Introdução à Biologia Molecular e Genética

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INTRODUÇÃO À
BIOLOGIA MOLECULAR
E GENÉTICA
Aula 1
EVENTOS BÁSICOS
MOLECULARES
Eventos básicos moleculares
Olá, estudante! Nesta videoaula você será convidado a desvendar os
fascinantes mistérios da genética para conhecer alguns conceitos
básicos que nos permitem entender diferentes eventos que ocorrem nos
seres vivos. Você descobrirá como acontece a replicação do material
genético e de que maneira os genes são expressos para a produção das
proteínas e, consequentemente, a formação das características dos
indivíduos. Não perca esta oportunidade de expandir seus
conhecimentos. Vamos lá!
Ponto de Partida
Os ácidos nucleicos, como o DNA e o RNA, são essenciais para a
célula, pois armazenam e transmitem informações genéticas. Os
processos de replicação, transcrição e tradução garantem a expressão
correta dessas informações, sendo fundamentais para o funcionamento
celular e para a hereditariedade.
Agora que já conheceu a estrutura dos ácidos nucleicos, você
compreenderá, nesta etapa de aprendizagem, como a estrutura dessas
moléculas participam dos processos de replicação, transcrição e
tradução, responsáveis por assegurar a transferência e a expressão
corretas da informação genética. Ao explorar essa estrutura fantástica,
você se preparará não apenas para entender como a informação
genética é armazenada, transmitida e expressa dentro das células, mas
também para aplicar esse conhecimento à sua futura prática
profissional.
Nesta aula, aprenderemos como acontece a replicação do DNA, um
processo crucial que ocorre durante a divisão celular, no qual o material
genético é dividido igualmente entre as células-filhas, as quais podem
conter material genético idêntico ao da célula-mãe (mitose) ou apenas
metade do material genético da célula-mãe (meiose), o que é importante
para a variabilidade das espécies. Investigaremos, também, o processo
completo de formação das proteínas, verificando desde a transcrição da
molécula de DNA em RNA até a tradução do RNA mensageiro pelos
ribossomos, que forma uma proteína. As proteínas são indispensáveis
para a manutenção das células, crescimento celular, produção de
hormônios, enzimas, anticorpos, transporte de substâncias, entre outras
atividades.
Como uma ferramenta de auxílio ao processo de conhecimento, vamos
analisar uma situação-problema na intenção de aproximar os conteúdos
teóricos da prática profissional.
Vamos acompanhar a história de um casal que já tem dois filhos e
pretende ter mais um. Os cônjuges foram incentivados a buscar auxílio
médico para obter aconselhamento genético.
O casal procurou por uma clínica renomada na cidade, a qual fornece
consultas e aconselhamento genético com profissionais altamente
capacitados e habilitados para atender a pacientes e familiares com
histórico de doenças genéticas. Além disso, esse estabelecimento conta
com um laboratório de genômica com recursos tecnológicos de última
geração, os quais permitem um diagnóstico preciso.
A mulher, que tem 35 anos, olhos verdes, cabelos castanho-claros e
lisos, aparentemente não apresenta distúrbios genéticos. Ela teve dois
filhos com o seu marido, de 38 anos, que tem olhos castanhos, cabelos
castanhos e lisos, e é daltônico. A primeira filha do casal, que está com 6
anos, é loira, tem o cabelo encaracolado, olhos azuis e aparentemente
não apresenta disfunções genéticas. No entanto, o segundo filho do
casal é uma pessoa com síndrome de Down, tem 3 anos, olhos
castanhos e cabelos lisos e castanhos. O casal quer ter mais um filho,
mas, pelo fato de possuírem histórico de anomalias genéticas na família,
resolveu investigar as probabilidades de uma gestação normal.
Você trabalha nessa clínica e faz parte de uma equipe composta por
médicos geneticistas, especialistas em biologia molecular, citogenética,
bem como por bioinformatas. A você foi atribuída a tarefa de desenvolver
o acompanhamento do casal.
Como você explicaria aos pacientes a importância de fazer o
mapeamento genético de ambas as partes para verificar seus
respectivos cariótipos? E como poderia descrever as diferenças
existentes no genótipo e fenótipo do casal e de seus filhos?
Vamos Começar!
Os genes são segmentos de DNA que contêm informações para
produzir proteínas específicas. Essas informações são transcritas em
moléculas de RNA mensageiro (mRNA), as quais são transportadas
para o citosol da célula, onde se ligam aos ribossomos para a síntese de
proteínas. Mas não são todos os genes que codificam proteínas
(polipeptídios ou cadeias de aminoácidos). Alguns fornecem informações
para a construção de moléculas de RNA, como os RNA transportadores
(tRNA) e o RNA ribossômico (rRNA).
Replicação do DNA
A capacidade de uma célula sobreviver e proliferar depende da
duplicação da informação genética transportada em seu DNA. Esse
processo de duplicação, denominado replicação do DNA, é essencial
para a sobrevivência e a perpetuação das células. Nesse fenômeno, a
molécula de DNA, formada por duas fitas de DNA complementares, se
separa, e cada uma das fitas simples serve de molde para a composição
de uma nova fita dupla. A síntese da nova fita complementar à fita-molde
constitui um processo de polimerização. Nesse processo altamente
coordenado, os nucleotídeos são adicionados sequencialmente pela
DNA polimerase, formando uma nova fita polinucleotídica. Para a
constituição dessa nova fita, nucleotídeos são adicionados
progressivamente à nova cadeia por meio de ligações covalentes. A
sequência de nucleotídeos adicionados segue uma ordem específica
ditada pela fita-molde, ou seja, segue a complementaridade de bases de
acordo com a sequência de bases da fita que serviu como molde. Ao
final do processo de replicação do DNA, são produzidas duas cópias da
molécula original de DNA. Em cada uma dessas cópias, uma das fitas
de DNA é proveniente da molécula original, enquanto a outra consiste
em uma nova fita complementar sintetizada durante o processo de
replicação. Esse modelo de replicação é conhecido como
semiconservativo, pois cada uma das moléculas-filhas resultantes
contém uma fita original e uma fita nova. Tal mecanismo de replicação
garante a transmissão precisa da informação genética de uma geração
celular para a próxima, preservando a integridade do genoma ao longo
das divisões celulares.
A replicação do DNA se inicia em um local no cromossomo denominado
origem da replicação. O começo do processo de replicação do DNA é
marcado pela separação das duas fitas de DNA. Como a união dessas
fitas é relativamente estável, mantida por meio de ligações de
hidrogênio, uma enzima denominada helicase precisa atuar quebrando
as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, desenrolando a
hélice de DNA e, desse modo, separando as duas cadeias de
nucleotídeos. Cria-se, assim, uma região chamada de bolha de
replicação. Cada extremidade da bolha de replicação é conhecida como
forquilha de replicação. É nas forquilhas que ocorre a síntese de DNA
pelas DNA polimerases em ambas as fitas de DNA recém-separadas.
Quando a helicase desenrola a dupla hélice de DNA no decorrer da
replicação, as duas cadeias de DNA são separadas, expondo regiões de
DNA de fita simples. Essas regiões de DNA de fita simples são
altamente instáveis e propensas a emaranhamentos ou reassociações
indesejadas das bases. As proteínas SSBs, ou proteínas de ligação ao
DNA, se ligam rapidamente às regiões de DNA de fita simples expostas,
estabilizando-as e evitando que as fitas se recombinem novamente. Elas
mantêm as fitas sob uma forma estendida e acessível para a ação da
DNA polimerase. Esse desenrolamento das duas fitas pela helicase
pode levar à superenrolação do DNA à frente da forquilha de replicação,
uma vez que as regiões de DNA são giradas e torcidas enquanto a
replicação prossegue. As topoisomerases, especificamente as
topoisomerases tipo I e tipo II, atuam para aliviar essa superenrolação e
garantir que a replicação aconteça sem interrupções. As topoisomerases
tipo I produzem quebras temporárias de uma única cadeia de DNA,
permitindo que a tensão causadaos quais, a depender da
quantidade em que aparecem no genótipo, determinam a característica
no fenótipo do indivíduo. Os olhos, por exemplo, podem ser pretos,
castanho-escuros, castanho-claros, verde-claros ou escuros, azuis,
entre outras variações. Quando diversos genes interagem para
determinar uma única característica, havendo uma grande variedade de
fenótipos e genótipos para tais propriedades, configura-se uma herança
poligênica. A herança poligênica é uma das variações das leis de Mendel
e ocorre de modo diferente da herança monogênica. Muitos autores
consideram a cor dos olhos ou da pele como uma herança monogênica,
tomando como base duas possibilidades para uma mesma característica
(por exemplo, olhos azuis e olhos castanhos, sem levar em
consideração as demais variações). Na situação-problema apresentada,
porém, como há três cores diferentes, essa abordagem não é possível.
Já para a cor e o tipo do cabelo, se considerarmos um único gene que
age de forma independente, essa mesma interpretação se torna viável.
Por exemplo, podemos pensar na cor do cabelo (alelo dominante para
cabelo escuro e alelo recessivo para cabelo claro) ou analisar o tipo de
cabelo (alelo dominante para cabelo liso e alelo recessivo para cabelo
crespo) sem considerar as variáveis das cores do cabelo ou dos tipos de
cabelo.
A cor dos olhos pode ser determinada pela quantidade de pigmento de
melanina na íris, como também pela maneira com que a luz interage
com os pigmentos e outras substâncias nos olhos. Geralmente, pessoas
que têm mais melanina nos olhos apresentam olhos escuros, e aquelas
que possuem olhos mais claros têm menos melanina nessa região. São
dois os principais genes que definem a cor dos olhos: o gene Bey2
(brown eye – olho castanho) ou EYCL3 (eye color – cor do olho),
localizado no cromossomo 15, possui um alelo para a cor castanho (B)
com traço dominante, e outro para a cor azul (b) com traço recessivo; e
o gene Gey (green eye – olho verde) ou EYCL1 (eye color – cor do
olho), localizado no cromossomo 19, com um alelo para a cor verde (G)
com traço dominante, e outro para a cor azul (b). Nesse caso, o alelo B
é sempre dominante, enquanto o alelo G é dominante em relação ao
alelo b. Já o alelo b sempre será recessivo.
Portanto, as possíveis combinações entre esses dois genes são as
seguintes:
Quadro 1 | Combinações dos dois genes
Desse modo, conseguimos notar que olhos castanhos são muito mais
comuns do que aqueles com outras cores.
O cruzamento entre os genes do casal – mulher (bbGb) x homem (Bbbb)
– resulta na probabilidade de os filhos nascerem com os seguintes
genótipos e fenótipos: BbGb e Bbbb (50% para olhos castanhos), bbGb
(25% para olhos verdes) e bbbb (25% para olhos azuis). Por meio dessa
análise, é possível explicar o fato de a filha mais velha do casal ter olhos
azuis e o filho mais novo ter olhos castanhos. Se esses pacientes
tiverem outro filho, existe 25% de chance ou ¼ de probabilidade de a
criança nascer com olhos verdes, iguais aos da mãe.
Genes Cor dos olhos
 
BBbb / BBGb / BBGG / Bbbb /
BbGb / BbGG
 Castanho
 
 
bbGG / bbGb
 Verde
 
bbbb Azul
 
Saiba Mais
Não podemos esquecer que os alelos são representados por letras
maiúsculas, quando são dominantes, e por letras minúsculas, quando
são recessivos. Por convenção, quando analisamos mais de um fator, as
letras geralmente correspondem aos fatores recessivos, mas essa não é
uma regra obrigatória. Então por que as sementes amarelas e lisas,
cujas características são dominantes, não são representadas pelas
letras AALL?
Para explorar mais informações sobre esse tema, recomendo a leitura
do capítulo 6, intitulado “Genética mendeliana: padrões de transmissão
gênica”, do livro Genética médica: uma abordagem integrada, cujo link
de acesso está disponível a seguir.
SCHAEFER, G. B.; THOMPSON JR., J. N. Genética médica: uma
abordagem integrada. Porto Alegre: Artmed/Grupo A, 2015.
Referências Bibliográficas
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto
Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/.
Acesso em: 24 abr. 2024.
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula. 4. ed. Barueri,
SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/.
Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 10.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
SCHAEFER, G. B.; THOMPSON JR., J. N. Genética médica: uma
abordagem integrada. Porto Alegre: Artmed/Grupo A, 2015. Disponível
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/pageid/148
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/pageid/148
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/p
ageid/148. Acesso em: 25 abr. 2024.
Aula 4
PADRÕES DE HERANÇA
Padrões de Herança
Olá, estudante! Já aprendemos um pouco sobre a história da genética e
as leis mendelianas. Agora, por meio desta videoaula, você conhecerá
os padrões clássicos e não clássicos da herança monogênica. Para
assimilar este conteúdo de maneira adequada, é importante que você se
lembre de alguns conceitos básicos já estudados, como: genótipo,
fenótipo, cromossomos autossômicos, sexuais, genes dominantes e
recessivos. Prepare-se para desvendar os segredos da vida e aprimorar
ainda mais seus conhecimentos!
Ponto de Partida
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/pageid/148
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Você já teve a oportunidade de conhecer alguns detalhes sobre a
história da genética, estudando desde a genética clássica até a genética
moderna, bem como os experimentos de Mendel, que resultaram na
primeira lei de Mendel (ou lei da segregação dos fatores) e na segunda
lei de Mendel (ou lei da segregação independente). Você também
conferiu as contribuições que a herança mendeliana trouxe para a área
da saúde, como o entendimento do processo de transmissão de muitas
características hereditárias, incluindo as doenças.
Nesta etapa de aprendizagem, daremos continuidade à análise da
herança mendeliana, compreendendo os padrões clássicos e não
clássicos da herança monogênica. Nesse contexto, daremos destaque
ao comportamento das interações gênicas, a fim de descobrir como
atuam em determinadas situações e as propriedades biológicas que elas
expressam.
O estudo das doenças hereditárias nos ajuda a entender os erros inatos
do metabolismo que acabam gerando doenças metabólicas hereditárias
(DMH), como também a compreender a genética do câncer, de doenças
como a fibrose cística, a fenilcetonúria, acondroplasia, anemia
falciforme, entre inúmeras outras patologias que investigaremos mais
adiante.
