9. Mutações cromossômicas

1. Alterações no número de cromossomos
Mutações gênicas são alterações ocasionais que ocorrem nos genes. Já as mutações cromossômicas são alterações no cromossomo, podendo ser na estrutura ou no número de cópias do cromossomo.
As mutações cromossômicas (Figura 1) são importantes sob vários pontos de vistas biológicos. Podem dar indícios sobre como os genes agem em conjunto em uma escala genômica, revelam vários aspectos importantes da meiose e arquitetura cromossômica, constituem recursos uteis para a manipulação genômica e são encontradas regularmente em serem humanos ocasionando doenças genéticas.
As alterações no número dos cromossomos são de dois tipos: alterações em conjuntos completos, que são chamadas de euploidias, ou alterações em partes dos cromossomos, chamadas de aneuploidias.

Figura 1. A ilustração está dividida em três regiões coloridas para ressaltar os principais tipos de mutações cromossômicas que podem ocorrer: a perda, o ganho ou a relocação de cromossomos inteiros ou segmentos cromossômicos. Fonte: Griffiths et al., 2013.

1.1 Euploidias
Plantas, animais e fungos, levam em suas células um (haploide) ou dois (diploide) conjuntos de cromossomos. Tanto os haploides como os diploides são casos normais de euploidias, ou seja, organismos com múltiplos do conjunto básico de cromossomos são considerados euploides.
Já os organismos com números maiores ou menores do que o normal, são euploides aberrantes, são considerados poliploides, pois possuem mais de dois conjuntos de cromossomos. Eles podem ser representados por 3n (triploide), 4n (tetraploide), 5n (pentaploide) (Tabela 1) e assim por diante.

Quando se trata de poliploides, precisamos definir dois conceitos: autopoliploides e alopoliploides. Quando se tem múltiplos de conjuntos de cromossomos originários de uma mesma espécie, denomina-se autopoliploides. E quando se tem conjuntos de duas ou mais espécies diferentes, denomina-se alopoliploides.
Os triploides geralmente são autopoliploides e surgem espontaneamente na natureza, mas podem ser construídos por geneticistas a partir do cruzamento de um tetraploide com um diploide. Os gametas 2n e n, produzidos respectivamente pelo tetraploide e diploide, se unem para formar um triploide (3n). O problema é a presença de cromossomos não pareados na meiose, pois, os mecanismos moleculares para a sinapse, determinam que, em um triploide, o pareamento só pode acontecer em dois dos três cromossomos.
Os homólogos pareados (bivalentes) segregam-se para polos opostos, enquanto os homólogos não pareados (univalentes) passam para cada polo aleatoriamente. É improvável que um gameta receba dois de cada tipo cromossômico ou um de cada tipo cromossômico. Os gametas aneuploides não costumam gerar proles viáveis. Em plantas, grãos de pólen aneuploides não conseguem fertilizar o gameta feminino.
Um alopoliploide é uma planta híbrida de duas ou mais espécies, que contém duas ou mais cópias de cada um dos genomas incluídos. O protótipo de um alopoliploide foi um alotetraploide sintetizado por Karpechenko em 1928. Ele queria fazer um híbrido fértil que tivesse folhas de repolho e raízes de rabanete. As espécies têm uma relação próxima para permitir o cruzamento entre si, no entanto, esse hibrido era funcionalmente estéril porque os 9 cromossomos do genitor repolho eram suficientemente diferentes dos cromossomos do rabanete a modo de não haver sinapse (Figura 2).

Figura 2.Na progênie de um cruzamento de repolho com rabanete, o anfidiploide fértil surge da duplicação espontânea no hibrido estéril 2n=18. Fonte: Griffiths et al., 2013.

1.1.1 Aplicações agrícolas
As variações no número de cromossomos foram exploradas para a criação de novas linhagens de plantas com características desejáveis. Por exemplo, a diploidia é um incomodo para os agricultores. Quando querem induzir e selecionar novas mutações recessivas favoráveis, as novas mutações não podem ser detectadas a menos que sejam homozigotas. Assim, os monoploides são uma alternativa de contornar alguns desses problemas.
Os monoploides podem ser criadas artificialmente a partir de produtos da meiose de uma planta. Uma célula haploide destinada a tornar-se um grão de pólen pode ser induzia por tratamento com frio a crescer como um embrioide (Figura 3).

Figura 3.Plantas monoplóides podem ser criadas artificialmente a partir de células destinadas a tornar-se grãos de pólen, expondo as células ao tratamento pelo frio em cultura de tecidos. Fonte: Griffiths et al., 2013.

Outro exemplo são as autotriploides, como as bananas. As bananas encontradas no comércio são triploides estéreis com 11 cromossomos em cada conjunto. A expressão mais óbvia da esterilidade da banana é a falta de sementes. Melões sem sementes também comercializados são triploides. Muitas plantas foram desenvolvidas como cultivos comerciais para tirar vantagem de seu tamanho maior, como é o caso das autotetraploides, como uvas e morangos.

1.1.2 Animais poliploides
Como dito, poliploidia é mais comum em plantas do que animais. Platelmintos, sanguessugas e camarões de água salgada são casos de animais poliploides, pois reproduzem-se por partenogênese. Outros animais com poliploidia comum são os anfíbios e repteis. Eles têm vários modos de reprodução, algumas espécies poliploides de sapos e rãs apresentam reprodução sexual, enquanto salamandras e lagartos se reproduzem por partenogênese.

1.2. Aneuploidias
A aneuploidia é a segunda maior categoria de aberrações cromossômicas em que o número de cromossomos é anormal. Um aneuploide difere do tipo selvagem por apenas um ou um pequeno número de cromossomos. Na maioria das vezes a causa da aneuploidia é a não disjunção durante a meiose ou mitose. Disjunção designa a separação normal de cromossomos homólogos ou cromátides para os polos opostos durante a meiose ou mitose (Figura 4).

Figura 4.Produtos aneuploides da meiose (ou seja, gametas) originam-se de não disjunção na primeira ou na segunda divisão meiótica.Fonte:Griffiths et al., 2013.

A nomenclatura dos aneuploides baseia-se no número de cópias dos cromossomos especifico, assim temos: trissômico (2n+1), monossômico (2n-1) e nulissômico (2n-2). Nos haploides, temos o dissômico (n+1).
Os monossômicos resultam da perda de uma cópia do cromossomo. Na maioria dos organismos, a ausência de um cromossomo é prejudicial. Nos seres humanos, os monossômicos morrem in útero. Com relação a perda do cromossomo sexual, pode ocorrer morte in útero também, mas alguns são viáveis. É o caso da Síndrome de Turner (Figura 5), onde invés de haver dois cromossomos sexuais, tem-se somente um, sendo representado como XO. As pessoas com essa síndrome têm um fenótipo característico: são fêmeas estéreis, de baixa estatura e em geral tem frouxidão da pele que se estende entre o pescoço e os ombros. Possuem uma inteligência quase normal, mas com funções cognitivas defeituosa.

Figura 5. A síndrome de Turner resulta da existência de um único cromossomo X (XO)Fonte:Griffiths et al., 2013.

Os trissômicos contém uma cópia extra de um cromossomo. Nos organismos diploides e geral, o desequilíbrio cromossômico da condição trissômica pode resultar em anormalidade ou morte. No entanto, há muitos exemplos de trissômicos viáveis, sem contar, que eles podem ser férteis.
Há vários exemplos de trissomias humanas viáveis. A Síndrome de Klinefelter (Figura 6) é um exemplo, onde há um cromossomo X extra, ou seja, são dois cromossomos X e um Y (XXY). As pessoas com essa síndrome são do sexo masculino, são magras, possuem um comprometimento leve de QI e são estéreis.

Figura 6.Síndrome de Klinefelter resulta da existência de dois cromossomos X e um cromossomo Y (XXY). Fonte:Griffiths et al., 2013.

Outro exemplo muito comum é a Síndrome de Down. A síndrome é representada pela não disjunção do cromossomo 21 de um dos genitores, ou seja, não é uma doença genética. Os fenótipos da Síndrome incluem retardo mental, face larga e achatada, baixa estatura, mãos curtas e língua grande. As mulheres podem ser férteis e ter uma prole normal, mas os homens são estéreis.
A incidência da síndrome de Down está relacionada a idade materna, pois, mãe mais velhas correm um risco grande de ter um filho com a síndrome (Figura 7). Por essa razão, a análise cromossômica do feto agora é recomendada para gestantes de mais idade. Embora se conheça sobre isso a muito tempo, não se sabe a relação exata da idade materna com a síndrome. Sabe-se que, com a idade elevada, possivelmente o cromossomo bivalente é menos propenso a ficar unido durante a prófase I da meiose.

Figura 7. Mães mais velhas têm uma proporção maior de bebês com síndrome de Down do que mães mais jovens. Fonte: Procriar Medicina Reprodutiva. Disponível em: < http://www.procriar.com.br/idade-e-infertilidade>

As únicas trissomias autossômicas que sobrevivem ao nascimento são a trissomia do 13 (Síndrome de Patau) e a trissomia do 18 (Síndrome de Edwards). Ambas implicam em anormalidades físicas e mentais graves. A Síndrome de Patau inclui fenda labial, microcefalia e expectativa de vida média de 130 dias. A síndrome de Edwards inclui orelhas do tipo fauno, mandíbula pequena, e expectativa de vida de uma ou duas semanas após o parto. Todos os demais trissômicos morrem in útero.

2. Alterações na estrutura do cromossomo
As alterações no número de cromossomos são chamadas de rearranjos. Uma parte do cromossomo pode ser perdida, constituindo uma deleção, ou duplicado, constituindo uma duplicação. A orientação de uma parte do cromossomo pode ser invertida, constituindo uma inversão, ou uma parte do cromossomo pode ir para um cromossomo diferente, constituindo uma translocação. Esses rearranjos cromossômicos ocorrem após a quebra do filamento de DNA.
Há dois tipos de rearranjos: desbalanceado e balanceado. Os rearranjos desbalanceados modificam a dosagem gênica de um segmento cromossômico. As duas classes simples de rearranjos desbalanceados são as duplicações e deleções. Uma deleção é a perda de um segmento de um braço cromossômico, já uma duplicação é a repetição de um segmento do braço cromossômico (Figura 8).

