, geneticamente,pela presença de uma série alélica S (self-inconpatibility=autoincompatibilidade). Abasemoleculardaincompatibilidadeestácorrelacionadacomaformaçãodeumaglicoproteínanoestigmadaflor-cadaalelodasérieproduzumaglicoproteínaespecífica,quesóéproduzidanos tecidosdaflor femininaondeopóleneo tubopolínicoentramemcontato.A inibiçãodocrescimentodo tubopolínicosóocorrequandoocruzamentoéincompatível,istoé,dependedainteraçãoentreosprodutosdos alelos Sidênticos,presentesnopólenenaflorfeminina.Quandoessesprodutosseencontram,inicia-seumareaçãodeincompatibilidadeempoucosminutos. Assim,aglicoproteínaproduzidaporumdeterminadoaleloS,noestigma,determina a sua formação no pólen ou na célula-mãe desse pólen. Quando hápolinização, as duasmoléculas se combinam para formar dímeros. As reações sãosemelhantesàsdeantígeno-anticorpoqueocorremnosanimais.Sãodescritosdoistiposdeautoincompatibilidade:agametofíticaeaesporofítica. O tipo mais comum de incompatibilidade entre as angiospermas é agametofítica;ainteraçãoalélicaédecodominância.AincompatibilidadegametofíticapodeserobservadaemPrunus (amêndoa,damasco,cereja,nectarina,pêssego,ameixa),trevobranco(Trifolium repens),trevovermelho(Trifolium pratense), Petúnia,Nicotiana e nasgramíneas. Nosistemagametofítico,ocorreráabortodopólensemprequehouveralelosemcomumnosprogenitoresmasculinosefemininos.


GENÉTICA

121120

Em um cruzamento S1S2 (pistilo – flor feminina) x S1S3 (grão de pólen -masculina),ogrãodepólenproduziráantígenos1e3eopistiloproduziráanticorpos1e2.Nessecaso,ocorrerão50%deabortosporincompatibilidadeentreS1(antígeno)eS1(anticorpo).OsdescendentesformadosterãogenótipoS1S3 e S2S3.Afigura1mostraosgenótiposproduzidosemvárioscruzamentosparaautoincompatibilidade. Quando ocorrer autofecundação, haverá 100% de aborto de pólen e nãose formará nenhum descendente. Em condições naturais, nunca serão formadosgenótiposhomozigóticosparaoaleloS. Por isso,emalgunscultivares,énecessárioplantarpomarescomcultivarescompatíveisparaseconseguiraproduçãodefrutos. Quantomaior a quantidade de alelos para a compatibilidade, menor seráa possibilidade de ocorrer cruzamentos incompatíveis e também ocorrer falha naproduçãodealgumasemente.

Figura 1. Autoincompatibilidade gametofítica.

GENEs lETAIs Umgenecapazdecausaramortedoorganismoédenominadodegene letal. Os genes letais ou alelos letais podem ser utilizados em estudos sobre odesenvolvimentodosorganismosparaverificaremquaisestágiosogeneatua,cedooutarde,nodesenvolvimentodeumzigoto.Essesalelospodemtrazeraindainformaçõessobreafunçãodogene.Seumdeterminadoórgãoéanormal,provavelmenteogeneemestudoseexpressanele. Um teste diagnósticopara letalidadepode ser exemplificadopor um aleloparacordapelagememcamundongos.Oscamundongosnormais,tiposelvagem,têmpelagem compigmentação escura.Umamutação denominada deyellow (pelagem

comcorclara)mostraumpadrãodeherançacurioso. Seforrealizadocruzamentoentrecamundongoyellow Xtiposelvagem(corescura)→aproleteráproporção1yellow:1selvagem.Esseresultadomostraqueoscamundongosyellowsãosempreheterozigotosequeessefenótipoédominanteemrelaçãoaotiposelvagem. Contudo,quandodoiscamundongosyellow sãocruzadosenresi,oresultadoésempreoseguinte:

yellow X yellow →2/3yellow :1/3selvagem Dequemaneiraaproporção2:1podeserexplicada?Esseresultadoépossívelse o alelo yellow forletalemhomozigose. O alelo yellowéumgeneparaacordapelagemchamadodeA, que pode ser escrito como AY.Asproporçõesgenotípicasdocruzamentoanteriorficariamassim:AY

A X AYA (yellow X yellow).Prole:¼AY A Y –letal;2/4AY A–Yellow;¼A A–selvagem

Oresultadoacimamostraqueaproporçãogenotípicamonoíbridaesperada1:2:1seriaencontradaentreoszigotos,mas,aonascimento,somentesãoobservadososcamundongoscomosgenótiposAYA e A A(2:1),porqueoshomozigotos(AY A Y)nãosobreviveram.Essahipótesefoiapoiadapelofatodeteremsidoencontrados25%deembriõesmortosapósaremoçãodoúterodefêmeasgrávidasdocruzamentoyellow X yellow. O alelo AYproduzefeitosnacordapelagemenasobrevivênciadosembriões.Essegenepodeserdenominadopleiotrópico.

Pleiotropiaéotermoutilizadoparaqualquergenequeafeteváriascaracterísticasdeumorganismo.

A raça de gatos Manx(semcauda)éoriginadadeumaleloletalemhomozigose.UmacópiadogeneMLinterferenodesenvolvimentodacolunadorsal,causandoafaltadacaudaemheterozigotosMLM.OshomozigotosMLML apresentam uma anomalia tão extremaqueoembriãonãosobrevive. A letalidade de um alelo pode ou não depender do ambiente em queo organismo está se desenvolvendo. Alguns alelos são letais em quase todos osambientes, e outros podem ser viáveis em um ambiente e letal em outros. Váriasdoençashereditáriashumanassãobonsexemplosdessas situações,porexemplo,afibrosecísticaéletalsenãotivertratamentomédico.Nomelhoramentogenéticodeanimaiseplantas, vários alelos selecionadospoderiamsereliminadosnoambientenaturalquandoemcompetiçãocomaspopulaçõesnaturais.

Carga genética pode ser definida como o conjunto total de alelos deletérios em um genótipo

individual.


GENÉTICA

123122


1)UmprodutorpossuicoelhoscomosgenótiposCcch e cchc.Qualofenótipodesses

animais?Qualaprobabilidadedenasceremchinchilas?

2) Faça o diagrama de um cruzamento entre umaDrosophila dichate e uma tipo

selvagemedescrevaosresultadosesperados.Dichateéumgenedominante(D)

para o fenótipo que altera as cerdas e faz que as asas permaneçam estendidas,

mesmoquandoamoscaestáemrepouso.Estegeneéletalemhomozigose.

3)AF1deumcruzamentoentreDrosophila com asas curly (recurvadas)consistede

272moscascomasasrecurvadase128normais.Expliqueessesresultados.

4) Comente as diferenças entre autoincompatibilidade esporofítica e gametofítica.

Qualéaimportânciadessemecanismoparaagenética?

5)UmcasalcomogenótipoIBi e IAi, paraosistemasanguíneoABO,poderáterfilhos

comquaistipossanguíneoseemqueproporção?

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• a importância do conhecimento dos efeitos do ambiente sobre a expressão degenesnosseresvivos.

Oefeitodoambientesobreaexpressãodegeneséumtemainteressante,em

termospráticos,particularmenteparaasáreasdeciênciasdasaúdeeciênciasagrárias.

Na área de ciências da saúde, conhecer a interferência do ambiente sobre

ogenótipoeaexpressãodosgenespermiteocontrolededistúrbiosgenéticospara

a saúdedohomem.Oexemploclássicodessecontextoéumdistúrbiogeradopor

um gene responsável pela síntese de uma enzima constituinte da via metabólica

dos aminoácidos nas células, conhecido como fenilcetonúria (PKU, do inglês

phenylketonuria). A fenilcetonúria é uma doença autossômica recessiva causada

por uma alteração na atividade, ou pela inativação total, da enzima fenilalanina

hidroxilase. Essa enzima é responsável pela conversão do aminoácido fenilalanina

(Phe)emtirosina(Tyr),esuainativaçãoprovocaumacúmulodoaminoácidoPhe,que

éespontaneamenteconvertidoemumcompostotóxicoparaoorganismodohomem,

oácidofenilpirúvico.

O acúmulo do ácido fenilpirúvico induz a ocorrência de um processo de

estresseoxidativonascélulas,queresultanaproduçãoderadicaissuperóxido(O2-)e

peróxidodehidrogênio(H2O2),quepodemcausarinativaçãodediversasmoléculas,

inclusivedeproteínasresponsáveispelahomeostase(equilíbriometabólico)celular.

Quando os radicais O2

- interagemcommoléculasdeH2O

2 nomeiointracelular[O2- +

H2O

2 O2+OH-+OH-],ocorreaformaçãoderadicaisOH,- quepodem,além

dealteraropHdomeiointracelular,interferirnosprocessosdehidroxilação(adição

de radicais OH- emmoléculas de proteínas, enzimas específicas, ácidos nucleicos,

Efeito do Ambientesobre a Expressão Gênica

16Maria de Fátima pires da silva Machado

Anotações

GENÉTICA

125124

lipídeos).AadiçãoderadicaisOH-emproteínas,porexemplo,alteraaconfiguração

estruturaldediversasproteínas,interferindonasreaçõesmetabólicasdeterminantes

doestadofuncionaldascélulas.Emmoléculasdeácidosnucleicos,aadiçãoderadicais

OH-provocaquebrasnassequênciasdenucleotídios,devidoàrupturaentreligações

fosfodiésterouentreasbasesnitrogenadas.

A inativaçãodeproteínas em células do cérebro, por exemplo, resulta em

sintomasneurológicosgraves,taiscomoretardomentaleconvulsões.Váriosoutros

distúrbios,taiscomopeleressecada,evidênciasdeerupçõescutâneas,micosesatípicas,

déficit de pigmentação, poderiam ser listados como exemplos de desequilíbrios

metabólicoscausadospeloacúmulodoácidofenilpirúvico,devidoà ineficiênciada

enzima fenilalaninahidroxilase.Entretantoo focodesteestudoestá relacionadoao

efeitodoambientesobreaexpressãodogenequecausaodistúrbioPKU.

O gene responsável pela síntese da fenilalanina hidroxilase está no

cromossomo12,ondeo alelodominante “A” codifica a enzima funcional, capazde

converterafenilalaninaingeridanadietapeloorganismoemtirosina,que,porsuavez,

éconvertidaemoutroscompostosintermediáriosnaviametabólicadosaminoácidos.

Atirosinaéumaminoácidoindispensávelparaasíntesedeadrenalina(hormônioda

glândulasuprarrenal),detiroxina(hormôniodatireóide)edemelanina(pigmento

dapele).Oalelomutanterecessivo“a”,dogenedafenilalaninahidroxilase,codifica

moléculas de fenilalanina hidroxilase não funcionais, de modo que a fenilalanina

nãoéconvertidaemtirosina,ficandoacumuladanascélulas,eéconvertidaemácido

fenilpirúvico(figura1).

Figura 1. Expressão dos alelos “A” e “a”, evidenciada pela síntese de fenilalanina hidroxilase funcional e inativa, e as consequências de acúmulo de fenilalanina nas células.

Dessaforma,paraevitaroacúmulodefenilalaninanoorganismoecontornar

osefeitostóxicosdoácidofenilpirúvico,aexpressãodosalelos“a”podeseratenuada

ou“anulada”pelanãoingestãodefenilalaninanadietaalimentardosrecém-nascidos

fenilcetonúricosportadoresdosreferidosalelos.Oambiente,representadopelotipo

de alimentação caracterizado por uma dieta deficiente de fenilalanina, impõe um

efeitosobreaexpressãodogenedaenzimafenilalaninahidroxilaseecontribuiparaa

qualidadedevidadeportadoresdafenilcetonúria.

Naáreadeciênciasagrárias,conheceroefeitodoambientesobreaexpressão

dos genes é importante, porque a seleção de animais e plantas “geneticamente

superiores” é uma prática comum e necessária para conduzir programas de

melhoramentogenético.Umaquestãobásica,primordialnomelhoramentogenético,

é se a seleçãode exemplares, vegetal ou animal, emumdeterminado ambiente, é

válidaparaseatingirprogressogenéticoemoutrotipodeambiente.Osexemplares

classificadoscomo“melhorados”emumdeterminadoambientepodemnãoapresentar

necessariamente omelhor desempenho emoutro ambiente. Por isso, conhecer os

efeitos do ambiente sobre a expressão de genes em animais e plantas é um fator

indispensável para o planejamento em programas demelhoramento genético. Um

efeitoacentuadodoambientesobreaexpressãodegenesespecíficospodeconduzira

umaseleçãoeaumaclassificaçãoequivocadasdegenótiposespecíficosmelhorados.

O efeito do ambiente sobre as características melhoradas também é uma

preocupaçãoprioritáriaparatrocaoufornecimentodematerialgenéticoclassificado

como “superior”. Entre países de climas diferentes, por exemplo, as expectativas

podemserfrustradasseaexpressãodegenesparaa(s)característica(s)melhorada(s)

fordependentedetemperatura.Emummesmopaís,comooBrasil,comumagrande

extensãoterritorial,caracterizadoporregiõesedafoclimáticasdiferentes,oefeitodo

ambiente sobre as características genéticas selecionadas e/oumelhoradas deve ser

umapreocupaçãoprimordial;oefeitodecadafatorambientalsobreoscaracteresde

interesseénecessárioparaclassificarumexemplarcomogeneticamentesuperior.

Nomelhoramentoanimal,aseleçãodecaracterísticaseconômicasembovinos

decorteeemprodutoresdeleitepodeserusadaparailustraroefeitodoambiente

naexpressãodegenesdasreferidascaracterísticas.Aanálisedopesoapósodesmame

embovinosdecortedaraçaTabapuã,porexemplo,criadosnasregiõesSul,Sudeste,

Centro-OesteeNordestedoBrasil,mostrouqueexisteumadiferençamarcanteparaa

característicapesoapósodesmameentreosbovinosmantidosnasregiõesSul,Sudeste

eNordeste,demodoqueovalorgenéticodosexemplaresbovinosédependenteda

regiãoconsiderada.EmanimaisdaraçaNelore,criadosnaregiãoNordestedoBrasil,

tambémfoiverificadoumefeitomarcantedoambientedepastagem(pastoconfinado


GENÉTICA

127126

e semiconfinado)na expressãodos genesquedeterminamodesenvolvimentodos

bovinos.Alémdisso,oefeitodoambientefoimaisacentuadoembovinosmantidos

empastoconfinado.

Oefeitodeambientesdepastagemtambémfoidescritoparaascaracterísticas

produçãodeleite,teordegorduraedeproteínasnoleiteemvacasdasraçasAngus

eBrahman.Osanimais foramexpostosa trêsambientesdiferentesdepastagens,e

os resultados indicaramdiferençasestatísticas acentuadasnasproduçõesdiáriasde

leiteparaostrêstiposdepastagens.Arespostadiferenciadadosgenótipos,frenteaos

ambientesdepastagemdistintos,demonstraoefeitodoambientesobreaexpressão

dosgenesparaascaracterísticasemevidência.

No melhoramento vegetal, o efeito do ambiente sobre a expressão de

genesqueconferemcaracterísticaseconômicas importanteséumaspectoevidente,

principalmenteparaasgrandesculturas.Aculturadecana-de-açúcaréumexemplo,

pois a importância econômica da cultura de cana-de-açúcar para o país justifica

os investimentos que são feitos para o melhoramento genético da cultura. A alta

produtividadedasnovasvariedadesdecana-de-açúcar(Saccharumspp)transformou

oBrasilemreferência internacionalemagroenergia, tantoparacombustíveiscomo

para produçãode eletricidade.Dentre as característicasmais analisadas na seleção

de cana-de-açúcar, a produção de toneladas por hectare tem sido utilizada como

medidaparaocálculodaperformancedopotencialgenotípico,eestacaracterística

éfortementeinfluenciada,emdiversoscultivares,porfatoresambientais,taiscomo:

tipodesolo,clima,eumidade.

Aculturadesojaéoutroexemploemqueoefeitodoambientenaexpressão

degenesémarcante.Aplantadesojaéfortementeinfluenciadapelocomprimento

dodia (períodode iluminação).Emregiõesouépocasde fotoperíodomais curto,

durante a fase vegetativa da planta, ela tende a induzir o florescimento precoce e

a apresentarquedadeprodução.Para controlaresseproblema, algunsmelhoristas

utilizam o artifício do uso do período juvenil longo para retardar o florescimento

em dias curtos, uma vez que, na fase juvenil, a soja não floresce,mesmo quando

submetidaaofotoperíodoindutivo,permitindoassimmaiorcrescimentovegetativoe

evitandoquebranaprodução.

Naculturademilho,ascaracterísticasalturadaplantaeproduçãodegrãos

foramdescritascomosendoaltamenteinfluenciadaspelomeioambiente.Emoutras

gramíneas,comootrigoeacevada,operíododeflorescimentotambéméinfluenciado

pelocomprimentododia,indicandoqueoperíododeluminosidadeexerceefeitos

sobreaexpressãodosgenesquedeterminamodesenvolvimentoea formaçãodas

estruturasfloraisnasplantas.

Em experimentos com a cultura de tecidos in vitro de várias espécies de

plantas,épossívelverificarqueaadiçãodesubstânciasespecíficasnomeiodecultura

e que a manutenção das culturas em condições de temperatura e luminosidades

diferentes induza síntesedeproteínaseenzimasespecíficas.Nos tecidosexpostos

emmeios contendo concentrações diferentes de reguladores de crescimento, por

exemplo, e/ou mantidos em condições específicas de temperatura ou período de

iluminação, ocorre a síntese deproteínas específicas. A evidência de tais proteínas

específicas pode ser usada para ilustrar o efeito do ambiente (meio de cultura e

condições de manutenção das culturas) sobre os genes responsáveis pela síntese

dessasproteínas.Alémdisso, sugereque taisproteínaspodematuar comoagentes

reguladoresdaexpressãodegenes(fatoresdetranscrição)responsáveisporumaou

maisetapasdedesenvolvimentoespecíficodostecidosvegetais.