Como uma ferramenta de auxílio ao processo de conhecimento, vamos
analisar uma situação-problema na intenção de aproximar os conteúdos
teóricos da prática profissional.
Continuaremos acompanhando a história de um casal que deseja ter
mais filhos, mas apresenta um histórico de anomalias genéticas na
família. Por isso, os cônjuges resolveram examinar a probabilidade de
terem uma gestação normal.
Como C.J.N., o homem do casal, é daltônico, serão investigadas as
probabilidades de os filhos do casal serem portadores ou afetados pela
doença hereditária. Com base no histórico familiar, descobriu-se que o
avô materno de C.J.N. também era daltônico. Os avós maternos de
C.J.N. tiveram três filhos (um menino e duas meninas, todos sem
disfunções genéticas, aparentemente). Uma dessas filhas é a mãe de
C.J.N., que se casou com o pai de C.J.N., o qual também não era
daltônico. C.J.N. nasceu daltônico. Sua única irmã realizou o teste
genético e descobriu ser portadorado gene do daltonismo. A mulher de
C.J.N. não apresentou o alelo recessivo para o daltonismo em seu
genótipo. Os dois filhos de C.J.N. não são daltônicos, porém há uma
probabilidade de que um terceiro filho, caso seja um menino, herde o
daltonismo do pai.
Diante dessa situação, como você construiria o heredograma do casal,
tomando como base o histórico familiar de C.J.N., para demonstrar a
probabilidade de o terceiro filho ser portador ou afetado pelo
daltonismo? E como explicar o fato de que C.J.N. nasceu com a doença
hereditária do daltonismo mesmo que seus pais não tenham sido
daltônicos? Além disso, no caso da síndrome de Down, constatou-se
que se trata de uma doença genética não hereditária. Como você
esclareceria essa ocorrência na família?
A família pode ser comparada a uma enorme árvore, com diversos
galhos, cada um crescendo em direções diferentes, mas todos com a
mesma raiz e o mesmo tronco. Qualquer interferência que essas raízes
ou tronco sofram pode ser espelhada para todos os demais galhos da
árvore. De uma forma metafórica, os geneticistas que desejam obter
explicações para compreender a genética de uma família devem buscar
essas informações na origem dos descendentes, estudando as
ramificações dos galhos, ou seja, as gerações anteriores e
subsequentes, para descobrir como os genes de algumas doenças se
comportam e podem ser transmitidos às gerações futuras.
Vamos Começar!
A herança mendeliana é composta por princípios que pretendem explicar
a transmissão hereditária de uma característica para os seus
descendentes. Aprendemos que Mendel ficou conhecido como o pai da
genética clássica, sendo o precursor de várias teorias genéticas. No
entanto, constatamos que nem todas as doenças genéticas são
hereditárias, como também que existem doenças hereditárias que
assumem várias formas distintas, as quais seguem os padrões clássicos
e os padrões não clássicos da herança mendeliana. Vamos entender
mais detalhes sobre esses padrões durante esta etapa de
aprendizagem.
Erros inatos do metabolismo (EIM)
Os distúrbios genéticos, que geralmente correspondem a um defeito em
uma enzima (proteína específica) produzida pelo organismo, o qual é
capaz de gerar a interrupção de alguma via metabólica, prejudicando,
portanto, a degradação, síntese, transporte ou armazenamento de
moléculas em nosso organismo ou em qualquer ser vivo, são
conhecidos como erros inatos do metabolismo (EIM).
Quando um alimento não é metabolizado corretamente, pode ocorrer o
acúmulo de substâncias intermediárias no organismo na intenção de
gerar energia, o que pode causar o comprometimento de processos
celulares ou, ainda, desencadear vários problemas de saúde para o
indivíduo com EIM, como atrasos no desenvolvimento.
Considerados a causa de doenças metabólicas hereditárias (DMH), os
erros inatos do metabolismo representam aproximadamente 10% das
doenças genéticas existentes. As DMH são doenças que podem se
manifestar em qualquer idade, afetando todo o organismo. Muitas vezes,
pelo fato de possuírem manifestações clínicas não específicas e de
serem mais raras, o diagnóstico se torna mais difícil. As doenças
hereditárias do metabolismo são causadas por mutações em um ou
vários genes responsáveis por um determinado processo metabólico. A
transmissão, nesse caso, pode ser mendeliana ou mitocondrial,
geralmente associada a uma herança autossômica recessiva.
Os erros inatos do metabolismo têm várias classificações. A abordagem
com maior aplicação clínica é a classificação em duas categorias:
Categoria 1: alterações que afetam apenas um órgão ou um
sistema orgânico. Nesse caso, os sintomas são uniformes e o
diagnóstico é um pouco mais fácil. Exemplos são alterações no
sistema imunológico, fatores de coagulação, túbulos renais,
eritrócitos, entre outros.
Categoria 2: doenças cujo defeito bioquímico acaba
comprometendo uma via metabólica utilizada por diversos órgãos
(doenças lisossomais) ou restringe-se a um único órgão
(hiperamonemia), com manifestações humorais e sistêmicas. É
uma categoria com maior abrangência.
O tratamento terapêutico para as DMH depende do erro inato do
metabolismo que gera a doença, do acúmulo da substância que não
está sendo sintetizada e do desequilíbrio bioquímico causado. O
controle normalmente é permanente, efetuado por meio de dietas. Em
alguns casos, torna-se necessário o transplante de medula óssea ou a
reposição de enzimas. É indispensável o aconselhamento familiar, a fim
de conhecer o prognóstico do paciente e verificar a probabilidade de
recorrência da doença.
Genética do câncer
Uma das doenças genômicas com maior número de mortes no mundo é
o câncer, ocasionado por uma sucessão de alterações no material
genético das células normais, as quais, como consequência das
transformações sofridas, se tornam malignas. A reação carcinogênica
resulta de múltiplas etapas envolvendo diversos genes. Pode estar
relacionada, por exemplo, a mutações gênicas e cromossômicas, com
quebras, perdas, duplicações, translocações, instabilidade genômica e
mecanismos epigenéticos. Nesses casos, os principais genes envolvidos
são os proto-oncogenes, que são supressores de tumor, mas podem se
tornar oncogenes, os quais provocam o câncer.
Nossas células estão programadas para se desenvolver, crescer, se
diferenciar e morrer, recebendo estímulos e sinais internos e externos.
Qualquer evento que cause o desequilíbrio desse processo, desde
estímulos até o bloqueio da multiplicação celular, pode levar ao
surgimento de um câncer. O diagnóstico dos genes associados ao
câncer auxilia na compreensão acerca da doença, facilitando o
tratamento. Os geneticistas têm desenvolvido várias estratégias para
conter o câncer, e uma delas, já estudada por nós, é a morte celular
programada, ou apoptose. A genética do câncer também pode ser
hereditária, quando abrange afecções genéticas que se tornam mais
comuns em indivíduos de uma mesma família. A transmissão das
neoplasias malignas ocorre de uma geração a outra (transmissão
vertical). Nesse contexto, observa-se o padrão de herança mendeliano,
geralmente autossômico dominante, com 50% de transmissão para os
descendentes em cada gestação, não importando o sexo.
Quando tratamos de doenças genéticas e doenças hereditárias,
precisamos saber que há diferenças entre esses dois termos. As
doenças genéticas se manifestam a partir de uma mutação ou erro no
material genético, podendo surgir pela primeira vez em uma família sem
histórico relacionado a essas patologias, como é o caso da síndrome de
Down. Já no caso das doenças hereditárias, também genéticas, há a
tendência de que um indivíduo seja acometido por essas disfunções, já
que tais doenças podem ser herdadas ao longo de gerações. Isso não
significa, necessariamente, que o indivíduo herdará uma doença comum
à sua família. Ele pode possuir um gene da doença e não apresentar
sintomas (portador), assim como pode possuir o gene e expressar a
doença (afetado).
Genética dos grupos sanguíneos ABO
O sistema ABO, composto pelos diferentes tipos sanguíneos humanos,
foi descoberto por Karl Landsteiner no século XX. De grande importância
para a medicina, esse esquema permitiu compreender os princípios para
a transfusão de sangue, auxiliando no salvamento de inúmeras vidas.
Os tipos sanguíneos humanos são codificados por três alelos múltiplos
(IA, IB e i), que podem se combinar de seis diferentes maneiras,
determinando o tipo sanguíneo. Há uma codominância entre os alelos IA
e IB. Isso significa que ambos os alelos se expressam, ao mesmo tempo
em que há uma dominância desses dois alelos sobre o alelo i. Os
fenótipos e genótipos dos grupos sanguíneos são expressos como
mostra o Quadro 1, a seguir.
Quadro 1 | Grupos sanguíneos ABO
Cada fenótipo de um grupo sanguíneo é caracterizado pela ausência ou
presença de aglutinogênio (antígeno) e aglutinina (anticorpo). Assim, um
indivíduo com fenótipo A possui aglutinogênio (proteína presente na
membrana plasmática das hemácias) a, bem como aglutinina (anticorpo
presente no plasma) anti-b.Já o indivíduo tipo O não tem aglutinogênio
e possui anticorpos anti-a e anti-b. Com isso, é possível testar o sangue
antes de realizar uma transfusão, e é isso que determina o princípio da
transfusão de sangue, processo pelo qual se pode transferir uma certa
quantidade total de sangue ou somente alguns de seus componentes,
como plasma, plaquetas, leucócitos, hemácias, etc.
Indivíduos com sangue tipo A possuem aglutinina anti-B no plasma e
podem receber sangue dos tipos A e O, mas não podem receber sangue
dos tipos B e AB, porque nesses tipos sanguíneos encontra-se
aglutinogênio B, o que causaria incompatibilidade sanguínea. Nesse
caso, as hemácias que são recebidas a partir da doação se aglutinam,
Fenótipo Genótipo Antígeno Anticorpo
A IAIA e IAi a Anti-b
B IBIB e IBi b Anti-a
AB IAIB a e b -
O ii - Anti-a e
Anti-b
formando aglomerados compactos que impedem a circulação do
sangue.
O tipo sanguíneo considerado receptor universal é o tipo AB, e o doador
universal é o tipo sanguíneo O. No sangue humano, podemos encontrar
outros antígenos, como o denominado sistema MN, com antígenos M,
antígenos N e antígenos MN, não havendo dominância entre eles ou
restrições quanto à transfusão sanguínea. Também há o sistema Rh,
determinado por um par de alelos R (dominante) e r (recessivo), com
dominância completa. Os indivíduos que não possuem antígeno Rh são
classificados com fator Rh- (negativo), e os indivíduos que possuem
hemácias que se aglutinam, com antígeno Rh, são classificados com
fator Rh+ (positivo). Portanto, também é importante considerar o fator
Rh nas transfusões sanguíneas, uma vez que pode haver
incompatibilidade. O tipo O- (negativo) pode ser doado para todos os
tipos de sangue, mas só pode receber do mesmo tipo que o seu. Já o
tipo AB+ (positivo) pode receber todos os tipos de sangue, mas só pode
doar para o mesmo tipo que o seu. Confira essa distribuição no Quadro
2, a seguir.
Quadro 2 | Compatibilidade sanguínea para doação
Os efeitos da consanguinidade ou endogamia (cruzamento de indivíduos
com certo grau de parentesco) são muito evidentes diante do estudo de
padrões de heranças de anomalias recessivas, uma vez que casais
consanguíneos possuem uma maior probabilidade de ter filhos
homozigotos. A endogamia aumenta a semelhança dos indivíduos,
Tipo sanguíneo Pode doar para Pode receber
de
A+ AB+ e A+ A+, A-, O+ e O-
A- A+, A-, AB+, AB- A- e O-
B+ B+ e AB+ B+, B-, O+ e O-
B- B+, B-, AB+, AB- B- e O-
AB+ AB+ Todos
AB- AB+ e AB- A-, B-, O- e AB-
O+ A+, B+, O+ e AB+ O+ e O-
O- Todos O-
podendo reduzir a fertilidade, sobrevivência, crescimento, além de
aumentar as taxas de transmissão de doenças genéticas e infecções de
outras doenças. O grau de consanguinidade depende do grau de
parentesco do cruzamento, o qual pode ser ascendente (incluindo pais,
avós, bisavós), descendente (incluindo filhos, netos e bisnetos) ou
transversal (incluindo irmãos, tios, primos, entre outros). Quanto mais
próximo o grau de parentesco, maiores são os riscos de efeitos
negativos.
Siga em Frente...
Padrões clássicos e não clássicos de herança
monogênica
Os padrões clássicos da herança monogênica, ou seja, da herança
determinada por um único gene, podem ser autossômicos ou ligados ao
cromossomo X, dominantes ou recessivos. Seguem a lei da segregação
mendeliana, sempre em proporções fixas, e geralmente são expressos
por heredogramas.
Quando uma pessoa é designada como portadora do gene ou doença,
isso não significa que tal indivíduo tenha a doença em questão, mas sim
que ele possui o gene mutado e poderá transmiti-lo para os seus
descendentes. Contudo, uma pessoa é classificada como afetada
quando não apenas possui a doença, mas também apresenta sintomas
relacionados a essa patologia.
No caso da herança autossômica dominante, o fenótipo é notado em
todas as gerações de uma família, e todo indivíduo afetado possui um
genitor afetado. Dominantes puros são muito raros. O risco de que o
filho de um genitor afetado herde o fenótipo e seja afetado é de 50%,
independentemente do sexo de ambos os genitores ou dos filhos.
Consequentemente, as chances de que o filho não receba o gene
mutado são de 50%. Os genitores com fenótipos normais não
transmitem para seus descendentes o fenótipo da doença.
A acondroplasia (um tipo de nanismo), a polidactilia (alteração
quantitativa no número de dedos das mãos ou dos pés, gerando um
aumento na quantidade de dedos) e a doença de Huntington (doença
neurodegenerativa do cérebro que causa perda de coordenação motora,
demência progressiva e alterações psicológicas) são exemplos de
distúrbios autossômicos dominantes.
