Genética
Prof. M.Sc. Mauricio Ferreira Magalhães
Conceito Gerais
• Gene: fragmento de DNA que pode
ser transcrito na síntese de
proteínas.
• Locus (Loco): local, no cromossomo,
onde se encontra o gene.
• Alelos: genes que ocupam o mesmo
locus em cromossomos homólogos.
• Homólogos: cromossomos que
possuem genes para as mesmas
características.
Conceito Gerais
• Genótipo: conjunto de genes de um
indivíduo.
• Fenótipo: características
observáveis de uma espécie, que são
determinadas por genes e que podem
ser alteradas pelo ambiente.
• Fenocópia: fenótipo modificado
semelhante a um existente.
• Gene Letal: com efeito mortal.
Conceitos Gerais
• Gene Dominante: aquele que sempre
que está presente se manifesta.
• Gene Recessivo: aquele que só se
manifesta na ausência do dominante.
• Homozigoto ou Puro: indivíduo que
apresenta alelos iguais para um ou
mais caracteres.
• Heterozigoto ou Híbrido: indivíduo
que apresenta alelos diferentes para
um ou mais caracteres.
Conceitos Gerais
• Genes Codominantes: os dois genes
do par manifestam seu caráter.
• Polialelia: mais de dois alelos para um
mesmo caráter.
• Pleiotropia: um par de genes
determina vários caracteres.
• Polimeria: vários pares de genes
determinam um só caráter.
• Epistasia: interação em que genes
inibem a ação de outros não alelos.
Genética Mendeliana
• Gregor Mendel (1822-1884), monge
austríaco, é considerado o “pai da
genética”.
• Desenvolveu seus trabalhos com
plantas de ervilha (Pisun sativum)
observando a transmissão
hereditária de várias características.
• Em 1865 publicou o artigo
"Experiments with Plant Hybrids"
que foi ignorado.
• A partir de 1900 vários
pesquisadores confirmaram seus
resultados.
• Suas duas leis ainda hoje são base
para os estudos genéticos.
Genética Mendeliana
•
•
•
•
Por que ervilhas?
Fácil cultivo em canteiros.
Várias características contrastantes
e de fácil observação.
Ciclo vital curto e grande número de
descendentes (sementes).
Predomina reprodução por
autofecundação, portanto linhagens
naturais são puras.
1a Lei de Mendel
“Pureza dos Gametas”
“As
características
dos
indivíduos são condicionadas
por pares de fatores (genes),
que se separam durante a
formação dos gametas, indo
apenas um fator do par para
cada gameta”.
Monoibridismo com Dominância
• Herança condicionada
por um par de alelos.
• Dois fenótipos possíveis
em F2.
• Três genótipos possíveis
em F2.
Proporção fenotípica
3:1
Proporção genotípica
1:2:1
• Ex.: cor das sementes
em ervilhas.
P amarelas x verdes
VV
vv
F1 100% amarelas
Vv
F1 amarelas x amarelas
Vv
Vv
F2 75% amarelas
VV
Vv
25% verdes vv
DOENÇAS DE MONOIBRIDISMO
•
A Fenilcetonúria (PKU - PhenylKetonUria) é uma doença genética caracterizada pelo
defeito ou ausência da enzima fenilalanina hidroxilase (PAH).
•
Conversão de fenilalanina em tirosina. A tirosina está envolvida na síntese da
melanina.
•
A doença é autossômica recessiva
•
Esta doença pode ser detectada logo após o nascimento através de triagem neonatal
(conhecida popularmente por teste do pezinho).
•
São sintomas da doença não tratada: oligofrenia, atraso do desenvolvimento
psicomotor (andar ou falar), convulsões, hiperatividade, tremor e microcefalia.
•
Identificam-se as alterações com cerca de um ano de vida. Praticamente todos os
pacientes não tratados apresentam um QI inferior a 50.
•
O tratamento consiste em uma dieta pobre em fenilalanina (300 a 500 mg/dia em uma
criança de 10 anos). A expectativa de vida sem tratamento é baixa, em torno de 30
anos.
•
O gene da PAH está localizado no cromossomo 12.
