Genética
Conceito Gerais Gene: fragmento de DNA que pode ser transcrito na síntese de proteínas. Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene. Alelos: genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos. Homólogos: cromossomos que possuem genes para as mesmas características.
Conceito Gerais Genótipo: conjunto de genes de um indivíduo. Fenótipo: características observáveis de uma espécie, que são determinadas por genes e que podem ser alteradas pelo ambiente. Fenocópia: fenótipo modificado semelhante a um existente. Gene Letal: com efeito mortal.
Conceitos Gerais Gene Dominante: aquele que sempre que está presente se manifesta. Gene Recessivo: aquele que só se manifesta na ausência do dominante. Homozigoto ou Puro: indivíduo que apresenta alelos iguais para um ou mais caracteres. Heterozigoto ou Híbrido: indivíduo que apresenta alelos diferentes para um ou mais caracteres.
Conceitos Gerais Genes Codominantes: os dois genes do par manifestam seu caráter. Polialelia: mais de dois alelos para um mesmo caráter. Pleiotropia: um par de genes determina vários caracteres. Polimeria: vários pares de genes determinam um só caráter. Epistasia: interação em que genes inibem a ação de outros não alelos.
Genealogias ou Heredogramas sexo masculino sexo feminino sexo desconhecido indivíduos que apresentam o caráter estudado filhos ou descendentes casamento ou cruzamento casamento ou cruzamento consangüíneo gêmeos dizigóticos gêmeos monozigóticos
Probabilidade em Genética Probabilidade é a relação entre um ou mais eventos esperados e o número de eventos possíveis. P = eventos esperados eventos possíveis Regra do E A probabilidade de dois ou mais eventos independentes ocorrerem simultaneamente é igual ao produto das probabilidades de ocorrerem separadamente. Regra do OU A probabilidade de dois ou mais eventos mutuamente exclusivos ocorrerem é igual a soma das probabilidades de ocorrerem separadamente.
Genética Mendeliana Gregor Mendel (1822-1884), monge austríaco, é considerado o pai da genética. Desenvolveu seus trabalhos com plantas de ervilha (Pisun sativum) observando a transmissão hereditária de várias características. Em 1865 publicou o artigo "Experiments with Plant Hybrids" que foi ignorado. A partir de 1900 vários pesquisadores confirmaram seus resultados. Suas duas leis ainda hoje são base para os estudos genéticos.
Genética Mendeliana Por que ervilhas? Fácil cultivo em canteiros. Várias características contrastantes e de fácil observação. Ciclo vital curto e grande número de descendentes (sementes). Predomina reprodução por autofecundação, portanto linhagens naturais são puras.
1 a Lei de Mendel Pureza dos Gametas As características dos indivíduos são condicionadas por pares de fatores (genes), que se separam durante a formação dos gametas, indo apenas um fator do par para cada gameta.
Monoibridismo com Dominância Herança condicionada por um par de alelos. Dois fenótipos possíveis em F 2. Três genótipos possíveis em F 2. Proporção fenotípica 3:1 Proporção genotípica 1:2:1 Ex.: cor das sementes em ervilhas. P amarelas x verdes VV vv F 1 100% amarelas F 1 amarelas x amarelas F 2 Vv Vv 75% amarelas VV 25% verdes Vv Vv vv
Monoibridismo sem Dominância Herança condicionada por um par de alelos. Três fenótipos possíveis em F2. Três genótipos possíveis em F2. Proporção fenotípica 1:2:1 Proporção genotípica 1:2:1 Ex.: cor das flores em Maravilha. P vermelhas x brancas VV BB F1 100% rosas VB F1 rosas x rosas VB VB F2 25% vermelhas 50% rosas 25% brancas VV VB BB
Genes Letais Provocam a morte ou não desenvolvimento do embrião. Determinam um desvio nas proporções fenotípicas esperadas, geralmente 2:1. Aa Aa AA Aa Aa aa
Cruzamento-Teste Utilizado para se saber se um indivíduo com fenótipo dominante é homozigoto ou heterozigoto. Consiste em cruzar o indivíduo em questão com um indivíduo com fenótipo recessivo e analisar as proporções fenotípicas nos descendentes. Obtendo-se 100% de indivíduos dominantes, o testado é, com certeza, homozigoto. Obtendo-se 50% de dominantes e 50% de recessivos, então o testado é heterozigoto. Quando é utilizado o genitor recessivo para o teste o processo é chamado de retrocruzamento ou back-cross.
Alelos Múltiplos (Polialelia) Herança determinada por 3 ou mais alelos que condicionam um só caráter, obedecendo os padrões mendelianos. Cada indivíduo tem, no genótipo, apenas dois alelos, um de origem paterna e outro de origem materna. Novos alelos surgem por mutações que provocam alterações na proteína original.