Figura 8. Exemplos de duplicação à esquerda e deleção à direita. Fonte: Griffiths et al., 2013.

Os rearranjos balanceados modificam a ordem dos genes no cromossomo, mas não removem nem duplicam qualquer DNA. As duas classes de rearranjos balanceados são as inversões e as translocações. Uma inversão (Figura 9) é um rearranjo em que um segmento do DNA foi quebrado, girado a 180º e reunido novamente. Já uma translocação (Figura 9) é um rearranjo em que dois cromossomos não homólogos são quebrados, criando fragmentos que t rocam de lugares.

Figura 9.Exemplos de translocação à esquerda e inserção à direita. Fonte: Griffiths et al., 2013.

Outro fato importante dos rearranjos (Figura 10), é o crossing-over entre os segmentos de DNA duplicado. Em organismos com sequencias repetidas, há ambiguidade sobre qual das repetições irá parear-se com outra na meiose. Se as sequencias que pareiam não estão nas mesmas posições relativas nos homólogos, o crossing-over pode produzir cromossomos aberrantes.

Figura 10. Cada um dos quatro tipos de rearranjos cromossômicos pode ser produzido por dois mecanismos: quebra cromossômica ou crossing-over entre DNA repetitivo. Fonte: Griffiths et al., 2013.

Exercícios
1) Diferencie as síndromes de Klinefleter, Down e Turner. Quais são encontradas em ambos os sexos?

2) Como você denominaria os organismos MM N OO; MM NN OO e MMM NN PP?

3) A cariotipagem é um método que analisa células de um indivíduo para determinar seu padrão cromossômico. Essa técnica permite identificar um indivíduo normal (46, XX ou 46, XY) ou com alguma alteração cromossômica. A investigação do cariótipo de uma criança do sexo masculino com alterações morfológicas e comprometimento cognitivo verificou que ela apresentava fórmula cariotípica 47, XY, +18. A alteração cromossômica da criança pode ser classificada como:
a) estrutural, do tipo deleção.
b) numérica, do tipo euploidia.
c) estrutural, do tipo duplicação.
d) numérica, do tipo aneuploidia.

Gabarito
1) Síndrome de Turner é uma monossomia, onde só há a existência de um cromossomo sexual X, sendo, portanto, XO. Já a síndrome de Klinefelter e Down são trissomias, sendo a de Klinefelter uma trissomia nos cromossomos sexuais, onde há dois cromossomos X e um Y (XXY) e a síndrome de Down é no cromossomo 21. A única encontrada em ambos os sexos é a Síndrome de Down.

2) MM N OO seria classificado como 2n-1; MM NN OO seria classificado como 2n; e MMM NN PP seria classificado como 2n+1.

3) Letra “D”. A fórmula cariotípica 47, XY, +18 indica que a criança possui 47 cromossomos. O +18 significa que essa criança apresenta um cromossomo 18 a mais. Como a alteração cromossômica é no número de cromossomos, obviamente será numérica. Já o tipo é a aneuploidia, que é quando há um aumento ou uma perda de um ou mais cromossomos.

Referências Bibliográficas

GRIFFITHS, A.J.F.; WESSLER, S.R.; LEWONTIN, R.C.; CARROLL, S.B. Introdução à Genética. 10. ed. rev. Trad. Idilia Vanzellotti. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.

PIERCE, BENJAMIN A. Genética: um enfoque conceitual. Tradução Paulo A. Motta. 3.ed. Rio de Janeiro:Guanabara Koogan, 2011.

8. Mutações gênicas e mecanismos de reparo

1. Fonte de variabilidade genética.
Como surgem as variantes genéticas? Dois processos importantes são responsáveis pela variação genética: mutação e recombinação. A mutação é considerada significativa pois é fonte primária da mudança evolutiva, visto que resultam na formação de novos alelos. A recombinação é resultado de processos celulares que fazem com que os alelos de genes diferentes se agrupem em novas combinações.

2. Mutações gênicas
As mutações gênicas podem surgir espontaneamente ou ser induzidas. As mutações espontâneas ocorrem de maneira natural e surgem em todas as células, enquanto que as mutações induzidas surgem pela ação de agentes mutagênicos que aumentam a taxa de ocorrência de mutações.
Os dois principais tipos de mutação gênica são substituições de bases e inserções ou deleções. As substituições de bases são mutações nas quais os pares de bases são substituídos por outros, podendo ser divididas em transições e transversões. Já as mutações de inserções ou deleções, na verdade, se referem a pares de nucleotídeos. Coletivamente, são chamadas de mutações indel, (abreviações de inserção-deleção).
Existem três tipos de mutações gênicas: mutações sinônimas, mutações sem sentido e mutações de sentido trocado. As mutações sinônimas nunca alteram a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. Já as mutações de sentido trocado podem substituir um aminoácido por outro quimicamente similar, sendo chamada de substituição conservativa, ou um aminoácido pode ser substituído por outro quimicamente diferente, sendo chamada de substituição não conservativa. As mutações sem sentido levarão a um término prematuro da tradução, inserindo um stop códon. Assim, elas têm um efeito considerável no funcionamento da proteína.

3. A base molecular das mutações gênicas espontâneas
As mutações espontâneas têm várias fontes. Uma delas é o processo de replicação do DNA. Mesmo que seja um processo acurado, erros são cometidos na cópia de milhões de pares de bases em um genoma. Um erro na replicação do DNA pode ocorrer quando se forma um par errado de nucleotídeos na síntese do DNA, sendo considerado uma transição ou transversão. Também pode ocorrer subtração ou adição de pares de bases durante a leitura do DNA.
As mutações de transição ocorrem quando uma purina é substituída por outra purina ou uma pirimidina é substituída por outra pirimidina (Figura 1). Nas mutações de transversão, as purinas são trocadas por pirimidinas e pirimidinas são trocadas por purinas.

Figura 01.Mutações de ponto na região codificadora de um gene variam em seus efeitos sobre o funcionamento da proteína. Fonte: Griffiths et al., 2013.

Quando ocorre deleção ou inserção, chamamos de mutações indel (Figura 2), ou seja, adição ou subtração de um ou mais pares de bases que acarretam em mutações na matriz de leitura.

Figura 2. Inserções e deleções de bases (mutações indel) causam mudança na matriz de leitura. Fonte: Griffiths et al., 2013.

3.1 Mutações espontâneas em humanos
Análises de DNA revelaram que as mutações gênicas contribuem para numerosas doenças humanas hereditárias. Algumas são substituições de bases ou tipo indel, entretanto, algumas são mais complexas e são causados por duplicações de sequências curtas repetidas.
Um mecanismo comum responsável por várias doenças é a expansão de uma repetição de três pares de bases, por isso, elas são chamadas de doenças de repetição de trinucleotídeos (Figura 3). Um exemplo é a doença humana conhecida como síndrome do X frágil, a forma de retardo mental hereditário mais comum. Ela se manifesta citologicamente por um sitio frágil no cromossomo X, que resulta em mudanças no número de uma repetição (CGG), em uma região do gene FMR-1 que é transcrita e não traduzida.

Figura 3.O gene FMR-1 na síndrome do X frágil. (a) estrutura do éxon e repetição CGG antecedente. (b) Transcrição e metilação em alelos normais, pré mutação e mutação total. Fonte: Griffiths et al., 2013.

4. A base molecular das mutações gênicas induzidas
Enquanto as mutações espontâneas são produzidas dentro das células, as fontes de mutações induzidas são encontradas no ambiente, intencionalmente aplicadas em laboratórios ou encontradas por acaso no cotidiano. Em um laboratório, a produção de mutações ocorridas pela exposição a mutágenos chama-se mutagênese.
Os mutágenos induzem mutações por pelo menos três mecanismos diferentes. Eles podem substituir uma base no DNA, podem alterar uma base de modo que ela faça um pareamento errado com outra base ou podem danificar uma base de modo que ela não possa mais parear com outra base em condições normais.

4.1 Mecanismos de mutagênese
Alguns compostos químicos são similares às bases nitrogenadas do DNA, de modo que são ocasionalmente incorporadas ao DNA no lugar das bases normais. Esses compostos são chamados de análogos de bases. Depois que entram no lugar das bases, os análogos tem propriedades de pareamento diferentes, assim, podem produzir mutações fazendo com que os nucleotídeos incorretos sejam inseridos em oposição a eles na replicação.
Um análogo de base muito usado em pesquisa é a 2-aminopurina (2-AP). Esse análogo de adenina pode parear com timina, mas também pode fazer mal pareamento com a citosina. Os estudos comprovam que a 2-AP causa quase exclusivamente transições de bases.
Outra classe modificadora de DNA importante são os agentes intercalares(Figura 4). Esses agentes são moléculas planares que mimetizam pares de bases e são capazes de inserir-se entre bases nitrogenadas empilhadas na dupla hélice de DNA. Nessa posição intercalada, tal agente pode causar uma inserção ou deleção de um par de nucleotídeos.

Figura 4.Estrutura dos agentes intercalares comuns e sua interação com o DNA. Fonte: Griffiths et al., 2013.

Existem outros mutágenos que impossibilitam um pareamento correto de bases, pois danifica uma ou mais bases, mecanismo de mutagênese então conhecido como danos às bases. A luz ultravioleta e a radiação ionizante são exemplos de mutágenos conhecidos. A luz ultravioleta causa danos às bases nucleotídicas na maioria dos organismos, pois gera vários tipos distintos de alteração no DNA, chamados de fotoprodutos (Figura 5). A radiação ionizante resulta na formação de moléculas ionizadas e excitadas que danificam o DNA. Devido a natureza aquosa dos sistemas biológicos, as moléculas geradas pelos efeitos da radiação ionizante na água produzem os maiores danos.

