1.- De Mendel a Morgan. Componentes básicos das células

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1 1.- De Mendel a Morgan Componentes básicos das células

2 Conceitos mendelianos de genética QUESTÂO: Existe uma base celular para as características hereditárias? Período : Charles Darwin e Gregor Mendel Conclusões do trabalho de Mendel : existem factores de hereditariedade : cada característica depende de 2 destes factores, um materno e outro paterno, e que estes factores são independentes : um dos factores é dominante e o outro recessivo Mais tarde estes factores foram chamados genes. Às diferentes formas do gene chamaram-se alelos (eg. rugoso e liso). Se dois alelos idênticos estão presentes na célula então esta denomina-se homozigótica, se diferentes chama-se heterozigótica. Estudos de Mendel demonstrando que a hereditariedade consiste em factores determinados no interior das células, e que podem ser passados de geração em geração. Mendel apercebeu-se que embora F1 tivesse a mesma aparência que os pais (mesmo fenótipo) tinham diferentes capacidades reprodutivas (diferentes genótipos). (Fenótipo: características físicas do organismo. Genótipo: características genéticas de um organismo) Mendel conclui ainda que cada gameta produzido pela planta conterá apenas um dos factores (recessivo ou dominante) da característica, e nunca ambos. Embora a planta durante a sua vida possua ambos os factores, eles têm que se separar (ou segregar) aquando da formação dos gametas. E durante toda a vida das plantas estes factores mantêm-se puros, não degeneram.

3 Estudos de Citogenética Continuidade genética - fosse qual fosse a estrutura hereditária tem de ser passada de geração em geração. A observação de células em mitose (divisão celular) permitiu verificar que - a maioria do conteudo da célula parece dividir-se em dois aleatóriamente - o conteudo nuclear, no entanto, tem uma divisão precisa, sendo visivel o material condensado em fibras que em 1888 se chamaram cromossomas - em cada mitose os cromossomas pareciam estar duplicados, sendo vísivel uma separação longitudinal ao longo de cada dupleto. - os cromossomas do dupleto separam-se para células filhas diferentes. - uma vez nessa célula os cromossomas deixam de ser visiveis até à próxima divisão (embora se acreditasse que continuavam presentes). - Tal como células se formam de células pré-existentes, os cromossomas formam-se de cromossomas pré-existentes. Estudo da fertilização - dois gametas (espermatozoide e óvulo) com conteudos celulares diferentes. O espermatozoide, embora muito mais pequeno, é tão importante como o óvulo. O único ponto comum é a presença de um núcleo e de cromossomas. - em 1883, Edouard van Beneden notou que as células do corpo do verme Ascaris tinham quatro cromossomas, mas os nucleos maternos e paternos presentes no ovo após a fertilização tinham apenas dois cromossomas cada. - em 1887, August Weismann propôs a existência de uma divisão reducional nos ovários e testiculos, que permitiria a redução do numero de cromosomas durante o processo de formação dos gametas (se assim não fosse este numero deveria duplicar de geração em geração). - em 1902, Walter Sutton, observou que nas células de gafanhotos há 23 cromossomas distintos uns dos outros (agrupados em 11 pares e um sem par (chamado acessório)). Observou ainda que no início da meiose os cromossomas idênticos emparelham, e que cada um vai para uma célula diferente aquando da divisão (sendo esta a divisão reducional). Esta foi a primeira relação com o trabalho de Mendel: os pares de cromossomas (agora chamados cromossomas homólogos) correspondem perfeitamente aos pares de factores de heriditariedade. Célula Diploide - célula com dois conjuntos de cromossomas Célula Haploide- célula só com um conjunto de cromossomas (eg. gametas) Observou-se que, na maioria das espécies, as fêmeas possuem dois cromossomas X e os machos apenas um (bem como um pequeno cromosoma Y). Isto mostrou que haveria diferenças entre os sexos a nível cromossómico. Verificou-se que o X e o Y emparelhavam durante a meiose e que se separavam durante a divisão reducional. A determinação do sexo (característica fenotípica) foi pois a primeira relação identificada entre cromossomas e características determinadas genéticamente.