Na herança autossômica recessiva, a anomalia afeta na mesma
proporção os indivíduos de ambos os sexos. Os genitores, nesse caso,
raramente são afetados, e os genitores de um indivíduo afetado têm
25% de probabilidade de gerar outro filho afetado, 50% de chance de
gerar um filho portador do gene, sem que este seja afetado pela doença,
e outros 25% de probabilidade de o filho não receber genes mutados.
Um casal afetado gera somente filhos afetados. Já casais compostos
por um afetado e um não afetado normalmente geram filhos não
afetados. As doenças recessivas são mais surpreendentes para as
famílias, pois comumente os pais de um filho afetado são portadores
não afetados, e a doença muitas vezes não se manifesta por várias
gerações. Nesse contexto, algumas doenças conhecidas são o
albinismo, a anemia falciforme e a fibrose cística.
As heranças monogênicas ligadas ao sexo também podem ser
dominantes ou recessivas. Como aprenderemos mais adiante, esse
padrão de herança é mais complexo, pois tanto o sexo dos pais quanto
dos filhos influencia a transmissão da doença.
As mulheres têm dois cromossomos X, e os homens têm um
cromossomo X e outro Y. Na gravidez, a mulher sempre transmitirá um
cromossomo X, e o pai poderá transmitir um cromossomo X (gerando
uma filha mulher) ou um cromossomo Y (gerando um filho homem).
Em geral, como as doenças ligadas ao cromossomo X são transmitidas
pelo próprio cromossomo X, os homens são afetados e as mulheres são
portadoras, mas não são afetadas. As mulheres portadoras acabam
transmitindo a doença para os seus filhos homens. No caso da
dominância, quando a mulher é afetada e o homem é não afetado, os
filhos do casal têm 50% de chance de herdar o fenótipo da doença. Já
no caso de um homem afetado e uma mulher não afetada, o casal não
gera filhos homens afetados, mas as filhas mulheres são afetadas.
Como exemplo, podemos citar o raquitismo hipofostatêmico. Na herança
recessiva ligada ao sexo, a incidência da doença em homens é superior.
No cruzamento entre um homem afetado e uma mulher não afetada, o
homem transmite o cromossomo X afetado para todas as suas filhas
mulheres, que serão portadoras. Os filhos homens, por sua vez, serão
todos não afetados. Quando ocorre o cruzamento de um casal cujo
homem é não afetado e a mulher é portadora, há 50% de chance de que
os filhos homens sejam afetados e as filhas mulheres sejam portadoras.
Um exemplo desse panorama é a hemofilia.
Também devemos mencionar a herança restrita ao sexo, relacionada ao
cromossomo Y, caracterizada pelos genes holândricos. Os genes
holândricos são transmitidos de pai para filho, como no caso da
hipertricose (pelos longos e grossos na orelha masculina). Existem,
ainda, as heranças influenciadas pelo sexo, que podem ser expressas
em ambos os sexos, mas comportando-se de formas distintas. Na
calvície (caracterizada pela perda gradual de cabelo), por exemplo, o
gene é dominante nos homens e recessivo nas mulheres.
Os padrões não clássicos da herança mendeliana são entendidos como
variações às regras de Mendel, envolvendo a interação de alelos de um
único gene. A sequência de um gene pode ser alterada de diferentes
modos, de maneira que cada forma produza um alelo mutante. Algumas
dessas variações mendelianas já foram citadas em nossos estudos,
como é o caso da codominância, em que dois alelos diferentes podem
ser expressos simultaneamente quandose fazem presentes. O conjunto
dos dois alelos expressará o fenótipo do indivíduo, como ocorre no
sistema sanguíneo ABO. A dominância incompleta é outra variável de
expressão, observada quando dois alelos presentes produzem um
fenótipo intermediário. Assim, nenhum deles determina o fenótipo de
maneira completa, diferentemente do que acontece quando há
dominância completa.
Vamos conferir um exemplo com a planta conhecida como boca-de-leão:
há uma planta homozigota que produz flores vermelhas e outra planta
homozigota que produz flores brancas. Contudo, quando a planta é
heterozigota, em vez de um pigmento ser dominante em relação ao
outro, ocorre a expressão de uma nova coloração. Já que existe a
expressão dos pigmentos brancos e rosas em proporções menores, o
heterozigoto expressa a cor rosa, caracterizada pela dominância
incompleta. Quando Mendel priorizou, em seus estudos, dois alelos dos
genes das ervilhas, constatou que muitos genes são determinados por
alelos múltiplos (um fenômeno conhecido como polialelia), a fim de
definir uma característica.
Verificamos essa ideia ao analisar o sistema sanguíneo ABO, no qual os
três alelos múltiplos (IA, IB e i) determinam um único gene. Também
podemos citar como exemplo o processo que determina a pelagem dos
coelhos, quando são observados quatro tipos de genes alelos:
C: expressa a cor da pelagem marrom ou cinza escuro, do coelho
aguti ou selvagem.
Cch: expressa a cor da pelagem cinza prateada, do coelho
chinchila.
Ch: expressa a cor da pelagem branca, com algumas regiões do
focinho e patas escuras, do coelho himalaia.
Ca: expressa a cor da pelagem completamente branca, do coelho
albino.
Contudo, é importante ressaltar que no contexto de alelos múltiplos há
uma dominância entre os alelos. No caso da pelagem, a dominância
pode ser expressa da seguinte forma: C > Cch > Ch > Ca.
Figura 1 | Dominância incompleta na espécie boca-de-
leão. Fonte: Griffiths et al. (2016, p. 194).
Nota: na planta boca-de-leão, o heterozigoto é rosa, intermediário entre
os dois homozigotos (o vermelho e o branco). O heterozigoto rosa
demonstra dominância incompleta.
Há variações nas quais os genes possuem alelos que impedem a
sobrevivência do indivíduo homozigoto ou heterozigoto. Na
acondroplasia ou nanismo, doença ocasionada por uma mutação
genética, os indivíduos apresentam pernas e braços mais curtos em
relação ao tronco e à cabeça. Nesse quadro, quando os genes
aparecem em homozigose dominante, acontece a morte do embrião
antes mesmo do nascimento, provocada pelos chamados genes letais.
Caso o gene expresse apenas um alelo, ocorre o nanismo.
A pleiotropia se manifesta quando várias características diferentes são
afetadas por um par de alelos (gene), distinguindo-se das interações
gênicas, nas quais, em geral, vários genes determinam uma única
característica. Nos humanos, podemos exemplificar a pleiotropia com a
doença fenilcetonúria, caracterizada por uma falha cromossômica na
tradução de uma enzima que auxilia no metabolismo do aminoácido
fenilalanina no fígado, o que provoca diminuição na capacidade
intelectual do indivíduo, redução da pigmentação da pele e minimização
na quantidade de pelos. A anemia falciforme, que atinge os glóbulos
vermelhos, desencadeando uma alteração anatômica e acarretando
uma série de problemas, também é considerada uma pleiotropia.
Existem outras variações da herança mendeliana, como penetrância,
expressividade, heterogeneidade alélica, e todas elas têm
características distintas do comportamento dos alelos de um gene. Em
relação aos padrões clássicos e não clássicos da herança mendeliana, é
importante que casais portadores, afetados ou que tenham casos de
doenças genéticas na família procurem por auxílio médico, a partir do
aconselhamento genético, a fim de que recebam orientação, caso
desejem ter filhos.
Vamos Exercitar?
Com base nos conhecimentos adquiridos ao longo desta aula, você
conseguirá resolver a situação-problema apresentada anteriormente.
Como C.J.N., o homem do casal, é daltônico, foi investigada a
probabilidade de que os filhos dos pacientes sejam portadores ou
afetados pela doença hereditária. Ao analisar o histórico familiar,
descobriu-se que o avô materno de C.J.N. também era daltônico. Os
avós maternos de C.J.N. tiveram três filhos (um menino e duas meninas,
todos sem disfunções genéticas, aparentemente). Uma dessas filhas é a
mãe de C.J.N., que se casou com o pai de C.J.N., o qual também não
era daltônico. C.J.N. nasceu daltônico. Sua única irmã realizou o teste
genético e descobriu ser portadora do gene do daltonismo. A mulher de
C.J.N. não apresentou o alelo recessivo para o daltonismo em seu
genótipo.
Diante dessa situação, como você construiria o heredograma do casal,
tomando como base o histórico familiar de C.J.N., para demonstrar a
probabilidade de o terceiro filho ser portador ou afetado pelo
daltonismo? E como explicar o fato de que C.J.N. nasceu com a doença
hereditária do daltonismo mesmo que seus pais não tenham sido
daltônicos? Além disso, no caso da síndrome de Down, constatou-se
que se trata de uma doença genética não hereditária. Como você
esclareceria essa ocorrência na família?
O daltonismo é um distúrbio ou anomalia visual caracterizado por uma
dificuldade ou alteração na capacidade de o indivíduo distinguir
determinadas cores, principalmente as cores verde e vermelho. A
mutação ocorre em genes encontrados na parte homóloga do
cromossomo X, configurando-se, portanto, como uma condição genética
hereditária recessiva. Trata-se de uma herança ligada ao sexo ou ao
cromossomo X. Cabe lembrar que, para a mulher apresentar o
daltonismo, ela precisa necessariamente ter dois alelos com mutação
em homozigose, diferentemente dos homens, para os quais basta um
alelo recessivo com a mutação herdada da mãe, uma vez que eles
apresentam somente um cromossomo X. Confira o Quadro 3, a seguir. 
Quadro 3 | Daltonismo
Nota: o alelo dominante é o D, correspondente à visão normal, e o alelo
recessivo é o d, correspondente ao daltonismo.
Figura 2 | Heredograma
Indivíduo Genótipo Fenótipo
 
♀ XDXD ou XDXd Visão normal
♀ XdXd Daltônico
♂ XDY Visão normal
♂ XdY Daltônico
A mãe de C.J.N. é portadora do gene para o daltonismo, mas não é
afetada. Ela transferiu o alelo recessivo do daltonismo para C.J.N., que
acabou sendo afetado pelo distúrbio. Por se tratar de uma herança
ligada ao cromossomo X, todas as filhas mulheres que o casal tiver
receberão o alelo recessivo do daltonismo, tornando-se portadoras do
distúrbio. Elas poderão transferir essa herança para as gerações
seguintes. No entanto, como a mulher de C.N.J. não é portadora do
alelo recessivo para daltonismo, todos os filhos homens que o casal tiver
não serão afetados pelo distúrbio.
Já a síndrome de Down, também conhecida como trissomia do 21, é
causada pela presença de um cromossomo extra no par 21. Tal
condição genética pode acometer indivíduos 100% saudáveis em
qualquer idade, originando-se de erros no processo de divisão celular.
São raros os casos em que essa doença é provocada por uma herança
genética do tipo translocação Robertsoniana. Um dos riscos que
aumentam a probabilidade de uma criança nascer com a síndrome de
Down relaciona-se à idade da mãe: a partir dos 35 anos, as chances de
alterações cromossômicas se tornam maiores. Mas atualmente o
número de mulheres que desejam ter filhos após os 35 anos é bem
expressivo, e já existem outros exames e acompanhamentos para
promover o sucesso da gravidez e o diagnóstico precoce de qualquer
alteração cromossômica que possa acontecer. Como o casal da
situação-problema não foi diagnosticado como portador da translocação
Robertsoniana, é difícil predizer a probabilidade de um futuro filho do
casal ser afetado novamente pela síndrome de Down. Para uma
resposta acurada, fazem-se necessários outros exames. Além disso, é
importante dar continuidade ao acompanhamento de especialistas
durante a gestação.
Saiba Mais
O processo que avalia os riscos, a ocorrência ou recorrência de doenças
genéticasem uma família é executado por especialistas em genética
clínica por meio do aconselhamento genético. O profissional que
acompanha a pessoa ou casal que pretende ter filhos solicita vários
exames, incluindo testes genéticos e exames de cromossomos, com o
intuito de verificar a probabilidade de ocorrência de uma doença
genética na família. Isso é importante para promover a orientação
adequada sobre possíveis tratamentos ou opções para lidar com
potenciais problemas. Podem-se investigar as possibilidades de os pais
transmitirem alguma malformação ou patologia para o futuro bebê. Além
dos exames solicitados, é feito um levantamento do histórico familiar
para analisar a herança de uma doença genética e a probabilidade de
ela ocorrer. Mas será que todo mundo deve passar por um
aconselhamento genético antes de ter filhos? Não necessariamente. O
aconselhamento genético é indicado em algumas situações específicas,
como: casais consanguíneos, cujo risco de gerar uma criança com
algum distúrbio genético é maior; casais com histórico familiar de
doenças genéticas; suspeitas de câncer hereditário; casos repetidos de
aborto; ou infertilidade. Quando algum risco é detectado, não significa
que o casal não poderá ter filhos, mas os pacientes serão orientados
para lidar com possíveis problemas. Em alguns casos, recomendam-se
tratamentos ou somente medidas de precaução. Em outros, o teste pode
detectar, por exemplo, doenças para as quais ainda não há cura e que
poderão se manifestar somente em uma idade mais avançada.
Para explorar mais informações sobre esse tema, sugiro a leitura do
capítulo 5, intitulado “Herança monogênica: tipos e variações na
expressão dos genes”, do livro Genética humana, cujo link de acesso
está disponível a seguir.
BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética humana. 3. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2013.
Referências Bibliográficas
BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética humana. 3. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2013. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/p
ageid/147. Acesso em: 26 abr. 2024.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/pageid/147
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/pageid/147
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/pageid/147
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/.
Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 10.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
SCHAEFER, G. B.; THOMPSON JR., J. N. Genética médica: uma
abordagem integrada. Porto Alegre: Artmed/Grupo A, 2015. Disponível
em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/p
ageid/148. Acesso em: 25 abr. 2024.
Encerramento da Unidade
INTRODUÇÃO À BIOLOGIA
MOLECULAR E GENÉTICA
Videoaula de Encerramento
Olá, estudante! Nesta videoaula recordaremos algumas informações
importantes relacionadas à genética, a fim de entender os conceitos
básicos que nos permitem assimilar o surgimento de diferentes eventos
que ocorrem nos seres vivos. Aprendemos que as proteínas são
essenciais para o funcionamento do organismo, mas quem é
responsável pela síntese de proteínas, pela formação de moléculas e
por tantas outras funções desenvolvidas nas células? O que faz um
organismo apresentar características semelhantes às dos seus
descendentes? Como é possível comprovar a paternidade por meio do
exame de DNA? Essas são algumas das perguntas que você conseguirá
responder após este conteúdo. Preparado? Vamos lá!