Figura 5.Fotoprodutos que unem pirimidinas adjacentes no DNA estão fortemente correlacionados com mutagênese. Fonte: Griffiths et al., 2013.

5. Mecanismos biológicos de reparo
Em virtude da diversidade de mutações - induzidas ou espontâneas -, torna-se necessário a necessidade de uma manutenção, evitando a perpetuação das mutações. Por esse motivo, todas as nossas células dispõem de caminhos alternativos de reparo de lesões ao DNA. A escolha por cada um desses caminhos dependerá do tipo de dano e da situação.

5.1. Prevenção de erros
Antes mesmo que a mutação aconteça, nosso organismo dispõe de alguns sistemas enzimáticos que atuam sobre os compostos mutagênicos, neutralizando-os antes que ocorra uma interação com a dupla fita. Um bom exemplo a ser citado, são as enzimas superóxido dismutase e catalase, que agem como defensoras antioxidantes na proteção do DNA contra os danos oxidativos dos radicais livres.

5.2. Reparo por excisão
Existem dois tipos principais de reparo por excisão: reparo por excisão de bases e reparo por excisão de nucleotídeos. O reparo por excisão de nucleotídeos conta com a participação de quatro classes de enzimas essenciais: endonucleases, exonucleases, DNA polimerases e DNA ligases. Na 1ª etapa, uma endonuclease de reparo reconhece o fragmento lesado, o qual posteriormente é excisado por uma exonuclease. Na 2ª etapa, uma DNA polimerase preenche o espaço usando como molde o filamento complementar de DNA não lesado. Na 3ª etapa, a enzima DNAligse liga a lacuna deixada pela DNA polimerase, restabelecendo o novo fragmento ao restante da molécula. Esse sistema é utilizado para reparos considerados grandes.
Algumas vezes, o dano não é tão grande a ponto de ser reconhecido pelo sistema de reparo de excisão por nucleotídeos, como no caso de alterações na estrutura química das bases. No caso do sistema de reparo por excisão de base, a enzima DNA glicosilase é quem reconhece a base danificada, clivando as ligações glicosídicas entre a base mal pareada e o açúcar. Em seguida, as endonucleases AP cortam o filamento danificado antes do sítio AP, e excisam os grupos açúcar-fosfato dos locais onde as bases estão ausentes. Em seguida, a DNA polimerase substitui o nucleotídeo ausente e a DNA ligase restaura a fita, sendo as extremidades da clivagem (Figura 6).

Figura 6.No reparo por excisão de base, as bases danificadas são removidas e reparadas. Fonte: Griffiths et al., 2013.

5.3. Reparo de mal pareamento
Algumas bases mal pareadas conseguem passar despercebidas durante a atividade 3’  5’ da revisão realizada pela DNA polimerase durante a replicação. O reparo de mal pareamento busca esses pareamentos que permaneceram incorretos na fita recém-sintetizada e corrigi com base na sequência disposta pela fita molde (Figura 7). Pode ser citada como exemplo, uma timina que foi pareada com uma guanina.

Figura 7. Modelo para reparo de mal pareamento em E. coli. Fonte: Griffiths et al., 2013.

5.4. Reparo por recombinação
Esse sistema de reparo recebe esse nome pelo fato de sua atividade fazer uso de propriedades inerentes ao processo de recombinação do DNA. Isso significa que o dano pode ser estrutural em uma das fitas, ou seja, quando o DNA é replicado, a maquinaria de replicação passa pelo ponto danificado sem copiá-lo, deixando assim uma lacuna de tamanho considerável na fita recém-sintetizada. A informação contida na lacuna é perdida, podendo somente ser recuperada pela utilização de outra molécula idêntica de DNA.

6. Câncer: consequência fenotípica importante da mutação.
Qual a ligação entre o câncer e a mutação? Praticamente todos os cânceres de células somáticas surgem devido a uma série de mutações específicas que se acumulam em uma célula. Um tumor maligno ou benigno (câncer), é um agregado de células, todas descendentes de uma célula inicial aberrante. As células cancerosas tipicamente diferem de suas vizinhas normais por várias características fenotípicas como: rápida taxa de divisão, capacidade de invadir novos territórios celulares, alta taxa metabólica e forma anormal.
Podemos pensar no câncer, de modo geral, como consequência ao acúmulo de múltiplas mutações em uma única célula. Algumas dessas mutações são transmitidas pelos genitores por meio da linhagem germinativa. Várias evidências indicam uma origem genética para a transformação de células no estado benigno para o estado canceroso. Dois tipos gerais estão associados a tumores: mutações oncogênicas e em genes supressores de tumor.
A mutações oncogênicas atuam em uma célula cancerosa como mutação dominante de ganho de função. Essa mutação precisa estar presente apenas em um alelo para contribuir para a formação do tumor. Já as mutações nos genes supressores de tumor, são mutações recessivas de perda de função, ou seja, esse tipo de mutação faz com que os produtos dos genes codificados percam muito da sua atividade ou toda ela. Assim, para que o câncer se desenvolva, a mutação tem que estar presente em ambos os alelos.

Exercícios
01) Nas células adultas que pararam de se dividir, que tipos de sistemas de reparo são possíveis?

02) Certo composto que é um análogo da base citosina pode ser incorporado ao DNA. Ele normalmente faz pontes de hidrogênio como a citosina, mas, muito frequentemente, isomeriza-se em uma forma que faz pontes de hidrogênio com a timina. Você espera que esse composto seja mutagênico? Em caso afirmativo, que tipos de mudanças ele pode induzir no DNA?

03) Defenda a afirmação “o câncer é uma doença genética”.

Gabarito
01) Os sistemas de reparos são: reparo por excisão, reparo por recombinação e reparo por mal pareamento.

02) Sim, é mutagênico e causará transições de CG para TA.

03) A seguinte lista contém argumentos sobre o câncer ser uma doença genética:
(1) Determinados cânceres são herdados como traços mendelianos.
(2) A maioria dos agentes carcinogênicos também são mutagênicos.
(3) Vários oncogenes já foram isolados de vírus tumorais.
(4) Alguns genes que acarretam susceptibilidade a determinados tipos de câncer já foram mapeados, isolados e estudados.

Referências Bibliográficas

GRIFFITHS, A.J.F.; WESSLER, S.R.; LEWONTIN, R.C.; CARROLL, S.B. Introdução à Genética. 10. ed. rev. Trad. Idilia Vanzellotti. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.

PIERCE, BENJAMIN A. Genética: um enfoque conceitual. Tradução Paulo A. Motta. 3.ed. Rio de Janeiro: GuanabaraKoogan, 2011.

7. Genética Molecular

GENÉTICA MOLECULAR
(BIOLOGIA MOLECULAR)
1. Dogma da Biologia Molecular
Genes são pequenas partículas presentes nos organismos vivos e são constituídos de um segmento de uma molécula de DNA; as células expressam as informações genéticas que são determinadas pelos seus genes através da transcrição (síntese do mRNA a partir do DNA) e da tradução (síntese de proteína através do mRNA). Uma célula pode regular a expressão de cada um de seus genes de acordo com as necessidades do seu metabolismo e funcionamento (Figura 1).

Figura 01. Dogma da biologia molecular. Fonte: Alberts(2010).

Para que a célula realize a leitura da informação genética desejada, ela sintetiza uma cópia do DNA onde localizam-se os genes que ela necessita, sob forma de uma sequência de nucleotídeos de RNA. Embora copiada em uma estrutura química distinta, a informação obtida através do RNA ainda é escrita essencialmente na mesma linguagem do DNA(linguagem de uma sequência de nucleotídeos), sendo um processo denominado transcrição.
A informação presente na sequência de nucleotídeos resultando da transcrição é usada para sintetizar uma proteína e esse processo é chamado de tradução. Como indica o termo tradução, é como se uma mensagem manuscrita fosse convertida para um texto datilografado. A própria linguagem e a forma da mensagem não mudam, e os símbolos utilizados são similares. A sequência de nucleotídeos de um gene é traduzida em uma sequência de aminoácidos de uma proteína, por meio da aplicação de regras que são conhecidas como código genético, descrito no início dos anos de 1960 por Marshall Nirenberg e colaboradores.

2. Estrutura dos ácidos nucleicos
2.1 DNA
O ácido desoxirribonucleico (DNA) é uma molécula informacional que contém na sequência, nucleotídeos com informações requeridas para produzir todas as proteínas de um organismo, e consequentemente das células e dos tecidos desse organismo. Cada nucleotídeo é composto pela união de três moléculas: um açúcar pentose (com 5 carbonos), um grupo fosfato e uma base nitrogenada. O açúcar no DNA é a desoxirribose. Quimicamente, a molécula de DNA é estável em diversas condições terrestres, e isto pode ser exemplificado pela habilidade da recuperação das sequências de DNA a partir de ossos e tecidos que possuem dezenas de milhares de anos.
O DNA consiste em duas cadeias polinucleotídicas associadas que formam uma dupla hélice em espiral com giro para a direita. Um grupo fosfato liga o átomo de carbono 5’ do açúcar ao carbono 3’ do resíduo de açúcar seguinte, formando um suporte (“esqueleto”).O suporte formado por dois açúcares-fosfatos encontram-se no lado exterior da dupla hélice e as bases nitrogenadas projetam-se para o interior. A orientação das duas cadeias é antiparalela, isto é, as direções 5’  3’ são opostas. As cadeias são mantidas em uma formação precisa dos pares de bases nitrogenadas entre os dois grupamentos: A (adenina) pareia com T (timina) através de duas ligações de hidrogênio e G (guanina) é pareada com C (citosina) por meio de três ligações de hidrogênio. Essa complementariedade de pares de bases ocorre em consequência do tamanho, formato e composição química de cada uma delas. A presença de diversas ligações de hidrogênio na molécula de DNA contribui para a estabilidade da dupla hélice (Figura 2).

Figura 02.Pares de bases complementares na dupla-hélice de DNA. Fonte: Alberts(2010).

