Biologia 12 Património Genético

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1 FICHA (IN)FORMATIVA Biologia 12 Património Genético Mendel, segundo filho de uma família de agricultores, nasceu em 1822, na actual República Checa. Sendo um estudante brilhante, foi encorajado pela família a seguir estudos superiores e, mais tarde, a entrar num mosteiro Agostinho. Completou os seus estudos na Universidade de Viena e, de volta ao mosteiro, tornou-se professor numa escola secundária. Tinha também a seu cargo a supervisão dos jardins do mosteiro, onde observou que plantas da mesma espécie apresentavam diferentes aspectos. A partir destas observações, Mendel delineou um estudo com o objectivo de descobrir como apareciam as diferentes características nos indivíduos. Realizou estudos com plantas e animais, mas os melhores resultados que obteve foram com a ervilheira-de-cheiro Pisum sativum, que ele criava no jardim do mosteiro. Gregor Mendel ( ) Pisum sativum L. Estudos em Hereditariedade Mendel levou a cabo experiências de monoibridismo, em que seguiu a transmissão de uma única característica hereditária. Inicialmente, Mendel tinha que obter indivíduos puros linhas puras em relação a uma característica, como por exemplo a cor das sementes (que podem ser verdes ou amarelas). Para isso autopolinizava e embrulhava cada planta individualmente, de forma a evitar a polinização por insectos ou pelo vento. polinização cruzada -. A autopolinização era o processo mais indicado, pois o grão de pólen fecundava o órgão feminino da flor onde foi produzido e assim não eram introduzidos novos factores na geração seguinte. Deste modo, conseguiu isolar indivíduos que só produziam sementes amarelas e indivíduos que só produziam sementes verdes (Geração Parental ou P). Cruzou estes indivíduos e obteve uma primeira geração de híbridos geração F1 onde verificou que todas as sementes produzidas eram amarelas. Da autopolinização destes híbridos resultou a geração F2, e apareceram sementes amarelas e sementes verdes, numa proporção de 3:1 (3 para 1), como está indicado na figura seguinte: Semente Semente amarela verde Progenitores Geração F1 Geração F2 Docente: Ana Cristina Andrade Página 1 de 9

2 Ou seja, 75% dos indivíduos apresentavam a mesma característica que o progenitor (amarelo) e 25% apresentavam uma característica que não se tinha verificado na geração que lhe tinha dado origem (verde). Dedução: os indivíduos da geração F1 herdaram dois factores diferentes, mas apenas um deles é responsável pela característica que o indivíduo apresenta. Este factor foi descrito como dominante, e o factor que não se revelava na geração F1 e reaparece em 25% da geração F2, como factor recessivo. Quando um indivíduo da geração F2 herda dos seus progenitores dois factores recessivos, a característica reaparece. Os estudos de Mendel permitem calcular o aparecimento de um factor através de probabilidades Matemáticas. O esquema seguinte denomina-se xadrez mendeliano e torna esses cálculos bastantes mais simplificados. Progenitor Progenitor A v A AA Av v Av vv Nota: Os factores referidos por Mendel são hoje conhecidos como genes e encontramse localizados nos cromossomas. Mendel também levou a cabo experiências de diibridismo, em que seguiu a transmissão hereditária de duas características em simultâneo. Nesta situação, verificou também a uniformidade na geração F1 e o aparecimento de quatro classes de descendentes na geração F2, nas proporções 9:3:3:1. Os resultados de Mendel foram mais tarde organizados sob a forma de leis, a Lei da Segregação Factorial e a Lei da Segregação Independente, hoje reconhecidas como duas das leis fundamentais da hereditariedade. Lei da Segregação Factorial ou 1ª lei de Mendel os dois elementos de um par de genes alelos separam-se nos gâmetas de tal modo que a probabilidade de se formarem gâmetas com um alelo é igual à probabilidade de se formarem gâmetas com o outro alelo. Lei da Segregação independente ou 2ª lei de Mendel durante a formação dos gâmetas, a segregação dos alelos de um gene é independente da segregação dos alelos de outro gene. Terminologia cromossómica Braço p (pequeno) Braço q (longo) Centrómero Cromatídeo irmão Antes da replicação Depois da replicação Docente: Ana Cristina Andrade Página 2 de 9