Alelos Múltiplos (Polialelia) Ex.: Cor da pelagem em coelhos. 4 alelos C selvagem (aguti). c ch chinchila. c h himalaia. c a albino. c ch _ c h _ C _ C > c ch > c h > c a c a c a
Grupos Sangüíneos Determinado por proteínas presentes no plasma ou nas hemácias. Conhecimento importante nas transfusões, medicina legal, estudos étnicos, etc. Transfusões baseadas nas relações antígeno/anticorpo. A herança obedece os padrões mendelianos: Sistema ABO Polialelia e codominância. Sistema Rh Monoibridismo com dominância. Sistema MN Monoibridismo sem dominância.
Sistema ABO Grupo Sangüíneo Aglutinogênio nas hemácias Aglutinina no plasma A A Anti-B B B Anti-A AB A e B - O - Anti-A e Anti-B Doações O A B AB
Sistema ABO Os grupos do sistema ABO são determinados por uma série de 3 alelos, I A, I B e i onde: I A = I B > i Gene I A determina a produção do aglutinogênio A. Gene I B determina a produção do aglutinogênio B. Gene i determina a não produção de aglutinogênios. Fenótipos Grupo A Grupo B Grupo AB Grupo O Genótipos I A I A ou I A i I B I B ou I B i I A I B ii
Sistema Rh Fator Rh Proteína encontrada nas hemácias que pode agir como antígeno se for inserida em indivíduos que não a possuam. Rh + indivíduos que possuem a proteína. Rh - indivíduos que não possuem a proteína. Doações Rh - Rh + Fenótipos Genótipos Rh + RR ou Rr Rh - rr
Eritroblastose Fetal Doença Hemolítica do Recém Nascido Condições: Mãe: Rh - ; Pai: Rh + ; Criança: Rh +
Sistema MN Proteínas presentes nas hemácias que não são levadas em conta nas transfusões sangüíneas. Geneticamente é um caso de codominância. Grupo M: produz a proteína M. Grupo N: produz a proteína N. Grupo MN: produz as duas proteínas. Fenótipos M N MN Genótipos L M L M L N L N L M L N M Doações MN N
Genética Relacionada ao Sexo Heranças determinadas por genes localizados nos cromossomos sexuais (alossomos) ou por genes autossômicos mas cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. As principais são: Herança ligada ao sexo: genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X. Herança restrita ao sexo: localizada na porção não homóloga do cromossomo Y. Herança influenciada pelo sexo: genes localizados em cromossomos autossomos que sofrem influência dos hormônios sexuais.
Determinação do Sexo na Espécie Humana A espécie humana apresenta 23 pares de cromossomos. 22 pares são autossomos e não tem relação direta com a determinação do sexo. Um par, chamado de alossomos (X e Y), são os cromossomos sexuais. A mulher apresenta dois alossomos X e é chamada de sexo homogamético, pois seus gametas sempre terão o cromossomo X. O homem apresenta um X e um Y e é o sexo heterogamético, pois seus gametas serão metade com cromossomo X e metade com cromossomo Y. Na mulher, um dos cromossomos X em cada célula permanece inativo e se constitui na cromatina sexual ou corpúsculo de Barr.
Herança Ligada ao Sexo Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X. Quando dominantes, o caráter é transmitido pelas mães a todos os descendentes e pelos pais somente às filhas. Quando recessivos, o caráter é transmitido pelas mães aos filhos homens. As meninas só terão a característica se o pai também a tiver. Ex.: Daltonismo e Hemofilia.
Herança Ligada ao Sexo Daltonismo Anomalia visual recessiva em que o indivíduo tem deficiência na distinção das cores vermelha ou verde. Os homens daltônicos (8%) tem um gene X d pois são hemizigotos e as mulheres daltônicas (0,64%) devem ser homozigotas recessivas. Fenótipo Mulher normal Mulher portadora Mulher daltônica Homem normal Homem daltônico Genótipo X D X D X D X d X d X d X D Y X d Y
Herança Ligada ao Sexo Hemofilia Anomalia que provoca a falta de coagulação do sangue. Homens hemofílicos são hemizigotos (1/10.000) e mulheres hemofílicas são homozigotas recessivas (1/100.000.000). Fenótipos Mulher normal Mulher portadora Mulher hemofílica Homem normal Homem hemofílico Genótipos X H X H X H X h X h X h X H Y X h Y
Genética Relacionada ao Sexo Herança Restrita ao Sexo Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo Y. Genes Holândricos. Só ocorrem no sexo masculino. Ex.: Hipertricose auricular. Herança Limitada pelo Sexo Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. Só se manifestam em um dos sexos. Ex.: Produção de leite em bovinos.
