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CAPCAPÍÍTULO TULO IVIV -- O GENEO GENE

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Porque se parecem os filhos com os pais ?Porque se parecem os filhos com os pais ?

A transmissão de caracterA transmissão de caracteríísticas de gerasticas de geraçção em geraão em geraçção designaão designa--se se hereditariedade; o seu estudo chamahereditariedade; o seu estudo chama--se gense genéética.tica.

2

33

CCéélulas somlulas somááticas e gâmetasticas e gâmetasAs As ccéélulas somlulas somááticasticas são diplsão diplóóides e formamides e formam--se por se por

mitose.mitose.

Os Os gâmetasgâmetas formamformam--se por meiose e são haplse por meiose e são haplóóides.ides.

A reproduA reproduçção sexuada envolve a fusão de dois gâmetas ão sexuada envolve a fusão de dois gâmetas haplhaplóóides para produzir um ides para produzir um zigoto diplzigoto diplóóideide..

HaplHaplóóide ide ouou dipldiplóóide:Queide:Que importaimporta ??

NosNos organismosorganismos maismais evoluevoluíídosdos, , comocomo o o homemhomem, , apenasapenas osos gâmetasgâmetas sãosão haplhaplóóides. ides. PorquêPorquê ??????

Para Para queque o o zigotozigoto possuapossua doisdois conjuntosconjuntos de de cromossomascromossomas::

nn cromossomascromossomas paternospaternos + + n n cromossomascromossomas maternosmaternos. .

UmaUma ccéélulalula dipldiplóóide tem, ide tem, portantoportanto, 2n , 2n cromossomascromossomas: : homhomóólogoslogos. .

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Ciclos de vidaCiclos de vidaCCéélulas hapllulas haplóóides e cides e céélulas dipllulas diplóóides ides de diferentes organismos de diferentes organismos –– As cAs céélulas lulas haplhaplóóides estão a vermelho e as diplides estão a vermelho e as diplóóides ides a azul. Nos organismos eucariotas mais a azul. Nos organismos eucariotas mais evoluevoluíídos o ciclo de vida dos o ciclo de vida éé dipldiplóóide, isto ide, isto éé, estes organismos evolu, estes organismos evoluííram para ram para produzir organismos pluricelulares com produzir organismos pluricelulares com ccéélulas somlulas somááticas diplticas diplóóides; as ides; as úúnicas nicas ccéélulas hapllulas haplóóides são os gâmetas; um ides são os gâmetas; um gâmeta masculino funde com um gâmeta gâmeta masculino funde com um gâmeta feminino para produzir um zigoto feminino para produzir um zigoto dipldiplóóide. ide.

Num ciclo de vida haplNum ciclo de vida haplóóide, como ocorre ide, como ocorre em organismos eucariotas primitivos, em organismos eucariotas primitivos, proliferam as cproliferam as céélulas hapllulas haplóóides, e a ides, e a úúnica nica ccéélula dipllula diplóóide ide éé o zigoto que sofre o zigoto que sofre imediatamente meiose para produzir imediatamente meiose para produzir ccéélulas somlulas somááticas haplticas haplóóides. ides.

Existem, ainda, ciclos de vida Existem, ainda, ciclos de vida haplohaplo--dipldiplóóidesides, não representados. , não representados.

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55

Cromossomas homCromossomas homóólogos e meioselogos e meiose

Todas as nossas células, excepto os gâmetas, possuem dois conjuntos de cromossomas

Um conjunto materno e um conjunto paterno – no homem há 23 pares de cromossomas homólogos.

Durante a meiose os pares de homólogos emparelham para formar bivalentes, tétradas, constituídas por 4 cromatídeos.

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Importância da meioseImportância da meiose

A meiose A meiose mantmantéémm o o nnúúmeromero de de cromossomascromossomasconstanteconstante aoao longolongo dasdasgerageraççõesões;;SemSem a meiose o a meiose o nnúúmeromerode de cromossomascromossomasaumentariaaumentaria parapara o o dobrodobroemem cadacada gerageraççãoão;;EmEm cadacada gerageraççãoão: : gâmetasgâmetas com 23 com 23 cromossomascromossomas e e zigotozigotocom 46 com 46 cromossomascromossomas. . O novo O novo zigotozigoto crescecresceatravatravééss de mitoses. de mitoses.

Além disso, a meiose permite a recombinação genética através do crossing-over.