4 Cromossoma como portador da informação genética Thomas Hunt Morgan inicia a análise genética em Drosophila Vantagens da Drosophila como modelo biológico em estudos genéticos: tempo de geração de 14 dias (desde o ovo até ao estado adulto), produz mais de 1000 ovos durante a vida, pequeno, fácil de manter, barato. E tem sómente 4 cromossomas diferentes Morgan começou os estudos com moscas wt (selvagens) e obteve um primeiro mutante com olhos brancos (chamado white). Foi a primeira evidência científica que, na Natureza, de vez em quando ocorrem mutações espontâneas, e que estas passam de geração em geração. Nos estudo de Morgan, o primeiro mutante de olhos brancos era um macho - quando cruzado com uma fêmea wt a progenia tinha olhos vermelhos (mostrando que o branco é portanto recessivo) - quando entrecruzou o F1 com ele mesmo, obteve 75% da progenia com olhos vermelhos e 25% com olhos brancos (confirmando a recessividade do branco). - Mas interessantemente todas as fêmeas tinham olhos vermelhos e metade dos machos também. Isto indica que a deficiência parece estar associada ao cromossoma X e que não haverá alelo correspondente no Y. Esta foi a primeira descrição de um gene localizado no cromossoma X com uma função não relacionada com características sexuais. Outros exemplos serão (em humanos) a hemofilia e o daltonismo, atingindo ambos primáriamente os homens.

5 Thomas Morgan mostra que as mutações podem ocorrer espontaneamente na natureza. E o primeiro mutante descrito (white) estava associado ao cromossoma sexual (x). Logo, mutações em certos genes conferem caracteristicas fenotípicas específicas.

6 A ocorrência de "crossing-over" pode modificar a composição genética dos cromossomas (linkage genético) Linkage: Os genes podem ser ordenados num cromossoma com base na probabilidade de a sua separação ocorrer ou não durante a meiose. Quanto mais adjacentes estiverem no cromossoma menor a probabilidade de a sua separação ocorrer (maior o linkage).

7 Experiências que permitiram identificar que os cromossomas continham a informação genética Como Funciona um Gene QUESTÕES: Qual a estrutura física do material genético? Como é que um gene exerce a sua acção? George Bendle e Edward Tatum, estudos com o fungo Neurospora crassa (que tem um genoma haplóide). Irradiaram o fungo e procuraram mutações interessantes na descendência. Encontraram mutantes que não cresciam em meio mínimo (necessitavam que o meio fosse suplementado com nutrientes específicos). Concentraram os estudos em mutantes que necessitavam um suplemento de arginina. Mapearam primeiro as mutações em três localizações diferentes em diferentes cromossomas (a que chamaremos locus arg-1, arg-2 e arg-3). Verificaram que os mutantes dos três loci reagiam de maneira diferente à ornitina e à citrulina (compostos químicos relacionados com a arginina). Os mutantes arg-1 cresciam em meio suplementado com ornitina, citrulina e arginina; os mutantes arg-2 com meio suplementado com citrulina e arginina, mas não com ornitina; e os arg-3 só cresciam em meio suplementado com arginina. Com base nestes resultados propuseram arg-1 arg-2 arg-3 Percursor ornitina citrulina arginina De notar que este modelo foi construido apenas com dados genéticos (só mais tarde se provou bioquímicamente a existência de vias biosintéticas e de enzimas modificados). Mostraram que os genes são, de algum modo, responsáveis pela função dos enzimas, e que aparentemente cada gene controla um enzima específico. Conclusão : cada enzima é específicado por um gene. Logo

8 QUAL A RELAÇÃO GENE PROTEÍNA? Frederick Sanger sequenciou a primeira proteína, a insulina, em 1952, utilizando proteases específicas (enzimas proteolíticas) e cromatografia a duas dimensões. Vernon Ingram, a estudar a hemoblobina, 1957, mostrou que entre a forma da proteína selvagem e a da mutada (na anemia falciforme) há apenas um aminoácido diferente (mutado) na posição 6 da cadeia β (a proteína é constituída por quatro cadeias polipeptídicas, duas α e duas β). Ingram mostrou portanto que uma mutação genética resulta na alteração da sequência de aminoácidos de uma proteína. Os genes especificam portanto a estrutura primária das proteinas. Mais tarde, Charles Yanofsky mostrou a colinearidade entre genes e proteínas. Mapeou as alterações no gene e na proteína triptofano de bactéria, e mostrou que alterações no gene correspondem linearmente a alterações na proteína. Conclusões: A estrutura tridimensional de uma proteína é crucial para a sua função e é determinada essencialmente pela sua estrutura primária (sequência de aminoácidos). Logo, os genes podem controlar a função de enzimas controlando a estrutura primária das proteínas.

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