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/pageid/148
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Ponto de Chegada
Para desenvolver as competências associadas a esta unidade de
aprendizagem, que são “Compreender e diferenciar as fases do ciclo
celular, da diferenciação celular e da morte celular programada.” e
“Compreender os conceitos relacionados a informações genéticas e à
hereditariedade em conjunto com os processos que envolvem a
replicação, transcrição e tradução.”, é preciso saber, antes de tudo, que
é o DNA é a molécula mestra da hereditariedade, a qual contém as
informações genéticas que determinam as características de um
organismo. Portanto, é uma estrutura fundamental para o entendimento
de toda a base da genética. Durante o ciclo celular, o DNA é replicado
na fase S da interfase, garantindo que cada célula-filha receba uma
cópia completa do material genético. Na mitose, as células-filhas
resultantes são geneticamente idênticas à célula-mãe, já que o DNA é
distribuído de maneira exata entre elas. Na meiose, que ocorre em
células germinativas, o DNA é recombinado e redistribuído para gerar
células haploides, com metade do número de cromossomos, os quais
são essenciais para a reprodução sexual.
Entender a relação entre as moléculas de ácidos nucleicos, como o DNA
e o RNA, e os processos celulares, como a mitose e a meiose, é
indispensável para saber como surge a hereditariedade e de que modo
as características são transmitidas de geração em geração.
Agora, vamos relacionar esses processos com as leis de Mendel.
Gregor Mendel foi um pioneiro no estudo da hereditariedade, e suas leis
são a base da genética moderna. A primeira lei, a da segregação
independente dos alelos, explica como os alelos (diferentes formas de
um gene) são segregados durante a formação dos gametas na meiose.
A segunda lei, a da distribuição independente dos fatores, descreve
como diferentes genes são herdados independentemente uns dos
outros, em função da segregação independente dos cromossomos
homólogos ao longo da meiose.
Por fim, devemos considerar os padrões clássicos e não clássicos da
herança monogênica. Nos padrões clássicos, como os descritos por
Mendel, um único par de genes determina uma característica, e os
alelos seguem as leis mendelianas de segregação e distribuição.
Entretanto, existem padrões não clássicos de herança, como a
codominância, a dominância incompleta e a herança ligada ao sexo, que
envolvem interações mais complexas entre os genes e os alelos.
Em resumo, as moléculas de ácidos nucleicos, como o DNA e o RNA,
desempenham um papel fundamental no ciclo celular, influenciando
diretamente processos como a mitose e a meiose. Esses processos, por
sua vez, estão intimamente ligados às leis de Mendel e aos padrões de
herança, fornecendo subsídios para compreendermos a hereditariedade
e a transmissão das características de uma geração para outra.
Espero que você tenha assimilado os conteúdos que analisamos e que
este conteúdo tenha esclarecido suas dúvidas e contribuído para o seu
entendimento sobre esse tema fascinante da biologia.
É Hora de Praticar!
Para contextualizar sua aprendizagem, imagine a seguinte situação:
uma menina de 7 anos precisa encontrar urgentemente um doador
compatível para realizar um transplante de medula óssea. A sua vida
depende de uma possível compatibilidade genética com um doador. A
criança já está há um ano tratando uma leucemia aguda. Depois de lidar
com a análise de mais de 5 milhões de doadores, todos incompatíveis, a
família da menina segue realizando campanhas para que mais pessoas
tornem-se doadoras, na esperança de encontrar alguém compatível ou
de gerar mais oportunidades de cura para outros pacientes na mesma
situação. Os médicos estão com expectativas muito positivas, pois os
pais da paciente, diante de toda essa luta para salvar a vida da filha,
resolveram ter um novo bebê, o qual já está a caminho (a mãe está no
8º mês de gravidez), o que aumenta as chances de compatibilidade.
Diversas campanhas são veiculadas anualmente em busca de novos
doadores e para promover a atualização de cadastro de doadores
antigos, pois muitas vidas dependem de transplantes, mesmo que as
chances de compatibilidade entrepessoas desconhecidas sejam muito
pequenas.
Considerando esse contexto, imagine que você, como profissional da
saúde, tenha participado de uma das etapas de atendimento à menina
em um serviço de saúde. Você teve contato com os cuidadores da
paciente e foi questionado, pelo pai da garota (o qual gostava de ler e
aprender mais sobre a doença que havia acometido sua filha), sobre a
importância desse transplante, relacionando-o à diferenciação celular.
Qual a relevância das células da medula óssea para o organismo? E por
que os médicos estão esperançosos por um resultado positivo diante do
nascimento do novo bebê?
Reflita
Para consolidar o que foi apreendido durante as aulas, reflita sobre as
seguintes questões:
Como as características genéticas são transmitidas de geração em
geração, considerando os processos celulares da mitose e da
meiose, bem como as leis de Mendel?
Explique a importância da replicação do DNA durante o ciclo celular
e de que maneira esse processo contribui para a hereditariedade.
Quais são as diferenças fundamentais entre os padrões clássicos e
não clássicos da herança monogênica? Como esses padrões
influenciam a expressão de características genéticas?
Resolução do estudo de caso
Nessa situação-problema, o pai de uma paciente com leucemia aguda
questionou você, um profissional da saúde, quanto à importância de um
transplante de medula óssea, relacionando-o à diferenciação da célula.
Qual a relevância das células da medula óssea para o organismo? E por
que os médicos estão esperançosos por um resultado positivo no
tratamento da paciente com leucemia diante do nascimento de um novo
bebê na família?
Para responder aos questionamentos do pai, primeiro você precisa
compreender a importância da medula óssea para o nosso organismo.
Essa estrutura é responsável pela produção das nossas células
sanguíneas, tanto as hemácias (glóbulos vermelhos) quanto as
plaquetas, bem como das células de defesa do nosso organismo,
chamados de leucócitos (glóbulos brancos). Essas células são
renovadas continuamente a partir do ciclo celular. Quando a produção
normal dessas células sanguíneas é comprometida por alguma aplasia
ou síndrome de imunodeficiência congênita, o transplante de medula
óssea se torna necessário ao paciente, pois as células doentes se
multiplicam rapidamente, acumulando-se e substituindo as células
normais saudáveis, o que prejudica todo o organismo.
As células-tronco são células com alto potencial para se renovar e se
diferenciar em qualquer tipo celular, sendo utilizadas no tratamento de
várias doenças. Podem ser classificadas em diversos tipos. As células-
tronco hematopoéticas (células-tronco adultas), encontradas na medula
óssea, estão relacionadas à produção dos elementos que compõem o
sangue. O transplante consiste em transferir células, substituindo as
células doentes por células normais, com o objetivo de reconstruir uma
nova medula óssea saudável. Para tanto, é preciso que haja
compatibilidade entre o doador e o receptor, senão a medula é rejeitada.
A compatibilidade é testada em laboratórios por meio da análise de
genes específicos, encontrados no cromossomo 6. De acordo com as
leis da genética, as chances de o doente encontrar um doador
compatível entre irmãos de mesmo pai e mãe são de 25% (muito maior).
Com isso, podemos entender o entusiasmo dos médicos com o
nascimento do bebê, já que as células retiradas do próprio cordão
umbilical da criança poderão salvar a vida da irmã. Vale lembrar que
essas células também são consideradas células-tronco adultas, com
potencialidade e capacidade de ação bem menores do que as células-
tronco embrionárias.
Você percebeu como os conceitos básicos da biologia celular podem ser
importantes na sua futura atuação como profissional da saúde? Espero
que sim! Continue se dedicando aos seus estudos, pois você utilizará os
conhecimentos obtidos em muitas outras situações durante o seu dia a
dia no trabalho.
Dê o play!
Assimile
O infográfico a seguir ilustra como os ácidos nucleicos, o ciclo celular, as
leis de Mendel e a hereditariedade estão interconectados. Logo, o
domínio desses conceitos permitirá uma compreensão abrangente sobre
a transmissão de características genéticas.
Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto
Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/.
Acesso em: 24 abr. 2024.
BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética humana. 3. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2013. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/p
ageid/147. Acesso em: 26 abr. 2024.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/pageid/147
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788565852906/pageid/147
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/.
Acesso em: 27 mar. 2024.
SCHAEFER, G. B.; THOMPSON JR., J. N. Genética médica: uma
abordagem integrada. Porto Alegre: Artmed/Grupo A, 2015. Disponível
em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/p
ageid/148. Acesso em: 25 abr. 2024.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/pageid/148
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788580554762/pageid/148pela superenrolação seja liberada. Por
outro lado, as topoisomerases tipo II geram quebras temporárias em
ambas as cadeias de DNA, possibilitando que o DNA seja girado em
torno de si mesmo e que a superenrolação seja relaxada. Essas ações
das topoisomerases são essenciais para manter a estabilidade do DNA
durante a replicação e garantir que a helicase e outras enzimas
envolvidas na replicação tenham acesso irrestrito ao DNA, assegurando
uma replicação precisa e eficiente do genoma. Com as fitas de DNA
separadas, a DNA polimerase pode atuar catalisando a adição de
nucleotídeos à nova cadeia de DNA, formando ligações fosfodiéster
entre os nucleotídeos adjacentes. Dessa maneira, à medida que a DNA
polimerase avança ao longo da fita-molde no decorrer da replicação, ela
adiciona nucleotídeos complementares à nova cadeia de DNA,
compondo uma fita polinucleotídica, que é uma cópia exata da fita-molde
original. Contudo, a DNA polimerase não consegue iniciar a adição de
nucleotídeos para formar a nova fita; ela necessita de um segmento
curto de RNA ou DNA, conhecido como primer, para começar a
adicionar nucleotídeos à fita-molde. O primer é sintetizado pela enzima
primase, que cria um pequeno segmento de RNA complementar à fita-
molde de DNA. Esse primer serve como ponto de partida para a DNA
polimerase. Uma vez que ele tenha sido adicionado, a DNA polimerase
se torna capaz de adicionar nucleotídeos complementares à fita-molde,
formando uma nova cadeia de DNA. Outra particularidade da DNA
polimerase é o fato de que ela adiciona nucleotídeos à extremidade 3'-
OH de uma fita de DNA existente. Isso significa que ela pode apenas
alongar a nova fita de DNA na direção 5' - 3'. Como a replicação do DNA
ocorre nas duas fitas simultaneamente e as fitas de DNA são
antiparalelas, a síntese das novas cadeias de DNA acontece de modos
distintos em cada uma das fitas. Em uma das fitas, a DNA polimerase é
capaz de sintetizar continuamente uma nova cadeia de DNA na direção
5' - 3', seguindo o movimento da forquilha de replicação. Essa fita é
conhecida como fita contínua. No entanto, na outra fita a DNA
polimerase não pode sintetizar continuamente por causa da orientação
antiparalela das fitas de DNA. Nesse caso, a síntese do DNA ocorre de
forma descontínua em pequenos fragmentos, chamados de fragmentos
de Okazaki. A DNA polimerase sintetiza esses fragmentos em direção à
forquilha de replicação, mas, como a fita de DNA é antiparalela, ela tem
que “pular” repetidamente para a extremidade 3'-OH do primer recém-
sintetizado para adicionar o próximo nucleotídeo. Esses fragmentos de
Okazaki são posteriormente ligados por outra enzima, chamada de DNA
ligase, a fim de formar uma única fita contínua. Para entender esse
processo de maneira adequada, observe a Figura 1, a seguir.
Figura 1 | Replicação do DNA. Fonte: adaptada de Wikimedia Commons.
Transcrição do DNA
Após a replicação, acontece o processo de transcrição, no qual a
informação genética contida em uma sequência específica de DNA é
transcrita para formar moléculas de RNA. Esse RNA formado, conhecido
como RNAm, carrega a informação genética do DNA, que está no
núcleo, para o citoplasma, onde será utilizado na síntese de proteínas,
em um processo denominado tradução. Durante a transcrição, a enzima
RNA polimerase se liga ao DNA na região conhecida como promotor,
que é uma sequência específica de nucleotídeos próxima ao gene a ser
transcrito, e desenrola a dupla hélice de DNA, iniciando a síntese do
RNA a partir de um dos filamentos de DNA, conhecido como fita-molde.
Esse processo é chamado de iniciação. Na próxima etapa, denominada
elongação, a RNA polimerase adiciona nucleotídeos complementares à
fita-molde de DNA, seguindo as regras de complementaridade de bases
(A-U, C-G). À medida que avança ao longo do DNA, a RNA polimerase
desenrola mais da dupla hélice e sintetiza uma molécula de RNA
complementar. A transcrição continua até que a RNA polimerase alcance
uma sequência de terminação no DNA. Nesse ponto, a RNA polimerase
e o RNA recém-sintetizado são liberados, e a dupla hélice de DNA se
reconstitui. Essa última etapa é denominada fase de terminação. Após a
transcrição, o RNAm pode ser processado para formar um RNA maduro,
o qual consegue ser traduzido em proteínas. Durante o processo de
transcrição, são produzidos todos os três tipos principais de RNA
(RNAm, RNAt e RNAr), cada um com funções específicas na síntese de
proteínas e na regulação da expressão gênica. Todo esse processo
acontece no núcleo celular.
Siga em Frente...
