Gentica n Prof Waldemar Ernani Martins Gentica Mendeliana

Genética n Prof. Waldemar Ernani Martins

Genética Mendeliana n n n 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? n Fácil cultivo em canteiros. n Várias características contrastantes e de fácil observação. n Ciclo vital curto e grande número de descendentes (sementes). n 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 para cada gameta”.

A 1ª Lei de Mendel: MONO-HIBRIDISMO n n A análise e interpretação dos experimentos permitiram a Mendel que elaborasse as seguintes conclusões: As plantas devem possuir, no interior de suas células, certo “fatores” (atualmente, denominados genes) que determinam a cor amarela ou verde nas sementes. Cada planta possui dois desses fatores, dos quais um deles é transmitido pela parte masculina da flor e o outro, pela feminina. Assim, após a fecundação, esses “fatores” se unem e voltam a se apresentar aos pares;

n n n Nos organismos, os dois “fatores” para uma certa característica podem ser iguais (VV ou vv) ou diferentes (Vv). Os iguais são considerados puros ou homozigotos e os diferentes, híbridos ou heterozigotos. Se os organismos Vv possuem sementes amarelas, ocorre dominância no “fator” para a cor amarela e recessividade no “fator” para a cor verde. Essas conclusões levaram Mendel a elaborar uma das mais importantes generalizações da Biologia: A Primeira Lei de Mendel ou Lei da Segregação.

Nas células somáticas, os genes se encontram aos pares, mas durante a formação dos gametas, eles se separam, mostrando-se isolados ou segregados. http: //www. agostinhomonteiro. com. br/nws_dicas_030. php

Genética humana Exemplos: n Lóbulo solto da orelha é uma característica determinada por gene dominante. Ex: A. n Capacidade de dobrar a língua: característica determinada por gene dominante em relação a não dobrar. n Bico de Viúva: característica dominante. http: //www. flickr. com/photos/cansada/60233200/ http: //denisegw. blogspot. com/2008/08/voc-consegue-enrolar-sua-lngua-em-forma. html

Monoibridismo com Dominância n n n 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 n VV vv F 1 100% amarelas Vv F 1 amarelas x amarelas Vv Vv F 2 75% amarelas VV Vv 25% verdes vv

Monoibridismo sem Dominância n n n Herança condicionada por um par de alelos. Três fenótipos possíveis em F 2. Três genótipos possíveis em F 2. Proporção fenotípica n Ex. : cor das flores em Maravilha. P vermelhas x brancas VV BB F 1 100% rosas VB 1: 2: 1 F 1 rosas x rosas VB VB 1: 2: 1 F 2 25% vermelhas VV 50% rosas VB 25% brancas BB Proporção genotípica

Conceito Gerais Gene: fragmento de DNA que pode ser transcrito na síntese de proteínas. n Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene. n Alelos: genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos. n Homólogos: cromossomos que possuem genes para as mesmas características. n

Cromossomos Homólogos n n São cromossomos que apresentam genes para as mesmas características para as mesmas posições. Um homólogo veio do pai e outro da mãe.

Espermatozóide n Óvulo n Zigoto 2 n

Tamanho do Pé Cor de Cabelo Tipo Sanguíneo Temperamento

Genes Alelos n Genes presentes nos mesmos locais nos cromossomos homólogos.

P P c C Genes alelos IA IB a a

Genótipo n Constituição gênica do indivíduo, isto é, são os genes que ele possui em suas células e que foram herdados seus pais. n Representado por letras. n Ex. : A, z, T, b. . .

Fenótipo n n n São as características manifestadas por um indivíduo. São características morfológicas, fisiológicas ou comportamentais. É determinado pelo fenótipo, mas pode ser modificado pelo ambiente.

Fenótipo F=G+A (Fenótipo é igual ao genótipo do indivíduo mais a ação do ambiente). n Ex. : cor de pele, textura do cabelo, tipo sangüíneo, etc.

A hereditariedade e o ambiente n n n O desenvolvimento de um ser vivo depende tanto da hereditariedade quanto do ambiente. Esses dois fatores se inter-relacionam. A hereditariedade é responsável pela formação do genótipo, e o ambiente age sobre ele. Os fatores ambientais podem interferir na aparência do indivíduo modificando o seu fenótipo, mas não o seu genótipo. Ex: pele exposta ao sol. FENÓTIPO: GENÓTIPO + AMBIENTE.

Conceitos Gerais n n 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.

Cruzamentos n n A partir dos cruzamentos os geneticistas podem prever a transmissão dos genes em uma família. É utilizado o “quadro de Punnett”.

Gametas produzidos pela mãe Gametas produzidos pelo pai Cruzamento

Cruzamento de AA com aa:

Como fazer um cruzamento? 1. 2. 3. 4. Leia com cuidado o enunciado e faça uma legenda respondendo a pergunta: qual é a característica em questão? Destaque qual característica é condicionada pelo gene dominante e qual é pelo gene recessivo. Descubra qual é o genótipo dos pais (caso não tenha sido dito no problema). Descubra quais tipos de gametas os pais podem produzir.

Como fazer um cruzamento? 5. 6. 7. 8. 9. Coloque os gametas produzidos pelos pais no quadro de Punnett. Faça o cruzamento. Monte o genótipo. Monte o fenótipo (a legenda te ajuda nesse passo) Responda a questão.

n O gene A determina cor de olho castanho e o gene a determina cor de olho azul. Um homem de olho azul se casa com uma mulher heterozigota de olhos castanhos. Qual é a probabilidade deste casal ter filhos de olhos azuis?

n Um homem normal, filho de pai normal e mãe albina, casou-se com uma mulher normal heterozigota. Qual a probabilidade de nascerem filhos albinos nesse casamento?