O efeito do ambiente sobre a expressãode genes é uma evidência clara e

marcantenosseresvivos,eaperspectivapresenteefuturaéesclareceropapeldas

proteínas expressas pelos referidos genes, no sentido de interferir no controle da

expressãodosgenesdeinteresse.


1)Expliqueporqueéimportanteestudaroefeitodoambientesobreaexpressãode

genesemhumanos.


genesemanimais.


genesemplantas.

4) Pesquise e relacione alguns alimentos que podem ser ingeridos por indivíduos

portadoresdefenilcetonúria.

5)Considerandoaabordagemdotextoacima,reflita(porescrito)sobreaimportância

deseestudarosefeitosdoambientesobreaexpressãodegenesemprocariotose

emfungos.


GENÉTICA

129128

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• asdiferentesformasdedeterminaçãodosexoentreosorganismos;

• quehágeneslocalizadosnoscromossomossexuaisesuaformadeherança;

• que genes autossômicos podem ter sua expressão alterada, dependendo do sexo do

indivíduo.

dETErMINAÇÃo do sEXo Inicialmente,poderíamospensarqueaprincipalfunçãodosexoseriaareprodução.

Contudoumgrandenúmerodeplantasedeanimaisinferioressereproduzassexuadamente.

Portantooprincipalpapeldosexoseriaodepromoverasegregaçãoearecombinação.

Cromossomos sexuais foram descritos em 1891 por Henking. Esse pesquisador

verificouquemetadedosespermatozoidesdeinsetoscontinhaumaestruturanuclearextra,

quefoidenominadadecorpoX.

Os animais e as plantas, em relação ao tipo de gameta produzido, podem ser

classificados como:monoicos (do gregomonos = único; oikos = casa), um indivíduo

produz 2 tiposde gametas; edioicos (do gregodi=dois;oikos =casa), um indivíduo

produzapenasespermatozoidesouóvulos.

O sexo pode ser determinado por vários mecanismos: ambiental, gênico e

cromossômico.

determinação de sexo pelo ambientePlantas: Orquídea Catasetum fimbriatum depende da quantidade de luz. Se colocada à

sombra,produzfloresdosexomasculino;secolocadaaosol,produzfloresdosexofeminino,

masnuncaproduzosdoistiposdefloresnamesmaplanta.

Apteridófita, conhecida comocauda-decavalo, gêneroEquisetum, emsolopobre,produz

plantamasculina;eemsolofértil,plantafeminina.

Anotaçõesdeterminação do sexo eherança ligada ao sexo


GENÉTICA

131130

animais:Tartarugas,emtemperaturasbaixas,têmaumentadaaproporçãodemachos,enquanto

crocodilianos,nasmesmascondições,têmaumentadaaproporçãodefêmeas.

determinação de sexo cromossômico Nosorganismosdiploides,adeterminaçãodesexopodeserdecorrentedapresença

de um par de cromossomos sexuais que determina o sexo. Há três sistemas básicos de

determinaçãodesexocromossômico:XY,X0eZW.Atabela1mostraumresumodostiposde

determinaçãodesexocromossômico.

O sistema XY predomina entre animais vertebrados e é encontrado em insetos como

Drosophila,emplantasdioicas,comoolúpuloeocânhamo.Asfêmeassãohomogaméticas

(XX),eosmachossãoheterogaméticos (XY ).Nessecaso,osmachosdeterminamosexo.

O sistema X0 é encontrado em insetos da ordemHemíptera e Orthoptera (gafanhotos).

Omachopossuinúmero impardecromossomos,ouseja,umcromossomoX.Nessecaso,

são formados dois tipos de espermatozoides: contendo um cromossomo X, ou nenhum

cromossomosexual.NosistemaX0,omachoéodeterminadordosexo.Asfêmeaspossuem

doiscromossomosX,produzindoapenasumtipodegameta.

O Sistema ZW ocorreemmuitospássaros,emalgunspeixeseemumainfinidadedeinsetos.

Osmachossãohomogaméticos(ZZ),enquantoasfêmeassãoheterogaméticas(ZW).Nesse

sistema,sãoasfêmeasquedeterminamosexodosdescendentes.

Emorganismoshaploides, comoashepáticas (Bryophyta), ocorre alternânciade gerações.

Háumageraçãogametofítica,comreproduçãosexuada,eumageraçãoesporofítica, com

reproduçãoassexuada.

Nashepáticas,oesporófitopossui7paresdecromossomosequivalenteseumoitavoparem

queumdelesémuitomaior(X)doqueooutro( Y ).Apósameiose,metadedosmeiósporos

recebemumcromossomoX(gemetófitofeminino),eoutrametadeoY(gametófitomasculino).

OsesporófitosassexuadossãoXY.

Tabela1.Resumodasformasdedeterminaçãodesexocromossômico.

determinação de sexo gênico Osexopodeserdeterminadoporgenesmasculinizantesefeminilizanteslocalizados

noscromossomosautossomos.

Machosgeneticamentedeterminadossãoinfluenciadosporhormôniosfemininose

vice-versa.

Galinhas adultas poedeiras, que têm doença no ovário e deixam de produzir hormônios

inibidoresdetestículo,passamaapresentarcaracteresmasculinos,desenvolvemtestículoe

conseguemsereproduzircomomachos.

Emcaprinos(Capra hircus),as fêmeaspossuem58A(autossômicos)+XX,eos

machos58A+XY.Ogeneautossômico(P)controlaapresençaouaausênciadechifrese

temefeitomasculinizanterecessivo,compenetrânciacompletaemfêmeaseincompletaem

machos.

Podeocorreraindaumaassociaçãoentrecromossomosegenesautossômicosnadeterminação

dosexo,comoéocasodetilápia(Sarotherodonsp)eDrosophila melanogaster.

oUTros MECANIsMos dE dETErMINAÇÃo dE sEXo Nos ANIMAIsTilápia (sarotherodon) Nessaespéciedepeixe,ocorremtrêscromossomossexuaiseumgeneautossômico

nadeterminaçãodo sexo.OcromossomoY levamaisemdireçãoàmasculinidadedoque

ocromossomoX;oWlevamaisemdireçãoàfeminilidadedoqueoX.Assim,aordemde

dominânciaemrelaçãoàmasculinidadeé:Y>X>W.

O gene autossômico possui dois alelos A (masculinizante) e a (feminilizante).

Considerando os cromossomos sexuais e os dois alelos autossômicos, são possíveis 18

constituiçõesgenéticasdiferentes.Dessetotaldecombinações,há10genótiposfemininose

8maculinosquepossibilitamaocorrênciade80acasalamentosdiferentes.Comoresultado,a

proporçãosexualpodevariarde100%demachosaté100%defêmeas.

Dopontodevistacomercial,hágrandeinteressenaproduçãodemachos,poisestes

ganhampesomaisrapidamentedoqueasfêmeas.

drosophila melanogaster O sistema de determinação de sexo em Drosophila (2n=8)decorredeumainteração

entreonúmerodeconjuntosdecromossomosautossômicoseonúmerodecromossomosX.

Essa condição foi demonstrada nos estudos realizados por Bridges (1916) com

mutantes de Drosophila para a cordosolhos.Essepesquisadordesenvolveuestudos com

moscas da fruta (com olhos do tipo selvagem) e com o mutante vermelion (com olhos

escarlates). Nos seus trabalhos, foram identificados mutantes raros com problemas de

não-disjunção cromossômica que alteraram a proporção de conjuntos de cromossomos

autossômicosesexuaisquepromoveramaocorrênciadeinsetosdescritoscomointersexos,

determinação do sexo eherança ligada ao sexo

GENÉTICA

133132

metamachosemetafêmeas–resultadosqueforamconfirmadosposteriormentecommutantes

3ne4n.Asconclusõessobreadeterminaçãodesexonamoscada frutasãomostradasna

tabela2.OsexodamoscaédadopelarazãoX/A.

Metafêmeasemetamachosraramentesobrevivemalémdafasedepupa.Osgenes

paraamasculinidadeestãolocalizadosnoscromossomosautossômicos;oscromossomosYe

Xdeterminam,respectivamente,afertilidadedosmachoseafeminilidade.

Esses resultadosmostraramqueénecessária aocorrênciadeumequilíbrioentre

os produtos dos genes dos cromossomos sexuais e dos autossômicos para determinar o

sexomasculinooufeminino,equealteraçõesnasproporçõesentreessesprodutosgênicos

originammoscascomsexointermediárioentremasculinoefeminino.Taisachadosestãode

acordocomateoriadobalançogênico.

haplodiploidia - determinação de sexo em hymenoptera Nos Hymenoptera (abelhas, vespas e formigas), o sexo é determinado pela

quantidadedegenoma.Asfêmeaspossuemdoisgenomas,ouseja,sãodiplóides.Osmachos

(zangõesdasabelhas)possuemapenasumgenoma,ouseja,sãohaplóides,originadospor

partenogênesedotipoarrenótoca.Essemecanismodedeterminaçãodesexoédenominado

deHaplodiploidia(machossãohaplóideseasfêmeassãodiplóides).

Partenogênse - desenvolvimento dos ovos sem terem sido fertilizados. Pode ser facultativa ou

obrigatória.Tipos:

Arrenótoca–ovossedesenvolvememmachos.Exemplo:zangõesdeabelhas.

Telítoca–ovossedesenvolvememfêmeas.Exemplo:pulgõestropicais.

Deuterótoca ou Anfítoca – ovos podem se desenvolver emmachos e em fêmeas. Exemplo:

pulgõesdeclimafrio.

Machos diploides.MantendoendocruzamentoeconseguindohomozigoseparaolocoCDH

(sãoestimados17alelosparaesteloco)quedeterminaosexoemabelhas,originarámacho

diploide.Quandoocorre larvademachodiploidena colmeia, as operárias omatam,pois

possuemumodordiferentedasdemais.

Os Ginandromorfos são mosaicos sexuais, seres com partes masculinas e femininas no

mesmoindivíduo.Ograudeginandromorfismoévariável,podendoirdesdebilateralidade

sexual(geralmentelongitudinal),atéaexistênciadeapenasalgunstraçosdosexooposto.

Um exemplo de ginandromorfo é a vaca maninha, que é estéril, possui genitália externa

femininae internamasculina.Essesanimaissãooriginadospela fusãodasplacentasepela

ligaçãodosvasossanguíneos,quandoavacaficaprenhadegêmeosdesexosdiferentes.A

troca de sangue e de hormônios entre os embriões leva àmasculinização da fêmea (vaca

maninha),poisrecebeuhormôniomasculino.

dETErMINAÇÃo do sEXo EM plANTAs Amaioriadasplantaséhermafrodita,apresentandoosdoissexosnamesmaplanta.

Aexpressãosexualnasplantasestásobcontrolegenético.

Os cromossomos sexuais mais comuns são XY, como em Humulus lupulus,

Melandrium album, Asparagus officinalis.

Em Lychnis, umtipodecravo,adeterminaçãodosexodependedarelaçãoX/Yque

ocorrenaplanta:X/Y=0,5;1,0e1,5-floresmasculinas(estames);X/Y=2,0ou3,0-flores

perfeitas(masculinaefeminina)ocasionaisentreasmasculinas.

Amaioriadasplantassuperioresnãoapresentacromossomossexuais.Adeterminação

sexualéfeitaporgenesautossômicos.Exemplo:pepino(Cucumis sativusL).Otiposexual

maiscomuméomonóico.Genótiposefenótiposobservados:ffM_:monoica;F_M_:ginoica

sóproduzemflores femininas; ffmm: andromonoica (floresmasculinas e hermafroditas na

mesmaplanta);FFmm:hermafrodita.

Outroexemploéomilho(Zea mays),queémonoico.Openachoéadenominaçãodasflores

estaminadas (masculinas), e a espiga é composta pelas flores pistiladas (femininas).Nessa

espécie,ocorremdoislocosbs e ts.Ogenótipobsbs produz haste estéril com penacho normal

(estaminadas,masculinas),enquantoogenótipotstsconverteopenachoemflorespistiladas

(femininas),desenvolvendoespigasnotopodaplanta.

hErANÇA lIGAdA Ao sEXo Há genes localizados nos cromossomos sexuais que não estão envolvidos com a

determinaçãodosexo.Opadrãodeherançadessesgenesédiferentedaqueles localizados

noscromossomosautossômicos,devidoàdiferençadecromossomossexuaisentreossexos.

GeneslocalizadosnocromossomoXdeterminamcaracterísticasligadasaoX,geneslocalizados

nocromossomoYdeterminamcaracterísticasligadasaoY.

A herança ligada ao X dominanteéobservadacommaiorfrequêncianasfêmeasdasfamílias

que possuemo gene que causa a característica.Osmachos afetados transmitemo caráter

paratodasasfilhas.Exemplos:síndromedeRett,raquitismoresistenteàvitaminaD,dentina

marrom.

A herança ligada ao X recessiva ocorrecommaiorfrequêncianosmachosdasfamíliasque

possuemogenequecausaacaracterística.Asfêmeasheterozigotassãoportadorasdogene.

Dentre os filhos (machos), há a probabilidade de 50% apresentarem o caráter. As fêmeas

somente apresentarão o caráter quando homozigotas. Exemplos: daltonismo, hemofilia,

distrofiamuscularDuchenne.

No caso da herança holândrica (Herança ligada ao Y), ogenequecausaocaráterestá

determinação do sexo eherança ligada ao sexo

GENÉTICA

135134

localizadonocromossomoY.EssaHerançaédotipopaterna,poisomachoatransmitepara

todososfilhos(machos);asfêmeasnãoapresentamessacaracterística.Exemplos:hipertricose

naorelha,genesenvolvidosnadeterminaçãodamasculinidade(GeneSRY)emanutençãoda

espermatogênese(geneDAZ).

herança influenciada pelo sexo Aexpressãodegenesautossômicoséinfluenciadapelosexo.Nosheterozigotos,suaexpressão

é diferenciada. Exemplos: calvície hereditária (nas mulheres é recessiva, nos homens é

dominante),coloraçãodepêlosemgado.

herança limitada pelo sexo A expressão de genes autossômicos é determinada pela presença ou ausência de um dos

hormôniossexuais.Exemplos:puberdadeprecoce(ocorreapenasemmeninos),produçãode

leiteemfêmeasdemamíferos,plumagemdeaves.


1)Umamulhercomvisãonormalparacores,cujopaieradaltônico,casou-secomumhomem

daltônico. Pergunta-se: a)Qual a probabilidadedeoprimeirofilhodeste casal ser um

menino daltônico? b) Que porcentagem dasmeninas resultantes deste casal pode ser

daltônica?c)Detodasascrianças(sexonãoespecificado)destecasal,qualéaproporção

esperada para visão normal para cores?

Anotações

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• adiferençaentregenesligadosegenescomsegregaçãoindependente;• adeterminaçãodadistânciaentregenes(testede2e3pontos).

OprimeiromapadocromossomofoiestabelecidoporT.H.Morganeseusestudantes.Essemapaeraumalinhareta,ecadageneestavasituadoemumdeterminadoponto ou locus (figura 1). A estrutura desse mapamostrou que um cromossomoapresentaumadisposiçãolineardegenesaolongodoseucomprimento.

Osgenesqueestãoemummesmocromossomo segregam juntos durante ameiose.Essefenômenoéchamadodeligação.Porém os dados experimentais mostram que a ligaçãonãoéabsolutaequeosgenespodemserseparadosepodemformarnovascombinaçõesde genes. Esse fenômeno foi chamado derecombinação. Duranteameiose,oscromossomoshomólogos formampareseocorreuma trocafísica, recombinando os genes. O ponto detroca foi chamado de quiasma, e o processoque cria os quiasmas foi chamado de crossing-

over(figura2).Figura 1. Mapa do cromossomo X de drosophila melanogaster com a distribuição de seus genes.

FrEqUÊNCIA dE rECoMBINAÇÃo pArA MEdIr A INTENsIdAdE dE lIGAÇÃo ENTrE os GENEs A chance de ocorrer crossing-over entredoisparesdegenesalelosequeestãoemligaçãoédiretamenteproporcionalàdistânciaqueexisteentreeles.Dessaforma,

ligação, recombinaçãoe Mapa Genético

18Claudete Aparecida Mangolim

GENÉTICA

137136

podemosusarafrequênciaderecombinaçãoparamediraintensidadedeligaçãoentreosgenes.Quantomaiorforadistância,maioréaprobabilidadedepermutação.Apartirdessaconstatação,ThomasHuntMorganealgunsoutrosgeneticistaspropuseramumaformadesemediradistânciaentreosgenesdeumcromossomo.Nãosetratadeumadistânciaabsoluta,comoocomprimentodeumobjeto,masdeumvalorrelativo,útilparasemapearaposiçãodosgenesnoscromossomos. Para dois genes ligados, a frequência de gametas recombinantes nuncaultrapassa 50%. Esse valor superior é alcançado quando os genes estão muitodistantes,emextremidadesopostasdoscromossomos,ouquandoosgenesestãoemcromossomosdiferentes.Cinquentaporcentoderecombinantesquerdizerqueosgenessedistribuemindependentemente.SeosgenesA e B estão em cromossomos diferentes,eumindivíduoAABB é cruzado com um indivíduo aabb,dessecruzamentoproduz-se uma F1 que é toda AaBb.Apartirdaí,essaproleésubmetidaaumcruzamentoteste, istoé,elaécruzadacomumduplorecessivo(aabb).Dessecruzamento,aF2 produzidaseráconstituidadeduasclasses:classe1,formadaporgenótipossimilaresaos genitores AaBb e aabb; e a classe 2, formada pelos recombinantes Aabb e aaBb.Cadaumadessasclassesocorreemumafrequênciade25%.A frequênciaderecombinanteséde50%.Portantoosdoisgenesestãoemcromossomosdiferentesoudistantesnomesmocromossomo,porissodizemosqueessesgenespertencemagruposdeligaçãodiferentes. Quandoos genes estão ligados, podemosmostrar a fasede ligação comarepresentação AB/ab (os alelos à direita e à esquerda da barra estão entrando nocruzamentoemcromossomoshomólogosdiferentes,umde cadagenitor). Semprequeosalelosdominantesestãodeumladodabarra,ogenótipoestáemfasedeligaçãopor acoplamento.Quando encontramos alelos dominantes e recessivos domesmoladodabarra(Ab/aB),dizemosqueogenótipoestáemfasederepulsão.

