genÉtica - plone site · medicina da ribeirão preto, da universidade de são paulo (fmrp - usp)....
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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
João Alencar Pamphile
Capítulo 3Transcrição do DNA e Processamento do RNA
João Alencar Pamphile
Capítulo 4O Código Genético
João Alencar Pamphile
Capítulo 5Tradução do RNA em Proteína
João Alencar Pamphile
Capítulo 6Mutação: Aspectos Gerais
Veronica Elisa Pimenta Vicentini
Capítulo 7Mutação Gênica: Bases Moleculares
Veronica Elisa Pimenta Vicentini
Capítulo 8Mutação: Mecanismos de Reparo
Veronica Elisa Pimenta Vicentini
Capítulo 9Controle da Expressão Gênica em Procariotos
João Alencar Pamphile
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 / eduem@uem.br
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
76
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
Docente do Departamento de Biologia Celular e Genética, da Universidade
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
Docente do Departamento de Biologia Celular e Genética, da Universidade
Estadual de Maringá - PR (Associado C). Graduação em Ciências Biológicas,
na Universidade Federal de São Carlos (UFSC). Mestrado em Genética,
Doutorado em Genética.
obre os autoresSCapítulo 12Erros inatos do Metabolismo
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
Capítulo 13Princípio Mendelianos
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
Capítulo 14Relações de Dominância
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
Capítulo 15Alelos Múltiplos e Genes letais
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
Capítulo 16Efeito do Ambiente Sobre a Expressão Gênica
Maria de Fátima Pires da Silva Machado
Capítulo 17Determinação do Sexo e herança ligada ao Sexo
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
Capítulo 18ligação, Recombinação e Mapa Genético
Claudete Aparecida Mangolin
Capítulo 19interação Gênica
João Alencar Pamphile
Capítulo 20Alterações Cromossômicas
Ana Luiza de Brito Portela Castro
Capítulo 21Genética de Microrganismos
João Alencar Pamphile
Capítulo 22Tecnologia do DNA Recombinante
João Alencar Pamphile
Capítulo 23Efeito Materno e herança Extra Nuclear
Maria de Fátima Pires da Silva Machado
Capítulo 24Genética de Populações
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
Capítulo 25Genética Quantitativa
João Alencar Pamphile
Capítulo 26Práticas em Genética
Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki
referências
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GENÉTICA
98
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
Docente do Departamento de Biologia Celular e Genética, da Universidade
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 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
Docente do Departamento de Biologia Celular e Genética, da Universidade
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
Docente do Departamento de Biologia Celular e Genética, da Universidade
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.
Natureza do MaterialGenético
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.
Natureza do MaterialGenético
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.
Natureza do MaterialGenético
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
dNA: Estrutura e replicação
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.
dNA: Estrutura e replicação
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
3João Alencar pamphile
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.
Transcrição do dNA e processamento do rNA
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.
Transcrição do dNA e processamento do rNA
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.
Transcrição do dNA e processamento do rNA
GENÉTICA
3736
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
4João Alencar pamphile
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
5João Alencar pamphile
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).
Tradução do rNAem proteína
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).
PROPOSTA DE ATiViDADE
1)QualaimportânciadaaminoacilaçãodotRNAparaafidelidadedatradução?
2)Qualenzimaéresponsávelpelaformaçãodasligaçõespeptídicasduranteatradução?
3)Expliqueoquesãofatoresdetradução.
Tradução do rNAem proteína
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.
Mutação:Aspectos Gerais
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:
Mutação:Aspectos Gerais
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.
Mutação:Aspectos Gerais
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
1) Monte uma tabela e cite os diversos tipos de Mutações e as suas principais
características.
Mutação:Aspectos Gerais
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
7veronica Elisa pimenta vicentini
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.
Mutação Gênica:Bases Moleculares
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.
Mutação Gênica:Bases Moleculares
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.
Mutação Gênica:Bases Moleculares
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.
Mutação Gênica:Bases Moleculares
GENÉTICA
6968
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
8veronica Elisa pimenta vicentini
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.
Mutação:Mecanismos de reparo
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.
Mutação:Mecanismos de reparo
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).
PROPOSTA DE ATiViDADE
1)MonteumatabelaeciteosdiversostiposdeMecanismosdeReparodeMutaçãoe
assuasprincipaiscaracterísticas.
Mutação:Mecanismos de reparo
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).
Controle da ExpressãoGênica em procariotos
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.
Controle da ExpressãoGênica em procariotos
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
PROPOSTA DE ATiViDADE
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.
Controle da ExpressãoGênica em Eucariotos
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).
Controle da ExpressãoGênica em Eucariotos
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.
Controle da ExpressãoGênica em Eucariotos
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.
Controle da ExpressãoGênica em Eucariotos
GENÉTICA
9392
PROPOSTA DE ATiViDADE
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
12Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki
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
Erros Inatos doMetabolismo
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
Erros Inatos doMetabolismo
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
13Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki
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)
princípioMendelianos
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.
princípioMendelianos
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
princípioMendelianos
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
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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
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
15Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki
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.
Alelos Múltiplos eGenes letais
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.
Alelos Múltiplos eGenes letais
GENÉTICA
123122
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
Efeito do Ambientesobre a Expressão Gênica
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
1)Expliqueporqueéimportanteestudaroefeitodoambientesobreaexpressãode
genesemhumanos.
2)Expliqueporqueéimportanteestudaroefeitodoambientesobreaexpressãode
genesemanimais.
3)Expliqueporqueéimportanteestudaroefeitodoambientesobreaexpressãode
genesemplantas.
4) Pesquise e relacione alguns alimentos que podem ser ingeridos por indivíduos
portadoresdefenilcetonúria.
5)Considerandoaabordagemdotextoacima,reflita(porescrito)sobreaimportância
deseestudarosefeitosdoambientesobreaexpressãodegenesemprocariotose
emfungos.
Efeito do Ambientesobre a Expressão Gênica
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
17Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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.
ligação, recombinaçãoe Mapa Genético
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
ligação, recombinaçãoe Mapa Genético
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
ligação, recombinaçãoe Mapa Genético
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.
ligação, recombinaçãoe Mapa Genético
GENÉTICA
145144
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
AlteraçõesCromossômicas
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
AlteraçõesCromossômicas
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
AlteraçõesCromossômicas
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
21João Alencar pamphile
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
163162
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
22João Alencar pamphile
GENÉTICA
165164
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.
Tecnologia dodNA recombinante
GENÉTICA
167166
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.
Tecnologia dodNA recombinante
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.
PROPOSTA DE ATiViDADE
1)EsquematizeospassosdaobtençãodeumDNArecombinantee suaclonagememuma
célulahospedeira.
Tecnologia dodNA recombinante
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
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
24Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki
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
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
25João Alencar pamphile
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).
Genéticaquantitativa
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.
Genéticaquantitativa
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”.
PROPOSTA DE ATiViDADE
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
26Maria Claudia Colla ruvolo Takasusuki
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
práticas emGenética
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:
práticas emGenética
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.
práticas emGenética
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.
práticas emGenética
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.
práticas emGenética
GENÉTICA
199198
QUESTÕES
1-Desenvolvaaspráticasefaçaosexercícios,conformeoroteiro,efaçaorelatóriode
aulaspráticasaotérminodelas.
Anotações
Referências
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