Tradução: síntese de proteínas
A tradução é o processo pelo qual a informação contida no RNAm é
utilizada para sintetizar uma proteína específica. Ocorre nos ribossomos,
estruturas celulares encontradas no citoplasma das células. Durante o
processo de tradução, os nucleotídeos no RNAm são agrupados em
combinações de três nucleotídeos consecutivos, conhecidos como
códons. Cada códon corresponde a um aminoácido específico que será
incorporado à cadeia polipeptídica em formação. As regras que
especificam a qual códon do ácido nucleico corresponde um
determinado aminoácido são conhecidas como código genético. Dos 64
códons possíveis, três são códons de terminação (UAA, UAG e UGA),
que sinalizam o fim da síntese de proteínas. Os 61 códons restantes
codificam os 20 aminoácidos que são incorporados às proteínas durante
a tradução. É importante lembrar que um dos códons (AUG) codifica o
aminoácido metionina e também funciona como um códon de iniciação,
sinalizando o início da tradução. Outro fato bastante interessante é que
vários códons diferentes podem codificar o mesmo aminoácido e, por
isso, o código genético é chamado de degenerado. Por exemplo, o
aminoácido alanina pode ser codificado pelos códons GCU, GCC, GCA
e GCG. No entanto, o código não é ambíguo, já que cada códon
corresponde sempre a um único aminoácido. No processo de tradução,
o RNAm sintetizado durante a transcrição como uma cópia
complementar de um segmento específico do DNA contém os códons
que especificam a sequência de aminoácidos na proteína a ser
sintetizada nos ribossomos. O ribossomo se liga ao RNAm na região do
códon de iniciação. Ao mesmo tempo, o ribossomo também se liga a um
RNAt. O ribossomo se desloca ao longo do RNAm, lendo os códons em
sequência. A cada códon, um RNAt carregando o aminoácido
correspondente se liga ao códon no ribossomo. O aminoácido no RNAt
é, então, adicionado à cadeia polipeptídica em crescimento por uma
ligação peptídica. Assim, o ribossomo passa a se deslocar ao longo do
RNAm, movendo-se de um códon para o próximo e adicionando
aminoácidos à cadeia polipeptídica até que um códon de terminação
seja alcançado. O fim do processo de tradução ocorre quando o
ribossomo encontra esse códon de terminação no RNAm. Nesse
momento, fatores de liberação se ligam ao ribossomo, levando à
liberação da cadeia polipeptídica recém-sintetizada do ribossomo. O
RNAm e os componentes do ribossomo também se dissociam, e o
processo de tradução é finalmente concluído. Para realmente entender o
processo de tradução, observe a Figura 2, a seguir.
Figura 2 | Tradução do RNAm.Fonte: Wikimedia Commons.
Agora que você já conheceu as principais características dos ácidos
nucleicos, verificando sua estrutura e atribuições, e entendendo que eles
desempenham papéis fundamentais em processos como replicação,
transcrição e tradução, você será capaz de compreender a importância
de dominar esse tema para assegurar uma boa atuação profissional.
Vamos Exercitar?
Agora que você já aprendeu mais detalhes a respeito do material
genético que compõe as células, vamos resolver a situação-problema
apresentada no início desta aula.
O contexto do casal que procurou a clínica de aconselhamento genético
na qual você trabalha com o intuito de planejar uma possível terceira
gestação foi descrito da seguinte forma:
A mulher, que tem 35 anos, olhos verdes, cabelos castanho-claros e
lisos, aparentemente não apresenta distúrbios genéticos. Ela teve dois
filhos com o seu marido,de 38 anos, que tem olhos castanhos, cabelos
castanhos e lisos, e é daltônico. A primeira filha do casal, que está com 6
anos, é loira, tem o cabelo encaracolado, olhos azuis e aparentemente
não apresenta disfunções genéticas. No entanto, o segundo filho do
casal é uma pessoa com síndrome de Down, tem 3 anos, olhos
castanhos e cabelos lisos e castanhos. O casal quer ter mais um filho,
mas, pelo fato de possuírem histórico de anomalias genéticas na família,
resolveu investigar as probabilidades de uma gestação normal.
Como você explicaria aos pacientes a importância de fazer o
mapeamento genético de ambas as partes para verificar seus
respectivos cariótipos? E como poderia descrever as diferenças
existentes no genótipo e fenótipo do casal e de seus filhos?
Primeiro, é importante explicar aos pais que o teste genético pode ser
efetuado a partir de uma pequena amostra de sangue, é indolor e o
resultado pode demorar alguns dias. O mapeamento genético é utilizado
para auxiliar no diagnóstico precoce de possíveis doenças, além de
fornecer evidências de características hereditárias, o que permite
descobrir a origem dessas propriedades nos antepassados dos
pacientes. Ao se submeter à realização do mapa genético, o casal
conhecerá as probabilidades de possíveis riscos para a prole, visto que
os pacientes já têm casos de alterações genéticas registrados. É
importante ressaltar que toda a informação genética de um ser vivo, uma
pessoa, é armazenada no DNA dela, o qual é transmitido aos seus
descendentes. Como aprendemos, esse material genético é transmitido
durante a divisão celular. No caso das células animais, é transmitido por
meio da meiose, quando as células-filhas recebem uma parte do
material genético da célula original, para que, quando sofrer a
fecundação, o zigoto (novo embrião que se desenvolverá) receba uma
parte do material genético da mãe e uma parte do material genético do
pai. Os genes são sequências (partes) desse DNA responsáveis por
desenvolver as características de um ser vivo, compondo o genoma do
organismo em questão, que varia de um para outro. O genoma humano
é composto por 23 pares de cromossomos autossômicos e um par de
cromossomos sexuais. Os cromossomos representam uma molécula de
DNA associado a proteínas, e o conjunto desses cromossomos constitui
o cariótipo. A partir da análise do cariótipo, que comporta a informação
hereditária contida no DNA, podem-se determinar possíveis alterações
cromossômicas ocasionadas por mutações que poderão ser transmitidas
geneticamente.
Em relação ao genótipo e fenótipo dos filhos do casal, eles são
diferentes. As características externas, visíveis, determinadas pela
aparência do indivíduo, são as características fenotípicas, as quais estão
relacionadas às características genotípicas e à interação do meio
ambiente. A cor dos olhos e dos cabelos pode ser explicada por meio do
genótipo, da constituição dos genes herdados dos progenitores, mas, ao
longo do tempo, assim como a cor da pele, podem sofrer alterações. Já
o genótipo, como representa a constituição genética dos pacientes,
corresponde aos genes que eles possuem. Logo, não é alterado. O filho
mais novo do casal possui uma alteração genética que modifica o
genoma de um ser humano sem anomalia. Essa criança possui 47
cromossomos, um cromossomo a mais do que o cariótipo de um ser
humano dito normal, com 46 cromossomos.
Desse modo, conseguimos explicar ao casal a importância do
mapeamento genético, o que nos ajuda a esclarecer de onde a filha
herdou o olho azul, a probabilidade de um próximo filho nascer daltônico
como o pai, entre outras informações.
Saiba Mais
O DNA é a molécula mestra da vida, que carrega as instruções
genéticas essenciais para todos os organismos vivos. Sua estrutura em
dupla hélice composta por nucleotídeos revela uma complexidade
fascinante. Essa molécula desempenha um papel fundamental na
hereditariedade, na determinação das características individuais e na
regulação dos processos celulares. Entender sua estrutura e atribuições
é crucial para desvendar os segredos da vida e da biologia molecular.
Para explorar mais informações sobre esse tema, recomendo a leitura
do capítulo 6, intitulado “Replicação, reparo e recombinação de DNA”,
do livro Fundamentos da biologia celular, cujo link está disponível a
seguir.
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2017.
Referências Bibliográficas
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto
Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/.
Acesso em: 24 abr. 2024.
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula. 4. ed. Barueri,
SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/.
Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 10.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Aula 2
CICLO CELULAR
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788582714065/pageid/224
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
Ciclo celular
Olá, estudante! Nesta videoaula você conseguirá explorar os intricados
processos do ciclo celular, que incluem a mitose e a meiose, suas
características gerais e importância para o funcionamento celular. Nesse
contexto, será possível compreender os eventos essenciais para o
crescimento, desenvolvimento e reprodução dos organismos. O domínio
desse conteúdo pode auxiliar a sua atuação em diagnósticos,
tratamentos e desenvolvimento de novas terapias. Prepare-se para
desvendar os segredos da vida e aprimorar seus conhecimentos!
Ponto de Partida
Todos os organismos vivos passam por um ciclo que envolve diversas
transformações para a manutenção da vida. É preciso desenvolver-se,
crescer, reproduzir-se e manter-se, até que se deixe de existir. O mesmo
acontece com as células; elas passam pelo ciclo celular, e estudaremos
em detalhes cada uma de suas fases e os processos que as integram.
Além disso, compreenderemos o processo de divisão celular utilizado
para quase todas as necessidades de um organismo, o qual permite a
manutenção e a renovação de células, produzindo cópias idênticas (a
mitose). Ao mesmo tempo, pensando em reprodução, investigaremos a
meiose, processo existente em organismos que fazem a reprodução
sexual, como os seres humanos. A partir da fecundação, há a formação
de um zigoto, o qual iniciará a constituição e o desenvolvimento de uma
nova vida. Também conheceremos o processo de diferenciação celular,
verificando como uma célula cujo material genético é idêntico ao de
outra pode adquirir funções distintas. E, claro, assim como as células se
multiplicam e se diferenciam, para que seja mantida a homeostase ou
equilíbrio dos organismos, alguns mecanismos são extremamente
necessários, como a morte celular programada. Talvez lhe pareça
estranho pensar em como se daria uma morte programada, mas saiba
que ela é essencial para eliminar células danificadas ou que deixam de
ser úteis ao organismo. Trata-se de um mecanismo diretamente
relacionado ao surgimento de tumores e outras patologias. As doenças
autoimunes também são influenciadas por esse processo.
Como uma ferramenta de auxílio ao processo de conhecimento, vamos
analisar uma situação-problema na intenção de aproximar os conteúdos
teóricos da prática profissional.
Vamos acompanhar a aula de um professor de Biologia Celular que está
discutindo com seus alunos sobre os efeitos das instabilidades
ambientais, como a poluição do ar à qual estamos expostos e que, em
determinadas situações, gera prejuízos à saúde humana. Apesar de as
células conseguirem tolerar pequenas variações sem sofrer tantos
danos, muitas vezes elas não são capazes de manter o seu
funcionamento íntegro, o que pode desencadear inúmeras doenças.
Dando continuidade ao temacentral da aula, os alunos estavam
conversando a respeito do câncer, que, de acordo com dados da
Organização Mundial da Saúde (OMS), é a segunda principal causa de
morte em nível global, sendo o câncer de pulmão um dos mais
prevalentes. Nesse momento, um dos discentes relatou a história de seu
tio. Este tinha 57 anos quando começou a emagrecer muito, a sentir
dores nos ombros e nos joelhos, e vinha lidando com muitas tosses
secas e dificuldade para respirar, mesmo quando fazia atividades de
médio esforço. Esse quadro o prejudicou no desempenho de algumas
de suas tarefas no trabalho. Ele foi diagnosticado com câncer de pulmão
e começará o tratamento com quimioterapia.
Diante desse fato, como você explicaria ao professor de que maneira o
câncer está relacionado ao ciclo celular, aos processos de mitose e
meiose, e, até mesmo, à morte celular e à diferenciação das células?
Vamos Começar!
Todas as células têm capacidade de crescer e se reproduzir, e a única
forma de uma célula se reproduzir é duplicando uma célula já existente.
Para que se reproduzam, as células executam uma série de eventos
organizados de maneira cíclica. Há um aumento coordenado das
substâncias e moléculas em seu interior, incluindo o seu material
genético, que é duplicado e posteriormente dividido. Esse mecanismo é
conhecido como ciclo celular, ou ciclo de divisão celular, o qual é
essencial para a manutenção e geração de vida. Trata-se do método
pelo qual os seres vivos se reproduzem.
Organismos unicelulares produzem um novo organismo a cada divisão
celular, como é o caso das bactérias e leveduras. Já para que os
organismos pluricelulares formem um indivíduo funcional, fazem-se
necessárias sucessivas sequências de divisões celulares, tanto durante
o período embrionário quanto no decorrer de todo o seu
desenvolvimento, contemplando a fase adulta. Nos eucariontes, cada
divisão celular produz milhares de células requeridas para a
sobrevivência, pois, assim como um tecido ou um órgão é composto por
inúmeras células, a proliferação celular é responsável não apenas pela
reprodução, mas também pela manutenção do organismo. Por meio da
multiplicação celular, é possível repor células que estejam danificadas
ou que por algum motivo tenham sofrido apoptose (morte celular
programada). A divisão celular mantém um volume característico e
constante das células em nosso organismo, regulando o equilíbrio entre
a proliferação de células e a sua morte programada. Com o intuito de
preservar seu tamanho a cada divisão, as células não duplicam somente
o material genético, como também podem duplicar organelas e
macromoléculas, coordenando o crescimento e o volume da massa
celular, para que as células não fiquem menores no decorrer de
inúmeras divisões. A duração do processo de divisão celular depende do
tipo de célula e do tempo que ela demanda para dobrar de tamanho e
manter a massa celular, sem diminuir o seu tamanho ou ampliá-lo. Esse
fator é controlado durante o ciclo celular em momentos específicos.
Vamos entender como funciona esse processo?
Fases do ciclo de divisão celular
O ciclo celular envolve uma série de eventos, os quais abrangem desde
o crescimento e desenvolvimento de uma célula, a formação da célula-
mãe por meio da divisão (duplicação do material genético – DNA) até a
posterior reprodução que origina duas células-filhas (cópias
geneticamente idênticas à célula original), as quais, ao serem formadas,
podem dar início ao ciclo novamente. O processo é dividido basicamente
em duas fases: a interfase (etapa em que a célula cresce e faz a cópia
do seu DNA) e a mitótica (etapa em que a célula se divide em duas
novas células, contendo DNA). Que tal desvendarmos como se
desenvolvem essas fases nas células eucariontes?
Iniciaremos com a interfase, uma fase essencial para que a divisão
celular ocorra, encontrando-se em um estágio intermediário entre uma
fase mitótica (M) e a próxima. Nessa etapa, a célula está em
crescimento, com uma intensa atividade metabólica. Diante desse
contexto, acontece a duplicação do material genético e dos
componentes da célula-mãe. Considera-se essa a fase mais longa da
divisão celular, composta por três etapas: G1, S e G2. A abreviatura G
significa “intervalo” (gap, em inglês) e a abreviatura S significa “síntese”.