O DNA determina todas as funções necessárias para o desenvolvimento de um organismo, e a sua replicação ocorre de forma precisa, o que garante a capacidade de transmitir a informação genética para as próximas gerações (Figura 3).

Figura 03. DNA e seus blocos de construção. Fonte: Alberts (2010)

2.2 RNA
A estrutura primária do RNA é similar ao DNA, sendo um ácido nucleico composto por uma cadeia polinucleotídica. Entretanto, o RNA é geralmente uma cadeia de nucleotídeos unifilamentar (uma cadeia ou de fita única), sendo mais flexível e podendo formar uma maior variedade de conformações moleculares do que o DNA bifilamentar (duas cadeias ou de fita dupla), podendo dobrar-se na forma de uma alça (suas próprias bases podem fazer par com outras).Enquanto o açúcar do DNA é a desoxirribose, o açúcar do RNA é a ribose, outra diferença é em relação a uma das bases nitrogenadas: a timina no DNA é substituída por uracila (U), no RNA.Diversos tipos de RNAs podem ser produzidos pela transcrição e as diferenças em tamanhos e conformações dos tipos de RNA possibilitam diversas funções específicas deles na célula. Entre as principais classes de RNA encontram-se o RNA mensageiro (mRNA), o transportador (tRNA) e o ribossomal (rRNA).
RNA mensageiro (mRNA):Molécula de RNA que serve como intermediário entre um gene e seu produto final de expressão.Carrega uma cópia da sequência de DNA a ser utilizada para o processo de síntese, e cada trinca de nucleotídeos na região codificadora corresponde a um aminoácido da proteína a ser produzida, além disso, é considerada uma molécula mais instável que o tRNA e rRNA;
RNA transportador (tRNA): Pequenos RNAs, conhecidos como moléculas que desempenham a leitura da sequência de nucleotídeos do transcrito de mRNA e a convertem em sequência de aminoácidos, sendo assim, transportam os aminoácidos correspondentes a cada códon do mRNA no processo de tradução;
RNA ribossomal (rRNA):São moléculas constituintes dos ribossomos, grandes estruturas multimolecularesque orientam a montagem da cadeia de aminoácidos juntamente com o mRNA e tRNA.
Small RNA (snRNA): Responsável pela remoção dos íntrons, e pelo Splicing, forma os spliceossomas que controlam o splicing de pré-mRNA para produzir mRNA.
Micro RNA (miRNA): Envolvido na regulação da expressão gênica através da clivagem de um mRNA alvo ou da repressão da tradução; “emparelhamento imperfeito”.
RNA de interferência (siRNA): Pode inibir a expressão de um gene direcionando sequências específicas de mRNA para degradação de ribonucleases; “emparelhamento perfeito”.
Small nucleolar RNA (snoRNA): É uma pequena molécula de RNA, que está envolvida na modificação do rRNA no nucléolo, e pode modificar as bases de outras moléculas de RNA.
Small Temporal RNA (stRNA): É um RNA temporário, regula negativamente a expressão de RNAs.

3. Estrutura de Genes e Genomas Procarióticos
3.1 Estrutura dos Genes Procarióticos
Todas as moléculas de DNA tem regiões em sua extensão e apresentam sequências nucleotídicas responsáveis pela expressão de um gene. Para essa sequência ser expressa, os genes devem estar dispostos nas seguintes regiões (Figura 4):
Regiões codificadoras (local onde estão presentes os genes a serem transcritos);
Regiões reguladoras (ladeando as sequências codificadoras, sendo caracterizada por sequências de nucleotídeos que irão ativar ou inibir a expressão gênica, também determina o fim de uma transcrição);
Promotor (se encontra próximo a terminação 5’ da região codificadora, e juntamente com outros sítios de ligação de proteínas dão o início ao processo de transcrição).

Figura 04. Estrutura geral do gene que codifica o RNA ribossômico.Fonte: De Robertis (2010)

3.2 Genomas Procarióticos
Os organismos procariotos representados pelas bactérias e arqueas, apresentam um genoma geralmente estruturado em um único cromossomo de formato circular, podendo existir organismos com o DNA na forma linear, porém são a minoria. Há também, espécies que apresentam mais de uma molécula de DNA. Sendo assim, as moléculas extensas e que apresentam genes importantes são chamadas de cromossomos. Já as moléculas menores e com um número menor de genes essenciais são chamados de plasmídeos. Outra característica dos genomas procariotos é que eles apresentam replicons, que são unidades de replicação do DNA, porém a maioria dos indivíduos apresentam apenas um replicon por genoma.

4.Estrutura de Genes e Genomas Eucarióticos
4.1 Estrutura de Genes Eucarióticos
Os conceitos sobre a estrutura dos genes utilizados para os indivíduos procarióticos também é válido para seres eucarióticos, porém, estes apresentam estruturas mais complexas, principalmente nas regiões codificadoras e reguladoras. Outra diferença é a presença de íntrons, sequências que não serão codificadas/traduzidas, intercalando com éxons, sequências que serão codificadas/traduzidas. Outra diferença entre éxons e íntrons é o tamanho, sendo esse último muito maior e extenso. Os íntrons são transcritos, entretanto não são traduzidos, sendo eliminados no processamento de RNA (Figura 5).

Figura 5. Estrutura geral do genes em eucariotos, regiões codificantes e não codificantes. Fonte: César e Sezar (2015).

4.2 Genomas Eucarióticos
Os genomas eucarióticos, são maiores quando comparados com organismos procarióticos, porém, há algumas exceções, variando de espécie para espécie. Como os indivíduos eucarióticos apresentam organelas, há dois tipos de genomas, o nuclear, e os extranucleares.
Os genomas nucleares estão presente dentro do núcleo celular e são organizados em forma cromossômica, sendo cada cromossomo composto por uma única molécula de DNA em sua forma linear. A quantidade de cromossomos varia de acordo com a espécie. Já os genomas extranucleares são encontrados em organelas como as mitocôndriase plastídios, apresentando um único DNA circular. Os genes presentes neste DNA estão relacionados com funções específicas destas organelas.

5. A Replicação do DNA
A replicação é o processo em que o material genético das células, o DNA, é duplicado para que possa ser passado da célula mãe para a célula filha no final da divisão celular.
A vida das células que se dividem passa por duas etapas que se alteram ciclicamente, conhecidas como intérfase e mitose. A intérfase se subdivide em três fases chamadas G1, S e G2, onde na fase G1 ocorrem diversas atividades da célula, tais como: secreção, condução, condensação, etc. É seguida pela fase S, onde ocorre a replicação do DNA, e fase G2, que é uma transição que se estende até o início da fase correspondente a mitose, a fase M, ao final da qual as moléculas de DNA duplicadas são segregadas nas células-filhas.
Desde o término da fase S até que sejam segregados na mitose, as moléculas de DNA sintetizadas derivam de uma mesma molécula de DNA, conhecida como fita molde, permanecendo juntas e unidas na altura do centrômero mediante um complexo de proteínas chamadas coesinas. Enquanto estão unidas, essas moléculas levam o nome de cromátides-irmãs. O centrômero se evidencia durante a mitose, quando a cromatina de ambas as cromátides alcança o grau máximo de compactação e desempenha uma função crucial na separação das cromátides-irmãs, pois graças a ele cada célula-filha recebe uma única cromátide, que passa a se chamar cromossomo depois da separação (Figura 6).

Figura 06.Ciclo de condensação-descondensação dos cromossomos. A replicação ocorre na fase S. A condensação do DNA é máxima na metáfase e na anáfase. Fonte: De Roberts (2010).

Para que as duas moléculas de DNA possam se formar a partir de uma, primeiro a molécula de DNA mãe precisa separar-se para que seja usada de molde na construção das cadeias complementares, formando a bolha de replicação, cujo tamanho aumenta à medida que avança a separação das cadeias nas duas extremidades da bolha. Isso dá lugar – em cada extremidade – a uma estrutura em forma de Y chamada forquilha de replicação (Figura 5). Seus ramos apresentam as duas cadeias de DNA separadas, e o tronco, a dupla hélice em vias de separação. A separação das fitas ocorre através da ação da enzima helicase, que desfaz as pontes de hidrogênio que ligam a dupla hélice (Figura 07).

Figura 07.A replicação é bidirecional. Além disso, é contínua na cadeia adiantada e descontínua na cadeia atrasada.Fonte: De Roberts (2010).

As duas forquilhas de replicação surgem a partir dos pontos de origem e avançam em direções opostas, desaparecendo quando colidem com suas similares das bolhas contínuas, ao culminar a aproximação progressiva entre elas (Figura 6). Desta forma, a replicação do DNA é um processo bidirecional.
O DNA é sintetizado na direção 5’→3’ e utiliza como molde uma cadeia de DNA já existente, como já mencionado. Enzimas chamadas DNA polimerases, agregam os sucessivos nucleotídeos – um por vez – na extremidade 3’ da cadeia em crescimento. A DNAp (DNA polimerase)é responsável por catalisar as ligações fosfodiésteres que se produzem entre o OH do C3’ da desoxirribose de um nucleotídeo e o fosfato ligado ao C5’ do nucleotídeo recém-chegado.
O DNA é uma molécula de fita dupla e é duplicado por inteiro (tanto éxons, quanto íntrons)Na replicação, as duas cadeias de DNA são utilizadas como molde e uma vez separadas não voltam a se juntar (porque as cadeias-filhas ficam unidas ás progenitoras). Finalmente, a replicação exige um número considerável de enzimas envolvidas nesse processo.

Em células eucarióticas, a DNA-polimerase apresenta-se de várias formas: α, δ, β, ε. A polimeraseαestá envolvida na síntese do primer para o início da replicação e na formação dos fragmentos de Okazaki. Já a polimeraseδ é responsável pela replicação do genoma nuclear, enquanto a polimeraseβ e ε participam da síntese durante a reparação do DNA.
Em bactérias, existem também três tipos de DNA-polimerase: I, II e III. A DNA-polimerase III é a única com alta capacidade de polimerização, sendo a principal responsável pela síntese do DNA (Figura 8).