CrossING-ovEr E A MEdIdA dE dIsTÂNCIA GENÉTICA A distância de mapa genético é baseada na média de crossing em uma determinadaregiãocromossômica.Comissotemosadefinição:adistânciaentredoispontosnomapagenéticodeumcromossomoéonúmeromédiodecrossing entre eles. Morganeseusestudantespropuseramqueasfrequênciasderecombinaçãopoderiamserusadasparadeterminaraordemdosgenesaolongodocromossomoepoderiamfornecerumadistânciarelativaentreosgenes.Osmapasdecromossomoscalculadosapartirdafrequênciaderecombinaçãosãochamadosdemapasgenéticos.Mapas cromossômicos, baseados na distância física ao longo dos cromossomos(expressaemnúmerodeparesdebases),sãochamadosdemapasfísicos.Asdistâncias

nosmapasgenéticossãomedidasemunidades de mapa(u.m.).Umaunidadedemapa(u.m.)equivalea1%derecombinação.Umaunidadedemapatambéméchamadadecentimorgans (cM),emhomenagemaThomasHuntMorgan;ummorgan equivale a100u.m.Asmedidasdedistânciasgenéticasemummapasãoaditivas,istoé,seadistânciadogeneAaogeneBé5u.m.,eadistânciadeB a Céde10u.m.,eadistânciaentre A e Céde15u.m.,ogeneBdevesercolocadoentreosgenesA e C.

CoNsTrUÇÃo dE UM MApA GENÉTICo CoM UM CrUZAMENTo TEsTE dE TrÊs poNTos Podemosusaroprocedimentodemapeamentoderecombinaçãocomdadosdecruzamentostestes,envolvendomaisdedoisgenes.Comumcruzamentodetrêspontos, as ordens dos três genes podem ser estabelecidas em um só conjunto deprogênies, e alguns duplos crossing-over podem ser detectados, fornecendo umadistânciademapacommaiorprecisão. Afigura3apresentaumindivíduoheterozigotoparaostrêsgenes(AaBbCc).Osgenesestãoemligaçãoporacoplamento.Trêstiposdecrossing-over podem ocorrer entreos trêsgenes–entreA e B dois crossing-over simples, e comC observamosduplo crossing-over. Em cada crossing-over,doisdoscromossomosresultantessãorecombinantesedoisnãorecombinantes(dotipoparental). Observamosque,noscromossomos resultantesdocrossing-overduplo,osdoisalelossituadosexternamentesãoosmesmosqueosnãorecombinantes,maso

alelocentralédiferente.

Figura 3. Três tipos de crossing-over podem ocorrer entre os três loci ligados.


GENÉTICA

139138

Este resultado forneceuma importantepista sobreaordemdosgenes.Na

progêniequeresultadoduplocrossing-over, somente o alelo do meio poderia diferir

dosalelospresentesnaprogênienãorecombinante.

Para examinar o mapeamento genético com um cruzamento teste de três

pontos,consideraremostrêsmutaçõesrecessivasemDrosophila melanogaster.Nesta

espécie,osolhosescarlate(st)sãorecessivosemrelaçãoaosolhosvermelhos(st+),a

cordocorpoébano(e)érecessivaemrelaçãoàcordocorpocinza(e+),espineless

(ss),queéapresençadepequenascerdas,érecessivoemrelaçãoacerdasnormais

(ss+).Astrêsmutaçõesestãolocalizadaseligadasnocromossomotrês.Vamosnos

referiraessestrêsloci como st,e,ess,alelosrecessivos(st,e,ss),ealelosdominantes

(st+,e+, ss+)podemestarpresentesemcada locus. Paramapearessesgenes, é

precisodeterminarasuaordemnocromossomoeasdistânciasgenéticasentreeles.

Primeiro,devemosrealizarumcruzamentotestedetrêspontos,queéumcruzamento

entreumheterozigotoparatodosostrêslocieumamoscahomozigotarecessivapara

os trêsalelos.Destecruzamento, sãoproduzidasmoscasheterozigotasparaos três

loci.Para produzir moscas heterozigotas paraos três loci,pode-secruzar um estoque de

moscas que sãohomozigotospara alelos normais emtodosostrêsloci, com moscas que são

homozigotaspara alelos recessivos emtodosostrês loci:

Aprincípio,aordemdosgeneséarbitrariamenteatribuída.

No cruzamento teste de três pontos, cruzamos os heterozigotos F1 com

asmoscasque sãohomozigotos recessivaspara todasas trêsmutações.Emmuitos

organismos,nãofazdiferençaseopaiheterozigotonocruzamentotesteémachoou

fêmea,masemDrosophila não ocorre crossin-overnomacho.Emnossocruzamento

teste, os heterozigotos têm de ser fêmeas. Cruzamos moscas fêmeas F1, que são

heterozigotasparaas três características, commoscasmacho,que sãohomozigotas

paratodosostraçosrecessivos:

Dessecruzamento,podemserformadasoitoclassesfenotípicasdeprogênies

(figura 4). As informações de que precisamos para omapeamento vêm dos gametas

produzidos pelo pai heterozigoto.

Figura 4. Classes fenotípicas resultantes de um cruzamento teste de três pontos, usado para construir o mapa de ligação dos genes para cor de olhos (st+/st), cor do corpo (e+/e) e tipos de cerdas (ss+/ss) em

drosophila melanogaster.

dETErMINANdo A ordEM dos GENEs A primeira tarefa no mapeamento de genes é determinar sua ordem no

cromossomo. Nesse caso, a ordem st, e, ss foi arbitrariamente atribuída, mas não

tínhamoscomosaberqualdostrêslociestavaentreosoutrosdois.Paraidentificara

posiçãocentral,seráavaliadaaprogêniecomduplocrossing-over.Osdescendententes

não recombinantes (tipo parental) formarão as duas classes mais numerosas. Eles

compreendempelomenos50%daprogênie.Aclassemaisnumerosaéaquelacom

astrêscaracterísticadominantes(st+ e+ ss+=283)eaquelescomostrêstraços

recessivos(st e ss=278).Emseguida, identifica-seaprogêniedocrossingo-over

duplo,queseráamenosnumerosa,poisaprobabilidadedeumduplocrossing-over

émenordoqueaprobabilidadedeumcrossing-over simples.Asprogêniesmenos


GENÉTICA

141140

comunssãoasdosdescendentescomolhosvermelhos,corpocinzaecerdasspineless (st+ e+ ss=5),eaprogêniecomolhosescarlate,corpodeébanoecerdasnormais(st e ss+=3)compreendeosdescendentesdoduplocrossing-over; de modo que elessãoosdescendentesdocruzamentoduplo.Trêsordensdegenessãopossíveis:e st ss ou st e ss ou st ss e.

Para determinar o locusdomeioemumcruzamentodetrêspontos,comparea progênie do duplo crossing-over com a progênie não recombinante. Os duploscrossing-over serão asduas classes fenotípicasmenos comuns. Asprogêniesduplorecombinantesdevemteremdoislociosmesmosalelosdotiponãorecombinantee

diferentes alelos para o locusnomeio(figura5).

Figura 5. diferentes posições centrais para os loci st+/st, e+/e e ss+/ss em um duplo crossing-over.

CoMo dETErMINAr A loCAlIZAÇÃo dos CrossING-ovEr Entre as oito classes de progênies,podemosidentificarimediatamenteduas classes

como nãorecombinantes (st+ ss+ e+ e st ss e) e as duas classes produzidas por duplos crossing-over (st+ ss e+ e st ss+ e),poissãoasmaisemenosfrequentes. As outras

quatro classes incluem progênies que resultaram de um crossing-over simples: dois entre st e ss e dois entre ss e e.Paradeterminarondeo crossing-over ocorreu nessasprogênies,compare os alelos encontradosnasprogêniesproduzidasapartirdeumsócrossing-over

com os alelos encontrados nas nãorecombinantes. Algunsdos alelos da progênie de crossing-

over simples são derivados de umdoscromossomosoriginais dos pais heterozigotos,eosalelos restantes são derivados do cromossomo homólogo não recombinante, como,por

exemplo,considerar a progêniecomcromossomost+ s e. O primeiro alelo (st+)veio do cromossomo nãorecombinantest+ ss+ e+, e os outros dois alelos(ss e e) devem ter

vindo de outro cromossomo nãorecombinantest ss e através do crossing-over:

Esse mesmo crossing-over produz a progênie st ss+ e+. Esse mesmo

método pode ser usado para determinar a localização do crossing-over nos outros

doistiposdeprogêniesproduzidasporcrossing-oversimples.Crossing entre ss e e

produz os cromossomos st+ ss+ e e st ss e+.

CAlCUlAr As FrEqUÊNCIAs dE rECoMBINAÇÃo As distâncias de mapa são baseadas nas frequências de recombinação. A

frequênciaderecombinaçãoécalculadasomando-setodasasprogêniesrecombinantes,

dividindo este número pelo número total de descendentes do cruzamento e

multiplicandoonúmeroobtidopor100%.Paradeterminarasdistânciasdemapacom

precisão,devemosincluir todososcrossing-over(simpleseduplos)queocorreram

entre dois genes – progênie recombinante que possui um cromossomo que foi

submetidoacrossing-over entre o locusparacordeolhos(st)eolocus para cerdas

(ss),incluindoumsócrossing-over(st+ / ss / e e st / ss+ / e+)eosdoiscrossing-over

duplos(st+ / ss / e+ e st / ss+ / e).Háumtotalde755progênies.Assimafrequência

derecombinaçãoentress e st é:

Adistânciaentreosloci st e sspodeserexpressacomo14,6u.m.Adistância

de mapa entre o locusparacerda(ss)eolocusparaacordocorpo(e)édeterminada

damesmamaneira.Aprogênierecombinantequepossuiumcrossing-over entre ss e e

são produzidas por crossing-over simples st+/ ss+ / e e st/ ss / e+ e por crossing-over

duplo st+ / ss / e+ e st / ss+ / e.Afrequênciaderecombinaçãoentress e eé:

Dessemodo,adistânciagenéticaentress e eé12.2u.m.

Finalmente, calcula-se a distância genética entre os dois loci externos,

st e e.Adicionam-se todasasprogênies comcrossing-over entreosdois loci.Essas


GENÉTICA

143142

progênies incluemas quepossuemapenasum crossing-over entre st e ss, aquelas

com um crossing-over entre ss e e e aquelas com duplo crossing-over(st+/ss / e+

e st / ss+ / e).Emfunçãododuplocrossing-over ocorrer duas vezes entre st e e,nós

devemos adicionar o duplo crossing-overduasvezesparadeterminarafrequênciade

recombinaçãoentreestesdoisloci.

Afrequênciaderecombinaçãoentrest e eé:

Notequeadistânciaentrest e ssé14,6u.m.,eentress e eé12,2u.m.;se

nóssomarmosasdistânciasentrest e e,obtemos26,8u.m.Nósagorapodemosusara

distânciademapaparadesenharummapadetrêsgenesemumcromossomo.

INTErFErÊNCIA E CoEFICIENTE dE CoINCIdÊNCIA

As distâncias demapa nos dão informações não só sobre a distância física que

separaosgenes,mas tambémsobreasproporçõesdegametas recombinantese não

recombinantes que serão produzidos em umcruzamento. Por exemplo, sabendoqueos

genesst e ss estão no terceiro cromossomo de D. Melanogaster e estão separados por

umadistância de14,6 u.m., issonosdizque 14,6%dosgametas produzidos pelas moscas

heterozigotasparaessesdoisloci serão recombinantes.Damesmaforma, 12,2% dosgametas

produzidosapartirdeumamoscaheterozigota para ss e e serão recombinantes.

Teoricamente,deveríamos ser capazes de calcular a proporção de gametas duplos

recombinantes usando a regra da multiplicação de probabilidade, que afirma que a

probabilidadede dois eventos que ocorrerem independentes em conjunto é a multiplicação

desuasprobabilidadesindependentes.Aplicandoesteprincípio,devemosacharque

aproporção(probabilidade)degametascomduploscrossing-over entre st e eéigual

àprobabilidadede recombinaçãoentre st e ss,multiplicadopelaprobabilidadede

recombinaçãoentress e e,ou0,146x0,122=0,0178.Multiplicarestaprobabilidade

pelonúmerototaldeprogêniesnosforneceonúmeroesperadodeprogêniesgeradas

por duplo crossing-overdocruzamento:0,0178x755=13,4.

Apenas 8 duplos crossing-over – um número bem menor do que os 13

esperados–foramobservadosnaprogêniedocruzamento.Essefenômenoécomum

emorganismoseucarióticos.Ocálculopressupõequecadaeventodecrossing-over

é independenteequeaocorrênciadeumcruzamentonão interferenaocorrência

de outro. Mas crossing-over, frequentemente, não são eventos independentes: a

ocorrência de um crossing-over tende a inibir crossing-over adicionais na mesma

regiãodocromossomo;destemodo,duploscrossing-over são menos frequentes do

queoesperado.Chama-seinterferência ograuemqueumcrossing-over interfere

para a ocorrência de um crossing-over adicional namesma região. Para calcular a

interferência,primeirodevemosdeterminarocoeficientedecoincidência.Essevaloré

obtidopelarazãododuplocrossing-overobservadopeloduplocrossing-overobtido.

Coeficientedecoincidência:

Para os loci de D. melanogaster estudados acima e mapeados no cromossomo

três,ocoeficientedecoincidenciaé:

Issoindicaqueobservamossomente60%dosduploscrossing-overesperados.

Ainterferênciaécalculadacomo:

Interferência=1–coincidência

Assim,ainterferênciaparaonossoexemplodecruzamentodetrêspontosé:

Interferência=1–0,6=0,4

Ovalordeinterferênciade40%,informaque40%dosduploscrossing-over

esperadosnãoserãoobservados.Quandoainterferênciaécompletanãoobservamos

progêniesdeduplocrossing-over.Nessecaso,ocoeficientedecoincidênciaézeroea

interferênciaé1.Algumasvezes,umnúmeromaiordoqueoesperadodedescendentes

com duplo crossing-overéobservado.Issoocorrequandoumcrossing-over aumenta

achancedeumsegundocrossingocorrernasproximidades.Nessecaso,ocoeficiente

decoincidênciaémaiordoque1,eovalordeinterferênciaénegativo.


GENÉTICA

145144


1)DoisgenesrecessivosnaDrosophila(b e vg)produzemcorpopreto(Black)easas

vestigiais,respectivamente.Quandomoscasdotiposelvagemsãosubmetidasao

cruzamento-teste, toda a F1 é diíbrida, na fase de acasalamento.O cruzamento-

teste da F1produziu2568indivíduosdotiposelvagem:2412pretosvestigiais:580

pretos:440vestigiais.Calculeadistânciagenéticaentreb e vg.

AnotaçõesoBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• aocorrênciadeinteraçõesnãoalélicasougênicas.

INTErAÇÃo AlÉlICA X INTErAÇÃo GÊNICA Asinteraçõesalélicasentregenesjáforambemexploradasanteriormente.Umgene

(A)podepossuirdoisalelos(a1,a2)quevenhamainteragir,resultandoemumdeterminado

fenótipo.Essasinteraçõesalélicassãodotipodominânciacompleta,dominânciaincompleta,

codominânciaousobredominância–essaúltimacomumnoscaracteresquantitativos.

Doisgenesdiferentes(AeB)eseusrespectivosalelos(a1,a2eb1,b2)podeminteragir,

resultandoemumúnico fenótipo.Nessecaso, temosuma interaçãonãoalélicaougênica,

poisumfenótipoéoprodutodainteraçãodedoisgenesdiferentes.Observeque,embora

osgenesA e Binterajamparaproduzirumúnicofenótipo,cadaum,separadamente,pode

apresentarumtipodeinteraçãoalélicadiferente[p.ex.A,a(dominânciacompleta)eB1eB2

(codominância)].

Interação gênica: ação combinada de alelos de genes diferentes que participam da expressão

fenotípicadeumcaráter.

Na interação gênica, o efeito de um gene depende da ação de outros genes.

A independência de distribuição dos genes não significa, necessariamente, que exista

independênciadeaçãogênica.

Considerando-sedoisgenes(A,a)e(B,b),podemoster:

Interação Gênica19João Alencar pamphile

GENÉTICA

147146

Noexemploacima,podemosobservarque,nainteraçãogênica,teremos,emgeral,

umaproporçãofenotípicadiferentedaproporçãotípica9:3:3:1,comoresultadodainteração

de2genesindependentes(dopontodevistadesuasegregação),comaçãogênicadependente

(resultandoemumúnicofenótipo=interaçãonãoalélica).

Umexemplode interaçãogênicaounãoalélicaéaEPISTASIA.Nessa interação,a

expressãodeumgeneéinibidaporoutro.Dessaformateremosdoisgruposdegenes:ogene

epistáticoeogenehipostático.Ogeneepistáticoéaquelequeimpedeaaçãodeumoutro

gene(hipostático).Portanto,nosgenótiposemqueseexpressaoefeitodoepistático,ocorre

umúnicofenótipo.Naliteratura,podemosencontrardiferentesexemplosdeepistasia:

1. Epistasia dominante

Caráter:Cordofrutoemabóbora

Fenótipos:amarelo,alaranjadoouverde-escuro

Alelo Dominante A→responsávelpelacoralaranjadadofruto.Alelo recessivo a→nãoproduzpigmentoalaranjado→frutoverde-escuro.AleloDominanteB→Bloqueiaaformaçãodeclorofilanofruto,queficaamarelo.Dopontodevistamolecular:

2. Epistasia recessiva

Caráter:Cordafloremcaupi

Fenótipos:violeta-escuro,violeta-claroebranca

Alelo Dominante Aénecessárioparaquehajaproduçãodecor.AleloDominanteBdeterminacorvioleta-escuro.Alelorecessivobdeterminacorvioleta-claro.