[DNA]

Tempo

G1 S G2 Meiose I

Meiose II

4

77

ComparaComparaçção da divisão ão da divisão celular mitcelular mitóótica e tica e meimeióótica, para um par de tica, para um par de cromossomas homcromossomas homóólogos:logos:

Na meiose, ocorre replicaNa meiose, ocorre replicaçção ão de DNA uma de DNA uma úúnica vez e nica vez e produzemproduzem--se 4 cse 4 céélulas lulas haplhaplóóides (gâmetas), ides (gâmetas), distintas da cdistintas da céélula mãe;lula mãe;

Na mitose as duas cNa mitose as duas céélulas lulas filhas são diplfilhas são diplóóides ides (som(somááticas) e idênticas ticas) e idênticas ààccéélula mãe.lula mãe.

88

RecombinaRecombinaçção Genão Genééticatica

(A)(A)segregasegregaçção independente ão independente dos cromossomas dos cromossomas –– na 1na 1ªªdivisão divisão meimeióóticosticoshomhomóólogos separamlogos separam--se, se, produzindo 2 produzindo 2 nn gâmetas gâmetas haplhaplóóides distintos. ides distintos.

(B)(B) CrossingCrossing--overover durante durante profase I permite a troca profase I permite a troca de segmentos entre de segmentos entre cromossomas homcromossomas homóólogos.logos.

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99

CrossingCrossing overover

Quanto mais distante do Quanto mais distante do centrcentróómero estiver um dado mero estiver um dado locuslocus, maior o n, maior o núúmero de mero de crossingcrossing--over irão separar o over irão separar o locuslocus do centrdo centróómero. mero.

OO bivalente bivalente éé formado por 4 cromatformado por 4 cromatíídeos; a recombinadeos; a recombinaçção ão gengenéética ocorre sempre entre homtica ocorre sempre entre homóólogos.logos.

TTrês pontos de quiasma: rês pontos de quiasma: (A)(A) CromatCromatíídeodeo 1 com cromat1 com cromatíídeo deo

3; cromat3; cromatíídeo 2 com deo 2 com cromatcromatíídeo 3 e cromatdeo 3 e cromatíídeo 2 deo 2 com cromatcom cromatíídeo 4. deo 4.

(B)(B) Bivalente de gafanhoto com 3 Bivalente de gafanhoto com 3 quiasmataquiasmata..

1010

SINAPSE E SINAPSE E CROSSINGCROSSING OVEROVER

Separação de cromossomas homólogos e de cromatídeos irmãos durante a meiose - o desunião dos centrómeros entre cromossomas homólogos durante a anafase I permite a sua separação, enquanto que a desunião dos centrómeros entre cromatídeos irmãos permite a sua separação durante a anafase II. Em contraste, na mitose, tanto os braços como os centrómeros e separam na mesma altura.

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1111

Complexo SinaptonémicoComplexo sinaptonémico (CS) maduro – elementos laterais (vermelho) que fazem a ancoragem da cromatina, região central com elemento central (azul claro) e filamentos transversos (traços pretos finos). Nódulo de recombinação onde tem lugar a troca de segmentos entre cromossomas homólogos.

Sinapse - (A) no leptóteno os cromatídeos irmãos condensam a partir do mesmo eixo proteico (a vermelho); os dois homólogos unem-se pela formação do CS no paquíteno. Nos gâmetas fêmeas de muitos animais (não nos mamíferos) o diplóteno demora muito tempo porque os cromossomas descondensam e tornam-se activos na transcrição. Segue-se a diacinese, na qual há recondensação dos cromossomas. (B) Micrografia do CS do lírio.

1212

Primeira divisão meiPrimeira divisão meióótica tica –– REDUCIONALREDUCIONAL

7

1313

PROFASEPROFASE IIsinapse crossing

over

quiasmata espiralização

1414

MeioseMeiose IIII -- EQUACIONALEQUACIONAL

8

1515

1616

9

1717

Origem da variabilidade genOrigem da variabilidade genééticatica

1. Ascensão aleatória de metade dos bivalentes, durante a meiose I, o que corresponde, no Homem a 223 combinações possíveis, isto é,

8.388.608 gâmetas distintos.

1818

2. Fertiliza2. Fertilizaççãoão

A A fusãofusão de de doisdois gâmetasgâmetas distintosdistintos nana fecundafecundaççãoão, um , um maternomaterno e um e um paternopaternosignificasignifica, , nosnos humanoshumanos: (2: (22323)x2:)x2:

70,368,744,000,000 70,368,744,000,000 zigotoszigotos com com cromossomascromossomas diferentesdiferentes..