Figura 08. Enzimas que atuam na replicação do DNA. Fonte: Djalma Santos, UFPE.

6. A Transcrição do DNA
A transcrição é conhecida como a síntese de RNA a partir de uma molécula de DNA. Para que a transcrição aconteça, é utilizada apenas uma fita do DNA, na direção 3’ -> 5’, assim, sabe-se que o RNA é sintetizado na mesma direção que o DNA, 5’ -> 3’. Não é necessário que ocorra a separação das duas fitas de DNA, isso porque os ribonucleotídeos se agregam um de cada vez. Por isso, é formado uma bolha de transcrição que se desloca à medida que os nucleotídeos são lidos (Figura 9).

Figura 09. Síntese de RNA. Podemos observar a RNA-polimerase (em vermelho) e a bolha de transcrição de DNA. Fonte: De Robertis (2010)

Assim como no processo de replicação do DNA que apresenta a enzima DNA polimerase, para a realização da transcrição, é necessário uma enzima chamada RNA polimerase (RNAp). Esta enzima apresenta-se de três formas, porém é a RNA polimerase II quem sintetiza o RNAm ainda imaturo
Entretanto, a RNA polimerase II não atua sozinha, ela necessita da presença de proteínas que irão auxiliar no processo de transcrição, os chamados fatores de transcrição basal, que irão localizar e ativar a região promotora, a qual apresenta uma sequência nucleotídica conhecida como TATA box(região do DNA a qual irá iniciar-se a transcrição).
Os fatores basais apresentam proteínas do tipo TBP (do inglês, TATA binding protein)que se unem a região do TATA box, resultando em uma rápida abertura na dupla fita de DNA. A partir disto, outros fatores basais começam a aproximar-se do promotor, assim como a enzima RNA polimerase II.Após a RNApII ser fosforilada, ela se desprende dos fatores basais, iniciando a transcrição, sendo encerrada ao chegar na região de terminação.

7. Síntese de Proteínas – Tradução
Após o processo de transcrição do DNA, é obtido como produto o RNAm, o qual irá participar da tradução, ou síntese de proteínas. No RNAm, o código genético está organizado em códons, formados por trincas de nucleotídeos (uracila, adenina, citocina e guanina). Os 4 tipos de bases nitrogenadas combinam entre si gerando um total de 64 códons, sendo que cada códon dá origem a um tipo de aminoácido quando ligado ao seu anticódon (trinca de nucleotídeos correspondente ao códon).
Tanto os aminoácidos quanto os anticódons são carregados pelo RNAt. A tradução do RNA ocorre no citosol da célula e o RNAm, antes localizado no núcleo da célula,migra para a região de síntese proteica. Lá ele irá conectar-se com ribossomos, em que RNAr estão presentes. Essas organelas são compostas por duas subunidades, uma maior e a outra menor as quais apresentam locais onde o RNAt irá se acoplar os sítios A, P e E para a formação da proteína. Assim, a tradução é dividida em três etapas:

Exercícios
01) O DNA é uma molécula formada por uma dupla fita, enrolada uma sobre a outra, que forma uma estrutura helicoidal. Essa molécula se caracteriza pela sua capacidade de autoduplicação, um processo conhecido como:
a) tradução.
b) replicação.
c) transdução.
d) transcrição.

02) Durante um processo de duplicação do DNA, nucleotídeos livres encontrados no núcleo da célula vão se emparelhando sobre a fita molde. O emparelhamento obedece a algumas regras, a base adenina, por exemplo, só se emparelha com:
a) citosina.
b) uracila.
c) guanina.
d) timina.
e) adenina.

03) Marque a alternativa que indica corretamente o códon que marca o início da síntese proteica.
a) UAG.
b) AUU.
c) AUG.
d) GAC.

04) A transcrição pode ser dividida em três importantes etapas. Que nome recebe a fase em que ocorre a incorporação de nucleotídeos a partir da complementariedade com o DNA-molde?
a) Iniciação.
b) Crescimento.
c) Terminação.
d) Alongamento.

Gabarito
01) Letra “b”. O processo de duplicação de uma molécula de DNA é chamado de replicação de DNA ou simplesmente duplicação do DNA.

02) Letra “d”. A adeninas ó se liga à timina, pois esta é sua base complementar

03) Letra “c”. AUG é o códon de início de tradução e corresponde ao aminoácido metionina.

04) Letra “d”. Na fase de alongamento, é sintetizada uma molécula de RNA por intermédio da incorporação de nucleotídeos RNA polimerase que adiciona os novos nucleotídeos.

Referências Bibliográficas

DE ROBERTS. Bases Da Biologia Celular E Molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 4ª ed, 2010.

GRIFFITHS, Anthony J. F. Introdução à genética. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 9ªed, 2008.

PIMENTEL, M. M. G.; GALLO, C. V. de M.; SANTOS-REBOUÇAS, C. B. Genética Essencial. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.

ALBERTS; JOHNSON ; LEWIS, et al. Biologia molecular da célula. Tradução Ana Letícia Vanz et al. 5.ed.-Porto Alegre: Artmed, 2010.

6. Herança do sexo

1. Sistemas cromossômicos de determinação sexual
A teoria cromossômica da herança diz que os genes estão situados nos cromossomos, a mesma foi dada pela descoberta de que o sexo de alguns insetos é determinado pela presença ou ausência de determinados cromossomos.
Esses cromossomos foram descobertos em 1891, por Hermann Henking, enquanto observava o núcleo das células de insetos machos. Ele percebeu uma estrutura diferente, a qual não sabia a função, portanto, ele chamou de corpúsculo X. Mais tarde, em 1899 Clarense McClug, estudou células de gafanhotos e descobriu que as fêmeas tinham um cromossomo a mais que os machos, e percebeu que esse cromossomo poderia ter ligação com a determinação do sexo (Figura 1). Em 1905, Stevens e Wilson, demonstraram que as fêmeas tinham dois corpúsculos X enquanto os machos só tinham um. Em alguns insetos, eles perceberam que um par de cromossomos era diferente, pois continha um maior e um menor (Figura 2). Nomearam assim, o menor cromossomo, como Y. Com esse estudo, mostraram que os cromossomos X e Y separam-se para células diferentes na formação de espermatozoides.

Figura 01. Sistema de determinação de sexo X0. Os machos possuem um cromossomo X único enquanto que as fêmeas possuem XX. Fonte: Guellity Marcel.

Figura 02. Drosofilas apresentam 4 pares de cromossomas, um determina o sexo. Na fêmea a morfologia dos cromossomos é igual XX e no macho diferente XY, em que Y é menor e com menos genes que X. Fonte: Ondina Espírito Santo.

Como o sexo é herdado como as outras características, ficou comprovado que os genes estão mesmo nos cromossomos. Ou seja, o sexo é determinado por um par de cromossomos, os quais são conhecidos como cromossomos sexuais. Os cromossomos não-sexuais, que são os mesmos para machos e fêmeas, são conhecidos como cromossomos autossomos.

1.1. Determinação sexual XX-XO
O mecanismo que McClung utilizou para estudar a determinação sexual dos gafanhotos é um dos mais simples e conhecido como Sistema XX-XO. Nesse sistema, as fêmeas possuem dois cromossomos X (XX) e os machos possuem apenas um (XO). Lembrando: não existe cromossomo O, a letra apenas representa a ausência de um cromossomo.
Na meiose das fêmeas, os dois cromossomos X formam par e então se separam, com um cromossomo X entrando em casa ovócito. Nos machos, só há um cromossomo X, o qual segrega para metade dos espermatozoides, e a outra metade não recebe cromossomo sexual. Como os machos produzem dois tipos diferentes de gametas, um com cromossomo X e um sem cromossomo X, eles são chamados de sexo heterogamético. As fêmeas produzem dois gametas iguais, portanto, são chamadas de sexo homogaméticos.

1.2. Determinação sexual XX-XY
Em muitas espécies, as células dos machos e fêmeas possuem o mesmo número de cromossomos. A diferença é que, as células das fêmeas têm dois cromossomos X (XX) e as células dos machos tem um cromossomo X e um cromossomo menor Y (XY).
Em humanos e alguns outros organismos, o cromossomo Y é acrocêntrico, ou seja, o centrômero se localiza perto da extremidade. Nesse sistema, o macho também é de sexo heterogamético, por conter X em um gameta e Y em outro, e a fêmea também é homogamética, por conter X nos dois gametas (Figura 3).

Figura 03. Os cromossomos X e Y em humanos diferem em tamanho e conteúdo genético. Fonte: Pierce, B.

Embora os cromossomos X e Y em geral não sejam homólogos, eles formam par e segregam para células diferentes durante a meiose. Eles podem parear porque esses cromossomos são considerados homólogos em pequenas regiões, chamadas de regiões pseudo-autossômicas.

1.3. Determinação sexual ZZ-ZW
Nesse sistema de determinação sexual, a fêmea é heterogamética e o macho é homogamético. Para evitar que confundam com o sistema XX-XY, os cromossomos sexuais nesse sistema são chamados de Z ou W. As fêmeas são ZW e os machos são ZZ.
O sistema ZZ-ZW é encontrado em aves, cobras, borboletas, alguns anfíbios e alguns peixes (Figura 4). Após a meiose, metade dos ovócitos das fêmeas tem um cromossomo Z e a outra metade tem um cromossomo W. Enquanto nos machos, todos os espermatozoides têm um cromossomo Z.

Figura 4. O cromossomo sexual presente tanto em fêmeas quanto em machos é o cromossomo Z, enquanto o cromossomo sexual W está presente somente em fêmeas. Nesse caso machos são ZZ e fêmeas ZW. Fonte: Guellity Marcel.

1.4. Sistema hapodiploide
Alguns insetos da ordem Hymenoptera (abelhas, vespas, formigas) não tem cromossomos sexuais. Em vez disso, o sexo é baseado no número de grupos de cromossomos encontrados no núcleo de cada célula. Os machos desenvolvem-se de ovócitos não fertilizados, e as fêmeas desenvolvem-se de ovócitos fertilizados (Figura 5).
As células de himenópteros machos possuem apenas um único conjunto de cromossomos herdados da mãe, ou seja, eles são haploides. Já as células das fêmeas possuem dois conjuntos de cromossomos, um herdado da mãe e outro herdado do pai, ou seja, elas são diploides.