A etapa G1 é caracterizada como o primeiro intervalo de tempo entre o
final da mitose (fase mitótica – M) e o início da replicação do DNA (fase
de síntese – S). Também é conhecida como período pós-mitótico ou pré-
sintético e tem duração variável de acordo com o tipo celular. É nessa
etapa que a célula copia as organelas e outros componentes celulares
que serão utilizados nas fases seguintes. Vale ressaltar que a célula
está em crescimento celular, com o seu metabolismo celular normal. A
etapa S é entendida como a fase mais longa, na qual ocorrem a síntese
do DNA (replicação) e a duplicação do centrossomo. Lembra-se dele? É
aquela estrutura que organiza os microtúbulos e ajuda a separar o
material genético na fase mitótica.
O segundo intervalo, etapa G2, é marcado pela síntese de proteínas e
dos microtúbulos. Nesse momento, a célula organiza o seu conteúdo,
preparando-se para a fase seguinte. Também ocorre a duplicação de
cromossomos e o reparo de possíveis danos no DNA. O processo é
finalizado com o início da mitose. Em G2, a célula permanece em
crescimento.
É importante saber que durante toda a etapa de interfase acontece a
síntese de proteínas, e estruturas celulares são produzidas.
A fase mitótica (M) compreende a etapa em que a célula divide o seu
material genético (DNA) que foi duplicado, repartindo o seu conteúdo de
forma igualitária entre duas novas células-filhas. A fase M é
caracterizada por duas etapas: a mitose (ou divisão celular) e a
citocinese (ou divisão citoplasmática). Durante a mitose, os
cromossomos copiados são separados pelo fuso mitótico e se dividem
para os núcleos das células-filhas. Esse processo acontece em quatro
etapas, as quais estudaremos mais à frente: prófase, metáfase, anáfase
e telófase. A citocinese é marcada pela divisão do citoplasma da célula
em duas novas células, sendo iniciada após o término da mitose. É
válido enfatizar que essa etapa ocorre de maneiras distintas em células
animais e vegetais. A citocinese descrita anteriormente é aquela que
acontece em células animais.
A citocinese em células animais é chamada de citocinese centrípeta
(ocorre da parte periférica da célula em direção ao centro), com a
formação de um anel contrátil, formado por fibras do citoesqueleto.
Filamentos de actina e miosina compõem o sulco de clivagem, que
divide a célula em duas pelo fato de elas serem macias e moles. Já as
células vegetais, por contarem com a presença da parede celular, são
mais duras, resistentes e têm pressão interna alta. Nesse caso, o
processo é chamado de citocinese centrífuga (do centro da célula para a
periferia). Para que as células se dividam, forma-se uma estrutura
(lamela média) composta por membrana plasmática e outros elementos
da parede celular, dividindo a célula ao meio.
As células-filhas foram produzidas. Mas o que acontece com elas? Isso
dependerá muito do tipo de célula, pois alguns tipos celulares dividem-
se rapidamente, outros dividem-se de forma lenta ou não se dividem. Tal
variação acontece porque as células do nosso corpo podem ser: células
lábeis (que continuam a se multiplicar durante toda a vida), como é o
caso das células epiteliais e hematopoiéticas; células estáveis (que
geralmente não se dividem, mas têm a capacidade de proliferar-se
quando estimuladas), como as células presentes em glândulas (fígado,
pâncreas, células salivares, endócrinas e outras); e células permanentes
(que perdem a capacidade de dividir-se), como as células musculares e
células do sistema nervoso central.
As células estáveis e permanentes, por exemplo, deixam a fase G1 e
entram na fase G0, considerada uma fase de repouso. Nesse momento,
as células não estão ativas para se dividir, mas seguem com as
atividades metabólicas, desempenhandosuas funções. As células
podem continuar na fase G0 (para algumas células, esse estado é
permanente). Em outros casos, elas recebem um sinal ou estímulo e
retornam para a fase G1, de onde darão continuidade ao ciclo da divisão
celular.
O ciclo celular tem mecanismos de controle para regular os processos
de divisão celular e síntese de proteínas. Já imaginou se acontecesse
algum erro no processo e ele não pudesse ser interrompido? E se
houvesse uma proliferação descontrolada de células? Muitos problemas
podem ocorrer, os quais não somente prejudicam o funcionamento do
organismo, mas também ocasionam uma série de patologias, como a
formação de tumores. O controle é feito em pontos de verificação ou
checagem por moléculas (por exemplo, ciclinas) que atuam em pontos
de transição entre fases do ciclo celular, a fim de que uma fase não
inicie antes do término da fase anterior. Esse mecanismo também auxilia
na checagem de qualquer anomalia ao longo do processo, para que o
problema seja reparado e o ciclo possa seguir. Caso a célula não
consiga ser reparada, ela é encaminhada para o processo de apoptose,
que estudaremos mais adiante. Existem três pontos de checagem: o
primeiro está na fase G1 (final da fase G1 para a fase S); o segundo
ponto, na fase G2 (transição da fase G2 para a fase M); e, por fim, o
terceiro ponto está na fase M, antes do processo de conclusão da
mitose e início da citocinese. No final da fase G1, há o ponto de controle
conhecido como ponto de restrição (R), que impede a célula de seguir
no ciclo caso sejam verificadas condições insatisfatórias ou
desfavoráveis.
Mesmo com todos os pontos de checagem e correções dos danos às
células, durante a divisão celular podem ocorrer alterações que
interferem diretamente no número ou na estrutura dos cromossomos,
desencadeando mutações cromossômicas.
Mitose e meiose/gametogênese
A fase mitótica (M), como aprendemos, consiste no processo da divisão
celular cuja função é garantir o crescimento celular e a substituição de
células. A partir da multiplicação celular (produção de células idênticas),
essa etapa renova tecidos celulares e auxilia em processos de
cicatrização, faz o preenchimento do corpo dos organismos, além de
possibilitar a reprodução de organismos unicelulares. A mitose deve
assegurar que a célula-mãe reparta o seu material genético de forma
que cada uma das células-filhas formadas (duas) receba um par de
cromossomos, uma vez que qualquer erro nessa divisão pode levar ao
mau funcionamento da célula, à morte celular ou até mesmo ao
desenvolvimento de câncer ou de outras patologias. Esse processo
acontece em todas as células somáticas (todas as células não
reprodutivas, que formam tecidos e órgãos). Vamos entender, agora,
como ocorre cada uma das quatro etapas desse fenômeno.
Antes de iniciar a mitose, ainda na interfase, os centrômeros
(centrossomos) foram duplicados, o DNA já foi copiado e os
cromossomos presentes no núcleo encontram-se conectados às suas
cópias, chamadas de cromátides-irmãs. É nesse contexto que começa a
primeira etapa da mitose, a prófase. Nessa fase, são iniciados alguns
processos, como a condensação dos cromossomos, a formação do fuso
mitótico (composto por centrossomos e microtúbulos, organizando os
cromossomos), a fragmentação da carioteca e o desaparecimento do
nucléolo (local de formação de ribossomos). Na etapa seguinte, a
metáfase, os cromossomos atingem o seu ponto máximo de
condensação e se alinham na placa metafásica (estrutura formada na
região média da célula), estando ligados ao centrômero. É nesse
momento que surge o ponto de checagem da fase M, para verificar se
todos os cromossomos estão ligados à placa metafásica, garantindo que
a divisão das cromátides-irmãs seja feita corretamente. A anáfase é a
etapa seguinte, marcada pela separação das cromátides-irmãs, que
agora são cromossomos independentes deslocados para as
extremidades opostas da célula. É importante lembrar que esses
cromossomos independentes têm aspecto genético idêntico ao da célula
original (célula-mãe). A célula é alongada e, durante esse processo,
muitas proteínas motoras são acionadas para auxiliar na movimentação
dos cromossomos e microtúbulos. Por fim, a telófase é a etapa em que a
célula se prepara para ser dividida, estabelecendo a sua estrutura
normal à medida que a citocinese inicia a divisão. Essa fase é
caracterizada pela divisão do fuso mitótico em dois, pela formação de
dois nucléolos, pelo reaparecimento dos nucléolos e da carioteca, e pelo
início do descondensamento dos cromossomos. Ao final dessa etapa, a
mitose é encerrada.
Figura 1 | Etapas da mitose. Fonte: adaptada de Shutterstock
Mas será que todas as células se multiplicam por meio do ciclo celular
típico que acabamos de estudar? A formação de novas células, quando
envolve organismos que se reproduzem sexualmente, não apresenta um
processo cíclico. Ao contrário, ele é feito a partir da meiose, cujo objetivo
é produzir células-filhas que contenham metade dos cromossomos da
célula-mãe original. São produzidos gametas (células sexuais) que dão
origem aos espermatozoides e óvulos, como é o caso dos seres
humanos. Dessa forma, ao contrário da mitose, em que uma célula
diploide (2n) produz outra célula idêntica também diploide (2n), na
meiose a célula diploide (2n) forma quatro células-filhas haploides (n),
com a metade do número de cromossomos da célula original, em um
processo conhecido como divisão reducional. Mas lembre-se de que a
mitose pode ocorrer tanto em células diploides como em células
haploides. A divisão meiótica se assemelha à mitose em relação às
etapas, porém é um pouco mais complexa, como descobriremos a
seguir. A meiose é iniciada logo após a interfase, quando ocorre a
duplicação dos cromossomos. Essa divisão acontece por meio de duas
fases: a meiose I (fase reducional) e a meiose II (fase equacional).
Ambas as fases são divididas em quatro etapas: prófase, metáfase,
anáfase e telófase.
A prófase I é a primeira das etapas, subdividida em outras cinco etapas
caracterizadas pelos seguintes acontecimentos:
Leptóteno: os cromossomos são condensados em pontos
específicos, denominados de cromômeros.
Zigóteno: os cromossomos homólogos são emparelhados,
denominados de sinapse.
Paquíteno: consiste na observação de bivalente ou tétrade (pares
de cromossomos emparelhados). Pode ocorrer o crossing-over ou
a permutação (quando cromossomos homólogos trocam partes
entre si, o que é importante para a variabilidade genética das
espécies).
Diplóteno: início da separação dos cromossomos, com quiasmas
(pontos de cruzamento de cromátides).
Diacinese: os cromossomos homólogos se separam, e os quiasmas
são deslocados para as extremidades do bivalente, marcado pelas
terminalizações dos quiasmas. Ocorre a desintegração temporária
da carioteca. Esse é o final da prófase I.
A próxima etapa é a metáfase I, em que os cromossomos alcançam o
máximo de condensação e se ligam às fibras do fuso, dispostas na
célula na região equatorial. Logo em seguida, há a anáfase I, quando os
cromossomos homólogos migram para os polos da célula. Não havendo,
no entanto, o rompimento dos centrômeros, os cromossomos são
deslocados inteiros para os polos, diferentemente do que acontece
durante a mesma etapa na mitose. Para finalizar, na telófase I, os
cromossomos são descondensados, a carioteca volta a se formar e a
célula é dividida em duas células-filhas, cada uma contendo metade dos
cromossomos da célula original (célula-mãe). Por essa razão, tal etapa é
conhecida como fase reducional.
Na transição entre o final da meiose I e o início da meiose II, há um
intervalo de tempo conhecido como intercinese, marcado pela ausência
de duplicação do material genético. A meiose II é mais simples e
semelhante à mitose, sendo composta pelas etapas de prófase II,
metáfase II, anáfase II e telófase II. Ao final, acontece a citocinese II, em
que são formadas quatro células-filhas contendo o mesmo número de
cromossomos da célula-mãe. Por isso, essa etapa é conhecida como
fase equacional.A meiose tem grande importância no desenvolvimento da diversidade
das espécies, pois viabiliza a produção de novas combinações genéticas
graças à mistura de cromossomos paternos e maternos, que aumentam
a variabilidade genética, influenciando diretamente a seleção natural e a
evolução das espécies. Relacionado à meiose, também temos o
processo de gametogênese, que promove a formação dos gametas
masculinos e femininos, essenciais para a reprodução sexuada dos
organismos. Nos animais, os gametas masculinos são produzidos nos
testículos (espermatogênese), responsáveis pela produção dos
espermatozoides, a qual é iniciada na puberdade e permanece ativa
durante toda a vida adulta. Os gametas femininos são produzidos nos
ovários (ovogênese), responsáveis pela produção dos ovócitos maduros,
a qual é iniciada antes do nascimento. A produção dos ovócitos passa
por um período de interrupção (meiose I) e é ativado novamente na
puberdade. Entretando, a produção desses gametas é interrompida com
a idade avançada da mulher (em torno de 50 anos). Um ponto
importante que diferencia a espermatogênese da ovogênese é o número
de células produzidas após os processos de divisão celular meiose I e
meiose II. Na espermatogênese, uma célula produz, ao final, quatro
novas células (espermatozoides), enquanto na ovogênese uma célula
produz, ao final, apenas uma célula viável (óvulo), na qual são gerados
dois corpúsculos celulares que são desintegrados, um na meiose I e
outro na meiose II.
Figura 2 | Etapas da meiose. Fonte: adaptada de Adobe Stock.
Siga em Frente...
Diferenciação celular
O processo de diferenciação celular contempla um conjunto de fatores
tanto internos quanto externos à célula, como fatores ambientais, que
provocam a distinção ou especialização das células embrionárias a partir
da expressão gênica. Essas modificações são necessárias para que a
célula tenha a sua morfologia e fisiologia definidas, tornando-se capaz
de cumprir uma determinada função. Os fatores intrínsecos são
derivados do DNA, no interior da célula. Já os fatores extrínsecos estão
relacionados à sinalização celular entre as células, isto é, à matriz
extracelular, incluindo agentes ambientais, como medicamentos, vírus,
drogas, entre outros elementos.