Herança Influenciada pelo Sexo Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. Comportamento diferente em cada sexo, agindo como dominante em um e como recessivo em outro (variação de dominância). Ex.: Calvície (alopecia). Genótipos Fenótipos CC Homem calvo Mulher calva Cc Homem calvo Mulher não-calva cc Homem não-calvo Mulher não-calva
Prováveis Tipos de Herança Autossômica recessiva Autossômica dominante Ligada ao Y (holândrica)
Prováveis Tipos de Herança Ligada ao X recessiva Ligada ao X dominante
2 a Lei de Mendel Segregação Independente Na herança de duas ou mais características, os fatores, segregados na formação dos gametas, não se fundem no híbrido, mas se distribuem independentemente nos gametas segundo todas as combinações possíveis.
Diibridismo Herança determinada por dois pares de alelos independentes que condicionam duas características. Quatro fenótipos diferentes são encontrados em F 2, combinando os caracteres dominantes e recessivos. A proporção fenotípica clássica em F 2 é 9:3:3:1. 2 Ex.: cruzamento de sementes de ervilhas amarelas/lisas (puras) com verdes/rugosas (puras). P VVRR vvrr amarelas/lisas x verdes/rugosas F 1 F 1 100% amarelas/lisas (híbridas) VvRr VvRr VvRr amarelas/lisas x amarelas/lisas
Diibridismo Gametas da F 1 VR Vr vr vr VR VVRR VVRr VvRR VvRr Vr VVRr VVrr VvRr Vvrr vr VvRR VvRr vvrr vvrr vr VvRr Vvrr vvrr vvrr 9 Proporção 16 Fenotípica em F 3 2 16 3 16 1 16 amarelas/lisas verdes/lisas amarelas/rugosas verdes/rugosas
Poliibridismo Quando são analisados mais de dois pares de alelos que condicionam mais de duas características, temos o triibridismo, tetraibridismo, etc, que constituem o poliibridismo. Para se calcular o número de gametas diferentes produzidos por um poliíbrido se utiliza a fórmula 2 n, onde n é o número de pares de genes heterozigotos (híbridos). Ex.: Quantos gametas diferentes forma o genótipo AaBBCcddEe Número de híbridos: 3 Número de gametas = 2 3 = 8 gametas diferentes
Genética Moderna (Pós-Mendeliana) Heranças que se afastam, pouco ou muito, dos processos descritos por Mendel em seus trabalhos. As proporções fenotípicas podem variar em relação às proporções clássicas da genética mendeliana. Herança Qualitativa: O fenótipo depende de quais genes estão presentes no genótipo. Ex.: interações gênicas (genes complementares e epistasia) e pleiotropia. Herança Quantitativa: O fenótipo depende de quantos genes dominantes estão presentes no genótipo. Ex.: polimeria.
Interações Gênicas Genes complementares Genes com segregação independente que agem em conjunto para determinar um fenótipo. Ex.: forma das cristas em galináceos. Fenótipos crista noz crista rosa crista ervilha crista simples Genótipos R_E_ R_ee rre_ rree
Interações Gênicas Epistasia Interação em que um par de genes inibe que outro par, não alelo, manifeste seu caráter. A epistasia pode ser dominante ou recessiva. O gene inibidor é chamado de epistático e o inibido é o hipostático. Ex.: Cor da penas em galináceos. Gene C penas coloridas. Gene c penas brancas. Gene I epistático sobre gene C. Fenótipos Penas coloridas Penas brancas Genótipos C_ii cc C_I_
Pleiotropia Herança em que um único par de genes condiciona várias características simultaneamente. Efeito múltiplo de um gene. Exemplos: Síndrome de Lawrence-Moon: obesidade, oligofrenia, polidactilia e hipogonadismo. Síndrome de Marfan: defeitos cardíacos, problemas visuais, aracnodactilia. Fenilcetonúria: deficiência mental, convulsões, icterícia, queda de cabelo, urina muito concentrada.
Polimeria Herança Quantitativa onde ocorre efeito cumulativo na ação de vários pares de genes. Há uma variação fenotípica gradual e contínua entre um valor mínimo e um valor máximo, devida a adição de genes dominantes no genótipo, seguindo uma curva normal de distribuição. Ex.: altura, peso, cor da pele, cor dos olhos, grau de inteligência, altura de plantas, produção de leite em bovinos, comprimento de pelos, etc. Para se saber o número de fenótipos ou quantos pares de genes estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos. número de poligenes = número de fenótipos - 1 número de fenótipos = número de poligenes + 1
Herança Quantitativa Cor da Pele em Humanos Fenótipos Genótipos Negro SSTT 3 Mulato Escuro SsTT SSTt 2 2 Negro Mulato Médio SsTt SStt Mulato Escuro Mulato Médio Mulato Claro sstt 1 1 Branco Mulato Claro Sstt sstt Branco sstt
Genética de Populações Estuda, matematicamente, as freqüências dos genes em uma população e as forças evolutivas que as modificam. Pool Gênico: genes comuns a uma mesma população, acervo genético ou gene pool. Uma população estará em equilíbrio genético quando seu pool gênico se mantiver inalterado por gerações sucessivas. Havendo alterações no acervo gênico, se diz que a população está evoluindo.