Figura 05. Os machos têm metade do número de cromossomos que uma fêmea possui, na qual caracteriza o sistema haploide. Fonte: John Latto.

1.5.Sistema gênicos de determinação sexual
Em algumas plantas e protozoários, o sexo é geneticamente determinado, mas não existem diferenças óbvias entre os machos e as fêmeas. Ou seja, não existem cromossomos sexuais. Os genótipos em um ou mais locos determinam o sexo, por isso, é conhecida como determinação gênica de sexo.
É importante compreender que, mesmo nos sistemas de determinação cromossômica do sexo, ou seja, sistemas que utilizam X e Y, o sexo é determinado por genes individuais. Por exemplo, nos mamíferos, o gene SRY situado no cromossomo Y é quem determina o sexo masculino. Assim, o mesmo acontece na determinação gênica de sexo: o sexo é controlado por genes individuais.

2. Herança ligada ao sexo
Uma importante extensão dos princípios básicos de hereditariedade de Mendel é o padrão de herança exibido por características ligadas ao sexo. Genes situados no cromossomo X determinam características ligadas ao cromossomo X. Genes situados no cromossomo Y determinam características ligadas ao cromossomo Y. Como o cromossomo Y de muitos organismos contém pouca informação, a maioria das características determinada pelo sexo são ligadas ao X.

2.1. Daltonismo ligado ao cromossomo X em humanos
O daltonismo é uma deficiência recessiva ligada ao cromossomo X, que afeta diretamente a percepção das cores. No olho humano, a cor é percebida nas células-cone sensíveis à luz que revestem a retina. Cada célula-cone contém um dos três pigmentos capazes de absorver a luz de determinado comprimento de onda. Cada um dos três pigmentos é codificado por um locus separado: o locus para o pigmento azul é no cromossomo 7, e os locus para os pigmentos verde e vermelho estão situados próximo do cromossomo X.
Os tipos mais comuns de daltonismo humano são causados por efeitos dos pigmentos vermelho e verde, assim, nos referimos a essa condição como daltonismo verde-vermelho. É possível identificar indivíduos daltônicos por meio do teste de Ishihara (Figura 6).

Figura 06: O teste de Ishihara possuevárioscírculos com cores ligeiramentediferentes e algunsnúmeros no centro dos círculos que apenas o indivíduo com visão normal consegue ver. Fonte: Cemahospital.com

As mutações que produzem defeito de visão em cores geralmente são recessivas, e, como os genes que codificam os pigmentos estão situados no cromossomo X, o daltonismo verde-vermelho é herdado como uma característica recessiva.
Se uma mulher homozigota para visão normal, se reproduz com um homem daltônico, todos os gametas produzidos pela mulher conterão um alelo para visão normal em cores. Metade dos gametas do homem receberá o cromossomo X com o alelo para daltonismo, e a outra metade receberá o cromossomo Y, que não leva alelos que afetam a visão em cores. Assim, a reprodução resultará em mulheres e homens com visão de cores normal.
Mas, se uma mulher daltônica se reproduz com um homem de visão normal, a mulher produz apenas gametas X portadores de daltonismo. O homem produz gametas que contenham X e outros que contenham Y. A reprodução assim resultará em mulher com visão de cores normal e homens daltônicos. As mulheres serão daltônicas apenas se tiverem recebido alelos recessivos de ambos os genitores.
Nesse casamento de daltonismo, note que uma mulher afetada passa a característica recessiva ligada ao cromossomo X para seus filhos, mas não para suas filhas. Enquanto o homem afetado, passa as características para seus netos através de suas filhas, mas nunca para seus filhos. Assim, as características recessivas ligadas ao cromossomo X podem alternar entre os sexos, aparecendo em mulheres em um geração e homens na geração seguinte(Figura 7).

Figura 07. O daltonismo verde-vermelho herdado como características recessivas ligadas ao cromossomo X. Note que X+ representa alelo com visão normal e Xc representa alelo com daltonismo. FONTE???

9. Compensação de dose
A presença de números diferentes de cromossomo X em machos e fêmeas apresenta um problema especial no desenvolvimento. Como as fêmeas tem duas cópias de cada gene ligado ao X e os machos possuem uma cópia, a quantidade de produto gênico de genes ligados ao X seria diferente nos dois sexos, pois as fêmeas produziriam o dobro de proteínas que os machos.
Os animais superam esse problema potencial pela compensação de dose, que equilibra a quantidade de produto proteico produzido pelos genes ligados ao X nos dois sexos. Os mamíferos placentários usam o mecanismo de compensação de dose inativando um cromossomo X da fêmea.
Quem descobriu essa hipótese de inativação do cromossomo X da fêmea foi Murray Barr, por isso, o cromossomo inativado é conhecido como corpúsculo de Barr. Em 1949, Barr estava observando células de gatas, quando percebeu corpos condensados de coloração escura no núcleo das células. O corpúsculo de Barr também é conhecido como cromatina sexual (Figura 8).

Figura 08. Um corpúsculo de Barr é um cromossomo X inativado. (a) célula feminina com cromatina sexual. (b) célula masculina sem cromatina sexual.

A inativação do X é aleatória. Nos humanos, dentro das primeiras semanas de desenvolvimento, um cromossomo X fica inativo e assim ele permanece inativo também nas células somáticas. Assim, as células vizinhas tendem a ter o mesmo cromossomo X inativado, produzindo um padrão de manchas para a expressão de uma característica ligada ao X.
Essa presença de manchas pode ser vista em gatos tortoiseshell. (Figura 9).Embora sejam muitos os genes que contribuam para a pelagem gatos domésticos, um único locus ligado ao X determina a presença da cor laranja. Existem dois possíveis alelos nesse locus: X+ que não produz laranja (geralmente produz preto), e X0 que produz a pelagem laranja. Os machos são hemizigotos, portanto, podem ser pretos (X+Y) ou laranja (X0Y), mas não preto e laranja (com raras exceções). As fêmeas podem ser pretas (X+X+), laranjas (X0X0) ou tortoiseshell(X+X0). Cada mancha laranja é um clone de células derivadas de uma célula original onde o alelo preto era inativado, e cada mancha preta é um clone de células derivadas de uma célula original onde o alelo laranja era inativado.

Figura 09. A distribuição malhada da cor em gatos tortoiseshell. Fonte: Warren Fotografia.

10. Características ligada ao Z
Em um organismo com determinação sexual ZZ-ZW, os machos são homogaméticos (ZZ) e as fêmeas são heterogaméticas (ZW). A herança de características ligadas ao Z é a mesma das características ligadas ao X, à exceção de que o padrão de herança nos machos e fêmeas é revertido.
Um exemplo de características ligada ao Z é o fenótipo camafeu no pavão azul indiano (Pavocristatus)(Figura 10). Nessas aves, a plumagem tipo selvagem é azul-metálico brilhante. A fêmea é heterogamética e o macho é homogamético. A plumagem do pavão que produz plumagem marrom resulta de um gene ligado ao Z (Zca) que é recessivo em relação ao alelo tipo selvagem azul (Zca+). Se uma fêmea azul é cruzada com um macho camafeu, todas as fêmeas de F1 são camafeu e todos os machos de F1 são azuis. Já quando uma fêmea camafeu é cruzada com um macho azul, toda a prole de F1 é azul.

Figura 10. O fenótipo camafeu no pavão azul indiano é herdado como caraterísticas recessivas ligadas ao Z. (a) fêmea azul cruzada com macho camafeu. (b) fêmea camafeu cruzada com macho azul.

11. Características ligadas ao Y
As características ligadas ao Y apresentam padrão de herança diferente e estão presente somente nos machos, pois são os únicos que apresentam cromossomo Y. Toda a prole masculina de um macho com características ligadas ao Y apresentará a característica, pois todos os machos herdam o cromossomo Y do pai.
O Projeto Genoma Humano determina a sequência genética da maioria dos cromossomos humanos de hoje. Ele revelou que cerca de dois terços do cromossomo Y são heterocromatina, que consistem em sequências curtas de DNA que são repetidas muitas vezes e não contém genes ativos. O outro terço consiste em eucromatina, mas existem alguns genes presentes. A função da maioria dos genes ligados ao Y é pouco compreendida, muitos parecem influenciar o desenvolvimento masculino e a fertilidade. Alguns são expressos pelo corpo, mas muitos são expressos predominante nos testículos.
Nos mamíferos, a determinação do sexo masculino depende de um gene localizado no cromossomo Y, denominado SRY, (do inglês Sex-Determining Region Y). A proteína codificada por esse gene induz, no embrião a formação de testículos, aparentemente por ativar outros genes em diversos cromossomos. A testosterona e outras substâncias produzidas nos testículos atuam no desenvolvimento de órgãos genitais e de outras características típicas do sexo masculino. Há casos em que o gene SRY sofreu mutação e por isso, a proteína por ele codificada não é funcional. Embriões portadores dessa mutação, mesmo tendo cariótipo masculino, desenvolvem fenótipo feminino. Embriões de mamíferos sem cromossomo Y não possuem o gene SRY e desenvolvem fenótipo feminino. É o que ocorre na síndrome de Turner na espécie humana, em que as pessoas afetadas apresentam cariótipo 24, XO.

Exercícios do capítulo
1) Como o sexo heterogamético se difere do sexo homogamético? Assinale a alternativa correta.
a)O sexo heterogamético é masculino e o sexo homogamético é feminino.
b)Os gametas do sexo heterogamético tem cromossomos sexuais diferentes, e os gametas do sexo homogamético tem cromossomos sexuais iguais.
c)Os gametas do sexo heterogamético tem um cromossomo Y e os gametas dos sexo homogaméticos tem um cromossomo X.

2) O que são corpúsculos de Barr? Quantos corpúsculos de Barr um homem com os cromossomos XXXYY terá em cada uma de suas células?