As células se tornam diferentes umas das outras por causa da síntese
de proteínas e do acúmulo dessas moléculas em suas estruturas. O
processo de formação de um organismo multicelular é controlado por
alguns mecanismos da expressão gênica, como: a proliferação celular
(garante a produção de muitas células); a especialização celular
(permite que as células exerçam funções diferentes); a interação celular
(consiste no comportamento entre células vizinhas); e o movimento
celular (permite a migração celular a fim de que as células se unam, por
exemplo, para a formação dos tecidos). Isso significa que até mesmo as
células que têm material genético igual (produzidas na mitose) poderão
exercer funções diferentes com a ação da expressão gênica. Assim, os
genes podem ser ativados ou inativados de acordo com a função que a
célula exercerá. As primeiras diferenciações em células animais, mais
especificamente o ser humano, acontecem quando o zigoto é formado e
se encontra no estágio de blástula, dando origem a anexos
embrionários, bem como a tecidos e órgãos do embrião. Tais células são
classificadas nesse estágio como células-tronco embrionárias
pluripotentes, ou seja, que têm a capacidade de se transformar em
qualquer tipo celular adulto. Conforme o organismo se desenvolve, a
especialização das células aumenta, e surgem os tecidos e órgãos, os
quais, ao longo da vida, tornam-se responsáveis pela renovação de
células, com capacidade de gerar uma nova célula idêntica de mesmo
potencial ou uma nova célula diferenciada. Nesse estágio, as células
são classificadas como células-tronco multipotentes ou adultas, as quais
podem se desenvolver nos mais diversos tipos celulares conhecidos do
corpo humano. Ainda durante essa fase, também encontramos células
terminalmente diferenciadas, também chamadas de células-tronco
onipotentes. Como exemplo, podemos citar os neurônios, que são
capazes de dar origem somente a uma linhagem de células
diferenciadas. Por sua vez, as células-tronco totipotentes são as células
capazes de se diferenciar e formar qualquer tecido do corpo, incluindo
os tecidos embrionários.
Apoptose ou morte celular programada
Durante o processo de diferenciação celular, muitas células são
formadas e deixam de ser necessárias. A morte celular programada,
desprogramação celular ou apoptose, como também é conhecida,
ocorre de forma organizada, com o intuito de remover as células que
não serão mais úteis para o organismo. Isso pode ocorrer tanto durante
o desenvolvimento embrionário como durante a vida, quando são
identificadas células danificadas, com modificações ou alterações de
funções que afetem a saúde do organismo, caso sigam vivas. Como
exemplo desse último caso, podemos citar as células tumorais ou
autorreativas, como os linfócitos, que podem reagir contra o seu próprio
organismo.
E, como o organismo segue produzindo células, para manter o equilíbrio
e o reaproveitamento de células ou a produção de novas, aquelas que já
cumpriram sua função devem ser eliminadas. A apoptose é uma morte
celular fisiológica ou programada que acontece por causa de uma série
de alterações morfológicas muito importantes no desenvolvimento
embrionário, na eliminação de células infectadas ou cancerosas e no
desenvolvimento e manutenção do sistema imune.
Vamos Exercitar?
Agora que você já aprendeu mais detalhes a respeito do ciclo celular,
vamos resolver a situação-problema apresentada no início desta aula.
O câncer é uma doença cuja característica principal é o crescimento
desordenado de células. Ou seja, trata-se de um processo que acontece
sem controle e com potencial agressivo, invadindo tecidos e órgãos, e
podendo se espalhar para diversas regiões do corpo, quando ocorre a
metástase. É uma doença genética, mas que não deve ser relacionada
exclusivamente à hereditariedade (quando transmitida por genes
advindos de gerações anteriores da família). São muitos os fatores
relacionados ao aparecimento do câncer, como aspectos relacionados a
poluentes encontrados no ar e na água (resíduos industriais, fumaça de
cigarro, substâncias que apresentam risco quando há exposição direta,
como amianto, arsênio e níquel), consumo de alguns tipos de alimentos
(como excesso de ingestão de álcool ou até mesmo de alguns produtos
industrializados), medicamentos, alguns hábitos nocivos (sedentarismo),
problemas de obesidade, além de fatores internos, como mutações
genéticas, ações de hormônios e condições imunológicas.
O câncer é formado quando a molécula de DNA de uma célula normal é
danificada ou sofre uma mutação, o que pode ocorrer em uma célula
somática e ser uma particularidade de um certo indivíduo. Em menores
casos, a mutação acontece em células germinativas, podendo ser
transmitidas a gerações seguintes por meio da hereditariedade. Nessa
situação, é importante saber que o gene do câncer pode ser transferido
para alguma outra geração, mas ele poderá se manifestar ou não,
desenvolvendo ou não o câncer. Isso dependerá da atuação de outros
fatores. E em qual momento ocorre a duplicação do material genético
(DNA) nas células? Como aprendemos, durante o ciclo de divisão
celular no período de interfase a célula passa por etapas de
crescimento, com a ocorrência da síntese do DNA, antes de seguir para
a próxima fase (mitótica). Durante a síntese do DNA, qualquer mutação
ocasionada por influência de fatores externos ou internos pode resultar
em erros ou danos na formação da molécula de DNA que podem passar
despercebidos, mesmo com a atividade dos reguladores do ciclo celular,
que realizam checagens em pontos específicos, buscando corrigir falhas
para impedir que uma célula danificada ou com alguma má formação
siga seu ciclo. Por se tratar de um processo cíclico e dinâmico, a
velocidade com que as células cancerosasse multiplicam é muito maior
do que o tempo de multiplicação de uma célula normal saudável.
Estudos verificaram que a célula cancerosa é capaz de crescer e se
multiplicar por artifícios próprios, conseguindo produzir fatores de
crescimento próprios ou, ainda, fazendo com que células vizinhas os
produzam, a fim de utilizá-los.
Quando uma célula normal, durante a divisão celular, é encontrada com
algum dano ou falha em seu DNA ou estrutura, ela é desligada do ciclo e
sofre o processo de apoptose, ou morte celular programada. No entanto,
grande parte das células cancerosas não são submetidas à apoptose,
passando para a fase mitótica do ciclo celular. Durante a mitose, uma
célula dá origem a duas novas células com o mesmo material genético.
Sendo assim, as células cancerosas rapidamente são reproduzidas,
criando uma concentração grande de células que se dividem
excessivamente e podem gerar um número maior de mutações. No caso
de cânceres hereditários, as mutações ocorrem nas células
germinativas.
Saiba Mais
A duração do ciclo celular depende muito do tipo de célula, apesar de
todas elas precisarem crescer e atingir um tamanho que lhes permita
manter-se constantes antes de iniciar a divisão. A maior parte do ciclo,
em torno de 95% do processo, é composto pela interfase, e a sua
duração está sujeita a fatores como condições fisiológicas da célula
(idade, disponibilidade de hormônios, temperatura, pressão osmótica,
entre outros aspectos). Em células de mamíferos, o ciclo celular tem
duração de aproximadamente 12 horas. Em outros casos, prolonga-se
por 24 horas, com um crescimento mais lento. Em compensação, um
organismo unicelular é capaz de formar duas novas células em um
intervalo de 1 hora e meia, como as leveduras. A fase que apresenta
mais variações de tempo é a G1, a qual pode durar horas, dias ou até
mesmo anos. As fases S, G1 e M costumam ser mais constantes, mas
podem variar dependendo da espécie ou, ainda, do estágio de
desenvolvimento em que o organismo se encontra.
Para explorar mais informações sobre esse tema, recomendo a leitura
do capítulo 10, intitulado “Ciclo celular: mitose e meiose”, do livro
Biologia celular e molecular, cujo link está disponível a seguir.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 10.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Referências Bibliográficas
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto
Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/.
Acesso em: 24 abr. 2024.
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula. 4. ed. Barueri,
SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/.
Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 10.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788527739344/epubcfi/6/44%5B%3Bvnd.vst.idref%3Dchapter10%5D!/4
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
Aula 3
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
CLÁSSICA
Introdução à genética clássica
Olá, estudante! Já aprendemos alguns conceitos básicos relacionados à
genética. Agora, por meio desta videoaula, você conhecerá a história da
genética, entendendo como ela surgiu e os experimentos que permitiram
tantos avanços à genética moderna. Já parou para pensar que
atualmente é possível entender como um casal de olhos castanhos pode
ter um filho de olhos azuis? Prepare-se para desvendar os segredos da
vida e aprimorar ainda mais seus conhecimentos!
Ponto de Partida
Você sabia que muitos pesquisadores, mesmo antes da descoberta da
molécula do DNA, já estudavam o cruzamento de plantas e animais, na
intenção de explicar como os descendentes (filhos) tinham
características semelhantes às de seus progenitores (pais)? Foi Mendel,
um monge austríaco, que, por meio de vários trabalhos e experimentos
com ervilhas, propôs importantes bases teóricas para explicar a
hereditariedade e a transmissão de características. Considerado o pai
da genética clássica, o pesquisador tem um importante papel na
genética moderna atual, influenciando muitas pesquisas posteriores que
resultaram em grandes conquistas para a área da saúde, afinal, a partir
do conhecimento do processo de hereditariedade, bem como das
características dos genes, cromossomos, DNA e RNA, foi possível
compreender muitos modos de evolução. Isso ajuda a entender como
acontece o desenvolvimento humano. Por exemplo, você já imaginou
como é possível identificar uma doença genética hereditária e prever a
sua transmissão para futuras gerações?
Como uma ferramenta de auxílio ao processo de conhecimento, vamos
analisar uma situação-problema na intenção de aproximar os conteúdos
teóricos da prática profissional.
Vamos acompanhar a história de um casal que já tem dois filhos e
pretende ter mais um. Os cônjuges foram incentivados a buscar auxílio
médico para obter aconselhamento genético.
O casal procurou por uma clínica especializada nesse tipo de
atendimento. A mulher, que tem 35 anos, olhos verdes, cabelos
castanho-claros e lisos, aparentemente não apresenta distúrbios
genéticos. Ela teve dois filhos com o seu marido, de 38 anos, que tem
olhos castanhos, cabelos castanhos e lisos, e é daltônico. A primeira
filha do casal, que está com 6 anos, é loira, tem o cabelo encaracolado,
olhos azuis e aparentemente não apresenta disfunções genéticas. No
entanto, o segundo filho do casal é uma pessoa com síndrome de Down,
tem 3 anos, olhos castanhos e cabelos lisos e castanhos. O casal quer
ter mais um filho, mas, pelo fato de possuírem histórico de anomalias
genéticas na família, resolveu investigar as probabilidades de uma
gestação normal.
Depois de alguns exames e da coleta de informações do histórico
familiar do casal, foi possível identificar o genótipo para as cores dos
olhos dos cônjuges: mulher (genótipo: bbGb; fenótipo: olhos verdes); e
homem (genótipo: Bbbb; fenótipo: olhos castanhos).
Com base nessa informação, como você pode explicar o fato de o casal
ter uma filha com olhos azuis sendo que nenhum dos pais tem olhos
azuis? O outro filho do casal tem olhos castanhos, iguais aos do pai,
mas existe a probabilidade de um próximo filho nascer com os olhos
verdes iguais aos da mãe? Esses eventos podem ser explicados por
meio da herança monogênica?
Cada indivíduo é um ser único, cujas características se assemelham às
de outros da mesma espécie, ao mesmo tempo em que os distanciam e
diferenciam de outras espécies. Compreender o conjunto de processos
que asseguram o recebimento e a transmissão de informações e
características genéticas a partir da hereditariedade contribui para a
saúde e o entendimento do ser vivo.
Vamos Começar!
Antes mesmo de a molécula do DNA ser descoberta, muitos
pesquisadores já buscavam compreender a hereditariedade dos
organismos vivos, procurando por explicações quanto à transmissão dos
caracteres dos progenitores para a prole. Até a revelação do material
genético e de como ele era transmitido, houve uma longa história.
Vamos conhecer alguns fatos marcantes no campo da genética?
História da genética e seu impacto na saúde
O homem, desde a Antiguidade, busca compreender a transmissão das
características de um indivíduo para outro, as quais são repassadas de
geração a geração. O estudo da hereditariedade, ou seja, o estudo da
genética, foi iniciado em 1865 com os experimentos e a formulação de
leis fundamentais da herança biológica, propostas pelo monge austríaco
Gregor Mendel e publicadas em 1866. Mendel fez cruzamentos entre
variedades de ervilhas, com o intuito de entender o motivo pelo qual o
cruzamento entre híbridos gerava muitas diferenças entre os
descendentes. Estudaremos essas leis mais adiante, as quais
constituem os padrões de herança mendeliana.
Mendel foi quem sugeriu pela primeiravez a existência de fatores
independentes a serem transmitidos dos genitores para a prole. No
entanto, na época, o trabalho de Mendel não foi reconhecido, por falta
de conhecimentos e comprovações em relação à divisão celular e à
estrutura do DNA.
Mais tarde, foi constatado que o espermatozoide é composto por
material nuclear, e os cientistas chegaram à conclusão de que o núcleo
era o responsável pela hereditariedade. Em 1877, os cromossomos
puderam ser visualizados dentro do núcleo, e somente em 1900 os
pesquisadores “redescobriram” os trabalhos de Mendel e puderam
contribuir para a aceitação de suas ideias. Walter S. Sutton, no início do
século XX, especificamente em 1914, propôs a teoria cromossômica da
herança, na qual se admitia que os fatores hereditários estavam
localizados nos cromossomos. Ainda assim, foram gastos anos tentando
comprovar essa teoria. Os pesquisadores Hugo de Vries, Carl Correns e
Erich von Tschermak aplicaram, em 1915, os princípios básicos da
genética propostos por Mendel em uma variedade de organismos, com
destaque para a mosca (Drosophila melanogaster).
Thomas Hunt Morgan, em 1926, publicou o livro A teoria do gene, no
qual a herança foi apresentada como algo decorrente de unidades
transmitidas do genitor para o filho, de modo ordenado. Nesse caso,
tratava-se dos genes localizados nos cromossomos.
Todas essas tentativas de explicar os experimentos de Mendel tinham o
intuito de comprovar cientificamente as semelhanças entre pais e filhos.
Em 1945, o termo “biologia molecular” foi empregado pela primeira vez
por William Astbury, referindo-se ao estudo das estruturas das
macromoléculas biológicas, considerando-se tanto estruturas químicas
quanto físicas. Em 1953, o modelo da molécula de DNA foi proposto por
James Watson e Francis Crick, que introduziram o modelo tridimensional
de dupla hélice do DNA.
