2° Ano E Biologia Profa Solange

Período para entrega: Até 14/10/2020

Unidade Temática: DNA como material genético- DNA- Receita da Vida e seu Código.

ATIVIDADE DE RECUPERAÇÃO E APROFUNDAMENTO

Instruções: 

1- Assistir as vídeo aulas (Khan Academy). 

2- Fazer a Leitura e Interpretação de Texto. 

3- Responder a atividade: Exercícios de Fixação.

4- Postar no Blogger e enviar para o e-mail da professora: solangestandbyme@gmail.com

Herança poligênica e efeitos ambientais

Traços que são controlados por múltiplos genes e/ou influenciados pelo ambiente. Penetrância e expressividade.

Como é a herança da altura?

Se o que realmente lhe interessa é genética humana, estudar genética Mendeliana pode ser frustrante algumas vezes. Você geralmente escutará um professor usar uma característica humana como exemplo em um problema de genética, e então dizer, "isso é uma super simplificação" ou "é muito mais complicado que isso". Então, o que está realmente acontecendo com essas interessantes características humanas, tais como cor dos olhos, cor da pele e dos cabelos, altura e risco de doenças?

Para exemplificar, vamos considerar a altura humana. Diferente de uma característica Mendeliana simples, a altura humana exibe:

• Variação contínua. Diferentemente das ervilhas de Mendel, os seres humanos não vêm em apenas duas nítidas variedades "baixo" e "alto". De fato, eles não vêm nem mesmo em quatro, oito ou dezesseis alturas. Ao contrário, é possível termos humanos de muitas alturas diferentes, e a altura pode variar em incrementos de centímetros ou frações de centímetros$^1$start superscript, 1, end superscript.
  

  Histograma mostrando as alturas, em polegadas, de alunos homens do terceiro ano do Ensino Médio de uma amostra. O histograma tem forma mais ou menos de sino, com apenas alguns indivíduos nas caudas (60 polegadas e 77 polegadas) e vários indivíduos no meio, aproximadamente 69 polegadas.

  As alturas de um grupo de formandos do Ensino Médio. Imagem modificada de "Continuous variation: Quantitative traits," by J. W. Kimball (CC BY 3.0)
• Um complexo padrão de herança . Você deve ter reparado que pais altos podem ter um filho baixo, pais baixos podem ter um filho alto, e dois pais de tamanhos diferentes podem ou não ter um filho mediano. Também, irmãos com os mesmos pais podem apresentar uma variação de alturas, que não se enquadram em categorias distintas.

Modelos simples envolvendo um ou dois genes não podem predizer com acuidade todos estes padrões de herança. Como, então, a altura é herdada?

Altura e outras características similares são controladas não por apenas um gene, mas ao contrário, por múltiplos (geralmente muitos!) genes com cada um fazendo uma pequena contribuição para o resultado total. Este padrão de herança é algumas vezes chamado de herança poligênica (poli-=muitos). Por exemplo, um estudo recente encontrou mais de 400 genes ligados à variação de altura$^2$squared.

Quando há um grande número de genes envolvidos, torna-se difícil distinguir o efeito de cada gene individual, e ainda mais difícil ver que variantes gênicas (alelos) são herdadas de acordo com as regras Mendelianas. E uma complicação adicional é que a altura não depende apenas da genética: também depende de fatores ambientais, tais como a saúde geral da criança e o tipo de nutrição que ela tem na fase de crescimento.

Neste artigo, examinaremos como características complexas, tais como a altura, são herdadas. Também veremos de que maneira fatores como os antecedentes genéticos e o ambiente podem afetar o fenótipo (características observáveis) produzido por um genótipo (conjunto de variantes gênicas, ou alelos) particular.

Herança poligênica

Características humanas como altura, cor dos olhos e cor do cabelo apresentam muitas variações porque são controladas por muitos genes, cada um dos quais contribui com uma certa quantidade para o fenótipo total. Por exemplo, há dois genes principais para cor dos olhos, mas pelos menos 14 outros genes que desempenham papéis na determinação da cor de olho exata de uma pessoa.