3) Que características são exibidas pela herança ligada ao X?

4) Que características são exibidas por uma característica ligada ao Y?

Gabarito
1) Letra “b”.

2) O corpúsculo de Barr é um cromossomo X inativo. Um homem com cromossomos XXXYY possui dois corpúsculos de Barr, visto que um X precisa permanecer ativo.

3) Os machos apresentam os fenótipos de todas as características ligadas ao X, independente de os alelos ligados ao X serem normalmente recessivos ou dominantes. Os machos herdam as características ligadas ao X de suas mães, transmitem características ligadas ao X para todas as suas filhas, e, através de suas filhas, para os descendentes das filhas, mas não para os seus filhos. +

4) As características ligadas ao Y só aparecem nos macho. As características autossômicas limitadas aos machos também só aparecem nos machos, mas podem ser transmitidas para os filhos por suas mães.


Referências Bibliográficas

PIERCE, B.A. Genética: um enfoque conceitual. Traduzido por Paulo Motta. Rio de Janeiro: Guanabara Joogan. 3ºed, 2011.

ALBERTS, bruce; JOHNSON ; LEWIS, et al. Biologia molecular da célula. Tradução Ana Letícia Vanz et al. 5.ed.-Porto Alegre: Artmed, 2010.

PIMENTEL, M. M. G.; GALLO, C. V. de M.; SANTOS-REBOUÇAS, C. B. Genética Essencial. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.


9

5. Ligação Gênica e Mapeamento Cromossômico

1. Ligação gênica
Na divisão celular, especificamente na meiose, se cada par de alelos estiver em um diferente par de cromossomos, por exemplo RrIi x rrii, teremos como resultado esperado a produção de quatro classes fenotípicas na prole em uma proporção de 1:1:1:1. Com esse arranjo não-ligado de alelos, qualquer um dos membros de um par podem combinar-se aleatoriamente com qualquer um dos membros do outro par, resultando na produção de quatro tipos de gametas, RI, Ri, rI, ri, em igual número pelo individuo duplo heterozigoto.
Com o avanço da genética, tornou-se claro que o número de genes por espécie excede o número de pares de cromossomos. Como exemplo, temos a Drosophila melonogaster, uma mosca de frutas que tem cerca de 5.000 genes. Como esta espécie tem apenas quatro pares de cromossomos, cada um dos cromossomos tem de transportar muitos genes, que é a expectativa para todos os organismos eucarióticos.
Todos os genes que são transportados em um par de autossomos constituem um grupo de ligação, e o esperado é que fossem herdados em conjunto, se não fosse o crossing-over (evento onde há troca de informação genética entres as cromátides homólogas). Assim seria esperado que a quantidade de grupos de ligação para qualquer organismo fosse igual ao número haplóide de cromossomos (essa expectativa terá que ser emendada quando se considerar os cromossomos sexuais).
É interessante que a ligação foi prevista muito antes de ser realmente demonstrada. Apenas três anos após a descoberta do trabalho pioneiro de Mendel, Sutton (1903) sugeriu que cada cromossomo tem mais que um alelo e que os alelos representados por um cromossomo qualquer devem ser herdados juntos. Porém, Sutton não foi capaz de sustentar experimentalmente sua hipótese e apenas poucos anos depois, Bateson e Punnett (1905-1908) chegaram a ter dados para realizar o experimento, mas ainda sem reconhecer que estavam tratando de pares de alelos localizados no mesmo cromossomo (genes em ligação).

1.2 Notação de Cruzamentos com Ligação
Analisando os cruzamentos com genes em ligação, deve-se saber os genótipos dos indivíduos cruzados e também a disposição dos genes no cromossomos. Considere um cruzamento entre um indivíduo homozigoto para alelos dominantes em dois loci ligados e outro indivíduo homozigoto para alelos recessivos nesse loci(AABB X aabb). Desta forma é necessário escrever os alelos específicos á medida da disposição em cada um dos cromossomos homólogos.
Nessa notação, cada linha representa um dos dois cromossomos homólogos. Herdando um cromossomo de cada genitor, a prole F1:

Fonte: Pierce (2011)

É importante lembrar que dois alelos em um locus são sempre situados em cromossomos homólogos diferentes, isso significa que devem estar em lados opostos da linha. Também é importante sempre ter a mesma ordem dos genes em ambos os lados da linha, pois os genes que estiverem sobrepostos serão alélicos (no mesmo locus).

2. Permuta gênica
A permutação ocorre na meiose I, esta fase se divide em Prófase I, Prometáfase I, Metáfase I, Anáfase I e Telófase I. A Prófase I se divide em Pré leptóteno, Leptóteno, Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno e Diacinese.
Durante o paquíteno, os cromossomos se condensam e o emparelhamento dos cromossomos homólogos se completa. Porém o mais importante deste período é a troca de informação genética entre as cromátides homólogas, fenômeno que leva o nome de permutação (recombinação gênica ou em inglês crossing-over), que tem uma importante significativa por ser fonte de variabilidade genética, como mostra a figura a seguir.

Figura 1. O crossing-over ocorre na meiose e é responsável pela recombinação. Fonte: Adaptado de Pierce (2011).

O paquíteno é um processo longo, levando dias de duração, diferente de outras fases da prófase I que levam apenas algumas horas para ocorrer completamente, como por exemplo, leptóteno e zigóteno.
No paquíteno o núcleo aparenta conter um número haplóide de cromossomos, porém cada uma das unidades visíveis é composta de dois cromossomos independentes e intimamente emparelhados. Isto faz com que cada um dos 23 pares de cromossomos receba o nome de bivalente. Como cada conjunto é composto por quatro cromátides, chama-se também de tétrade, como mostra a imagem a seguir.

Figura 2. Esquema demonstrando a tétrade, formação de quiasma e a separação dos cromossomos.Fonte: De Robertis (2010).

As duas cromátides irmãs de cada cromossomos são ligados pelo centrômero e por isso em um bivalente ou tétrade existem dois centrômeros, um por cromossomos. Como na mitose, cada centrômero contem dois cinetócoros, um por cada cromátide irmã. Porém, até na finalização da mitose I os cinetócoros irmãos se comportam como apenas uma unidade. Durante o bivalente, no CS (complexo sinaptonêmico), uma estrutura complexa, aparece uma sucessão de nódulos densos de cerca de 100nm de diâmetro, denominados nódulos de recombinação. Seu número e suas localizações coincidem com os sítios de recombinação gênica, o que indica que ao nível deles acontece o intercâmbio de segmentos de DNA entre as cromátides homólogas.
Para que a permuta ocorra, as moléculas de DNA das cromátides homólogas devem estar situadas a uma distância de aproximadamente 1 nm no componente central do CS. Acredita-se que esse contato ocorra a nível dos filamentos transversais que unem os componentes laterais, pelos quais as sequências de nucleotídeos homólogos se buscariam, fatos imprescindível para que aconteça a troca de segmentos de DNA. O nódulo de recombinação poderia ser considerado a expressão morfológica dessa troca. Além disso, o nódulo seria um complexo multiprotéico que reúne as cromátides paternas e maternas e produz os cortes e as emendas necessários para a recombinação.
Entre as proteínas que participam da recombinação, se destaca a Rad51 (de radiation sensitive), cujo o papel é essencial para que ocorra a formação de uma tripla hélice transitória no começo da recombinação gênica, como ilustrado a seguir.

Figura 3. Formação de uma tripla hélice transitória no começo da recombinação genética.Fonte: De Robertis (2010).

2.1 Permuta gênica com genes ligados
No caso de genes proximamente ligados, não ocorre crossing over em todas as meioses, portanto, nas meioses que não há crossing, resultam em gametas não recombinantes.A ligação e o crossing over podem ser vistos como um processo que tem efeitos opostos; a ligação mantém juntos determinados genes e o crossing over os mistura. Na meiose que há um único crossing over, onde afeta apenas duas das quatro cromátides, metade dos gametas são recombinantes e outra metade não são recombinantes. Assim, a porcentagem de gametas recombinantes é sempre metade da porcentagem de meioses nas quais ocorre o crossing over. Mesmo que o crossing over entre dois genes ocorra em cada meiose, apenas 50% dos gametas resultantes serão recombinantes. Assim a freqüência de gametas recombinantes é sempre a metade da freqüência de crossing over, e a proporção máxima de gametas recombinantes é 50%.

Figura 4. Um único crossing over produz metade dos gametas não recombinantes e a metade de gametas recombinantes. Fonte: Adaptado de Pierce (2011).

2.2 Calculando a Frequência de Permuta
A Frequência de permuta é a porcentagem de prole recombinante produzida em um cruzamento, e pode ser calculada da seguinte forma:

2.3 Aclopamento e Repulsão
O arranjo dos alelos em cromossomos homólogos é critico em determinar o resultado do cruzamento para genes ligados. Por exemplo, considere a herança de dois genes em mosca-varejeira australiana, Lucilia cuprina. Nessa espécie, um locus determina a cor do tórax: púrpura (p) é recessiva para o tórax verde normal (A). Um segundo determina a cor da pupa: preta (b) é recessiva em relação à pupa marrom normal (B). Esses loci estão situados próximos no segundo cromossomo.Suponha que tentamos cruzar uma mosca que é heterozigota em ambos os locis com uma mosca que é homozigota recessiva em ambos. Como esses genes são ligados, existem dois arranjos possíveis nos cromossomos da prole da mosca heterozigota. Os alelos dominantes para tórax verde (A) e pupa marrom (B) devem estar no mesmo cromossomo, e os alelos recessivos para tórax púrpura (a) e pupa preta (b) devem residir no outro cromossomo homólogo.
O arranjo, no qual os alelos tipo selvagem são encontrados em um cromossomo e os alelos mutantes são encontrados no outro cromossomo, é chamado de acoplamento ou configuração cis. Alternadamente, um cromossomo pode ter os dois alelos para tórax verde (A) e pupa preta (b), e o outro cromossomo levaria os alelos para tórax púrpura (a) e pupa marrom (B), neste caso, no qual cada cromossomo possui um tipo selvagem e um alelo mutante, é chamado de repulsão ou configuração trans.