10

1919

3. 3. CrossingCrossing--overover

Se ocorrer crossingSe ocorrer crossing--over uma over uma

úúnica vez, então, teremos nica vez, então, teremos

(4(42323) x 2 combina) x 2 combinaçções possões possííveis. veis.

4,951,760,200,000,000,000,000,000,000 4,951,760,200,000,000,000,000,000,000

zigotoszigotos distintosdistintos, com , com ccóódigodigo gengenééticotico diferentediferente..

Assim, fruto da combinaAssim, fruto da combinaçção de dois gâmetas podem produzirão de dois gâmetas podem produzir--se:se:

2020

As descobertas de As descobertas de GregorGregor MendelMendel

Características analisadas por Mendel:1. Semente redonda/enrugada2. Semente amarela/verde3. Vagem amarela/verde4. Flor lilás/branca5. Vagem redonda/achatada6. Flor axilar/terminal7. Caule longo/curto

11

2121

MonohibridismoMonohibridismoCruzamento Cruzamento

P: P: ♂♂ Flor lilFlor liláás x s x ♀♀ Flor branca Flor branca Cruzamento Cruzamento

P: P: ♂♂ Flor branca x Flor branca x ♀♀ Flor lilFlor liláás s

F1 é uniforme e cor lilás é dominante.

2222

AutopolinizaAutopolinizaççãoão da gerada geraçção Fão F11::

GeraGeraçção Fão F22: : proporproporççãoão 3:13:1

12

2323

RetrocruzamentoRetrocruzamento

Cruzamento entre Cruzamento entre

um genum genóótipo tipo

desconhecido e desconhecido e

um um homozighomozigóóticotico

recessivo.recessivo.

2424

Conclusões:

Existem dois factores hereditários que se separam quando se formam os gâmetas.

Na geração F1 um factor édominante, manifestam-se;O outro factor é recessivo.

1ª Lei de Mendel:Lei da Disjunção dos

Caractéres

13

2525

InterpretaInterpretaçção actual da 1ão actual da 1ªª lei de Mendel:lei de Mendel:Os factores hereditOs factores hereditáários são, de facto, genes, constiturios são, de facto, genes, constituíídos por 2 dos por 2 alelosalelos::

Diagrama dos dois cromossomas homólogos, exibindo vários alelos em loci específicos.

Diagrama dos dois cromos-somas homólogos duplicados, mostrando que os cromatídeos irmãos têm o mesmo alelo.

Par de alelos, num locus específico

Cromatídeos irmãos

Alelos – formas alternativas de um gene;

Locus – os alelos encontram-se num sítio específico de cada cromossomas homólogos.

2626

FenFenóótipotipo vsvs. gen. genóótipotipo

•• O O fenfenóótipotipo éé a aparência a aparência exterior ou aspecto exterior ou aspecto fisiolfisiolóógico de um gene;gico de um gene;

•• O O gengenóótipotipo éé o par de o par de alelosalelos responsresponsááveis por essa veis por essa caractercaracteríística hereditstica hereditáária.ria.

•• PPPP e e pppp são são homozighomozigóóticosticos(dois (dois alelosalelos indênticosindênticos););

•• PpPp são são heterozigheterozigóóticosticos((alelosalelos distintos).distintos).

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2727

Quadrado de Quadrado de PunnettPunnett

Planta alta

Planta baixaalta baixa

P: progenitores

Gâmetas P

Geração F1

Geração F2

Gâmetas F1

Proporção fenotípica:

Factor dominante: T (maiúscula)

Factor recessivo: t (minúscula)

2828

2ª Lei de Mendel:Lei da segregação independente dos caracteres

Cada par de alelos comporta-se como se o outro não existisse.

Proporção fenotípica: 9:3:3:1

4 classes de gâmetas:YR, Yr; yR; yr

Novas linhagens puras:YYRR, yyrr; yyRR, YYrr

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2929

Bico de viúvaLinha c. direita

Mindinho curvoMindinho recto

Célula mãe tem dois pares de homólogos

Na metafase I, os homólogos podem dispor-se de vários modos

Segregação independente

Combinações possíveis de cromossomas nos gâmetas

3030

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel

1.1. Dominância IncompletaDominância Incompleta–– hereditariedade do tipo hereditariedade do tipo interminterméédio, jdio, jáá que nenhum que nenhum dos caracteres dos caracteres éédominante.dominante.