Depois de descoberta a estrutura do DNA, Francis Crick, em 1958,
postulou o dogma central da biologia molecular, que conceituava o
mecanismo de transmissão e a expressão da hereditariedade após a
revelação da codificação do DNA, compreendendo a produção de
proteínas a partir da síntese de RNA pelo DNA e da síntese de proteínas
pelo RNA.
Você deve estar se perguntando como esses fatos interferiram na saúde
ou qual a importância deles, não é mesmo? O desenvolvimento e o
avanço da genética mudaram muitos aspectos de nossas vidas e da
sociedade em relação à saúde, à produção de alimentos e até mesmo a
questões jurídicas. Você já deve ter ouvido a respeito da ovelha Dolly, o
primeiro mamífero clonado utilizando-se uma célula de um animal
adulto, ou sobre alimentos transgênicos, como o tomate (Flavr Savr),
resistente às pragas e aos herbicidas. Com todos esses avanços, a
genética tornou possível solucionar crimes e fazer testes de paternidade
(por meio da técnica de fingerprint, isto é, impressão digital, que é
específica para cada indivíduo), mapear doenças, realizar
aconselhamento genético, produzir alimentos transgênicos e clones a
partir da técnica do DNA recombinante (quando se isola um trecho do
DNA, combinando-o com outro DNA, produzindo uma cópia desse novo
trecho e gerando diferentes combinações desse material genético).
Em função de todas as contribuições deixadas por Gregor Mendel, que
são muito importantes para a pesquisa científica e para todas as
descobertas subsequentes aos seus trabalhos, esse monge ficou
conhecido como pai da genética. Vamos verificar, a seguir, mais
detalhes sobre as pesquisas desenvolvidas por Mendel e suas
respectivas conclusões, que nos trouxeram tantos adventos.
Herança mendeliana
O conjunto de princípios que estão relacionados à transmissão
hereditária das características de um indivíduo aos seus descendentes é
conhecido como herança mendeliana, mendelismo ou genética
mendeliana, considerada a base da genética clássica. A transmissão de
características ocorre por meio da expressão do fenótipo de um gene,
também chamada de herança monogênica. Muitos pesquisadores
fracassaram em seus experimentos realizando cruzamentos com plantas
e/ou animais. Foi Mendel que obteve sucesso em seus trabalhos, já que
procurava compreender as características dos indivíduos, uma por vez,
com o intuito de conhecer o mecanismo e conseguir validar as suas
regras na característica seguinte, enquanto os demais pesquisadores
consideravam todas as características de uma só vez. Gregor Mendel
escolheu o material que apresentava características constantes, as
ervilhas (Pinus sativum), para efetuar seus experimentos e,
posteriormente, tratar os dados. A espécie escolhida é um vegetal de
cultivo simples, com ciclo de vida curto (o que possibilita o estudo de
diversas gerações). Trata-se de uma planta hermafrodita (que permite a
autofecundação), com uma diversidade de características morfológicas
fáceis de se observar (altura da planta, cor das flores, cor das sementes,
textura das sementes).
Mendel postulou a existência de fatores hereditários (genes) nas células
sexuais, que, durante a formação de gametas, deveriam se separar, e
após a fecundação, em vez de se fundir, permaneceriam lado a lado,
podendo ou não se manifestar. Todos os resultados de Mendel foram
baseados em análises estatísticas, pois ele não tinha o conhecimento
sobre genes, tampouco sabia como estes controlavam o fenótipo. Suas
observações foram realizadas por meio de fatores hipotéticos,
representados por símbolos, sem se preocupar ou saber onde tais
fatores estariam localizados dentro de uma célula. Assim, Mendel foi o
primeiro a dizer que existiam fatores independentes que eram
transferidos para a prole a partir dos genitores.
Primeira lei de Mendel
A primeira lei de Mendel, ou lei da segregação dos fatores, foi
decorrente de um dos experimentos mais importantes de Mendel,
desenvolvido a partir da análise da hereditariedade em cruzamentos de
ervilhas. Você deve estar se perguntando em que consistia esse
experimento, certo? Para realizar o cruzamento, Mendel utilizou plantas
de ervilhas com linhagem de sementes amarelas com plantas de
ervilhas com linhagem de sementes verdes. Transferiu o pólen de uma
planta para outra, de forma a efetuar o processo de autopolinização,
garantindo linhagens puras – isso significa dizer que cada linhagem
nunca havia cruzado com outra linhagem de cor diferente. Mendel
chamou esse procedimento de geração parental (P).
Após o cruzamento de ambas as plantas, observou-se que todas as
plantas nascidas das linhagens puras (sementes verdes e sementes
amarelas) possuíam sementes amarelas, independentemente do gênero
dos genitores (femininos ou masculinos). Mas como isso era possível?
Mendel nomeou essa geração como primeira geração filial (F1),
composta por sementes amarelas. Curioso com o fato de nenhuma
planta “filha” ter apresentado sementes verdes, Mendel seguiu com os
seus experimentos.
Figura 1 | Demonstração do cruzamento de plantas de ervilhas
realizado por Mendel (1ª lei de Mendel). Fonte: adaptada de
Shutterstock.
O próximo passo foi cruzar as plantas “filhas”, todas de sementes
amarelas, entre si. Você tem ideia do que isso provocou? A partir do
cruzamento das plantas “filhas” híbridas, denominadas como segunda
geração filial (F2), verificou-se que a maioria das plantas “filhas”
possuíam sementes amarelas, como esperado. No entanto, algumas
plantas voltaram a apresentar sementes verdes, em uma parcela menor.
Analisando os resultados, na geração F1 foram observadas 100% de
sementes amarelas no cruzamento. Já na geração seguinte, F2, foram
observadas 75% de sementes amarelas e 25% de sementes verdes, na
proporção de 3:1. Isso significa que a cada quatro plantas observadas,
três apresentavam sementes amarelas (característica dominante) e uma
exibia semente verde (característica recessiva).
Alguns conceitos de genética importantes para o entendimento dos
experimentos realizados por Mendel (lembrando que na época tais
termos não eram utilizados) foram deduzidos posteriormente:
Alelos: formas alternativas de um gene que ocupam o mesmo loco(ou posição) no cromossomo homólogo (cromossomo que tem
genes com características iguais).
Genes dominantes: genes que determinam uma característica
hereditária mesmo quando estão em dose simples, ou seja,
sozinhos.
Genes recessivos: genes que se expressam somente quando
estão em dose dupla, pois, quando acompanhados de um gene
dominante, tornam-se inativos.
Homozigoto (puro): quando há dois alelos iguais em
cromossomos homólogos.
Heterozigoto (híbrido): quando há dois alelos diferentes em
cromossomos homólogos.
Mendel desenvolveu os experimentos observando outras características,
como a cor das flores, a textura das sementes, entre outros aspectos.
Para todas essas propriedades, obteve os mesmos resultados, que
culminaram nas seguintes conclusões:
Uma característica é definida por um par de fatores hereditários:
atualmente, os fatores são conhecidos como genes, e suas versões
são os alelos. Por exemplo, existem fatores que determinam a cor
amarela da semente e outros que determinam a cor verde.
O par de fatores que determina uma característica é herdado da
mãe e do pai: o organismo recebe dois alelos, um da mãe e outro
do pai, os quais serão expressos dependendo da sua dominância
ou recessividade.
Os indivíduos transmitem apenas um fator em cada gameta: os
fatores se separam durante a formação dos gametas, e cada
gameta possui apenas um alelo.
Com isso, a primeira lei de Mendel ficou conhecida pela segregação dos
fatores durante a formação dos gametas. Na época, Mendel não tinha
conhecimento sobre genes e cromossomos, mas, por meio dos seus
trabalhos, foi possível compreender, mais tarde, que os pares de genes
são segregados e estão presentes nos cromossomos. Nas células
eucariontes, essa segregação ocorre durante a etapa da meiose da
divisão celular.
Para determinar a proporção genotípica e fenotípica de um cruzamento,
vamos utilizar o exemplo a seguir.
Exemplo: cruzamento entre uma planta de flor púrpura homozigota
dominante com uma planta de flor branca recessiva. É válido mencionar
que a flor púrpura poderia ser homozigota dominante (BB) ou
heterozigota dominante (Bb). Já a flor branca é homozigota recessiva
(bb).
Então, P = flor púrpura (BB) x flor branca (bb)
Proporção genotípica: Bb = 100%.
Proporção fenotípica: 100% das plantas púrpuras.
F1 = 100% das plantas são de flor púrpura heterozigota dominante (Bb).
Realizando o cruzamento entre as flores da geração F1, obteremos:
Proporção genotípica: BB = ¼ ou 25% | Bb = ½ ou 50% | bb = ¼ ou
25%.
Proporção fenotípica: 75% de flores púrpuras e 25% de flores brancas.
F2 = A proporção é de 3:1, isto é, três flores púrpuras para uma flor
branca.
 B B
b Bb Bb
b Bb Bb
 B b
B BB Bb
b Bb bb
A primeira lei de Mendel também é conhecida como monoibridismo,
herança monogênica ou herança condicionada a um par de alelos para
determinar uma característica.
Siga em Frente...
Segunda lei de Mendel
Inicialmente, Mendel articulou os seus experimentos com as ervilhas
analisando o comportamento apenas de uma característica, a fim de
verificar como tal propriedade se comportava através das gerações.
Sedento por mais descobertas, Mendel resolveu analisar duas
características ao mesmo tempo e observar como elas se comportariam,
conferindo se cada um dos fatores seria transmitido de forma
independente ou não. Isso resultou na segunda lei de Mendel, ou lei da
segregação independente dos fatores (diibridismo). Vamos compreendê-
la mais profundamente a seguir.
Mendel passou a estudar a transmissão de duas características das
ervilhas: a cor da semente (amarela e verde) e a forma das sementes
(lisa ou rugosa). Com base em seus experimentos, ele sabia que a cor
amarela era dominante em relação à cor verde, assim como o formato
liso da semente era dominante em comparação ao rugoso. Mendel
efetuou o cruzamento entre duas linhagens puras com características
distintas (plantas homozigotas): uma planta com sementes amarelas e
lisas (determinadas pelo genótipo VVRR) e outra com sementes verdes
e rugosas (vvrr).
Na geração F1, Mendel obteve 100% dos indivíduos heterozigotos para
ambas as características (VvRr), isto é, plantas com sementes amarelas
e lisas. Na geração seguinte (F2), realizado o cruzamento entre duas
plantas da geração F1 (diíbridas), os resultados correspondiam a plantas
com fenótipo semelhante ao das plantas “pais” (geração parental) e a
dois novos fenótipos: plantas com sementes amarelas e rugosas, e
plantas com sementes verdes e lisas. A proporção fenotípica observada
foi de 9:3:3:1 (Figura 2). Assim, considerando um total de 16 plantas, 9
apresentavam sementes amarelas e lisas (56%); 3 apresentavam
sementes amarelas e rugosas (por volta de 18%); outras 3
apresentavam sementes verdes e lisas (cerca de 18%); e apenas 1 a
cada 16 apresentava semente verde e rugosa (em torno de 6%). A partir
desses resultados e de vários outros testes aplicados, Mendel concluiu
que os alelos são segregados de maneira independente durante a
formação do gameta. Isso significa que um ou mais fatores
(características) são distribuídos de modo independente e se combinam
ao acaso na formação do gameta. Portanto, a reprodução entre
indivíduos possibilita a combinação gênica a partir da segregação dos
gametas, favorecendo a diversidade de espécies.
Figura 2 | Demonstração do cruzamento de plantas de ervilha (2ª lei de Mendel).
Fonte: adaptada de Shutterstock.
A segunda lei de Mendel, também conhecida como diibridismo, refere-se
à herança condicionada por dois pares de alelos diferentes e
independentes, os quais determinam duas características distintas em
um mesmo indivíduo.
Gregor Mendel é considerado o pai da genética clássica. Podemos
afirmar que a genética clássica é anterior à descoberta do DNA, e que
as bases teóricas para a compreensão da hereditariedade e para a
genética moderna são subsidiadas pelas leis de Mendel. A partir dos
cruzamentos da geração parental, podem-se prever possíveis
características esperadas para o nascimento da prole, bem como
estipular a probabilidade de um determinado genótipo ou fenótipo se
manifestar nas gerações seguintes. Logo, o domínio desse conteúdo
nos permite entender a transmissão de algumas doenças genéticas e
até mesmo explicar a razão da cor dos olhos ou dos cabelos de uma
criança.
Vamos Exercitar?
Agora que você já tem um amplo conhecimento sobre herança
mendeliana, a qual define de que maneira uma determinada
característica é transmitida dos genitores para os seus descendentes,
podemos resolver a situação-problema apresentada anteriormente.
Para isso, vamos relembrar as características do casal que procurou a
clínica de aconselhamento genético na qual você trabalha, cujo
acompanhamento ficou sob sua responsabilidade. A mulher, que tem 35
anos, olhos verdes, cabelos castanho-claros e lisos, aparentemente não
apresenta distúrbios genéticos. O marido, de 38 anos, tem olhos
castanhos, cabelos castanhos e lisos, e é daltônico. Eles são pais de
duas crianças. A primeira filha do casal, que está com 6 anos, é loira,
tem o cabelo encaracolado, olhos azuis e aparentemente não apresenta
disfunções genéticas. No entanto, o segundo filho do casal é uma
pessoa com síndrome de Down, tem 3 anos, olhos castanhos e cabelos
lisos e castanhos. O casal quer ter mais um filho.
A partir do genótipo para as cores dos olhos do casal – mulher
(genótipo: bbGb; fenótipo: olhos verdes); e homem (genótipo: Bbbb;
fenótipo: olhos castanhos) –, como você pode explicar o fato de o casal
ter uma filha com olhos azuis sendo que nenhum dos pais tem olhos
azuis? O outro filho do casal tem olhos castanhos, iguais aos do pai,
mas existe a probabilidade de um próximo filho nascer com os olhos
verdes iguais aos da mãe? Esses eventos podem ser explicados por
meio da herança monogênica?
A cor dos olhos, assim como a cor dos cabelos, a altura e a cor da pele,
por exemplo, é uma característica humana que, por consequência de
apenas um gene, pode apresentar muitas variações. Logo, tais
propriedades são controladas por muitos genes,