3. Epistasia duplo recessiva

Caráter:Cordaflordofeijoeiro

Fenótipos:violetaebranca.

Alelo Dominante A→necessárioparaquehajacor.AleloDominanteB→necessárioparaquehajacor.Dopontodevistamolecular:

Interação Gênica

GENÉTICA

149148


1) No milho, ocorre interação complementar entre os genes dominantes C e P para a

realização do caráter sementes coloridas. A falta de umou de ambos desses genes no

genótipodeterminaofenótipodesementesbrancas.Determineaproporçãofenotípicada

descendênciadoscruzamentos:a)CCPP x ccPp;b)CcPp x CcPp;c)ccPp x CcPp.

Anotações

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• asalteraçõescromossômicasnuméricasesuasconsequências;• asalteraçõescromossômicasestruturaisesuasconsequências.

Adescriçãodascaracterísticasdoconjuntocromossômico(número,tamanho

emorfologia)deumaespécieédenominadacariótipo.Onúmerodecromossomos

de uma espécie é constante e deve ser mantido em todos os ciclos celulares da

célula.Entretantoalteraçõesnocariótipopodemocorreracidentalmente,resultando

em diversas consequências genéticas. Resumindo, alterações no número e/ou na

morfologia dos cromossomos podem ocorrer, e tais situações são denominadas

alterações cromossômicas numéricas e alterações cromossômicas estruturais. O

termomutaçãocromossômicapodesertambémutilizado,lembrandoqueédiferente

demutaçãogênica,poisasmudançasocorrememlargaescalanogenoma.

AlTErAÇÕEs CroMossÔMICAs NUMÉrICAs As alterações no número de cromossomos podem afetar todo o conjunto

de cromossomos, o que é denominado euploidia, ou apenas parte do conjunto

cromossômico (quando ganha ou perde um ou poucos cromossomos) sendo

denominado aneuploidia. Vimos emoutroscapítulosqueorganismoseucariontes,

comoplantas,animaisefungos,possuememsuascélulasumconjuntocromossômico,

quepodeserhaploideoudiploide,enestecaso,sãoconsideradoseuploidesnormais.

Quando as células contêm múltiplos do número haploide de cromossomos (x),

diferentesdonúmerodiploide,denomina-seentãopoliploidia.

Vamosanalisaraseguirasaneuploidias e poliploidias,citandooscasosbem

conhecidosnaliteratura.

AlteraçõesCromossômicas

20Ana luiza de Brito portela Castro

GENÉTICA

151150

Aneuploidia Aaneuploidiadecorredeumafalhanaseparaçãodoscromossomoshomólogos

oucromátides-irmãsduranteaanáfasedadivisãocelular, sejapormeiose, sejapor

mitose,ocasionandoumanão-disjunção. Portanto,quandoacélulaatingirafaseda

telófase,duascromátidespermanecerãoemumadascélulas–filhas.Istooriginauma

linhagemcelularcomumcromossomoamenoseoutracomumcromossomoamais.

Quando a não disjunção ocorre durante ameiose (na anáfase I ou II) dá

origemaumgametaaneuploide,oqualseuneaumgametanormal,formandoum

zigotoportadordeumaaneuploidia.Sefaltarumcromossomoaogametaaneuploide,

ozigotoresultarámonossômico (2n -1),e sehouversobradeumcromossomo,o

zigotoserátrissômico (2n+1).Hátambémoutrasaneuploidiascomotetrassomia

(2n+2),duplatrissomia(2n+1+1),nulissomia(2n-2),dentreoutras.

Anãodisjunçãopodeocorrertambémnamitosequeprecedeaformaçãodos

gametasounascélulasderivadasdadivisãodozigoto.Noprimeirocaso,osefeitos

sãosimilaresaosproduzidosnameiosenão-disjuntiva.Porém,nosegundo,umavez

queanãodisjunçãoocorrenosprimeirosestágiosdodesenvolvimentoembrionário,

originam-semosaicos,ouseja,indivíduosquerecebemlinhagenscelularessomáticas

comdoisoumaiscariótiposdiferentes.

Para melhor compreensão das aneuploidiaseasuacausa,vamosconsideraro

complementocromossômicohumano,cujascélulaspossuem2n=46cromossomos,

sendo 22 pares de autossomosmais um par de cromossomos sexuais. Se durante

ameiosenãohouverseparaçãodoscromossomoshomólogos(sejanameiose Iou

nameiose II), serãoproduzidosgametas,umcontendon=23eooutro contendo

n=22cromossomos.Seumdessesgametassefundircomumgametanormal(n),será

formadoumzigotocom2n=47cromossomoseoutrocom2n=45.Portantoteremos,

noprimeirocaso,umatrissomia,e,nosegundo,umamonossomia.

Para exemplificar e compreender melhor esses tipos de alterações

cromossômicas,vamosconheceralgumasaneuploidiasnaespéciehumana.

Uma das aneuploidiasmais conhecidas é a síndrome de Down, na qual o

par de cromossomos número 21 do cariótipo apresenta um cromossomo a mais,

portantoumcasodetrissomia.Osindivíduosafetadosapresentamváriascaracteríticas

fenotípicasque incluemretardomental,baixaestatura, face largaeachatada,olhos

compregasepicânticas,mãoscurtascomumapregapalmarhorizontal,tendênciaa

manter aboca aberta,dentreoutras.Essa aberraçãoémais frequenteemfilhosde

mãescomidademaisavançada,porémacausanãoestábemestabelecida.Nessetipo

detrissomia,nãosãoobservadasreincidênciasfamiliares.

Outrostiposdetrissomiaspodemocorrer,afetandocromossomoscomoos

pares18e13.Atrissomianopar18denomina-sesíndrome de Edwardenopar13é

chamada síndrome de Patau.Ambastrissomiasacarretamanomaliasfísicasementais

graves,easobrevivênciaémuitobaixaapósonascimento.Criançascomsíndrome

dePatauapresentamumaexpectativadevidadeaproximadamente130dias,equase

todas as crianças com síndrome de Edward morremnasprimeiras semanasapóso

nascimento.Todasasoutrastrissomiasmorremaindanoútero.

Asaneuploidiasautossômicassão,emgeral,muitogravesou letais.Porém,

quandosãoafetadososcromossomossexuais,sãomenosprejudiciaisetambémmais

frequentes.Dentreasaneuploidiasemcromossomossexuais,veremosaseguirasmais

importantes.

síndrome de Klinefelter Nesta síndrome, os indivíduos apresentam 47 cromossomos, sendo 44

autossomosmaisatrissomiadoscromossomosXXY.Pessoascomestasíndromesão

aparentementenormais, excetopelo fatodeque apresentamanomalias fenotípicas

menores. São características dos indivíduos portadores: testículos pequenos,

ginecomastia,tendênciaaumaestaturaelevada,obesidadeemenordesenvolvimento

das características sexuais secundárias. Além disso, são estéreis, pois não ocorre

espermatogênese.Na literatura, foramdescritoshomens com48 cromossomos (44

autossomos+XXXY ),comdoiscorpúsculosdeBarr(cromatinasexual),quemostram

características da síndrome de Klinefelter e também retardo mental. Ainda foram

detectados pacientes com 49 cromossomos (44 autossomos+ XXXXY ), com três

corpúsculosdeBarr,queapresentamextensosdefeitosesqueléticos,hipogenitalismo

extremoeumcoeficientementalconsideravelmentebaixo.

síndrome de Turner Noscariótiposdessespacientes,detectam-se45cromossomos(44autossomos

+X)enãoseencontracromatinasexual.Esteéumexemplodemonossomia.Esses

indivíduostêmfenótipofemininoecostumamserdepequenaestaturaeaindapossuem

membranascervicais(pregasdapeleestendidasdesdeosmatoidesatéosombros)e

seusórgãossexuaisinternossãoinfantis.Oovárionãocompletasuaformaçãodevido

àdisgenesia(aparentemente,afaltadeumdoscromossomosXdeterminaumaatresia

ovarianaprogressiva)e,consequentemente,nãosedesenvolvemoscaracteressexuais

secundários.

Algunsindivíduospodemapresentartecidoscujascélulaspossuemdistintos

complementos cromossômicos e são, portanto, mosaicos. Podemos citar como

exemplos mulheres com cariótipos XO/XY e XO/XXY, clinicamente classificados


GENÉTICA

153152

com síndrome de Turner,ehomensXX/XXYeXY/XXY,definidoscomosíndromede

Klinefelter.

Asplantassão,geralmente,maistolerantesàsaneuploidiasdoqueosanimais.

No estramônio (Datura stramonium), uma planta, cujo número cromossômico

haploide é 12, tem-se registrado poliploides e aneuploides (trissômicas) que

apresentam mudanças fenotípicas que permitem identificar essas alterações. Em

animais,asaneuploidiassãomaisraraseenvolvemgeralmentecromossomosmuito

pequenoseheterocromáticos.CasosdeaneuploidiasforamdescritosemDrosophila,

envolvendouma trissomiaemonossomiaparaomenorcromossomodaespécie,o

denº4,oqualrepresentaamenorporcentagemdogenoma(1-2%).Osindivíduos

portadoresdessaaneuploidiasobrevivematéafaseadulta.

poliploidia Comovimosanteriormente,apoliploidiacaracteriza-sepelamodificaçãono

número de conjuntos haploides, ou seja, indivíduos poliploides apresentam mais

do que dois conjuntos cromossômicos. Eles podem ser: triploides (3n), quando

possuem três conjuntos haploides similares; tetraploides (4n), quando possuem

quatro;pentaploides,comcinco(5n),eassimpordianteparaoutrosníveiscrescentes

deploidias.Apoliploidiaéumfenômenomuitocomumemplantas.Porémalguns

casos foram descritos em animais invertebrados como platelmintos, sanguessugas,

camarões,eemvertebrados,comooqueocorrenaespéciedesapo,Odontophrynus

americanus.

A poliploidia origina-se de um erromeiótico através de uma não-redução

cromossômicaoudeumaendomitoseemumacélulaprecursoradameiose.Nosdois

casos, formam-segametas2nque, ao serem fecundadosporumoutronormal (n),

formarãoumtriploideoutetraploide,sefecundadosporoutrogameta2n. Emgeral,

os organismos poliploides apresentam-semaior em tamanho, em relação aos seus

correspondentesdiplóides.

Dentrodapoliploidia,diferenciam-seaindaosautopoliploides(Figura1),os

quaispossuemváriascópiasdeumúnicogenoma,eosalopoliploides, quando estes

possuemdoisoumaisgenomasdiferentes.Portantoaalopoliploidiaestárelacionada

àhibridização,podendoocorrerantesoudepoisdaformaçãodohíbrido.

A triploidia (um tipo de autopoliploidia) pode surgir espontanemante na

naturezaouinduzidaatravésdecruzamentosdeumtetraploide(4n)comumdiploide

(2n).Nessecaso,osgametas2nenseunemparaformarotriploide,queégeralmente

estéril.Abanana,Musa cavendishii,éumexemplodetriploidia,sendoconstituídade

2n=3x=33cromossomos,ondexéonúmerobásicoiguala11.

Figura 1: (a) origem de um genoma autotetraploide; (b) dois genomas distintos (A e B) se cruzam, pro-duzindo um híbrido (AB); se este se poliploidizar, formará um alopoliploide com formação de apenas

bivalentes.

AlTErAÇÕEs CroMossÔMICAs EsTrUTUrAIs Asalteraçõescromossômicasestruturaisenvolvemmudançasnamorfologia

doscromossomosdevidoàsquebrasquepodemresultar,porexemplo,mudançasna

posiçãodocentrômerooudeoutrasregiõesdosbraçoscromossômicos.Asquebras

cromossômicas, geralmente, ocorrem antes da duplicação do DNA e nem sempre

alteramaestruturadocromossomo,poisossegmentospodemsereunirnomesmo

pontodequebra.Entretanto,quandoocorreumaquebraeossegmentossereúnem

emoutrospontosdistintosdaoriginalousimplesmentesãoperdidos,pode-sedizer

quealteramamorfologiadoscromossomos.

Alteraçõescromossômicasestruturaisenvolvemmudançasnacomposiçãoou

naorganizaçãodeumoumaiscromossomos.Existemváriostiposdealteraçõessendo

denominadas,conformecadacaso,dedeleção(oudeficiência),duplicação,inversão

(pericêntricaouparacêntrica),translocação(simplesourecíproca),fusãoefissão.Em

todosessescasos,épossíveldetectarosdefeitosanalisando-seoscromossomosem

seuestadodemáximacompactação,ouseja,nametáfase.

Aseguir,vamosdefinircadatipodealteração,exemplificando-as.

deleção Estaalteraçãocorrespondeàperdadeumsegmentoqualquerdocromossomo(quenãoincluaocentrômero),aqualpodeserterminal, quando nas extremidades de cromossomo, ou intersticial, quando em um segmento intermediário deste,resultando em duas quebras. A deleção terminal é amais simples porque envolveapenas uma quebra, porém a perda de telômero compromete a viabilidade do


GENÉTICA

155154

cromossomodevidoàtendênciadessaextremidadequebradaseligaraoutrospontosde quebra cromossômica.Deleções terminais foram descritas em cromossomos demilho e Drosophilaesãoaparentementeestáveis. duplicação Nesta alteração, um segmento cromossômico está representado mais deuma vez em um mesmo cromossomo. O segmento duplicado pode ser repetidoemsequência (tandem)nomesmocromossomo,ouemoutropontodeste,ouatémesmoemoutrocromossomo.Asduplicaçõesprovocamefeitosmenosgravesparaosindivíduosdoqueasdeleções.Umexemplotípicodeduplicaçãoéofenótipo“bar” do olho da Drosophila melanogaster, cujomutantepossuiumareduçãodonúmerodefacetasdoolho,quealterasuaformaovaladaparaformadebarra. Osgenes repetitivos,ou seja, sequênciasdeDNA repetitivo, comoaquelesquecodificamashistonas,sãoexemplosdeduplicaçõesqueocorremnogenomadetodososeucariotos.

Inversão Esta alteração ocorre quando há quebra em dois pontos do cromossomo,e este segmento faz uma rotação de 180º e se reorganiza de forma invertida. Asinversõespodemserpericêntricas, quandoosegmentoafetadoincluiocentrômero,e paracêntricas, quandosedáforadessaregião.Asinversõessãofacilmentereconhecidasemcromossomospolitênicosdedípteros,devidoaopadrãodefaixasapresentadasporesses cromossomos.Estepadrãode faixaspermite reconhecerexatamentea regiãoafetada e atémesmo situações complexas, como asalças de inversão.Nesse caso,comonoscromossomospolitênicos,oshomólogosestãopareados,umainversãoemumdeles(heterozigotosparainversão)formaumaalçabemevidente. Inversões paracêntricas ocorrem em alta frequência nos cromossomos dasdrosófilas;e,emoutrosorganismos,asinversõespericêntricassãoasmaisfrequentescomoemortópteros,roedorese,geralmente,estãoimplicadosnaevoluçãocariotípicadogrupo.Poroutrolado,emplantas,asinversõessãoraras.Na Figura 2, podemos ver uma representação das alterações dos tipos deleção,

duplicaçãoeinversõesparacêntricasepericêntricas.

Figura 2: Tipos de alterações cromossômicas estruturais. As letras representam os genes, e as setas nos cromossomos indicam os locais alterados.

Translocação Esta compreendeatransferênciadeumsegmentodeumcromossomopara

outronãohomólogo.Atranslocaçãopodesersimples, quandoháatransferênciade

umsegmentocromossômicoaoutro,erecíproca, quando dois cromossomos trocam

partesentresi(Figura3).Entretanto,apósaseparaçãodoscromossomoshomólogos

nameiose,50%dosgametasformadosserãonãobalanceados,porconteremdeleções

ouduplicações,enosoutros50%,25%serãogametasnormaise25%serãoportadores

datranslocação.Umexemploconhecidodetranslocaçãorecíprocaemaisfrequente

é ados cromossomoshumanos14/21, cujos indivíduos apresentama síndrome de

Down, apesardepossuírem2n=46cromossomos.Nestecasopodehaverreincidência

familiar.

Figura 3: representação da translocação de segmentos entre cromossomos não homólogos do tipo simples e recíproca.

Outrotipodetranslocaçãoéafusãocêntrica,observadaprimeiramentepor

Robertson(1916),sendoporissoreferidacomofusãorobertsoniana.Nessecaso,dois

cromossomosdotipoacrocêntricooutelocêntricopodemsofrerquebrasnaregião

do centrômero e ambos se fundem, formandoum cromossomometacêntrico com

a perda do pequeno segmento resultante da ruptura (Figura 4). A fusão cêntrica

leva à redução do número de cromossomos do cariótipo. Ummecanismo inverso

à fusãoocorrequandoháumaquebrana regiãocentroméricadeumcromossomo

metacêntricoousubmetacêntrico,resultandoemdoiselementoscomumúnicobraço

(tipo acrocêntrico ou telocêntrico). Esse processo é denominado fissão cêntrica e


GENÉTICA

157156

resultaemaumentodonúmerodecromossomos.

Figura 4: Esquema de fusão e fissão cromossômica. Note os pontos de quebra nos dois cromossomos não homólogos (setas) e a reassociação entre as partes, originando um único cromossomo maior com um

centrômero quase mediano. A quebra em um cromossomo grande, próxima ao centrômero, origina dois menores, resultando em fissão.

Vimos que as alterações cromossômicas podem ser prejudiciais na espécie

humana, devido às inúmeras doenças que acarretam, bem como podem tornar

inviáveis espécies de animais ou plantas portadoras de uma determinada alteração

cromossômica.Entretantoinúmerosestudosdemonstramaimportânciadasalterações

cromossômicasnaevoluçãodediferentesgruposdeorganismos,inclusivenaespécie

humana.Assim,podemospensarqueasalteraçõescromossômicasconstituemuma

importante fonte de variação biológica que, ao longo dos anos, podem contribuir

efetivamenteparaumaumentodabiodiversidadedasespécies.


1)Pesquiseedescrevaumametodologiaparacomprovaralteraçõescromossômicas

(numéricase/ouestruturais)naespéciehumana.