Proporção fenotípica FF22::

1:2:1 1:2:1

16

3131

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel

2.2. CoCo--DominânciaDominância–– os caracteres de manifestamos caracteres de manifestam--se no se no fenfenóótipotipo

Proporção fenotípica FF22:1:2:1 :1:2:1

3232

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel3.3. AlelosAlelos mmúúltiplos ltiplos –– um gene exibe mais do que dois um gene exibe mais do que dois alelosalelos, ainda que, cada , ainda que, cada progenitor contribua com um sprogenitor contribua com um sóó aleloalelo para a formapara a formaçção do descendente. ão do descendente.

Três alelos são responsáveis por estes grupos sanguíneos, exibindo relações diferentes entre eles:Alelo A e Alelo B – Co-dominânciaAlelo 0 – recessivo em relação aos outros dois.

������������-Anti-A

Anti-Bii0

-----IA IBAB

����-����-Anti-AIB IB ou

IB iB

��������--Anti-BIA IA ou

IA iA

ABBA0

Aglutinogénios nos eritrócitosAnticorpos

presentes no plasma

GenótipoFenótipo(grupo

sanguíneo)

17

3333

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel

4. 4. PleiotropiaPleiotropia –– Um gene tem Um gene tem efeitos efeitos fenotfenotíípicospicos mmúúltiplos. ltiplos.

Por exemplo, a anemia Por exemplo, a anemia falciformefalciforme éé causada pela causada pela mutamutaçção do gene ão do gene dcodificantedcodificanteda da hemoglibinahemoglibina (substitui(substituiçção de ão de um um glutamatoglutamato por uma por uma valinavalina, , nas subunidades nas subunidades ββ).).

3434

Efeitos da presenEfeitos da presençça de a de HbHb S:S:

Efeitos:Efeitos:•• destruidestruiçção sistemão sistemáática dos tica dos eritreritróócitoscitos

por por hemhemóóliselise;;•• FormaFormaçção de coão de coáágulos nos vasos gulos nos vasos

sangusanguííneosneos•• AcumulaAcumulaçção de cão de céélulas no balulas no baçço.o.•• Resistência ao paludismo (malResistência ao paludismo (maláária) ria)

dos organismos dos organismos heterozigheterozigóóticosticos. .

balancedbalanced polymorphismpolymorphism

Na forma Na forma desixidesixi S, as proteS, as proteíínas nas polimepolime--rizamrizam para formar fibras extensas, que para formar fibras extensas, que alteram o formato dos alteram o formato dos eritreritróócitoscitos..

18

3535

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel

5. 5. EpistasiaEpistasia –– InteracInteracçção entre ão entre genes não genes não alaléélicoslicos, em que um , em que um interfere com a expressão interfere com a expressão fenotfenotíípicapica de outro gene (de outro gene (genegeneepistepistááticotico suprime acsuprime acçção do gene ão do gene epistepistááticosticos). ).

3636

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel

6. 6. PoligeniaPoligenia –– VVáários rios genes têm o mesmo genes têm o mesmo efeito efeito fenotfenotíípicopico. .

Modelo simplificado da hereditariedade poligenética associada à cor da pele

19

3737

ExcepExcepçções ões ààs leis de Mendels leis de Mendel

7. Factores letais 7. Factores letais –– CombinaCombinaçções genões genééticas ticas letais para os organismos, pelo que as letais para os organismos, pelo que as proporproporçções ões fenotfenotíípicaspicas são de 3:0. são de 3:0.

8. Factores de menor viabilidade 8. Factores de menor viabilidade ––CombinaCombinaçções genões genééticas que determinam ticas que determinam uma menor capacidade de sobrevivência, uma menor capacidade de sobrevivência, pelo que as proporpelo que as proporçções ões fenotfenotíípicaspicas são de são de 3:x (x<1). 3:x (x<1).

3838

Base cromossBase cromossóómica da hereditariedademica da hereditariedade•• 1909, 1909, MorganMorgan estudou a mosca estudou a mosca

do vinagre, do vinagre, DrosophilaDrosophilamelanogastermelanogaster..

•• MutaMutaçções recessivas ões recessivas relativamente relativamente àà forma selvagem.forma selvagem.

•• Nomenclatura especial.Nomenclatura especial.