 Normal => FF ou Ff (portador)
 Doente => ff
DOENÇA DO MONOIBRIDISMO
• A alcaptonúria é uma doença genética (autossómica recessiva) rara,
que afecta o metabolismo da tirosina.
• Uma das características distintivas desta doença é a particulariedade
da urina se tornar escura após várias horas de exposição ao ar.
• Doença causada pela deficiência da enzima oxidase do ácido
homogentísico (um subproduto tóxico da tirosina) que converte este
ácido em maleilacetoacético.
• Seu gene este localizado no braço longo do cromossomo 3.
• Essa doença é característica por artrite aguda (especialmente na
coluna vertebral, urina escurecida, artropatia, pigmentação ocular e
cutânea e acometimento cardiovascular.
DOENÇAS DO MONOIBRIDISMO
•
A fibrose cística ou fibrose quística é uma doença geralmente diagnosticada na
infância
•
é uma doença genética autossómica (não ligada ao cromossoma x) recessiva
•
O cromossomo afetado é 7
•
que causa o funcionamento anormal das glândulas produtoras do muco, suor, saliva,
lágrima e suco digestivo.
•
É uma doença herdada geneticamente, que afeta um em cada dois mil recém-nascidos.
Na maioria das vezes, é diagnosticada na infância, embora também possa ser
diagnosticada na adolescência ou na vida adulta.
•
O gene responsável se encontra no cromossomo 7.
•
fibrose cística é causada por um defeito no transporte de íons e água pela membrana
plasmática das células. Com isso, as secreções exócrinas são muito viscosas, e obstrui
os ductos das glândulas (pâncreas, glândulas salivares, glândulas sudoríperas, etc) e
das vias respiratórias, principalmente dos brônquios. Esta obstrução dificulta a
passagem das secreções, o que leva a uma predisposição dos órgãos a contrair
infecções locais e fibroses.
DOENÇAS DO MONOIBRIDISMO
•
O albinismo é uma condição de natureza genética em que há um defeito na
produção pelo organismo de melanina.
•
Manifestação recessiva causada por uma par de genes no cromossomo 18
•
Este defeito é a causa de uma ausência parcial ou total da pigmentação dos
olhos, pele e pêlos.
•
O albinismo completo se apresenta quando a carência da substância corante
se percebe na pele, no cabelo e nos olhos, sendo conhecido como albinismo
oculo-cutâneo ou tiroxinase-negativo. Estes indivíduos apresentam a pele e
os pêlos de cores branca, e os olhos de tom rosado. Sofrem de transtornos
visuais, fotofobia, movimento involuntário dos olhos (nistagmus) ou
estrabismo e, em casos mais severos, podem chegar à cegueira. A exposição
ao sol não produz o bronzeamento, além de causar queimaduras de graus
variados.
Genealogias ou Heredogramas
sexo masculino
indivíduos que apresentam
o caráter estudado
sexo feminino
filhos ou
descendentes
sexo desconhecido
casamento ou
cruzamento
casamento ou
cruzamento
consangüíneo
gêmeos dizigóticos
gêmeos monozigóticos
Monoibridismo sem Dominância
• Herança condicionada
por um par de alelos.
• Três fenótipos possíveis
em F2.
• Três genótipos possíveis
em F2.
Proporção fenotípica
• Ex.: cor das flores em
Maravilha.
P vermelhas x brancas
VV
BB
F1
100% rosas
VB
1:2:1
F1 rosas x rosas
VB
VB
1:2:1
F2 25% vermelhas VV
50% rosas
VB
25% brancas BB
Proporção genotípica
Probabilidade em Genética
Probabilidade é a relação entre um ou mais eventos
esperados e o número de eventos possíveis.
P=
eventos esperados
eventos possíveis
Regra do “E”
A probabilidade de dois ou
mais eventos independentes
ocorrerem simultaneamente
é igual ao produto das
probabilidades de
ocorrerem separadamente.
Regra do “OU”
A probabilidade de dois ou
mais eventos mutuamente
exclusivos ocorrerem é igual a
soma das probabilidades de
ocorrerem separadamente.
Genes Letais
• Provocam a morte ou não desenvolvimento do
embrião.
• Determinam um desvio nas proporções fenotípicas
esperadas, geralmente 2:1.