2)Expliqueporqueaspoliploidiassãomaisfrequentesemplantasdoqueemanimais.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• dequeformaocorreatransferênciagênicaembactérias;

TrANsFErÊNCIA GÊNICA EM BACTÉrIAsExistemdiversasvantagensdesetrabalharcombactériaseseusvírusparaosestudosgenéticos:

a reprodução é rápida; é produzida grande prole; o genoma haploide permite que todas

asmutações sejam expressas diretamente; a reprodução sexual simplifica o isolamentode

linhagensgeneticamentepuras;ocrescimentoemlaboratórioéfácilerequerpoucoespaço;

osgenomassãopequenos;existemtécnicasdisponíveispara isolamentoemanipulaçãode

seusgenes;elestêmimportânciamédica,agrícola,energéticaeambiental;eelespodemser

geneticamentealteradosparaproduzirsubstânciasdevalorcomercial.

Asbactériassãocultivadasemmeionutritivocontendoumafontedecarbonoeelementos

essenciais,comonitrogênioefósforo,algumasvitaminaseoutrosíonsenutrientes.Quantoà

utilizaçãodosnutrientes,podemosterduasclassesdebactérias:asselvagensprototróficaseas

auxotróficas.Asbactériasselvagensouprototróficasusamingredientessimplesparasintetizar

todos os compostos de que necessitam. Crescem emmeio mínimo. O tipo mutante ou

auxotróficonãotemumaoumaisenzimasnecessáriasparaometabolismodenutrientesou

síntesedemoléculasessenciais.Sócrescememmeio completo ou mínimo suplementado

com vitaminas e/ou aminoácidos e/ou bases nitrogenadas (figura 1). A transferência

gênica embactérias pode ocorrer porconjugação genética, transformação genética ou

transdução.

Genética de Microrganismos


GENÉTICA

159158

Figura 1. Isolamento de linhagens mutantes espontâneas de bactérias (adaptado de pierce, 2011).

CoNJUGAÇÃo• Quando as bactérias conjugam, oDNAde uma célula doadora é transferido para uma

célulareceptoraatravésdecontatocélula-célula,sobocontroledeumconjuntodegenes

queconfereaodoadoracapacidadedetransferirDNA.

• Esseconjuntodegenes,conhecidoscomotra,encontra-seemumamoléculacircularde

DNA(umplasmídeo)denominadafatordefertilidadeoufatorF.OfatorFcontémuma

origemdeduplicação.AscélulasquecontémFsãochamadasdeF+oudoadoras,eas

células sem F são F-oucélulasreceptoras.Aconjugaçãosópodeocorrerentreumacélula

F+ e uma célula F-.Normalmente,osgenestransferidosdacéluladoadoraparaareceptora

sãoaquelespresentesnofatorF(figura2).Apósaconjugação,acélulaF- torna-se F+.

• Quando o fator F está integrado no cromossomo bacteriano, essa célula bacteriana é

denominada Hfr (alta frequência de recombinação). Na conjugação entre uma célula

doadoraHfreF-,acélulareceptorafrequentementerecebepartedocromossomodaHfre

raramenteoplasmídeoFcompleto.Porcausadisso,torna-sedifícil,duranteaconjugação

entre essas duas células resultes, que a F- se torne F+. Se durante a conjugação entre

uma célula Hfr e uma F- ocorrer uma interrupção damesma, nem todos os genes do

cromossomodacéluladoadoraserãotransferidos.EmE. coli, o tempo necessário para

atransferênciadetodooseucromossomoéde100minutos.Aconjugaçãointerrompida

pode ser empregada para se determinar a distância entre os genes, ou seja, o tempo

necessário para a transferência dos genes separadamente indica a posição deles no

cromossomobacteriano.Nosmapas genéticos bacterianos, a unidade-mapa é dada em

minutos.Aunidadebásicadedistânciaédeumminuto.

plasmídeos: Aspectos GeraisOsplasmídeossãoconsideradoscomoelementosacessóriospornãotransportarem

genesessenciaisàsobrevivênciadabactéria,mascondicionandocaracterísticasespeciais

comoaresistênciaaantimicrobianos,capacidadedefixaçãodenitrogênioouutilização

defontesnãousuaisdecarbono,easíntesedebacteriocinas,toxinaseoutrosfatoresde

virulência.Muitasdascaracterísticasadicionais,condicionadasporgenesplasmidianos,

contribuemparaaadaptabilidadedabactériaemcondiçõesespeciais.Umabactériatanto

podetransportardeumaváriosplasmídeosdiferentes,comonãotransportarnenhum.

Osplasmídeosnãocausamdanosàssuascélulashospedeirasenemapresentamformas

extracelulares,comoacontececomoDNAdeorigemviralprovenientedebacteriófagos.

As bactérias não constroem seus próprios plasmídeos, mas os adquirem

atravésdofenômenodaconjugaçãobacteriana,naqualumabactéria,transportandoum

plasmídeo,transfere-oparaumaoutrabactéria,mantendoparasiumacópiadeste.

Osplasmídeospodemserclassificadosdeacordocomsuacapacidadederealizar

suaautotransferênciaparaoutrabactéria(conjugativosenãoconjugativos),oudeacordo

comosgenesquetransportam:plasmídeospararesistênciaaagentesantimicrobianose

plasmídeosdevirulência,plasmídeosmetabólicos,plasmídeosbacteriocinogênicos.Os

plasmídeos conjugativos são aqueles que transportam genes que sintetizam proteínas

quemediamsuaautotransferênciaparaoutrasbactériasdamesmaespécie,domesmo

gêneroeatémesmoentregêneros.Osplasmídeosnãoconjugativosnãotêmessesgenes

e,quandonapresençadeplasmídeosconjugativos,podemsertransferidos,juntamente

com estes, para um célula bacteriana. Neste caso, tais plasmídeos são denominados

mobilizáveis.

Figura 2. Conjugação bacteriana (adaptado de pierce, 2011).

TrANsForMAÇÃo

Genética deMicrorganismos

GENÉTICA

161160

• O fenômeno de transformação foi descoberto por Frederick Griffith (1928), quando

investigava omodode infecçãoda bactéria S. pneumoniae; envolve a transferência de

moléculasdeDNAsemproteção,deumabactéria(acéluladoadora)paraoutrabactéria

(acélulareceptora).

o MECANIsMo dE TrANsForMAÇÃo• ApassagemdoDNAtransformadordeforaparadentrodacélulasedábasicamenteem3

passos(figura3):

1. captaçãodoDNAdoador,queseráfixadoaumcomplexoproteico(fatordecompetência)

nasuperfíciedacélulareceptora;

2. transportedoDNAatravésdamembrana.Ofragmentoduplafita(DSF,doinglêsdouble-

strand fragments)atravessaamembranacelularondeestãolocalizadasexonucleasesque

digeremumadasfitas,gerandoumafitasimples(SSF,doinglêssingle-strand fragment),

queétransportadaparaocitoplasma;

3. integraçãodosegmentodeDNAexógenoaocromossomobacterianoviarecombinação.As

célulasquerecebemmaterialgenéticoportransformaçãosãochamadasdetransformantes.

Figura 3. processo de transformação genética em bactérias (adaptado de pierce, 2011).

TrANsdUÇÃo• Atransduçãorefere-seaoeventoemqueosgenesbacterianossãotransportadosdeuma

céluladoadoraparaumacélulareceptorapormeiodeumbacteriófago.

• Osbacteriófagospodemservirulentos(semprelisamacélulahospedeira)outemperados.

Elesapresentamciclolisogênico(ondeocromossomoviraléintegradoaocromossomo

hospedeiro)e/ouciclolítico(multiplica-seelisaacélula)(figura4).

• Em função dos ciclos de vida dos bacteriófagos, existe a transdução generalizada e a

transduçãoespecializada(figuras5e6).

Figura 4. Ciclos de vida dos bacteriófagos: lítico e lisogênico (adaptado de pierce, 2011).

Transdução generalizada• Nociclolíticodereproduçãoviral,oDNAbacterianoéquebradoemfragmentosaleatórios,

e um segmento qualquer é “empacotado” durante a maturação do fago, no lugar do

cromossomodofagooujuntocomele(figura5).Cadafagotransdutorpoderálevaruma

porçãodiferentedoDNAdacéluladoadora.Umavezquevenhama infectarumanova

célula,liberamoDNAdacéluladoadora,eosgenesintroduzidospodemseintegrarno

cromossomobacterianoporumcrossing-overduplo.Assim,osgenesbacterianospodem

sermovidosdeumalinhagembacterianaparaoutra,produzindobactériasrecombinantes

denominadastransdutantes.

Figura 5. Transdução generalizada (adaptado de pierce, 2011).

Genética deMicrorganismos

GENÉTICA

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Transdução especializada• Hárecombinaçãoentreocromossomohospedeiroeocromossomodofagoemumsítio

específico (RECOMBINAÇÃO SÍTIO-ESPECÍFICA); assim o cromossomo viral tem um

segmentodeDNAbacteriano.Natransduçãoespecializada,apenasosgenespróximosa

determinadossítiosnocromossomobacterianosãotransferidos(figura6).Esseprocesso

requer bacteriófagos lisogênicos. Um exemplo é a do bacteriófago lambda (λ), que seintegra ao cromossomodeE. coli no sítiode ligação (att).ODNAdo fagopossuium

sítio similar ao att,eumúnicocrossing-overésuficienteparaintegraroDNAdofagoao

cromossomobacteriano.Umcrossing-oversimilarreverteoprocesso,resultandonaexcisão

dofago.Umerronaexcisãopoderesultarnaexcisãodegenesqueflanqueiamosítioatt

nocromossomobacteriano–emE. colisãonormalmenteosgenesgal(fermentaçãode

galactose)ebio(biossíntesedebiotina).

Figura 6. Integração do bacteriófago lambda no cromossomo bacteriano.


1)Expliquecomopodemserisoladasbactériasauxotróficas.

2) Explique qual(ais) é(são) a(s) diferença(s) da transdução generalizada em relação à

especializada.

3)Expliquedequeformapode-seobterummapagenéticoembactérias.

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• algumasferramentasdatecnologiadoDNArecombinante;

CoNCEITos Inicialmente, conceituaremos Tecnologia do DNA Recombinante (TDR). Essa

terminologiadiz respeito aosmétodos e às técnicas empregadasnamanipulaçãodoDNA.

AsenzimasemoléculasempregadasnaobtençãodeumDNARecombinante referem-seàs

ferramentasdaTecnologiadoDNARecombinante.

ATDRrepresentaosomatóriodetécnicasqueforamsendoacumuladasdentrodas

áreasdegenéticaebiologiamolecular,visandoàobtençãodemoléculasdeDNArecombinante.

ConsisteemunirDNAsdediferentesorigensemumveículoouvetoretransferi-loparauma

célulahospedeiraquevai,assim,recebereexpressarnovascaracterísticasgenéticas.

FErrAMENTAs prINCIpAIs dA Tdr1.Enzimasderestrição

2.DNApolimeraseI:Klenow

3.Transcriptaseinversa

4.Desoxinucleotidiltransferaseterminal

5.DNAligase

6.Fosfatasealcalina

7.Polinucleotídioquinase

8.Hospedeiros

9.Vetores

1. Enzimas de restrição Foramdescobertas apartirde estudosdo sistemade restrição-modificaçãode

célulasbacterianasinfectadasporbacteriófagos.

AsenzimasdotipoII,quesãoaquelasquereconhecempalíndromos,sãoasempregadasna

Tecnologia dodNA recombinante


GENÉTICA

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TDR.Sãoferramentasempregadasemengenhariagenética,principalmenteparaproduzir

fragmentosdeDNAaseremutilizadosnaproduçãodemoléculashíbridas.

Palíndromo: sequência que possui um duplo eixo de simetria rotacional, tendo amesma

sequênciaquandolidanosentido5´3´emambasasfitas,como,porexemplo,apalavra

ARARA.

Exemplo de um palíndromo:

Nomenclatura das enzimasOnomedaenzimaseguecomoregraoempregodaprimeiraletraemmaiúsculadogêneroda

bactériadaqualaenzimaderestriçãofoiisolada,seguidadasduasletrasiniciasdaespécieda

bactéria,maisaletraindicativadalinhagemoucepa,sehouver,seguidadeumnúmeroque

indicasefoiaprimeira,asegunda,aterceira,etc.enzimaisoladadaespéciedabactériaem

análise(figura1).

Figura 1. representação da nomenclatura empregada nas enzimas de restrição.

AsenzimasderestriçãoaindapodemserclassificadaspelotipodecortenoDNA(figura2).

Dependendodaposiçãoemqueocorreaclivagem,podemproduzir:

1. extremidades coesivas (salientes, colantes),quandoaclivagemocorreforadocentro

desimetria(cortesassimétricos);

2. extremidades abruptas (cegas),quandoaclivagemocorrenocentrodesimetria(cortes

simétricos).

Asenzimasqueclivamforadocentrodesimetriasãopreferencialmenteusadasnacombinação

demoléculasdiferentesdeDNAparaaproduçãodeumDNArecombinante(figura3).

Figura 2. Tipos de extremidades de fragmentos produzidos por enzimas de restrição com corte assimétrico (a) e simétrico (b).

Figura 3. obtenção de um dNA recombinante a partir de fragmentos, com extremidadescolantes, produzidos por enzima de restrição.


GENÉTICA

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2. dNA polIMErAsE CatalisaaformaçãodeumafitadeDNAapartirdeummoldedefitasimplesdeDNAeum

oligonucleotídeoiniciador(fragmentodeDNAcomaextremidade3’-OHlivre).

3. TrANsCrIpTAsE INvErsA oU rEvErsA CatalisaaformaçãodeumafitadeDNA(C-DNA),apartirdeummoldedeRNAfitasimples

euminiciador.

EssaenzimaéempregadanaobtençãodeumC-DNA.

O C-DNA pode ser usado como uma sonda molecular para determinar a presença de um

genedeinteresseemumbancogenômico.

Uma sondamolecular é um segmento de DNA ou RNAmarcado (com radioatividade:

sondaquente;semradioatividade:sondafria),utilizadoparadetectarapresençadeuma

sequênciacomplementarmediantehibridaçãomolecular.

UmBancoGenômicoéumacoleçãodefragmentosdeDNA(genes)clonados,queincluem

praticamentetodaainformaçãogenéticadeumadeterminadaespécie.

4. TrANsFErAsE TErMINAl Adiciona nucleotídeos na extremidade 3’OH de DNA fita simples ou dupla, sem a

necessidade de um molde.

Uso:adiçãodeextremidadeshomopoliméricascomplementaresemdois fragmentosde

DNA®DNAquimera.

5. dNA lIGAsE Catalisaaligaçãodoradical5’Pcomo3’OHdeumnucleotídeovizinho,podendotambém

ligarextremidadesabruptas(blunt ends)deduasmoléculasdeDNA.

6. FosFATAsE AlCAlINA Retiraradical5’fosfatodequalquerácidonucleico.

Uso:evitarautoligaçãodeumamesmamoléculaemarcaçãoradioativacom32P.

7. polINUClEoTídEo qUINAsE Adicionafosfatonaextremidade5’doDNA.

Uso:marcaçãodoDNAjuntamentecomafosfatasealcalina.

8. hospEdEIros SãocélulasreceptorasdoDNAaserclonado.

Requisitos:

1. aceitaroDNAsemmodificá-lo;

2. permitiraseleçãodascélulasrecombinantes;

3. baixopotencialdeproliferaçãonoambiente.

Exemplo: Bactéria E. coli hB101.Essacélulaésensíveladoisantibióticos(ampicilinaetetraciclina);éummutanteauxotrófico

paraváriasmarcas;éummutantedeficientenoprocessoderecombinaçãoRecA-.

9. VETORES

São veículos utilizados para a introdução de um DNA exógeno em um hospedeiro.

Exemplo:pBR322(figura4).Requisitos:

1. propriedadesquefacilitemasualigaçãoaoDNAaserclonado;

2. duplicarnacélulahospedeira;

3. apresentarmarcadoresparaaseleção;

4. permitiraexpressãodamensagemexógenainseridanohospedeiro;

5. propriedadesparaanãoproliferaçãoambientaldoDNAclonado.

Figura 4. plasmídeo pBr322.

CloNAGEM MolECUlArCLONAGEM:ÉousodamanipulaçãodoDNAparaproduzirmúltiplascópiasdeumúnico

geneoufragmentodeDNA.

CLONE:UmaouváriasbactériasquetenhamomesmofragmentoartificialdeDNAinserido

nelapelaTDR.


GENÉTICA

169168

CloNAGEM GÊNICA (ETApAs) (FIGUrA 5)ObtençãoepreparodeDNAemduplafitaoufragmentosdecDNAcontendoextremidades

5´oucompatíveiscomsítioscriadosnointeriordevetoresdeclonagem;

inserçãodefragmentosdeDNAemumvetordeclonagem;

introduçãodovetorrecombinanterecém-formadoemumacélulahospedeira;

replicaçãodovetorrecombinantenointeriordecélulashospedeirastransformadas;

seleção e expansão de clones individuais de células portadoras dos recombinantes

desejáveis;

isolamentoeanálisedosinsertosdeDNAe/ouseusprodutosproteicosexpressos.

TIpos dE vETorEs dE CloNAGEM

1. plAsMídEos• São baseados em moléculas de DNA circular. Naturalmente presentes em bactérias,

apresentamorigemdeduplicaçãoindependentementedaorigemdeduplicaçãopresente

nocromossomodasbactérias.

• Permitemclonagemdeinsertosdeaté10Kb.

2. BACTErIÓFAGos• Sãovetoresbaseadosemvírusqueinfectambactérias(bacteriófagoλ):2.1.vetoresdesubstituição:oDNAaserclonadosubstituipartedasequêncianãoessencialdo

vírus(insertosde9a25Kb).Ex.EMBL3e4;

2.2.vetoresdeinserção:permitemaclonagemdeinsertosdeaté7Kb.Ex.lgt10.