Conceitos Gerais Genes Codominantes: os dois genes do par manifestam seu caráter. n Polialelia: mais de dois alelos para um mesmo caráter. n Pleiotropia: um par de genes determina vários caracteres. n Polimeria: vários pares de genes determinam um só caráter. n Epistasia: interação em que genes inibem a ação de outros não alelos. n

Genealogias ou Heredogramas sexo masculino indivíduos que apresentam o caráter estudado sexo feminino filhos ou descendentes sexo desconhecido 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.

Genes Letais n n 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 n n n 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) n n n 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) n n Ex. : Cor da pelagem em coelhos. 4 alelos C selvagem (aguti). ch _ c ch c chinchila. ch himalaia. ca albino. ch _ C_ c ac a C > cch > ca

Grupos Sangüíneos n n n 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 A B AB O A A B Ae. B Doações O AB Aglutinina no plasma Anti-B Anti-A e Anti-B B

Sistema ABO Os grupos do sistema ABO são determinados por uma série de 3 alelos, IA, IB e i onde: IA = I B > i n n n Gene IA determina a produção do aglutinogênio A. Gene IB determina a produção do aglutinogênio B. Gene i determina a não produção de aglutinogênios. Fenótipos Grupo A Grupo B Grupo AB Genótipos IAIA ou IAi IBIB ou IBi I AI B Grupo O 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 n n n 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 ML M L NL N L ML N Doações M N MN

Genética Relacionada ao Sexo n n 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 n n 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 n n 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 n n Anomalia visual recessiva em que o indivíduo tem deficiência na distinção das cores vermelha ou verde. Os homens daltônicos (8%) tem um gene Xd pois são hemizigotos e as mulheres daltônicas (0, 64%) devem ser homozigotas recessivas. Fenótipo Genótipo Mulher normal X DX D Mulher portadora X DX d Mulher daltônica X d Homem normal X DY Homem daltônico X d. Y

Herança Ligada ao Sexo Hemofilia n n 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). Fenótipos Genótipos Mulher normal X HX H Mulher portadora X HX h Mulher hemofílica X h Homem normal X HY Homem hemofílico X h. Y

Genética Relacionada ao Sexo n n 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 n Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. n Só se manifestam em um dos sexos. n Ex. : Produção de leite em bovinos.

Herança Influenciada pelo Sexo n n n 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 Ligada ao Y (holândrica) Autossômica dominante

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 n n 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. Ex. : cruzamento de sementes de ervilhas amarelas/lisas (puras) com verdes/rugosas (puras). P VVRR vvrr amarelas/lisas x verdes/rugosas Vv. Rr F 1 100% amarelas/lisas (híbridas) F 1 Vv. Rr amarelas/lisas x amarelas/lisas

Diibridismo Gametas da F 1 VR Vr v. R vr VR VVRr Vv. RR Vv. Rr Vr VVRr VVrr Vv. Rr Vvrr v. R Vv. Rr vv. RR vv. Rr vr Vv. Rr Vvrr vv. Rr vvrr Proporção Fenotípica em F 2 amarelas/lisas verdes/lisas amarelas/rugosas verdes/rugosas

Poliibridismo n n 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 Aa. BBCcdd. Ee Número de híbridos: 3 Número de gametas = 23 = 8 gametas diferentes

Genética Moderna (Pós-Mendeliana) n n 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 n n Genes complementares Genes com segregação independente que agem em conjunto para determinar um fenótipo. Ex. : forma das cristas em galináceos. Fenótipos Genótipos crista noz R_E_ crista rosa R_ee crista ervilha rr. E_ crista simples rree

Interações Gênicas n n n 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. n n Ex. : Cor da penas em galináceos. Gene C penas coloridas. Gene c penas brancas. Gene I epistático sobre gene C. Fenótipos Genótipos Penas coloridas C_ii Penas cc_ _ brancas C_I_

Pleiotropia Herança em que um único par de genes condiciona várias características simultaneamente. n Efeito múltiplo de um gene. Exemplos: n Síndrome de Lawrence-Moon: obesidade, oligofrenia, polidactilia e hipogonadismo. n Síndrome de Marfan: defeitos cardíacos, problemas visuais, aracnodactilia. n Fenilcetonúria: deficiência mental, convulsões, icterícia, queda de cabelo, urina muito concentrada. n

Polimeria n n 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 Mulato Escuro Ss. TT SSTt Mulato Médio Ss. Tt SStt ss. TT Mulato Claro Sstt ss. Tt Branco sstt

Genética de Populações n n 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 n n Numa população em equilíbrio, para uma determinada característica existem dois genes, o dominante (A) e o recessivo (a). A soma das freqüências dois genes (freqüência gênica) na população é 100%. f(A) + f(a) = 100% n Sendo, f(A) = p e f(a) = q, então: p + q = 1

O Teorema de Hardy-Weinberg n n 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% n Sendo, f(AA) = p 2, f(Aa) = 2 pq e f(aa) = q 2, então: p 2 + 2 pq + q 2 = 1

O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação n Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos: AA 640 indivíduos Aa 320 indivíduos aa 40 indivíduos Total 1. 000 indivíduos n 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) = 2 pq = 2(0, 8 x 0, 2) = 0, 32 ou 32% f(aa) = q 2 = (0, 2)2 = 0, 04 ou 4%