Aa
AA
Aa
Aa
Aa
aa
Cruzamento-Teste
• Utilizado para se saber se um indivíduo com
fenótipo dominante é homozigoto ou heterozigoto.
• Consiste em cruzar o indivíduo em questão com um
indivíduo com fenótipo recessivo e analisar as
proporções fenotípicas nos descendentes.
• Obtendo-se 100% de indivíduos dominantes, o
testado é, com certeza, homozigoto.
• Obtendo-se 50% de dominantes e 50% de
recessivos, então o testado é heterozigoto.
• Quando é utilizado o genitor recessivo para o
teste o processo é chamado de retrocruzamento
ou back-cross.
Alelos Múltiplos (Polialelia)
• Herança determinada por 3 ou mais alelos que
condicionam um só caráter, obedecendo os padrões
mendelianos.
• Cada indivíduo tem, no genótipo, apenas dois alelos, um
de origem paterna e outro de origem materna.
• Novos alelos surgem por mutações que provocam
alterações na proteína original.
Alelos Múltiplos (Polialelia)
•
•
•
•
Ex.: Cor da pelagem em
coelhos.
4 alelos
C  selvagem (aguti).
cch  chinchila.
ch  himalaia.
ca  albino.
C > cch > ch > ca
ch _
cch _
C_
caca
Grupos Sangüíneos
• Determinado por proteínas presentes no plasma ou nas
hemácias.
• Conhecimento importante nas transfusões, medicina
legal, estudos étnicos, etc.
• Transfusões baseadas nas relações antígeno/anticorpo.
A herança obedece os padrões mendelianos:
• Sistema ABO  Polialelia e codominância.
• Sistema Rh  Monoibridismo com dominância.
• Sistema MN  Monoibridismo sem dominância.
Sistema ABO
Grupo
Sangüíneo
A
Aglutinogênio
nas hemácias
A
Aglutinina no
plasma
Anti-B
B
AB
O
B
AeB
-
Anti-A
Anti-A e Anti-B
A
Doações
O
AB
B
Sistema ABO
Os grupos do sistema ABO são determinados por uma
série de 3 alelos, IA, IB e i onde:
IA = IB > i
• Gene IA determina a produção do aglutinogênio A.
• Gene IB determina a produção do aglutinogênio B.
• Gene i determina a não produção de aglutinogênios.
Fenótipos
Grupo A
Genótipos
IAIA ou IAi
Grupo B
Grupo AB
Grupo O
IBIB ou IBi
IAIB
ii
Sistema Rh
Fator Rh  Proteína encontrada nas hemácias que pode
agir como antígeno se for inserida em indivíduos que não
a possuam.
Rh+  indivíduos que possuem a proteína.
Rh-  indivíduos que não possuem a proteína.
Doações
Rh-
Rh+
Fenótipos
Genótipos
Rh+
RR ou Rr
Rh-
rr
Eritroblastose Fetal
Doença Hemolítica do Recém Nascido
Condições: Mãe: Rh-; Pai: Rh+; Criança: Rh+
Sistema MN
• Proteínas presentes nas hemácias que não são levadas
em conta nas transfusões sangüíneas.
• Geneticamente é um caso de codominância.
• Grupo M: produz a proteína M.
• Grupo N: produz a proteína N.
• Grupo MN: produz as duas proteínas.
Fenótipos
M
Genótipos
LMLM
N
MN
LNLN
LMLN
Doações
M
N
MN
Genética Relacionada ao Sexo
• Heranças determinadas por genes localizados nos
cromossomos sexuais (alossomos) ou por genes
autossômicos mas cujo efeito sofre influência dos
hormônios sexuais.
As principais são:
• Herança ligada ao sexo: genes localizados na porção
não homóloga do cromossomo X.
• Herança restrita ao sexo: localizada na porção não
homóloga do cromossomo Y.
• Herança influenciada pelo sexo: genes localizados em
cromossomos autossomos que sofrem influência dos
hormônios sexuais.
Determinação do Sexo
na Espécie Humana
• A espécie humana apresenta 23 pares de
cromossomos. 22 pares são autossomos e
não tem relação direta com a determinação
do sexo. Um par, chamado de alossomos (X e
Y), são os cromossomos sexuais.
• A mulher apresenta dois alossomos X e é
chamada de sexo homogamético, pois seus
gametas sempre terão o cromossomo X.