3. CosMídEosSãoplasmídeosondeseinseriuasequênciadosítiocos(“cohesiveends”)dofagoβ,que

permite que o cosmídeo contendo o DNA a ser clonado seja empacotado por proteínas

dacápsulavirale,então, introduzidonacélulahospedeiracomaltaeficiência.Clonam

insertosdeaté45Kb.

4. CroMossoMos ArTIFICIAIs dE lEvEdUrA (YACs)São plasmídeos que possuem seqências centroméricas de Sacharomyces cerevisiae e

genesquepermitemaseleçãodetransformantes(recombinantes)nessalevedura.Clonam

insertosdeaté500Kb.

Figura 5. Etapas de clonagem gênica, seleção de recombinantes e análise molecular.


1)EsquematizeospassosdaobtençãodeumDNArecombinantee suaclonagememuma

célulahospedeira.


GENÉTICA

171170

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• as características e a importância da ocorrência do efeito materno e herançaextranuclearnosseresvivos;

A característica primária do que se denomina efeito materno e herança

extranuclear é que: a herança dos caracteres não segue o padrão de herança

mendeliana;ocorreumasegregaçãoirregulardosalelosdedeterminadosgenes,como

seosparentais(gametasfemininosemasculinos)contribuíssemdemaneiradesigual

paradeterminarofenótiponosdescendentes.Noefeitomaterno,aherançadocaráter

analisadopareceser,eé,transferidaparaosdescendentesviagametafeminino.Por

isso,esteprocessofoidenominadodeefeitomaterno.

Aevidênciadessetipodeherança,emqueacaracterísticaanalisada(fenótipo)

parecesertransferidaparaosdescendentesviagametafeminino,foiprimeiramente

evidenciada em folhasdeplantasornamentais que exibemumamisturade setores

verdesesetoresbrancos.Osinvestigadoresdescreveramqueasfolhasdessasplantas

exibemumpadrãodevariegaçãodecor(asfolhasdessasplantassãovariegadas).

Aobservaçãodopadrãovariegadoemfolhasdeplantasornamentaisestimulou

os investigadoresaestudaroseventosdeterminantesdesses fenótiposdistintosnas

folhas.Nossetoresbrancos,foramencontradoscloroplastosincapazesdesintetizaro

pigmentoclorofila,queconfereacoloraçãoverdeàspartesdasplantas.Nasplantas

quepossuemcloroplastosnormaisecloroplastosalteradosparaasíntesedeclorofila,

quandoascélulasdotecidodafolhasedividem,algumascélulasrecebemapenasos

cloroplastosincapazesdesintetizaraclorofila.Asdivisõessubsequentesdessacélula

contendocloroplastosalteradosgeramossetoresformadosporumgrupodecélulas

quenãocontêmpigmentosclorofila.

O efeito da variegação em folhas foi estudado e inicialmente descrito na

espécie de planta ornamental Mirabilis jalapa,popularmenteconhecidacomoplanta

AnotaçõesEfeito Materno e

herança Extra Nuclear23

Maria de Fátima pires da silva Machado

GENÉTICA

173172

maravilha,pordoispesquisadoresalemães:CarlCorrenseErwinBaur.Opesquisador

Correns fez cruzamentos recíprocos entre plantas de M. jalapaverdesevariegadas,

usando gametas (ovócitos e grãos de pólen) de setores brancos de uma planta

variegada.Eleusoupólendeumsetorbrancodeumaplantavariegadaparafecundar

ovócitosdeumaplantaverdeeobservouquetodososdescentesdestecruzamento

foramplantasverdes.Nocruzamentorecíproco,Corrensusoupólendeplantasverdes

parafecundarovócitosdesetoresbrancosdeumaplantavariegadaeverificouqueas

plantasdescendentesdestecruzamentoforamtodasbrancas.Opesquisadorconcluiu

que,noscruzamentosrealizados,osdescendentesapresentaramofenótipodogenitor

femininoedefiniuacaracterísticafolhasvariegadascomoumaherançamaterna.Esta

herançamaternasópodiaserexplicadaseacaracterísticavariegadafossetransmitida

porfatorespresentesnosovócitosenãonosgrãosdepólen.Aexplicaçãousadafoide

que em M. jalapa os cloroplastos são transmitidos para os descendentes por meio dos

gametasfemininos;nosgametasmasculinososcloroplastosnãosãoencontrados.

OpesquisadorErwinBaur estudou variegação emoutra espéciedeplanta

ornamental,Pelargonium zonale.Nessaespécieoscruzamentosentreasplantasverdes

evariegadasproduziramdescendentescomfolhasverdes,variegadasebrancas,em

proporçõesnãomendelianas,quefoicaracterizadacomoumaherançaextranuclear,

supostamentecloroplastosqueeramtransferidospelosovócitosetambémporgrãos

de pólen. A explicação em nível molecular para o fenótipo alterado, ausência de

clorofila, foideque,provavelmente,oDNAdealgunscloroplastosnasplantascom

folhasvariegadascontémsegmentosalterados(mutações)que,deumaformaainda

nãototalmenteesclarecida,comprometemasíntesedeclorofilanessasorganelas.

Estudosposterioresrealizadoscomleveduras,quenãocontêmcloroplastos,

também indicaram a ocorrência de herança extranuclear via mitocôndrias. Em

algumas linhagens de levedura mutantes que possuem um DNA mitocondrial

menor,comnúmerodegenesmenor,oucommuitasmutações, foiobservadoque

elas formam colônias pequenas, menores do que as colônias selvagens, quando

cultivadasemmeioricoemglicose.Porapresentaremumtamanhopequeno,essas

colônias foramdenominadasde“mutantespetite”,e foiobservadoqueodéficitde

DNA mitocondrial nas células petiteimpedequeelasefetuemometabolismoaeróbio

normal,característicodascélulasmaioresquecontêmoDNAmitocondrial íntegro.

A análise do cruzamento entre células de colônias petite, com DNA mitocondrial

pequeno,ecolôniasselvagens,comDNAmitocondrialgrande,mostrouaformação

deumzigotocommitocôndriasdas linhagensparentais.Foiobservadoque,se tais

zigotosformaremesporosimediatamente,ascolôniassãodemutantespetite.Mas,se

oszigotossepropagarempormitosesemculturalíquida,paraemseguidaproduzirem

esporos,ocorreaformaçãodecolôniasgrandes,dotiposelvagem.Aexplicaçãopara

talevidênciaéque,duranteasmitosessucessivas,podeocorreraduplicaçãodoDNA

mitocondrialgrandequepode,então,sertransferidoparaascélulasdescendentes.

As evidências de que alterações no DNA mitocondrial podem conferir

fenótipos específicos em células portadoras demitocôndrias comDNA ausente ou

alteradoestimularaminvestigaçõesposterioresdoDNAmitocondrialemvertebrados.

As pesquisas realizadas com DNA de mitocôndrias de humanos, por exemplo,

mostraramquealgumasdoençassãocausadaspormutaçõesnoDNAmitocondrial.

Umadessasdoençasfoidenominadaneuropatia óptica hereditária Leber(LHON),

quefisiologicamenteestáassociadacomamortedonervoóptico,causandoumasúbita

cegueiraemadultos.Emnívelmolecular,adoençaestáassociadacommutaçõesem

váriosgenesdoDNAmitocondrial.ForamobservadasmutaçõesemsequênciasdoDNA

mitocondrial, que determinam a troca de aminoácidos emproteínasmitocondriais

integrantes de complexos da fosforilação oxidativa. A troca de aminoácidos nessas

proteínascausaumareduçãonaeficiênciadafosforilaçãooxidativa,queésuficiente

paradestruirofuncionamentodonervoópticoecausarcegueiratotal.

AdoençaLHONéherdadaestritamentevialinhagemmaterna,osdescendentes

deumamulherportadoradeDNAmitocondrialalteradopodemexpressaradoença,

masosdescendentesdeumhomemcomLHONnãoapresentamadoença.

OutradoençacausadaporalteraçõesnoDNAmitocondrialdehumanosfoi

denominada de síndrome medula-pâncreas de Pearson.Essadoençaécausadapor

umadeleçãorelativamentegrandenoDNAmitocondrial,queprovocaumadisfunção

dopâncreasexócrinoeaperdadascélulasdamedulaósseaduranteainfância.Trata-

sedeumadoençafatalquesóapareceduranteodesenvolvimentodacriançaoupor

ocasiãodaformaçãodosovócitosmaternos.Comosetratadeumadoençafatal,os

portadoresmorremnainfânciaenãodeixamdescendentes.Asmanifestaçõesclínicas

podemsurgirduranteoprimeiroanodevidae,namaioriadoscasos,amorteocorre

antesdos3anosdeidade.Asmanifestaçõesclínicassãodiversas,eaconfirmaçãodo

diagnósticoépeloestudomoleculardoDNAmitocondrialnabiópsiamuscularouem

qualqueroutroórgãoenvolvidonosdistúrbios.Agravidadeclínicadossintomasnão

temrelaçãocomaproporção,nemcomataxadasdeleçõesnoDNAmitocondrial,eas

tentativasdetratamentotêmefeitoatenuante,masnãoalteramaevoluçãodadoença.

SeosportadoresdasíndromedePearsonsobrevivessemparadeixardescendentes,as

característicasemevidênciapoderiamserusadasparailustrarmaisumtipodeherança

maternaeextranuclear,transmitidapormitocôndriasquepossuemDNAmitocondrial

alterado.

Efeito Materno eherança Extra Nuclear

GENÉTICA

175174


1)Expliqueporqueéimportanteestudaroefeitomaternoeaherançaextranuclear

nasplantas.

2)Expliqueporquefoiimportanteestudaraherançaextranuclearemleveduras.

3)Expliqueporqueéimportanteestudaroefeitomaternoeaherançaextranuclear

emhumanos.

4)PesquiseporquealteraçõesnoDNAdecloroplastospodemafetar,dealgumaforma,

afisiologiadascélulasportadorasdecloroplastoscomDNAalterado.

5) Pesquise por que alterações noDNA demitocôndrias podem afetar, de alguma

forma,afisiologiadascélulasportadorasdemitocôndriascommutaçõesnoDNA

mitocondrial.

Anotações

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• aquantidadedevariaçãogenéticapresentenaspopulaçõesnaturaiseconhecerométodo

paraestimaroequilíbriodospolimorfismosgenéticosnessaspopulações;

• osprincipaismecanismosquepromovemealteramavariaçãogenéticanaspopulações

naturais.

Agenéticadepopulaçõeséumaáreaimportantequepermitedesenvolverestudos

sobre polimorfismo, relações de parentesco, fluxo gênico e estruturação de populações,

contribuindo para programas de conservação e manejo de recursos naturais, além do

entendimentoedavariabilidadegenéticaempopulaçõeshumanas.

Estudatambémoefeitoouafaltadeefeitodosgenesnovaloradaptativo(oquanto

serátransmitidoparaosdescendentes)reprodutivodaspopulações.

População natural consiste de todos os indivíduos que, ao se reproduzirem uns

comosoutros,compartilhamdeum“pool”gênicoquecorrespondeaototaldeinformações

genéticaspresentesnosmembrosreprodutivosdapopulação.

O fundamento da genética de populações é o equilíbrio ou princípio de Hardy-

Weinberg,quefoiproposto,simultaneamenteedeformaindependente,pelospesquisadores

GodofreyHaroldHardy,naInglaterra,eWilhelmWeinberg,naAlemanha,em1908.

DeacordocomoprincípiodeHardy-Weinberg,as frequências gênicas não se

alterarão e as proporções genotípicas atingirão um equilíbrio estável, mostrando a

mesma relação constante entre si ao longo do tempo em uma população que obedeça

às seguintes premissas:

1)apopulaçãoéinfinitamentegrande;2)existeomesmonúmerodehomensemulheresnapopulação;3)a população está em panmixia, istoé,oscasamentosocorremaoacaso,nãoexistindo,

Genética de populações


GENÉTICA

177176

porconseguinte,estratificaçãosocial,nematendênciaacasamentospreferenciaisentre

indivíduos comomesmogenótipo,nemapreferênciapor casamentos consanguíneos,

nem a tendência de os indivíduos fazerem a escolha de seus cônjuges com base em

característicasfísicascomoestatura,cordoscabelos,etc.Emresumo,todososcasamentos,

inclusiveentreindivíduosconsanguíneos,devemocorreraleatoriamente;

4)todososcasaisdapopulaçãosãoigualmenteférteisegeramomesmonúmerodefilhos;5)nãohásobreposiçãodegeraçõesnapopulação,istoé,elasnãoseimbricamaolongodo

tempo,porquetodososindivíduosdevemteramesmaidadeaocasar;

6)nãohámiscigenaçãodapopulaçãooriginalcomoutraimigrante,queapresentefrequênciasgênicasdiferentesdela,nememigraçãodiferencial,istoé,asaídadegruposdeindivíduos

comfrequênciasgênicasdistintasdorestodapopulação.Emoutraspalavras,apopulação

nãorecebe,nememiteumfluxogênicocapazdealterarasuacomposiçãogenéticainicial;

7)osgenesdapopulaçãonãosofremmutação;8)ninguémdapopulaçãoestásobpressãoseletiva,poistodososindivíduossãoigualmente

viáveis,nãoexistindofatoresqueaumentemoudiminuamasobrevivênciadeindivíduos

comdeterminadogenótipo.

As condições estabelecidas no princípio de Hardy-Weinberg não são satisfeitas

completamente por nenhuma população real. O processo evolutivo dos seres vivos, em

termos mendelianos, ocorre justamente pelo fato da não obediência ao modelo teórico

propostoacima.Apesardadesobediênciaaomodelo,depoisdeaspopulaçõessebeneficiarem

dosefeitosdosfatoresevolutivos,elasbuscamumnovoequilíbriogenético,afimdemantera

estabilidadedasfrequênciasgenotípicas.

OprincípiodeHardy-Weinbergpodeserusadoparadeterminarafrequênciadecada

alelodeumparoudeumasérie,bemcomoasfrequênciasdehomozigotoseheterozigotosna

população.

Considerando um par de alelos autossômicos (A, a), que apresenta as mesmas

frequências entrehomens emulheresdeumapopulação teórica comoadescrita acima, a

frequência dos genes A e a podem ser calculadas a partir dos gametas que os indivíduos

poderiamproduzir.

Sendop=frequênciadoaleloAeq=frequênciadoaleloa,temosque:

Exemplo:cordaflormaravilha,dominânciaincompleta-proporçãoesperadaseráde

¼-AA;2/4-Aae¼-aa.

frequênciadoalelo 5159,047862

2022)14582(1 =+==x

xpB

frequênciadoalelo 4841.047862

2022)13062(2 =+==x

xqB

Nessa população, há uma probabilidade de 0,5159 de que os cromossomos

portadoresdessepardealelos,qualquerque sejao indivíduo selecionadoaleatoriamente,

tenhamogene B1 eumaprobabilidadede0,4841dequetenhamoB2.Assim,asfrequências

dostrêsfenótiposesperadosnapopulaçãosão:

Asfrequênciasgenotípicasseguemumasequênciabinomial,ouseja:

p+q=1ouque(p+q)2=1

p2+2pq+q2 → p2=B1B1,2pq=B1B2,q2=B2B2

DeacordocomooprincípiodeHardy-Weinberg,asfrequênciasgênicassemantêm

constantes ao longo das gerações em uma população teórica. Isso ocorre mesmo que as

frequências genotípicas estejam alteradas, porque as proporções genotípicas atingirão

equilíbrioestável,mostrandoumarelaçãoconstanteentresiatravésdotempo.

OequilíbriodeHardy-Weinbergpode ser verificadonaspopulaçõespormeiodo

Testedequi-quadrado.Quando é considerado apenas um par de alelos autossômicos,

esse equilíbrio será atingido após uma geração de panmixia.

No caso de estudos com alelos múltiplos, é necessário aumentar o número de

componentesdafórmula(p+q)2=1.

Genética depopulações

GENÉTICA

179178

Exemplo:sistemasanguíneoABO.

P=frequênciadoaleloIA;q=frequênciadoaleloIBer=frequênciadoaleloi,

portanto→ (p+q+r)2=1 Se os genes em estudo estiveremnos cromossomos sexuais, será necessária uma

abordagemdiferenteparacadaumdossexos. Em vista de os homens possuírem apenas um

cromossomo X, eles não podem refletir uma distribuição binomial para uma combinação

aleatóriadeparesdegenesligadosaosexo,comoasmulheres.

Oequilíbriodedistribuiçãodosgenótiposparaumcaráterligadoaosexo,ondep+

q=1,édadoporp+q,paraoshomens,ep2+2pq+q2,paraasmulheres.

FATorEs qUE AFETAM As FrEqUÊNCIAs GÊNICAs Como as populações naturais estão sob ação de vários fatores ambientais, as

frequênciasgênicaspodemseralteradas,oquepodelevarapopulaçãoasairdoequilíbrio.

Mutação Qualqueralteraçãosúbitaealeatórianogenótipodeumindivíduopodeserdefinida

comomutação.Demaneiramaisrestrita,éumaalteraçãonoprópriomaterialgenético,maso

termopodeserestendidoparaincluiralteraçõescromossômicas.Suaimportânciaemgenética

depopulaçõesestáemfornecernovomaterialgenéticosobreoqualaseleçãopodeoperar,

bemcomoalterarasfrequênciasgênicas.

Ataxademutaçãodamaioriadosgeneshumanosémuitobaixa:1mutaçãoporloco

por100.000ou1.000.000deespermatozoides(10-5ou10-6).

Amanutençãonapopulaçãodealelossurgidospormutaçãodependedaaçãoseletiva

exercidapeloambientecontraosportadoresdessesgenes;ficaclaroquemutaçãoeseleção

sãodoismecanismosintimamenteligadosenãopodemserdissociados.

seleção A seleçãonatural age sobreosnovos fenótiposoriginadospormutação. Se esses

indivíduos que apresentam o novo alelo se reproduzirem, haverá chance de esse alelo se

mantereaumentarsuafrequêncianapopulaçãoatéatingiroequilíbrio.

Essacapacidadedereprodução,dequeaproleé fértil,mantendoapopulação,é

denominada “fitness” ou valor adaptativo. Nessecaso,háauniãodoambienteeafertilidade.