3 Quadro resumo com alguns conceitos implícitos nos trabalhos de Mendel, ou que se desenvolveram posteriormente, e que são hoje amplamente utilizados em Genética: Indivíduos com fenótipo dominante podem ser, genotipicamente, homozigóticos ou heterozigóticos. Para se determinar o seu genótipo recorre-se aos cruzamentos-teste ou retrocruzamentos. Um cruzamento-teste é o cruzamento entre um indivíduo de genótipo desconhecido e fenótipo dominante com um indivíduo de fenótipo recessivo (que é, com certeza, homozigótico...). Dificuldades associadas ao estudo da transmissão de características hereditárias na espécie humana: a) o tempo de geração é muito longo (9 meses) b) o número de descendentes por geração é baixo c) não se efectuam cruzamentos experimentais (por questões éticas, é claro! ) Assim, os estudos de hereditariedade humana baseiam-se, principalmente, na análise de árvores genealógicas ou pedigree. Exemplo de árvore genealógica e significado dos símbolos: Docente: Ana Cristina Andrade Página 3 de 9

4 Hereditariedade autossómica Relativo a genes localizados nos autossomas. Hereditariedade ligada ao sexo A maior parte dos genes localizados no cromossoma X não tem alelo correspondente no cromossoma Y. Hemizigótico indivíduo diplóide que possui apenas um alelo em relação a um determinado locus. Caso de genes localizados no cromossoma X do homem que não têm alelo correspondente no cromossoma Y. Os gâmetas femininos transportam apenas o cromossoma X e, por isso, as mulheres são homogaméticas. Metade dos gâmetas masculinos transporta o cromossoma X e a outra metade transporta o cromossoma Y e, por isso, os homens são heterogaméticos. Para o cromossoma X: Docente: Ana Cristina Andrade Página 4 de 9

5 Extensões e excepções da Genética Mendeliana Descrição Alelos múltiplos O gene existe em mais do que duas formas alélicas. Cada indivíduo tem dois alelos, mas as combinações possíveis aumentam a variação fenotípica. Alelos letais Causam a morte dos indivíduos quando presentes em determinada combinação, removendo um fenótipo esperado. Se a morte ocorrer antes do indivíduo afectado se reproduzir, esses alelos não se transmitem à geração seguinte. Dominância incompleta O fenótipo dos heterozigóticos é intermédio dos dois fenótipos homozigóticos. Codominância O fenótipo dos heterozigóticos é diferente dos 2 fenótipos homozigóticos e não intermédio entre eles. Epistasia A expressão de um gene num locus afecta a expressão de outro gene num segundo locus. Características Factores ambientais (clima, multifactoriais nutrição, actividade física,...) podem condicionar a expressão fenotípica de um determinado genótipo. Ligação factorial Cada cromossoma contém mais do que um gene. Os genes localizados no mesmo cromossoma não sofrem, normalmente*, segregação independente na meiose. Aqui não se aplicam as proporções previstas pelas leis de Mendel. Exemplos Grupos sanguíneos ABO (4 fenótipos possíveis: A, B, AB, O) Doença degenerativa do sistema nervoso central (neste caso a doença manifesta-se entre os anos, quando a reprodução já ocorreu e, por isso o gene é mantido na população) Doenças causadas por deficiências enzimáticas. (os heterozigóticos têm apenas metade da concentração normal da enzima) Nos grupos sanguíneos ABO, os alelos A e B são codominantes. Indivíduos AB possuem antigénios A e antigénios B. Fenótipo Bombay. O gene H afecta a expressão do grupo sanguíneo ABO. Um indivíduo hh não produz a enzima que liga os antigénios A e/ou B à superfície das hemácias, pelo que apresenta o fenótipo O, qualquer que seja o seu genótipo. Altura, cor dos olhos, cor da pele, esquizofrenia e obesidade. O gene do grupo sanguíneo Rh e o gene da eliptocitose (uma forma de anemia) (*) A ocorrência de crossing-over pode separar genes ligados... Docente: Ana Cristina Andrade Página 5 de 9

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7 Exercícios 1. Observe a árvore genealógica seguinte que representa a transmissão de uma doença autossómica. Os símbolos a vermelho representam os indivíduos afectados Identifique, justiifcando, o modo de transmissão da doença Indique o genótipo ou genótipos possíveis para os indivíduos III1, III2, IV1 e IV Refira qual a situação que contribuiu para aumentar a probabilidade do casal III1 e III2 conceber filhos afectados pela doença Calcule a probabilidade do indivíduo IV3 ter um fillho doente de uma mulher portadora Calcule a probabilidade do indivíduo III3 ser portador da doença, considerando que a sua mãe não o é. 2. Analise a árvore genealógica que ilustra a transmissão de uma doença ligada ao cromossoma X. Os símbolos a vermellho representam indivíduos afectados Refira, justiifcando, se o alelo responsável pela doença é dominante ou recessivo Refira, justificando, os genótipos dos indivíduos I1, II1 e II Sugira uma explicação para o facto de nenhum homem desta família ter sido afectado pela doença. Docente: Ana Cristina Andrade Página 7 de 9