Analisar um exemplo real de uma característica humana poligênica ficaria complicado, em grande parte porque teríamos que monitorar dezenas, e até mesmo centenas, de diferentes pares de alelos (como os 400 relacionados com a altura!). Contudo, nós podemos usar um exemplo envolvendo grãos de trigo para ver como diversos genes cujos alelos "se somam" para influenciar a mesma característica podem produzir um espectro de fenótipos.$^{1,4}$start superscript, 1, comma, 4, end superscript

Neste exemplo, há três genes que produzem um pigmento avermelhado nos grãos de trigo, que chamaremos de A, B, e C. Cada um apresenta dois alelos, um dos quais produz pigmento (o alelo representado pela letra maiúscula) e outro que não (o alelo em letra minúscula). Estes alelos têm efeitos aditivos: o genótipo aa não contribuiria com nenhum pigmento, o genótipo Aa contribuiria com uma certa quantidade de pigmento, e o genótipo AA contribuiria com mais pigmento (duas vezes mais que o Aa). O mesmo se aplicaria aos genes B e C$^{1,4}$start superscript, 1, comma, 4, end superscript.

Quadro de Punnett de 64 quadrados ilustrando os fenótipos dos descendentes de um cruzamento AaBbCc x AaBbCc (no qual o alelo em letra maiúscula contribui com uma unidade de pigmento, enquanto cada alelo em letra minúscula contribui com zero unidade de pigmento).

Dos 64 quadrados da tabela:

1 quadrado produz um fenótipo vermelho muito muito escuro (seis unidades de pigmento)

6 quadrados produzem um fenótipo vermelho muito escuro (cinco unidades de pigmento)

15 quadrados produzem um fenótipo de vermelho escuro (quatro unidades de pigmento).

20 quadrados produzem um fenótipo vermelho (três unidades de pigmento)

15 quadrados produzem um fenótipo vermelho claro (duas unidades de pigmento)

6 quadrados produzem um fenótipo vermelho muito claro (uma unidade de pigmento)

1 quadrado produz um fenótipo branco (nenhuma unidade de pigmento)

Diagrama baseado em diagrama similar de W. P. Armstrong$^5$start superscript, 5, end superscript.

Agora, vamos imaginar que duas plantas heterozigotas para todos os três genes (AaBbCc) foram cruzadas entre si (ou, de forma equivalente, realizaram a autofecundação). Cada uma das plantas progenitoras teria três unidades de pigmento, ou gérmens de cor rosada. Seus descendentes, entretanto, poderiam apresentar sete categorias diferentes de fenótipos, variando de zero unidade de pigmento (aabbcc) resultando em grãos brancos puros até seis unidades de pigmento (AABBCC) e grãos vermelho escuro, sendo os fenótipos intermediários os mais frequentes.

Este exemplo mostra como podemos obter um espectro de fenótipos ligeiramente diferentes (algo próximo de uma variação contínua) com apenas três genes. Não é difícil imaginar que, a medida que aumentássemos o número de genes envolvidos, seríamos capazes de obter variações com transições ainda mais suaves em cor, ou em outra característica tal como altura.

Efeitos ambientais

Fenótipos humanos - e fenótipos de outros organismos - também variam por serem afetados pelo ambiente. Por exemplo, uma pessoa pode ter uma tendência genética para ser abaixo do peso ou obesa, mas seu peso real dependerá da dieta e da atividade física (com estes fatores geralmente tendo um papel mais relevante que os genes). Em outro exemplo, sua cor de cabelo pode depender de seus genes - até que você os pinte de roxo!

Outro exemplo notável de como o ambiente pode afetar o fenótipo é a doença hereditária fenilcetonúria (PKU)$^6$start superscript, 6, end superscript. Pessoas homozigotas recessivas para o alelo causador da doença não produzem uma enzima que decompõe o aminoácido fenilalanina. Uma vez que não conseguem eliminar o excesso de fenilalanina, esta aumenta a níveis tóxicos em seus corpos$^7$start superscript, 7, end superscript.