Nosentidobiológico,ovaloradaptativocontribuiparao“pool”gênicodapróxima

geração.AseleçãodistorceoequilíbriodeHardy-Weinbergpelofatodequeapopulaçãoentra

emequilíbrioeaseleçãonãopodefavoreceranenhumdosgenótipos.

Apesardeaseleçãoatuarcontraváriostiposdealelos(dominanes,recessivos,ligados

aoX),elapodeserfavorávelaosheterozigotos(vantagem do heterozigoto).Umexemploé

aanemiafalciforme,emqueosheterozigotospossuemresistênciaàmalária,favorecendo-os

emregiõesdooestedaÁfrica,ondehágrandeocorrênciadessadoença.

Fluxo gênico e migração Quandoindivíduosdeumapopulaçãosedeslocamparaoutraelásereproduzem,

diz-sequeocorreufluxogênico.Essemecanismodealteraçãodasfrequênciasgênicaspode

ocorrerentrepopulaçõesqueeramseparadaseposteriormenteseuniram.

Ofluxogênicopodealterarafrequênciagênicaefenotípicadeumapopulação,pois

essas frequênciasflutuamao redordeumvalormédioque somente será alteradoquando

ocorreralgumevento.Oefeitodamigraçãodependedaproporçãodeindivíduosmigrantese

dadiferençanasfrequênciasalélicasdapopulaçãoreceptoraedapopulaçãomigrante.

deriva Genética Acadageração,onúmerodeindivíduosportadoresdeumdeterminadoalelo,sejano

estadohomozigóticoouheterozigótico,apresentaumavariação,demodoqueasfrequências

gênicasflutuamaoredordeumamédia.

Empopulaçõesgrandes,aderivaénãodirecionaledepequenamagnitude;espera-se

quevariedentrodelimitesestreitosacimaeabaixodamédia.Naspequenaspopulações,toda

aprolepode,devidoapenasaoacaso,serdomesmogenótipocomrelaçãoaumdeterminado

pardealelos.

Aderivagenéticacausadaporumapequenaquantidadedeindivíduosquemigraram

e formaram uma nova população é denominada princípio do fundador. A formação de

umanovapopulaçãopelaemigraçãodeumaamostratãopequena,como,porexemplo,50

indivíduos,podeseresperadaelevar,puramenteaoacaso,aumafrequênciagênicadiferente

napróximageração.

Endogamia Cruzamentospreferenciaispositivos(endogamia)resultamemumrápidoaumento

nas frequências de homozigotos.Os cruzamentos preferenciais negativos (entre genótipos

diferentes,exogamia)aumentamafrequênciadeheterozigotos.Omáximodeendogamiaéa

autofecundação.

SeaspopulaçõesobedecessemàspremissasconsideradasparaoequilíbriodeHardy-

Weinberg,haveriaumaestabilidadegenéticaquepermaneceriainalteradaatravésdotempo.

As populações apresentariamuma fixidez genética, isto é, uma inércia evolutiva, pois não

estariamsujeitas aos fatoresevolutivos capazesdealterar as frequênciasgênicas (mutação,

seleção,fluxogênicodepopulaçõesmigrantesederivagenética).

Genética depopulações

GENÉTICA

181180


1)O teste de sensibilidade à feniltiocarbamida (PTC) foi realizado em um grupo de 212estudantes.Os resultadosmostraram que 149 eram sensíveis e 63 eramnão sensíveis.

CalculeasfrequênciasalélicasdeT e t.Considerequeapopulaçãoestáemequilíbrio.

2)Aalcaptonúriaéumerrometabólicoqueresultadaexpressãohomozigotadeumaleloautossômicorecessivoeocorreemcercade1em1.000.000depessoas.Qualaproporção

deheterozigotos(portadores)napopulação?

3)PorqueopolimorfismoentreHbbA HbbS(paraanemiafalciforme)temsidomantidoem

populaçõesafricanas?

4)QuaisfatoresalteramoequilíbriodeHardy-Weinberg?Comentesobrecadaumdeles.

Anotações

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM você deverá entender:• de que forma pode ser analisada a transferência da informação genética de caracteres

mensuráveis.

CoNCEITos GErAIs Diversoscaracteresnosmaisdiferentesorganismospodemserdivididosemclassesfenotípicas distintas, como, por exemplo, flor branca ou vermelha; ervilha lisa ou rugosa;indivíduonormaloualbino.Essetipodevariação,naqualocaráterapresentaapenasestadoscontrastantes,échamadovariação fenotípica descontínua.Entretanto,quandoobservamosos indivíduos das populações naturais, podemos identificar que, para muitos de seuscaracteres,avariação fenotípica observadaentreosindivíduosécontínua (figura1),ouseja,os fenótiposdos indivíduosnãopodemserdivididosemclassesdistintas,poisapresentamdiferençasgraduais.Oscaracteresqueapresentamessadistribuiçãocontínuadefenótipossãochamados caracteres quantitativos ou caracteres métricos,enquantoavariaçãofenotípicadesses caracteres é chamada variação quantitativa ou variação contínua.Essescaracteressão,emgeral,controladosporalelosdeváriosgenes,cadaqualcomumpequenoefeitono

fenótipo,sendo,assimditospoligênicos.

Figura 1. distribuição de frequência para o caráter cor de flores (fenótipo qualitativo) e peso corporal (fenótipo quantitativo).

Genéticaquantitativa


GENÉTICA

183182

Poligenessãogenescompequenoefeitoemumcaráterparticularquepodemsuplementaruns

aosoutros,produzindoefeitosquantitativos mensuráveis.

Alémdocontrolegenético,oscaracteresquantitativospodemserinfluenciadospor

fatoresambientais,possuindo,assim,herança multifatorial.Comrelaçãoaotamanho,por

exemplo, indivíduosbemalimentados têmumachancemaiordealcançaraalturamáxima

condicionada por seu genótipo do que indivíduos subnutridos. O estudo dos caracteres

quantitativosutiliza,emmuitassituações,aestatística.Osfenótiposmensuráveisobservados

nãoapresentamclassesfenotípicasdistintas,comonocasodoscaracteresqualitativos.Háa

necessidadedaestimativademédias,variância,coeficientederegressão,correlação,dentre

outros.

qual é o interesse de se estudar a genética quantitativa?• Muitasdoençasgenéticastêmherançacomplexa(diabetes,hipertensãoarterial,transtornos

mentais,insuficiênciarenal,etc.);

• umamesmamanifestaçãoclínicapodetercausasgenéticasmúltiplas;

• amaioriadascaracterísticasvariáveiscomcomponentesgenéticostemvariaçãoquantitativa

(peso,altura,índicedemassacorpórea,atividademetabólica,caracteresbiométricos,etc.).

Interações Alélicas dos poligenes Deformasimilaraoscaracteresqualitativos,ospoligenestambémpossueminterações

alélicas,quepodemseraditiva,dominanteesobredominante.

Considerando-se ummodelo de um loco com dois alelos (A1 e A2), em que A1

representa o alelo efetivo e A2oalelonãoefetivo;considerando-seostrêsgenótiposA1A1,A1A2

e A2A2,pode-serealizaraseguinterepresentaçãográfica:

Nesseesquema,m representaopontomédioentreosdoisgenótiposhomozigóticos,

amedeadistânciadecadagenótipohomozigóticoemrelaçãoàmédiaed refere-seàdistância

do valor doheterozigoto em relação àmédia. Assim, quandod=0, a interação alélica é

aditiva,ouseja,cadaalelocontribuicomumpequenoefeito fenotípicoqueésomadoaos

efeitosdosdemaisalelos.Quandod=a,temosdominânciacompleta.Quando0<d<a,a

interaçãoalélicaédominânciaparcial.Quando>a,entãoainteraçãoalélicapredominanteéa

sobredominância.Comooscaracteresquantitativossãocondicionadosporváriosgenes,cada

umcontribuindocomumaparcelanovalorfenotípicomensurávelfinal,otipodeinteração

quedeterminamoséapredominante,ouseja,damaioriadosgenesassociadosaumfenótipo

específico.

Exercício resolvido 1 Considerando-se os seguintes valores médios dos genótipos parentais e da progênie

heterozigota(híbrida),quantoaoconteúdodeóleodegirassol,

determineainteraçãoalélicapredominante.

Resolução:Amédiadosvaloresmédiosdaspopulaçõesparentaisé:

Logom=35.Comod =F1-m,logod=35-35=0.

Esse valor corresponde à interação alélica predominante do tipo aditiva. Nessa interação,

F1=F2.

variação e variância Considerando-seumcaráterquantitativocomoalturaoupeso,seduaspopulações

têmmédiasfenotípicasdiferentes,acausadessavariaçãotemnaturezagenéticaouambiental?

Para responder a essa questão, as duas populações precisam estar submetidas aomesmo

ambiente (fazenda, criadouro de peixes, etc.). Uma forma de determinação da influência

dosfatoresgenéticoseambientaisemumdeterminadocaráterquantitativoéoempregoda

estatística(matériaprimordialparaacompreensãodagenéticaquantitativa)comocálculodas

variânciasdasdiferentespopulaçõesemestudo.Avariância(s2)éumparâmetroestatístico

queindicaavariabilidadedeumgrupodemedidas.Éodesvioquadradomédiodamédia,é

expressaemunidadesaoquadrado:

∑(xi–média)2/(n–1)

ouseja,

s2=SQ/(n-1).


GENÉTICA

185184

Calcula-se a variância subtraindo-se cada valor, cada medida, pelo valor médio,

elevando-seaoquadradoovalorobtido.Somam-setodososdesviosquadrados.Divide-seessa

somapelonúmerodemedidasoriginaismenos1.

Outroparâmetroestatísticoéodesviopadrão(s),queédefinidocomoaraizquadrada

davariância.Avantagemqueapresentasobreavariânciaéadepermitirumainterpretação

diretadavariaçãodoconjuntodedados,poisodesviopadrãoéexpressonamesmaunidade

queavariável(Kg,cm,etc).Érepresentadopor“s”ecalculadopor:

s=√∑(xi–média)2/(n–1),ousimplesmentes=√s2.

Tipos de variânciaVariância fenotípicaéavariânciatotaldapopulação.Incluiefeitosgenéticosenãogenéticos.

Ela pode ser representada por VF.

Variância genética é a variância resultante das diferenças genéticas existentes entre os

indivíduos da população. Exclui a variação causada por fatores ambientais. Ela pode ser

representada por VG.

Variância ambientaléavariânciadecorrentedoefeitodoambiente.Elapodeserrepresentada

por VE.

Portantopode-serepresentaraVariânciatotaldeumacaracterísticaquantitativacom

afórmula:

VF=

VG

+ VE

Porsuavez,avariânciagenéticaécompostapeloefeitoaditivoededominânciados

genes:

VG=

VA + V

D

Variância genética aditiva ( VA)éavariânciaquecompreendeosefeitosaditivosdegenesno

fenótipo,osquaispodemsersomadosparadeterminaroefeitogeralnofenótipo.Ouseja,

refere-se aos lócusdegenescominteraçãoalélicaaditiva.

Variância genética dominante ( VD)éavariânciaquecompreendeoefeitodegenescom

componente dominante, os quais podem ser somados para determinar o efeito geral no

fenótipo.Ouseja,refere-seaoslócusdegenescominteraçãoalélicadedominância.

A herdabilidade Um dos parâmetros genéticos mais úteis para os melhoristas é a estimativa da

herdabilidade(H2).Elarefleteaproporçãodavariaçãofenotípicaquepodeserherdada.

Podem-se determinar dois tipos de herdabilidade – aherdabilidade no sentido

amplo (H2) e a herdabilidade no sentido restrito (h2):

H2=(VG/VF)X100

h2=(VA/VF)X100

Aherdabilidadeno sentido amplo leva emconta toda a variância genética, tendo

importânciaparaomelhoramentogenéticodeplantascompropagaçãovegetativa,pois,nesse

caso, o genótipo é integralmente herdado. A herdabilidade no sentido restrito considera

somenteavariânciagenéticaaditiva,queéfixadapelaseleção,sendoamaisimportantepara

osmelhoristas.

Umadasgrandesutilidadesdaherdabilidadeéadeterminaçãodoganhogenético

comumaseleçãoantesqueelasejafeita.Emgeral,emprega-seaseleçãoemumapopulação

F2 de dois tipos parentais homozigotos contrastantes. Nessa população, encontramos

variabilidade, variância genética. Dessa forma, quando queremos determinar o progresso

genéticoouganhogenético(Δg)comumaseleção,devemosinicialmentedeterminaramédia

dos indivíduosselecionados(Ms),deumapopulação inicial (M0),paraareprodução.Esses

indivíduos selecionados são aqueles que apresentam, do ponto de vista domelhorista, as

melhorescaracterísticas,ouseja,osmelhoresindivíduosdeumapopulação,considerando-se

umadadacaracterísticamensurável(porexemplo,produçãodeovos).Assim,temosque:

Δg=h2.ds

ondedséodiferencialdeseleção(Ms-M0).Odiferencialdeseleçãorefleteasuperioridadedos

indivíduosselecionadosemrelaçãoatodososindivíduosdapopulação.

Conhecendo-se oΔg(ganhogenéticocomaseleção),pode-seinferiramédiadadescendência

docruzamentodosindivíduosselecionados(Mm):

Mm=M0+Δg

Exercício resolvido 2

Umgrupodegalinhasadultastemmédiadepesode3Kg.Osindivíduosselecionadosparaa

reproduçãoapresentaramamédiade3,27Kg.Ageraçãodescendenteapresentoumédiade

peso3,1Kg.Façaumaestimativadaherdabilidaderelativaaoganhodepesodaaveadulta.

Resolução:

• Sabendo-se que a geração descendente (melhorada) apresentou média de peso 3,1,

podemos calcular o valor do Δg.

• Mm = M0+Δ

g,logo3,1 = 3 + Δ

g,que resulta queΔg = 3,1 – 3,0 = 0,1.

• Sabendo-seque Δg = h2.ds,podemoscalcular:

• ds = Ms-M

0,ondeds =3,27–3=0,27.


GENÉTICA

187186

• Assim,h2= Δg/ ds, ouseja,h2 = 0,1/0,27 → h2 = 0,37.

Endogamia Aendogamiaéumsistemadeacasalamentoemque indivíduosmais aparentados

entresidoqueamédiadapopulaçãosãoutilizadoscomopaisdapróximageração.

Esse fenômeno pode ocorrer, por exemplo, pelas tentativas dos criadores em

obter animais que imprimam suas características raciais a seus descendentes (imprinting

ou prepotência), ou, então, pelo fato de que em populações pequenas as opções para

acasalamentoseremreduzidas.

Aendogamiatemcomoprincipalefeitooaumentodahomozigose e a diminuição da

variaçãodosgenestransmitidospelosreprodutores,ocasionandonaproduçãodeorganismos

mais uniformes. No entanto a endogamia pode levar a sérios problemas reprodutivos e

produtivos,levandoà“depressãoendogâmica”.


1)Descrevaexemplosdecaracteresquantitativos.

Anotações

oBJETIvos dE AprENdIZAGEM

você deverá entender:• edesenvolveratividadespráticaseexercíciossobreosprincipaistemasdegenética, geralehumana.

práTICA 1 – MoNTAGEM dE CArIÓTIpo hUMANoIntrodução A padronização da nomenclatura dos cromossomos humanos foi feita por meiodasConferênciasdeDenver(1960),Londres(1963),Chicago(1966),Paris(1971)eCidadedoMéxico(1976),atéacriaçãodoSistemaInternacionalparaNomenclaturadaCitogenéticaHumana-ISCN-(1978),aprimoradoparatécnicasdealtaresolução(1981)eatualizadonaediçãode1985. Os principais pontos estabelecidos pelo ISCN são: a) os cromossomossão identificados pelo seu tamanho e pela posição do centrômero: metacêntrico,submetacêntricoeacrocêntrico;b)sãoarrumadosempareshomólogos,emordemdecrescentede tamanho; c)ospares autossômicos sãonumeradosde1 a22, eossexuaisidentificadospelasletrasXeY. Os cromossomos são reunidosemgruposdesignadospor letrasdeAaG:grupo A: cromossomos 1 (metacêntrico), 2 (submetacêntrico) e 3 (metacêntrico);grupo B:pares4e5,ambossubmetacêntricos;grupo C:paresde6a12eX(quantoshouver),todossubmetacêntricos;grupo D:pares13a15,todosacrocêntricos;grupo

E:par16(quasemetacêntrico)epares17e18(submetacêntricos);grupo F:pares19e20,sãoosmenoresmetacêntricos;grupo G:pares21e22eY(quantoshouver),sãoosmenoresacrocêntricos. A representação cariotípica é feita escrevendo-se o número total decromossomos, seguido de uma vírgula; em seguida, designam-se os cromossomossexuaispresentes.Exemplos:a)46,XX;b)46,XY.

Quando houver uma alteração no número de cromossomos, o cariótipo

práticas emGenética


João Alencar pamphile

GENÉTICA

189188

será representado pela fórmula acima, acrescido de uma segunda vírgula,

e o cromossomo extra ou ausente será precedido do sinal + ou -, exceção

feita para os sexuais. Exemplos: a) 47,XY,+21; b) 45,XY, -22; c) 47,XXY;

d)45,X

Emcasosdemosaicos,aslinhagenssãodesignadasseparadasporumabarra.

Exemplos:a)47,XY,+21/46,XY;b)46,XX/46,XY.

Ossinaiscolocadosdepoisdonúmerodocromossomosignificamaumento

ou diminuição de um dos braços do cromossomo. Exemplos: a) 46,XY,16q+; b)

47,XX,+16q+.

As alterações estruturais são representadas por letras ou grupos de letras

minúsculas,colocadasapósonúmerodocromossomo:

Montagem do cariótipoa) materiais:tesoura,cola,papelcartão,placametafásica(fotomicrografia).

b) métoDo De trabalho: nopapelcartão,façaafichaparamontagemdocariótipo,conforme

anexo;conteoscromossomosdaplacametafásica,(amelhormaneiraécontornarcom

lápisoscromossomosemgruposde10);recortecadacromossomo,formandoretângulos

(nãoénecessáriocontorná-los);arrume-osemgrupos,conformeadescriçãoanterior;dê

oresultado,anotando-onorespectivoformulário.