Figura 5. Demonstração de configuração cis e trans em cromossomos homólogos. Fonte:Dos Santos (2017).

2.4 Teste para Segregação Independente
Em alguns cruzamentos os genes são claramente ligados porque há mais prole não recombinante do que prole recombinante. Em outros cruzamentos, a diferença entre a segregação independente e a ligação não é tão óbvia. Por exemplo,, suponha que tenhamos feito um cruzamento-teste para dois pares de genes, tais como AaBb X AA bb, e observado os seguintes resultados da prole: 54 AaBb, 56 aabb, 42 Aabb e 48 aaBb. Esse resultado tem a proporção 1:1:1:1 que esperaríamos se A e B segregarem independentemente? Não exatamente, mas bem próxima. Talvez esses genes segreguem independentemente e ao acaso tenham gerado leves desvios entre a proporção 1:1:1:1 esperada e os números observados. Alternativamente, os genes podem estar ligados, com provável crossing over ocorrendo entre eles, e dessa forma o numero de não recombinantes é apenas levemente maior do que o numero de recombinantes.
Nos deparamos então com uma questão: Como distinguir o papel do acaso e o papel da ligação em produzir desvios dos resultados esperados com segregação independente? Se a herança dos alelos em um locus for independente da herança de alelos em um segundo locus, então os genes estão segregados independentemente. Porém, se a herança dos alelos em um locus não for independente da herança dos alelos em um segundo locus, então os genes provavelmente estão ligados.
Um modo de testar a distribuição independente é calcular a probabilidade esperada de cada tipo de prole, supondo segregação independente, e então usar o teste de qui-quadrado da verossimilhança para avaliar se os números observados desviam-se significadamente dos números esperados. Com a distribuição independente, esperamos ¼ de cada fenótipo, essa probabilidade esperada de cada genótipo é baseada na regra da multiplicação da probabilidade, por exemplo, se a probabilidade de Aa é ½ e a probabilidade de Bb é ½ , então a probabilidade de AaBb é ½ X ½ = ¼. Vamos fazer duas suposições: (1) a probabilidade de cada genótipo de um só locus é ½ e (2) os genótipos nos dois loci são herdados independentemente (½ X ½ = ¼).
Um problema com esse enfoque é que um teste significativo de qui-quadrado pode resultar de uma violação de uma das suposições. Se os genes estiverem ligados, então as heranças dos genótipos nos dois loci não são independente (suposição 2), e teremos um desvio significativo entre os números observados e esperados. Mas também podemos ter um desvio significativo se a probabilidade de cada genótipo de um locus não é ½ (suposição 1), mesmo quando os genótipos estão segregados independentemente.Podemos testar ambas as suposições conduzindo uma série de testes de qui-quadrado, primeiro testando a herança dos genótipos e em cada locus separadamente (suposição 1) e, então testando a distribuição independente (suposição 2). Entretanto, um método mais rápido é testar a independência em genótipos com um teste de qui-quadrado de independência.
O teste do qui-quadrado de independência nos permite avaliar se a segregação de alelos em um locus é independente da segregação de alelos em outro locus, sem fazer nenhuma suposição sobre a probabilidade de genótipos em um só locus.
Para fazermos esse teste, devemos construir um quadro de contingência dos números observados da prole, similar ao quadro de Punnett, exceto que nesse pomos os genótipos que resultam da segregação de alelos em um locus na parte de cima e os genótipos que resultam da segregação de alelos no outro locus ao longo da lateral. Em seguida, computamos o total para cada fila, o total para cada coluna e o total geral ( a soma do total das fileiras ou a soma do total da colunas, que devem ser iguais). Esses valores serão usados para computar os valores esperados para o teste do qui-quadrado da independência.
Com a suposição de que os alelos nos dois loci segregam-se independentemente, o número esperado para cada célula do quandro pode ser computado usando a seguinte fórmula:

Agora calculamos o valor do qui-quadrado usando a mesma fórmula que usamos para o teste de qui-quadrado de verossimilhança:

Para determinar a probabilidade associada ao valor de qui-quadrado, precisamos dos graus de liberdade, que são o número de modos pelos quais as classes observadas estão livres para variar dos valores esperados.
Em geral, para o teste do qui-quadrado de independência, os graus de liberdade são iguais ao número de filas em um quadro de contigência menos 1 multiplicado pelo número de colunas no quadro menos 1, ou:

df = (número de filas - 1) × (número de colunas - 1)

Depois de obter o valor de qui-quadrado e os graus de liberdade, podemos obter a probabilidade de um quadro de qui-quadrado (Tabela 1). Os graus de liberdade são dados na coluna da esquerda do quadro e as probabilidades são dadas em cima; no corpo da tabela estão os valores de qui-quadrado associados a essas probabilidades. Primeiro ache a coluna dos graus apropriados de liberdade. Encontre onde o qui-quadrado está entre os valores nesta coluna. Os valores teóricos de qui-quadrado aumentam da esquerda para a direita e as probabilidades diminuem da esquerda para a direita.

Fonte: Pierce (2011)

A maioria dos cientista usam o nível de probabilidade de 0,05 como valor limítrofe: se a probabilidade de o acaso ser responsável pelo desvio é superior ou igual a 0,05, eles aceitam que o acaso pode ser responsável pelo desvio entre o observado e os valores esperados. Quando a probabilidade é menos do que 0,05, os cientistas supõem que o acaso não é responsável e existe uma diferença significativa, o que significa no caso que os genes não estão segregando independentemente, ou seja, estão em ligação.

3. Mapeamento gênico
Segundo Morgan, as distâncias físicas entre os genes estão relacionadas com as taxas de recombinação, formulando uma hipótese onde diz que os eventos de crossing over ocorrem mais ou menos ao acaso para cima ou para baixo no cromossomo, e que dois genes que estão distantes têm mais probabilidade de sofrer crossing over do que dois genes que estão bem próximos. Propuseram então que as frequências de recombinação podem ser um modo para determinar a ordem nos genes ao longo de um cromossomo.
As distâncias em um mapa genético são medidas em unidades mapa (m.u.), e uma unidade mapa equivale a 1% de permuta. As unidades mapa também são chamadas de centimorgans (cM). As distâncias genéticas medidas com a taxa de recombinação são aproximadamente aditivas, isso significa que se a distância do gene A ao gene B é de 5 m.u., a distância do gene B ao gene C é de 10 m.u. e a distância do gene A ao gene C é de 15 m.u., então o gene B deve estar localizado entre os genes A e C. Com base nesse exemplo podemos desenhar um mapa genético simples para os genes A, B e C:

Fonte: Pierce (2011)

Seria possível desenhar também o mapa com o gene C à esquerda e o gene A à direita:

Fonte: Pierce (2011)

Ambos os mapas estão corretos e equivalentes e fazendo uma série de cruzamentos entre pares de genes, é possível construir mapas genéticos mostrando os arranjos de ligação de vários genes.
É importante destacar dois pontos em relação a construção de mapas genéticos pela freqüência de recombinação. Primeiro, não podemos distinguir genes em cromossomos diferentes e genes situados bem distantes no mesmo cromossomo. O segundo ponto é que o cruzamento-teste para dois genes que estão relativamente distantes no mesmo cromossomo tende a subestimar a verdadeira distância física, pois o cruzamento não revela os crossing overs duplos que podem ocorrer entre os dois genes.

Figura 6. Um crossover duplo de dois filamentos entre dois genes ligados produz apenas gametas não recombinantes. Fonte:Adaptado de Pierce (2011).

3.1 Cruzamento-teste de Três Pontos
Os mapas genéticos podem ser construidos a partir de uma serie de cruzamentos-teste para pares de genes, mas esse enfoque não é particularmente eficiente, pois vários cruzamentos de dois pontos devem ser feitos para estabelecer a ordem dos genes, e porque os crossovers duplos são perdidos.
Com o cruzamento de três pontos, a ordem dos genes pode ser estabelecida em um único grupo de prole e alguns crossovers duplos podem geralmente ser detectados, dando distâncias de mapa precisas, por isso se torna uma técnica mais eficiente de mapeamento.
Considere o que acontece quando ocorre um crossing over entre três genes ligados hipotéticos. Veja a figura:

Figura 7. Três tipos de crossovers podem ocorrer entre três loci ligados. Fonte:Adaptado de Pierce (2011).

A figura ilustra um par de cromossomos homólogos de um indivíduo que é heterozigoto em três loci (Aa Bb Cc). Note que os genes estão em configuração de acoplamento (cis), o que significa que todos os alelos dominantes estão em um cromossomo (A B C) e todos os alelos recessivos estão em outro cromossomo (a b c). Três tipos de eventos de crossover podem ocorrer entre esses três genes: dois tipos de crossover únicos e um crossover duplo, como na figura a cima. Em cada tipo de crossover, dois dos cromossomos resultantes são recombinantes e dois não recombinantes.
Note que, nos cromossomos recombinates resultantes de crossover duplo, os dois alelos mais externos são os mesmos que nos não recombinantes, mas o alelo médio é diferente. Esse resultado nos fornece um importante indício sobre a ordem dos genes. Na prole que resulta de um crossover duplo, apenas o alelo do meio deve diferir dos alelos presentes na prole não recombinante.


Referências
BURNS, George W.; BOTTINO, Paul J. Genética. 6.ed.rev. Tradução João Paulo de Campos et al.Rio de janeiro, RJ: Guanabara Koogan,1991.

DE ROBERTIS, Eduardo M. F. Bases da biologia celular e molecular. 4.ed.rev. Tradução Antonio Francisco Dieb Paulo.Rio de janeiro: Guanabara Koogan, 2006.

DOS SANTOS,Vanessa S.Linkage. Mundo Educação. Copyright © 2017. Disponivel em:Acesso em: 22 jan 2017.

PEIRCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. 3.ed. Tradução Paulo A. Motta. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011.