8 3. Observe, com atenção, as árvores genealógicas que se seguem Faça corresponder cada uma das árvores genealógicas da figura a um dos seguintes modos de transmissão de características hereditárias: a) Transmissão autossómica recessiva. b) Transmissão ligada ao cromossoma X dominante. c) Transmissão ligada ao cromossoma X recessiva. d) Transmissão autossómica codominante. e) Transmissão autossómica dominante Refira uma característica de transmissão hereditária que possa estar representada por cada uma das árvores genealógicas da figura. Exercício retirado de prova de exame nacional -- Doença dos Pezinhos -- Analise os documentos 1 e 2. Responda, depois, aos itens de 1. a 4. Documento 1 A polineuropatia amiloidótica familiar, vulgo paramiloidose ou doença dos pezinhos, foi descrita pela primeira vez pelo Professor Corino de Andrade, em 1952, em doentes da região da Póvoa de Varzim. Esta doença está associada à deposição nos tecidos, em particular nos nervos, de uma substância fibrilar altamente insolúvel, designada por amilóide. Em situações no rmais, a TransTiRretina (TTR), proteína do sangue codificada por um gene do cromossoma 18, é solúvel nos tecidos. A substituição de um único aminoácido de valina por metionina na posição 30 origina TTR Met 30, que forma fibras de amilóide. Esta é a principal forma mutante de TTR em Portugal, que se transmite de forma dominante. Habitualmente, a doença surge entre os 20 e os 40 anos. Manifesta-se inicialmente nos membros inferiores, afectando a sensibilidade aos estímulos, progredindo depois para a parte superior do corpo. Documento 2 Na família Silva, a Teresa tem paramiloidose da forma mais comum em Portugal, e o mesmo acontece com Sandra, a sua filha. José, marido de Teresa e pai de Sandra, não apresenta a anomalia. Dos pais de Teresa (Artur e Isabel), apenas o pai sofre de paramiloidose. O António, filho de Teresa e de José, tem 18 anos e não manifesta sinais da doença, desconhecendo-se se é, ou não, portador do alelo mutante. Pedro, irmão de Teresa, casou com a Filipa e tiveram dois filhos normais (Rita e Frederico). Nem o Pedro nem a Filipa têm a doença. Docente: Ana Cristina Andrade Página 8 de 9

9 1. Seleccione a alternativa que permite preencher os espaços, de modo a obter uma afirmação correcta. A forma mais comum de paramiloidose em Portugal resulta de uma mutação que ocorre num. (A) génica [ ] autossoma (B) cromossómica [ ] autossoma (C) génica [ ] heterossoma (D) cromossómica [ ] heterossoma 2. Construa a árvore genealógica relativa à transmissão da paramiloidose na família Silva, identificando todos os indivíduos mencionados no documento 2 e referindo o significado da simbologia utilizada. 3. Seleccione a alternativa que permite preencher os espaços, de modo a obter uma afirmação correcta. A probabilidade de um indivíduo com paramiloidose transmitir o alelo responsável pela doença é de se for heterozigótico e de se for homozigótico. (A) 25% [ ] 50% (B) 50% [ ] 50% (C) 25% [ ] 100% (D) 50% [ ] 100% 4. O António, filho de Teresa, casou com a Sara, em cuja família não existem casos de paramiloidose. Apesar de ele não apresentar sinais da doença, receiam vir a ter filhos doentes. Determine a probabilidade de o casal vir a ter um filho com paramiloidose, explicitando, num texto, todos os raciocínios que efectuar. Resolução: 1. Opção A Opção D 4. A resposta deve contemplar os seguintes tópicos: o António pode ser homozigótico recessivo ou heterozigótico; a Sara é homozigótica recessiva; a probabilidade de o António ter recebido um alelo mutante da mãe é de 0,5 (50% ou ½); a probabilidade de um filho vir a receber um alelo mutante é de 0,25, que resulta do produto da probabilidade de o António ser portador do alelo mutante (0,5) com a probabilidade de transmitir esse alelo (0,5). Bom trabalho! Ana Cristina Andrade Docente: Ana Cristina Andrade Página 9 de 9