• O homem apresenta um X e um Y e é o sexo
heterogamético, pois seus gametas serão
metade com cromossomo X e metade com
cromossomo Y.
• Na mulher, um dos cromossomos X em cada
célula permanece inativo e se constitui na
cromatina sexual ou corpúsculo de Barr.
Herança Ligada ao Sexo
• Genes localizados na porção
não homóloga do cromossomo
X.
• Quando dominantes, o caráter
é transmitido pelas mães a
todos os descendentes e pelos
pais somente às filhas.
• Quando recessivos, o caráter
é transmitido pelas mães aos
filhos homens. As meninas só
terão a característica se o pai
também a tiver.
• Ex.: Daltonismo e Hemofilia.
Herança Ligada ao Sexo
Daltonismo
• Anomalia visual recessiva em que o indivíduo tem
deficiência na distinção das cores vermelha ou verde.
• Os homens daltônicos (8%) tem um gene Xd pois são
hemizigotos e as mulheres daltônicas (0,64%) devem
ser homozigotas recessivas.
Fenótipo
Genótipo
Mulher normal
XDXD
Mulher portadora
XDXd
Mulher daltônica
XdXd
Homem normal
XDY
Homem daltônico
XdY
Herança Ligada ao Sexo
Hemofilia
• Anomalia que provoca a falta de coagulação do sangue.
• Homens hemofílicos são hemizigotos (1/10.000) e
mulheres hemofílicas são homozigotas recessivas
(1/100.000.000).
Fenótipos
Genótipos
Mulher normal
XHXH
Mulher portadora
XHXh
Mulher hemofílica
XhXh
Homem normal
XHY
Homem hemofílico
XhY
Genética Relacionada ao Sexo
Herança Restrita ao Sexo
Herança Limitada pelo
Sexo
• Genes localizados na
porção não homóloga do • Genes autossômicos cujo
cromossomo Y.
efeito sofre influência
dos hormônios sexuais.
• Genes Holândricos.
• Só se manifestam em um
• Só ocorrem no sexo
dos sexos.
masculino.
• Ex.: Produção de leite em
• Ex.: Hipertricose
bovinos.
auricular.
Herança Influenciada pelo Sexo
• Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos
hormônios sexuais.
• Comportamento diferente em cada sexo, agindo como
dominante em um e como recessivo em outro (variação
de dominância).
• Ex.: Calvície (alopecia).
Genótipos
Fenótipos
CC
Homem calvo
Mulher calva
Cc
Homem calvo
Mulher não-calva
cc
Homem não-calvo Mulher não-calva
Prováveis Tipos de Herança
Autossômica recessiva
Ligada ao Y (holândrica)
Autossômica dominante
Prováveis Tipos de Herança
Ligada ao X recessiva
Ligada ao X dominante
2a Lei de Mendel
“Segregação Independente”
“Na herança de duas ou mais características, os fatores,
segregados na formação dos gametas, não se fundem no
híbrido, mas se distribuem independentemente nos
gametas segundo todas as combinações possíveis”.
Diibridismo
• Herança determinada por dois pares de alelos independentes
que condicionam duas características.
• Quatro fenótipos diferentes são encontrados em F2,
combinando os caracteres dominantes e recessivos.
• A proporção fenotípica clássica em F2 é 9:3:3:1.
• Ex.: cruzamento de sementes de ervilhas amarelas/lisas
(puras) com verdes/rugosas (puras).
P
F1
F1
VVRR
vvrr
amarelas/lisas x verdes/rugosas
VvRr
100% amarelas/lisas (híbridas)
VvRr
VvRr
amarelas/lisas x amarelas/lisas
Diibridismo
Gametas
da F1
VR
Vr
vR
vr
VR
VVRR
VVRr
VvRR
VvRr
Vr
VVRr
VVrr
VvRr
Vvrr
vR
VvRR
VvRr
vvRR
vvRr
vr
VvRr
Vvrr
vvRr
vvrr
Proporção
Fenotípica
em F2
9
16 amarelas/lisas
3 amarelas/rugosas
16
3
verdes/lisas
16
1 verdes/rugosas
16
Poliibridismo
• Quando são analisados mais de dois pares de alelos
que condicionam mais de duas características, temos o
triibridismo, tetraibridismo, etc, que constituem o
poliibridismo.