Obs.: Com a coloração convencional (Giemsa), não se consegue identificar cada

cromossomo.Portantoosúnicosparesquepodemoscolocar separados,emvirtudede

suasmorfologias,sãoospares1,2,3e16.

práTICA 2 – Isolamento de dNA de morango (RetiradoeadaptadodométododeDianeSweeney(2001).Biology:ExploringLife,

PearsonEducation)

Introdução OsmorangosqueconsumimossãoplantasdenominadasFragaria X ananassa

(morangueiroagrícolamaiscomum).EssasplantaspertencemàfamíliaRosaeae,ouseja,

são damesma família das rosas que enfeitammuitos jardins. Elas se reproduzem,

principalmente,pormeiodoestolão,queéumramoquecresceparaleloaochão,

gerandobrotosdenovasplantas.Asvariedadesdemorangos,queconsumimoshoje

são resultado de cruzamentos de espécies diferentes que ocorriam naturalmente na


GENÉTICA

191190

Europa(FrançaeRússia)enasAméricas (ChileeEstadosUnidos).Umadas razões

desetrabalharcommorangoséqueelesseprestammuitobemàextraçãodeDNA,

porque são muito macios e fáceis de homogeneizar. Morangos maduros também

produzem pectinases e celulases, que são enzimas que degradam a pectina e a

celulose,respectivamente,presentesnasparedescelularesdascélulasvegetais.Além

disso,osmorangoscomerciaispossuemmuitoDNAeseuconjuntodecromossômico

éoctoploide(8conjuntosdecromossomos=56cromossomos).

objetivos RealizaraextraçãodeDNAgenômicodeumorganismo.Observarmoléculas

deDNAediscutirautilizaçãodométodo.

Material1. 1sacoplásticotipo“ziploc”

1. 1morango(frescooucongelado)

2. 10mLdesoluçãodeextraçãodeDNA(vejacomofazerabaixo)

3. Aparatofiltrante:1filtrodepapelcomfunilou1filtrodepanoougaze

4. Álcooletílicogelado(podeserálcool70ºg.l.)

5. 1tubodeensaiolimpo

6. 1bastãodevidroou1palitodemadeira

7. SoluçãodeExtração:

a. 5mLdedetergente(depreferênciasemcorantes)

b. 1,5gdeNaCl(saldecozinha)=2colheresdechá

c. 90mLdeágua(H2O)(depreferênciamineral)

MÉTodo1. Coloqueummorango,previamentelavadoesemassépalas(asfolhinhasverdes),

emumsacoziploc.

1. Esmagueomorangocomopunhopor,nomínimo,2minutos.

2. Adicioneasoluçãodeextraçãoaoconteúdodosaco.

3. Misturetudo,apertandocomasmãos,por1minuto.

4. Derrameoextratonoaparatofiltranteedeixefiltrardiretamentedentrodotubo.

Nãoenchatotalmenteotubo;enchasomenteaté1/8doseuvolumetotal.

5. Derrame devagaroálcoolgeladonotubo,atéqueeleatinjaametadedasua

capacidade.

6. Mergulheobastãodevidroouopalitodemadeiradentrodotubo,nolocalonde

acamadadeálcoolfazcontatocomacamadadeextrato.

7. Mantenha o tubo no nível dos olhos para ver o que está acontecendo. resultaDos

Assimque os participantes derramaremo etanol geladono extrato demorango, serão

visíveis fitas brancas muito finas de DNA, que se formarão na interface entre as duas

camadas.Agitando-seoDNAqueseformounacamadadeetanol,esteformaráfibras,como

asdealgodão,quegrudarãonoobjetoqueseestáusandoparamisturar(bastãodevidro

oumadeira).

QUESTÕES

1. Oqueocorrequandosecolocaodetergente?

1. O que ocorre quando se coloca o sal?

2. O que ocorre quando se coloca o etanol?

3. O que se espera quando se coloca o etanol em diferentes temperaturas, por

exemplo10º,4ºe–10ºC?

4. QuaisasfinalidadesdaextraçãodoDNAnossereshumanos?

5. Duranteoprocessodeextração,asmoléculasdeDNApodemsequebrar?

práTICA 3 – estudos genéticos com Drosophila melanogaster: mendelismo, herança ligada ao sexo e ligação

Introdução Os insetos da ordemDiptera, denominadosDrosophila melanogaster, são encontradosemquasetodasaspartesdoplaneta.Porsealimentaremdefrutasemdecomposição,sãoconhecidoscomo“moscasdasfrutas”.Elasconstituemexcelentematerial para estudo genético em laboratórios, pois oferecem grandes vantagenssobreoutrosorganismos, jáquepossuemciclodevida curto, variandode12a15dias, favorecendo aobtençãodeumgrandenúmerode gerações emumpequenoespaçode tempo;produzemgrandenúmerodedescendentes;exigemalimentaçãosimplesebarata,podendoser mantidasemummeiodeculturacontendoapenasbanana, ágar, fermento de pão e nipagin (fungicida que evita a contaminação domeio); são conhecidos muitos tipos mutantes, com características fenotípicas quepodemser facilmenteobservadasaolhonuousob lupa;apresentamumpequenonúmerodecromossomos,oquevemfavoreceroseuestudo;adiferenciaçãoentremachosefêmeasérelativamentesimplesepodeserfeitaconsiderando-seosseguintes

caracteres:


GENÉTICA

193192

machos:sãomenoresdoqueasfêmeas;têmaextremidadedoabdômenarredondada

eescura;apresentampentessexuais(tarsais)noprimeirosegmentotarsal(formado

porumagrupamentodecerdas);possuemplacaanalecerdascopuladorasnaporção

ventral.

fêmeas:sãomaioresdoqueosmachos;têmaextremidadedoabdômenpontiagudae

clara;nãopossuempentessexuais;possuemplacaanaleovopositor.

MaterialVáriaslinhagensdeD. melanogaster.

Metodologiaobtenção Da geração F

1:

-Inicialmente,serãoselecionados10casaishomozigotosparaocaráteraserestudado,

tomando-se o cuidadode se trabalhar com fêmeas virgens. Esses casais devem ser

mantidosemvidroscommeiodecultura;

-aobservaçãodosvidrosondeasmoscasserãomantidasdeveserdiária;

-aosurgiremasprimeiraslarvas,deve-seadicionarfermentoaomeio;

-doisdiasapósoaparecimentodasprimeiraspupas,ospaisDevem ser eliminaDos;

- deve-se anotar as características fenotípicas de todas as moscas F1 que surgirem

dentrodeumprazomáximode10dias.Asmoscasjáanalisadasdevemsereliminadas.

obtenção Da geração F2:

- Quando as moscas F1emergirem,asequipesdetrabalhodeverãoseparar10fêmeas

(virgens)e10machosqueserãocolocadosemnovovidrocommeiodecultura;

-taismoscasserãoospaisdageraçãoF2.Deve-seanotarnovidrootipodecruzamento

(fenótiposenvolvidos)equesetratadeumcruzamentoentremoscasF1(F1 X F1)–

AnOtAr O fenótipO dAs mOscAs f1;

- quando aparecerem larvas no vidro do cruzamento F1X F1,deve-seadicionarfermento

aomeio;

-doisdiasapósoaparecimentodaspupasnessesfrascos,ospaisDeverão ser eliminaDos;

-conformeforememergindoasmoscasF2,suascaracterísticasfenotípicaseseusexo

deverãoserobservadosduranteos10primeirosdias.Asmoscasjáanalisadasdeverão

sereliminadas;

-nomínimo200moscasF2deverãoseranalisadas.

análise estatística

-Apósacoletadetodososdados,deveráseprocederaanáliseestatísticapormeiodo

testedequi-quadrado(c2).

Meio de cultura para D. melanogaster

-12gdeágar;1300mLdeágua;100gdemel;120gdefubá;30mLdeNipagina10%.

PreParo:

-colocar1000mLdeáguaparaferver;

-dissolveroágareofubános30mLdaáguarestantee,emseguida,transferi-lospara

aáguafervente;

-ferverporcercade10minutos;

-adicionaromeleoNipagineferverpormais5minutos;

-emfrascosdebocalargaesterilizados,distribuirumacamadadeaproximadamente

1,5cmdeespessuradomeiodeculturaaindaquente;

-guardaremtemperaturaambienteemlocalsecoeescuro;

-nodiadasuautilização,acrescentaralgumasgotasdeumasoluçãocontendoáguae

fermentobiológico(fermentodepão).

práTICA 4 – GENÉTICA dE popUlAÇÕEsobjetivo – utilizar materiais de fácil acesso para simular fenótipo e genótipo de

populações naturais para realizar os cálculos de frequências gênicas genotípicas e

teoremadeHardy-Weinberg,realizandotestedequi-quadrado.

Desenvolvimento –seránecessáriomontaraspopulaçõesparentaisabaixo,utilizando

botões de pressão. Será analisado um loco codominante com dois alelos (azul e

branco).Cadapartedobotãoseráconsideradaumalelo–assim,osindivíduosazuis

sãocompostosporduasmetadesdobotão(homozigoto),omesmoparaosbrancos;

os indivíduos azuis-brancos (heterozigotos) são compostosporumametade azul e

outra branca. Cada população será entregue aos alunos dentro de um saco. Eles

deverãorealizaracontagemdecadacor,anotarerealizaroscálculosdasfrequências

genotípicasegênicas.

a)Determineafrequênciagênicaegenotípicanaspopulações.


GENÉTICA

195194

b)ComparaçãodasfrequênciasesperadascomasfrequênciasnoequilíbriodeHardy-Weinberg

comasfrequênciasobservadasparaosparentais.

c)ComparaçãodasfrequênciasesperadasnoequilíbriodeHardy-Weinbergcomasfrequências

observadasdageraçãoF1.Proceder100 retiradas, aoacaso,dosgenótipos;anotar

osresultadosobservadosecompará-loscomosesperadosparaessageraçãofilial;

analisar se a população continua ou não em equilíbrio de Hardy-Weinberg; e

discutirosresultados.

Tabeladequi-quadrado:

QUESTÕES

1)Aacondroplasia,umtipodenanismo,écausadaporalelodominanteA.Umcasaldeanõesacondroplásicostemtrêsfilhos,doissãoanõeseumtemestaturanormal.Amulheracondroplásicajáteveumabortoespontâneo(ofetoeraanão).Comoessesfatospodemserexplicados?Qualogenótipodostrêsfilhos.Qualaprobabilidade

dopróximofilhodocasalserumacriançacomestaturanormal?

2)Oheredogramaabaixoestárelacionadocomumadesordemhumana.Qualomodo

de herança? Justifique sua resposta. De acordo com a sua hipótese, escreva os

genótiposdosindivíduosdesteheredograma:

3) O albinismo é herdado de uma forma Mendeliana simples como um caráter

monogênicorecessivo.Umamulher,cujopaiéalbino,pretendesecasarcomum

homemcujoavôéalbino.Qualéaprobabilidadedessecasalterumacriançaalbina?

4) Odaltonismoparaoverdeevermelhoemsereshumanosécausadopelogened

ligadoaoX.Umamulhercomvisãonormal,cujopaieradaltônico,casa-secom

umhomemdaltônico.Pergunta-se:a)Quaisosgenótipospossíveisparaamãedo

homemdaltônico?b)Qualéogenótipodamulher?c)Qualéaprobabilidadede

queoprimeirofilhodessecasalsejaummeninodaltônico?

5) OgenequedeterminaalturaemgalinhasestálocalizadonocromossomoZ.Oalelo

dominante D confere alturanormal, eo d animal anão.Do cruzamentodeum

machonormalcomumafêmeaanã,foramobtidos10pintinhos.Qualacondiçãoe

aprobabilidadedequeos10pintinhossejamdosexofemininoeanões?

6) Acataratanosolhosea fragilidadeósseaexcessivaparecemdependerdegenes

dominantes localizadosemdiferentescromossomos.Umhomemcomcataratae

ossosnormais,cujopaitinhaolhosnormais,casoucomumamulhersemcatarata,

mascomfragilidadeóssea.Opaidelatinhaossosnormais.Qualéaprobabilidade

dequeaprimeiracriançadocasal:a)nãoapresenteessasduasanormalidades;b)

tenhacatarata,masnãoapresentefragilidadeóssea;c)tenhafragilidadeóssea,mas

nãotenhacatarata;d)apresenteasduasanormalidades?

7) Emumcruzamentoemgansos,obteve-seumaninhadacom6gansinhos.Quala

probabilidadedeocorrerem:1machoe5fêmeas;4machose2fêmeas?

8) Obulbodacebolapodetercoramarela,roxaoubranca.Docruzamentoentreum

cultivardecorroxacomoutrodecorbranca,foiobtidonageraçãoF2asegregação

de9roxos:3amarelos:4brancos.a)Qualaexplicaçãogenéticaparaesseresultado?

b)Monteumesquemabioquímicoparaexplicaresseresultado.


GENÉTICA

197196

9) Emumaespécievegetalcomfloresornamentais,asíntesedopigmentopúrpura

antocianinanaspétalasécontroladapordoisgenes,BeD.Aviabiossintéticaque

levaàformaçãodessepigmentoéaseguinte:

a)Qual a cor das pétalas que você espera em uma planta homozigota incapaz de

catalisar a primeira reação? b)Qual a cor das pétalas que você espera emuma

plantahomozigotaincapazdecatalisarasegundareação?c)Seasplantasdosítens

aebforemcruzadas,qualacoresperadadaspétalasparaasplantasF1?d)Quala

proporçãoesperadadeplantaspúrpuras,azuisebrancasquevocêesperanaF2 ?

10) Em tomate, os genesm, d e p estão localizados no cromossomo 2, como

mostraomapaabaixo:

ApartirdocruzamentoentreplantascomosgenótiposMDP/mdp X mdp/mdp,

qualaproporçãodeindivíduoscomosfenótipos:a)Folhasverdes,plantaanãe

frutopiloso?b)Folhasmanchadas,plantaaltaefrutopiloso?c)Folhasmanchadas,

planta anã e fruto liso?

11)Acorbrancadaabóboraégovernadapeloalelodominante(C),eaabóboracoloridaé

produzidapeloalelorecessivo(c).Acordaabóboraamarelaégovernadaporumgene

hipostáticosegregadoindependentemente(V )eacorverde(v).Quandoplantasdiíbridas

sãocruzadas,osdescendentessurgemnaproporçãode12brancos:3amarelos:1verde.

Quaisasproporçõesquepodemospreverparaascoresdasabóborasnoscruzamentos:a)

Ccvv x CcVV;B)CcVv x verde?

12)Geneticamente,oscãesbrancospuros,quandocruzadoscomcãesmarrons,produzem

F1totalmentebranca.ObservaçõesdaprogênieF2resultaramnosseguintesdados:136

brancos,41pretos,13marrons.A cordospelosdos cãesestá sobocontrolegenético

de dois lociqueexibemepistasiadominantenarazãoprevistade(12:3:1).Confiraesta

hipótesepelométodoX2.

13) Um alelo dominante C deve estar presente para que qualquer pigmentação seja

desenvolvidanosratos.Otipodepigmentaçãoproduzidadependedeumoutro lócus,

de forma tal que M- produz preto e mmmarrom.Indivíduosdegenótiposepistáticoscc

sãoincapazesdeproduzirpigmentosesãodenominadosalbinos.Determineafrequência

genotípicaefenotípicadadescendênciadocruzamentoCcMm X ccMm.

14)Nasgalinhas,háquatrotiposdecristascujasformassãogovernadaspordoislocigênicos.

OgenótipoR-P-produza crista amêndoa, característicada raçaMalaia;R-pp produz a

crista rosa, característica da raça Wyndotte; rrP- produz a crista em forma de ervilha,

característicadaraçaBrahma;rrppproduzacristasimples,característicadaraçaLeghorn.

SeWyandottepurassãocruzadascomBrahmaspuras,quaisasproporçõesfenotípicasque

poderemospreverparaF1eF2?Easproporçõesgenotípicas?

15)EmLathyrus odoratus,ocaráterflorespúrpurasdependedapresençasimultânea

dosgenesdominantesP e C,ocorrendofloresbrancasnoestadodehomozigosede

pelomenosumdosdoisalelosrecessivos.Determineasproporçõesgenotípicase

fenotípicasdasdescendênciasdocruzamentoCcPp x ccPp.

16)Opesomédiodeumapopulaçãodesuínoséde81,65Kg.Amédiadepesodos

indivíduos selecionados para a reprodução nessa população é de 88,45 Kg. A

herdabilidadenosentidorestritoéde0,3.Calcule:a)odiferencialdeseleção;b)

oganhogenéticoprevistoparaosdescendentes;c)amédiaprevistadopesodos

descendentes(populaçãomelhorada).

17)Dadooseguinteresultadodeumcruzamento-teste,calculeadistânciaentreosgenes,

ainterferênciaeesquematizeomapagenético:AbC=60;Abc=2;ABc=40;ABC=20;

aBC=3;aBc=62;abC=43;abc=21.

18)Dadooseguinteresultadodeumcruzamento-teste,calculeadistânciaentre

osgenes,ainterferênciaeesquematizeomapagenético: bcA=113;BCA=4;

bCa=2708;bCA=626;bca=2;BCa=116;BcA=2538;Bca=601.

19)Dadooseguinteresultadodeumcruzamento-teste,calculeadistânciaentreosgenes,

ainterferênciaeesquematizeomapagenético:vVaB=60;v Va b=48;V Va b=7;v va

b=270;v va B=4;V va B=40;V va b=62;V Va B=235.


GENÉTICA

199198

QUESTÕES

1-Desenvolvaaspráticasefaçaosexercícios,conformeoroteiro,efaçaorelatóriode

aulaspráticasaotérminodelas.

Anotações

Referências

ALBERTS, B.; BRAY, D.; HOPKINS, K.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAAF, M.; ROBERTS, K.;

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