Genética de Populações Teorema de Hardy-Weinberg Em populações infinitamente grandes, com cruzamentos ao acaso (panmítica), que não estiverem sofrendo influência dos fatores evolutivos (mutações, seleção natural, migrações, etc...), não haverá alteração do pool gênico, isto é, as freqüências gênicas e genotípicas se manterão constantes.
O Teorema de Hardy-Weinberg Numa população em equilíbrio, para uma determinada característica existem dois genes, o dominante (A) e o recessivo (a). A soma das freqüências dos dois genes (freqüência gênica) na população é 100%. f (A) + f (a) = 100% Sendo, f (A) = p e f (a) = q, então: p + q = 1
O Teorema de Hardy-Weinberg Na mesma população existem 3 genótipos possíveis: homozigoto dominante (AA), heterozigoto (Aa) e homozigoto recessivo (aa). A soma das freqüências do 3 genótipos (freqüência genotípica) na população é 100%. f (AA) + f (Aa) + f (aa) = 100% Sendo, f (AA) = p 2, f (Aa) = 2pq e f (aa) = q 2, então: p 2 + 2pq + q 2 = 1
O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos: AA Aa aa 640 indivíduos 320 indivíduos 40 indivíduos Total 1.000 indivíduos Quais as freqüências gênicas e genotípicas?
O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação Freqüências Gênicas: Número total de genes = 2.000 Número de genes A = 1.280 + 320 = 1.600 Número de genes a = 80 + 320 = 400 f (A) = p = 1.600/2.000 = 0,8 ou 80% f (a) = q = 400/2.000 = 0,2 ou 20%
O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação Freqüências Genotípicas f (A) = p = 0,8 f (a) = q = 0,2 f (AA) = p 2 = (0,8) 2 = 0,64 ou 64% f (Aa) = 2pq = 2(0,8x0,2) = 0,32 ou 32% f (aa) = q 2 = (0,2) 2 = 0,04 ou 4%
Genes Ligados - Linkage Quando dois ou mais genes, responsáveis por diferentes características, estão localizados em um mesmo cromossomo, a herança é chamada de Vinculação Gênica. Nestes casos a quantidade de gametas e portanto a freqüência da descendência apresentarão diferenças em relação ao diibridismo já que a incidência do crossing-over será fundamental. Crossing-Over ou permuta é a troca de partes entre cromossomos homólogos durante a meiose e é um dos principais fatores para a variabilidade genética.
Comparação Diibridismo/Linkage Diibridismo (AaBb) A a B b Gametas A B A b a B a b 25% 25% 25% 25%
Comparação Diibridismo/Linkage Linkage (AaBb) A B a b Gametas A a A a B b Parentais b B Recombinantes
Genes Ligados - Linkage Na herança dos genes ligados, a freqüência dos gametas de um heterozigoto depende da taxa de crossing-over ou taxa de recombinação que ocorre entre os cromossomos homólogos. Os Gametas Parentais são formados mesmo que não haja recombinação e aparecem em maior quantidade. Os Gametas Recombinantes são formados apenas se houver permuta e aparecem em menor quantidade. A Taxa de Crossing é expressa em porcentagem e corresponde a freqüência de gametas recombinantes formados na gametogênese.
Genes Ligados - Linkage Na vinculação gênica a posição dos genes no heterozigoto (AaBb) pode ser Cis ou Trans. Estas posições também podem ser utilizadas para se definir quem são os gametas parentais e os recombinantes. A B A b a b a B Posição CIS Posição TRANS
Mapeamento Genético Mapa genético ou cromossômico é a representação da posição dos genes no cromossomo. Está diretamente relacionada a taxa de crossing. Unidades de Recombinação (U.R.) ou Morganídeos (M) são as unidades usadas para determinar a posição dos genes no cromossomo e correspondem a taxa de crossing. Exemplo: Em um cromossomo há a seguinte freqüência de recombinação entre os genes A,B,C e D: A-B 45% A-C 20% C-B 25% B-D 5% C-D 20% A-D 40% Qual a posição dos genes no cromossomo?
Mapeamento Genético 20M 20M 5M A C D B 40M 45M