• Para se calcular o número de gametas diferentes
produzidos por um poliíbrido se utiliza a fórmula 2n,
onde n é o número de pares de genes heterozigotos
(híbridos).
Ex.: Quantos gametas diferentes forma o genótipo
AaBBCcddEe
Número de híbridos: 3
Número de gametas = 23 = 8 gametas diferentes
Genética Moderna
(Pós-Mendeliana)
• Heranças que se afastam, pouco ou muito, dos
processos descritos por Mendel em seus trabalhos.
• As proporções fenotípicas podem variar em relação às
proporções clássicas da genética mendeliana.
• Herança Qualitativa: O fenótipo depende de quais
genes estão presentes no genótipo. Ex.: interações
gênicas (genes complementares e epistasia) e
pleiotropia.
• Herança Quantitativa: O fenótipo depende de quantos
genes dominantes estão presentes no genótipo. Ex.:
polimeria.
Interações Gênicas
Genes complementares
• Genes com segregação
independente que agem em
conjunto para determinar
um fenótipo.
• Ex.: forma das cristas em
galináceos.
Fenótipos
Genótipos
crista noz
R_E_
crista rosa
R_ee
crista ervilha
rrE_
crista simples
rree
Interações Gênicas
Epistasia
•
• Interação em que um par
de genes inibe que outro •
par, não alelo, manifeste •
seu caráter.
•
• A epistasia pode ser
dominante ou recessiva.
• O gene inibidor é chamado
de epistático e o inibido é
o hipostático.
Ex.: Cor da penas em
galináceos.
Gene C  penas coloridas.
Gene c  penas brancas.
Gene I  epistático
sobre gene C.
Fenótipos
Genótipos
Penas
coloridas
C_ii
Penas
cc_ _
brancas
C_I_
Pleiotropia
• Herança em que um único par de genes condiciona
várias características simultaneamente.
• Efeito múltiplo de um gene.
Exemplos:
• Síndrome de Lawrence-Moon: obesidade, oligofrenia,
polidactilia e hipogonadismo.
• Síndrome de Marfan: defeitos cardíacos, problemas
visuais, aracnodactilia.
• Fenilcetonúria: deficiência mental, convulsões,
icterícia, queda de cabelo, urina muito concentrada.
Polimeria
• Herança Quantitativa onde ocorre efeito cumulativo na ação
de vários pares de genes.
• Há uma variação fenotípica gradual e contínua entre um valor
mínimo e um valor máximo, devida a adição de genes
dominantes no genótipo, seguindo uma curva normal de
distribuição.
• Ex.: altura, peso, cor da pele, cor dos olhos, grau de
inteligência, altura de plantas, produção de leite em bovinos,
comprimento de pelos, etc.
• Para se saber o número de fenótipos ou quantos pares de
genes estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos.
número de poligenes = número de fenótipos - 1
número de fenótipos = número de poligenes + 1
Herança Quantitativa
Cor da Pele em Humanos
Fenótipos
Genótipos
Negro
SSTT
Mulato Escuro
SsTT
SSTt
Mulato Médio
SsTt
SStt
ssTT
Mulato Claro
Sstt
ssTt
Branco
sstt
3
2
Negro
2
Mulato Escuro
Mulato Médio
Mulato Claro
1
1
Branco
Genética de Populações
• Estuda, matematicamente, as freqüências dos
genes em uma população e as forças evolutivas
que as modificam.
• Pool Gênico: genes comuns a uma mesma
população, acervo genético ou gene pool.
• Uma população estará em equilíbrio genético
quando seu pool gênico se mantiver inalterado
por gerações sucessivas.
• Havendo alterações no acervo gênico, se diz que
a população está evoluindo.
Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
Em populações infinitamente grandes,
com cruzamentos ao acaso (panmítica), que
não estiverem sofrendo influência dos
fatores evolutivos (mutações, seleção
natural, migrações, etc...), não haverá
alteração do pool gênico, isto é, as
freqüências gênicas e genotípicas se
manterão constantes.
O Teorema de Hardy-Weinberg
• Numa população em equilíbrio, para uma determinada
característica existem dois genes, o dominante (A) e o
recessivo (a).