•• Vantagens da espVantagens da espéécie:cie:–– 4 pares de cromossomas4 pares de cromossomas–– Ciclo vida rCiclo vida ráápidopido–– Grande n.Grande n.ºº mutamutaççõesões–– Grande n.Grande n.ºº descendentesdescendentes–– InofensivasInofensivas–– Dimorfismo sexualDimorfismo sexual

20

3939

LigaLigaçção factorialão factorial

RetrocruzamentoRetrocruzamento entre dois entre dois caracteres, corpo negro (b) caracteres, corpo negro (b) e asas vestigiais (e asas vestigiais (vgvg). As ). As fêmeas são fêmeas são heterozigheterozigóóticasticaspara os dois caracteres e os para os dois caracteres e os machos são machos são duploduplo--recessivosrecessivos..MorganMorgan obteve 2300 obteve 2300 descendentes; no topo descendentes; no topo encontraencontra--se o ratio se o ratio esperado, desde que se esperado, desde que se cumpra a lei da segregacumpra a lei da segregaçção ão independente dos independente dos cromossomas: 1:1:1:1.cromossomas: 1:1:1:1.Em baixo encontramEm baixo encontram--se os se os resultados obtidos por resultados obtidos por MorganMorgan..

MorganMorgan concluiu que os dois genes encontramconcluiu que os dois genes encontram--se no mesmo cromossoma e se no mesmo cromossoma e portanto são transmitidos em simultâneo para os descendentes, isportanto são transmitidos em simultâneo para os descendentes, isto to éé, existe , existe ligaligaçção factorialão factorial..

4040

A ligaA ligaçção factorial dizão factorial diz--se se completacompleta quando não quando não ocorre crossingocorre crossing--over; over; nomeadamente, não nomeadamente, não existe nos machos de existe nos machos de DrosophilaDrosophila melanogastermelanogaster..

A ligaA ligaçção factorial ão factorial ééincompletaincompleta se ocorre se ocorre crossingcrossing--over; assim over; assim surge uma pequena surge uma pequena percentagem de gâmetas percentagem de gâmetas com genes com genes recombinantesrecombinantes..

21

4141

LigaLigaçção factorial incompletaão factorial incompleta

4242

MAPA GENMAPA GENÉÉTICO PARCIAL DO TICO PARCIAL DO CROMOSSOMA CROMOSSOMA IIII DE DE

DrosophilaDrosophila melanogastermelanogaster

IlustraIlustraçção de alguns genes ão de alguns genes

identificados no cromossoma identificados no cromossoma IIII..

Inclui, nomeadamente, o gene para Inclui, nomeadamente, o gene para

a cor do corpo (a cor do corpo (bb) e o gene para as ) e o gene para as

asas vestigiais (asas vestigiais (vgvg).).

De notar que pode haver mais de De notar que pode haver mais de

um gene responsum gene responsáável por um vel por um

fenfenóótipotipo: dois genes respons: dois genes responsááveis veis

pela cor dos olhos (57,5 e 104,5) pela cor dos olhos (57,5 e 104,5)

22

4343

4444

Hereditariedade Hereditariedade ligada ao sexoligada ao sexo

No homem e na No homem e na DrosophilaDrosophila melanogastermelanogaster existe um existe um sistema de cromossomas sexuais X e Y.sistema de cromossomas sexuais X e Y.

23

4545

4646

ERROS E EXCEPERROS E EXCEPÇÇÕESÕES

AlteraAlteraçção da estrutura ão da estrutura dos cromossomas:dos cromossomas:

•• A A deledeleççãoão remove remove um fragmento de um fragmento de cromossoma;cromossoma;

•• A A duplicaduplicaççãoãorepete um repete um segmento;segmento;

•• A A inversãoinversão muda muda para sentido para sentido contrcontráário de um rio de um fragmento; fragmento;

•• Na Na translocatranslocaççãoão move um segmento entre dois cromossomas não move um segmento entre dois cromossomas não homhomóólogos. O tipo de translocalogos. O tipo de translocaçção mais comum ão mais comum éé a reca recííproca, mas podem proca, mas podem ocorrer tambocorrer tambéém m translocatranslocaççõesões não recnão recííprocas, durante as quais um cromossoma procas, durante as quais um cromossoma transfere um segmento para outro cromossoma não homtransfere um segmento para outro cromossoma não homóólogo, não recebendo logo, não recebendo nenhum outro segmento.nenhum outro segmento.

24

4747

Não disjunNão disjunçção cromossão cromossóómica durante a meiosemica durante a meiose

Não disjunNão disjunçção parcial ão parcial –– AneuploidiaAneuploidiaNão disjunNão disjunçção total ão total -- PliplPliplóóidiaidia