Genética Prof. M.Sc. Mauricio Ferreira Magalhães.
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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
3:1Proporção genotípica
1:2:1
• Ex.: cor das sementes em ervilhas.
P amarelas x verdes
F1 100% amarelas
F1 amarelas x amarelas
F2 75% amarelas
25% verdes
VV vv
Vv
Vv Vv
VvVV
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
sexo feminino
sexo desconhecido
casamento ou cruzamento
casamento ou cruzamento consangüíneo
indivíduos que apresentam o caráter estudado
filhos ou descendentes
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
1:2:1Proporção genotípica
1:2:1
• Ex.: cor das flores em Maravilha.P vermelhas x brancas
F1 100% rosas
F1 rosas x rosas
F2 25% vermelhas50% rosas25% brancas
VV BB
VB
VB VB
VV
VBBB
Probabilidade em Genética
Regra do “E”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”Regra do “OU”A probabilidade de dois ou mais eventos mutuamente exclusivos ocorrerem é igual a soma das probabilidades de ocorrerem separadamente.
Probabilidade é a relação entre um ou mais eventos esperados e o número de eventos
possíveis.P =
eventos esperadoseventos possíveis
Genes Letais
• Provocam a morte ou não desenvolvimento do embrião.
• Determinam um desvio nas proporções fenotípicas esperadas, geralmente 2:1.
Aa
Aa
Aa
Aa
aaAA
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
C _
cch _ch _
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 Grupo SangüíneoSangüíneo
AglutinogêniAglutinogênio nas o nas
hemáciashemácias
Aglutinina no Aglutinina no plasmaplasma
A A Anti-B
B B Anti-A
AB A e B -
O - Anti-A e Anti-BDoaçõesDoações
OA B
AB
Sistema ABOOs grupos do sistema ABO são determinados por uma série de 3 alelos, IA, IB e i onde:
• Gene IA determina a produção do aglutinogênio A.• Gene IB determina a produção do aglutinogênio B.• Gene i determina a não produção de aglutinogênios.
FenótiposFenótipos GenótiposGenótipos
Grupo A IAIA ou IAi
Grupo B IBIB ou IBi
Grupo AB IAIB
Grupo O ii
IIAA = I = IBB > i > i
Sistema Rh
Fator RhFator 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.
DoaçõesDoações
Rh- Rh+
Fenótipos
Genótipos
Rh+ RR ou Rr
Rh- rr
Eritroblastose FetalDoença Hemolítica do Recém
NascidoCondições: 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
Genótipos
M LMLM
N LNLN
MN LMLN
DoaçõesDoações
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 Sexona 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 SexoDaltonismo
• 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 SexoHemofilia
• 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
• Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo Y.
• Genes Holândricos.• Só ocorrem no sexo
masculino.• Ex.: Hipertricose
auricular.
Herança Limitada pelo Sexo
• Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais.
• Só se manifestam em um dos sexos.
• Ex.: Produção de leite em bovinos.
Herança Influenciada pelo Sexo
• Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais.
• Comportamento diferente em cada sexo, agindo como dominante em um e como recessivo em outro (variação de dominância).
• Ex.: Calvície (alopecia).
Genótipos Fenótipos
CC Homem calvo Mulher calva
Cc Homem calvo Mulher não-calva
cc Homem não-calvo
Mulher não-calva
Prováveis Tipos de Herança
Autossômica recessiva
Autossômica dominante
Ligada ao Y (holândrica)
Prováveis Tipos de Herança
Ligada ao X recessiva
Ligada ao X dominante
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 amarelas/lisas x verdes/rugosas
F1 100% amarelas/lisas (híbridas)
F1 amarelas/lisas x amarelas/lisas
VVRR vvrr
VvRr
VvRr VvRr
Diibridismo
amarelas/lisas verdes/lisas
amarelas/rugosas verdes/rugosas
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
169
163
163
161
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 GênicasGenes 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 - 1número de fenótipos = número de poligenes + 1
Herança QuantitativaCor da Pele em Humanos
FenótiposGenótipos
Negro SSTT
Mulato Escuro
SsTTSSTt
Mulato Médio
SsTtSSttssTT
Mulato ClaroSsttssTt
Branco sstt
1
2
3
2
1
Negro
Mulato Escuro
Mulato Médio
Mulato Claro
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-WeinbergEm 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-WeinbergAplicação
• Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos:
• Quais as freqüências gênicas e genotípicas?
AA 640 indivíduos
Aa 320 indivíduos
aa 40 indivíduos
Total
1.000 indivíduos
O Teorema de Hardy-WeinbergAplicação
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-WeinbergAplicação
Freqüências Genotípicasf(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 A b a B a b
25% 25% 25% 25%
Comparação Diibridismo/Linkage
Linkage (AaBb)A
B
a
b
Gametas
A
B
a
b
A
b
a
B
Parentais 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
Posição CIS
A b
a B
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
A C D B
45M
40M
20M 20M 5M