• A soma das freqüências dos dois genes (freqüência
gênica) na população é 100%.
f(A) + f(a) = 100%
• Sendo, f(A) = p e f(a) = q, então:
p + q = 1
O Teorema de Hardy-Weinberg
• Na mesma população existem 3 genótipos possíveis:
homozigoto dominante (AA), heterozigoto (Aa) e
homozigoto recessivo (aa).
• A soma das freqüências do 3 genótipos (freqüência
genotípica) na população é 100%.
f(AA) + f(Aa) + f(aa) = 100%
• Sendo, f(AA) = p2, f(Aa) = 2pq e f(aa) = q2, então:
p2 + 2pq + q2 = 1
O Teorema de Hardy-Weinberg
Aplicação
• Uma população em equilíbrio está assim
distribuída para um determinado par de alelos:
AA
Aa
640 indivíduos
320 indivíduos
aa
40 indivíduos
Total 1.000 indivíduos
• Quais as freqüências gênicas e genotípicas?
O Teorema de Hardy-Weinberg
Aplicação
Freqüências Gênicas:
Número total de genes = 2.000
Número de genes A = 1.280 + 320 = 1.600
Número de genes a = 80 + 320 = 400
f(A) = p = 1.600/2.000 = 0,8 ou 80%
f(a) = q = 400/2.000 = 0,2 ou 20%
O Teorema de Hardy-Weinberg
Aplicação
Freqüências Genotípicas
f(A) = p = 0,8
f(a) = q = 0,2
f(AA) = p2 = (0,8)2 = 0,64 ou 64%
f(Aa) = 2pq = 2(0,8x0,2) = 0,32 ou 32%
f(aa) = q2 = (0,2)2 = 0,04 ou 4%
Genes Ligados - Linkage
• Quando dois ou mais genes,
responsáveis por diferentes
características, estão localizados em
um mesmo cromossomo, a herança é
chamada de Vinculação Gênica.
• Nestes casos a quantidade de gametas
e portanto a freqüência da
descendência apresentarão diferenças
em relação ao diibridismo já que a
incidência do crossing-over será
fundamental.
• Crossing-Over ou permuta é a troca de
partes entre cromossomos homólogos
durante a meiose e é um dos principais
fatores para a variabilidade genética.
Comparação
Diibridismo/Linkage
Diibridismo (AaBb)
A
a
B
b
Gametas
A
B
25%
A
b
25%
a
B
25%
a
b
25%
Comparação
Diibridismo/Linkage
Linkage (AaBb)
A
a
B
b
Gametas
A
a
B
b
Parentais
A
a
b
B
Recombinantes
Genes Ligados - Linkage
• Na herança dos genes ligados, a freqüência dos
gametas de um heterozigoto depende da taxa de
crossing-over ou taxa de recombinação que ocorre
entre os cromossomos homólogos.
• Os Gametas Parentais são formados mesmo que não
haja recombinação e aparecem em maior quantidade.
• Os Gametas Recombinantes são formados apenas se
houver permuta e aparecem em menor quantidade.
• A Taxa de Crossing é expressa em porcentagem e
corresponde a freqüência de gametas recombinantes
formados na gametogênese.
Genes Ligados - Linkage
• Na vinculação gênica a posição dos genes no
heterozigoto (AaBb) pode ser Cis ou Trans.
• Estas posições também podem ser utilizadas para
se definir quem são os gametas parentais e os
recombinantes.
A
B
A
b
a
b
a
B
Posição CIS
Posição TRANS
Mapeamento Genético
• Mapa genético ou cromossômico é a representação da
posição dos genes no cromossomo.
• Está diretamente relacionada a taxa de crossing.
• Unidades de Recombinação (U.R.) ou Morganídeos (M)
são as unidades usadas para determinar a posição dos
genes no cromossomo e correspondem a taxa de
crossing.
• Exemplo: Em um cromossomo há a seguinte freqüência
de recombinação entre os genes A,B,C e D:
A-B  45% A-C  20% C-B  25%
B-D  5%
C-D  20% A-D  40%
Qual a posição dos genes no cromossomo?
Mapeamento Genético
20M
A
20M
C
5M
D
40M
45M
B