Se a fenilcetonúria não é tratada, a fenilalanina extra impede o desenvolvimento normal do cérebro, levando à deficiência mental, convulsões, e transtornos do humor. Contudo, uma vez que a fenilcetonúria é causada pelo acúmulo de fenilalanina, também pode ser tratada de uma forma muito simples: fornecendo aos bebês e crianças afetados pela disfunção uma dieta baixa em fenilalanina$^8$start superscript, 8, end superscript.

Se as pessoas com fenilcetonúria seguem esta dieta de forma estrita desde muito novas, podem ter poucos, ou até mesmo nenhum sintoma da doença. Em muitos países, todos os recém-nascidos são testados para fenilcetonúria e doenças genéticas similares logo após o nascimento através de um simples exame de sangue (conhecido, no Brasil, como "teste do pézinho"), como mostrado na imagem abaixo.

_Crédito da imagem: "Phenylketonuria testing," de Eric T. Sheler, USAF Photographic Archives (domínio público)._

Expressividade variável, penetrância incompleta

Mesmo para caraterísticas controladas por um único gene, é possível os indivíduos com o mesmo genótipo apresentarem diferentes fenótipos. Por exemplo, no caso de um distúrbio genético, pessoas com o mesmo genótipo para a doença podem ter formas mais fracas ou mais fortes do distúrbio, e algumas podem até mesmo nunca desenvolver a doença.

Na expressividade variável, um fenótipo pode ser mais forte ou mais fraco em diferentes pessoas com o mesmo genótipo. Por exemplo, em um grupo de pessoas com um genótipo patogênico, alguns podem desenvolver uma forma severa do distúrbio, enquanto outros podem ter uma forma mais leve. A ideia de expressividade está ilustrada no diagrama abaixo, com o tom de verde representando a intensidade do fenótipo. 

[Exemplo]

Expressividade estreita: todos os seis quadrados são verdes escuros.

Expressividade variável: os seis quadrados têm vários tons de verde.

Os quadrados em cada exemplo representam indivíduos do mesmo genótipo para o gene de interesse.

Ilustração inspirada em imagem similar de Steven M. Carr$^{10}$start superscript, 10, end superscript.

In Penetrância incompleta, indivíduos com um certo genótipo podem ou não desenvolver um fenótipo associado com o genótipo. Por exemplo, entre pessoas com o mesmo genótipo patogênico para um distúrbio hereditário, alguns podem nunca desenvolver de fato o distúrbio. A ideia de penetrância é ilustrada no diagrama abaixo, com a cor verde ou branca representando a presença ou ausência de um fenótipo. 

[Exemplo]

Penetrância completa: todos os seis quadrados são verdes escuros

Penetrância incompleta: três dos quadrados são verdes escuros, e três são brancos.

Os quadrados em cada exemplo representam indivíduos do mesmo genótipo para o gene de interesse.

Ilustração inspirada em imagem similar de Steven M. Carr$^{10}$start superscript, 10, end superscript.

Qual a causa de expressividade variável e da penetrância incompleta? Outros genes e efeitos ambientais são normalmente parte da explicação. Por exemplo, alelos patogênicos de um gene podem ser suprimidos por alelos de um outro gene de outras partes do genoma, ou a saúde geral de uma pessoa pode influenciar a intensidade de um fenótipo para a doença$^{11}$start superscript, 11, end superscript.

[Créditos e referências]

Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

Referências:

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Ligação genética e mapeamento

O que significa que os genes estão conectados. Com determinar a frequência de recombinação de um par de genes.

Pontos Principais:

• Quando os genes são encontrados em cromossomos diferentes ou bem distantes mas no mesmo cromossomo, eles ordenam-se independentemente e são ditos ser não ligados.
• Quando os genes estão bem próximos no mesmo cromossomo, diz-se que estão ligados. Isso significa que os alelos, ou as versões gênicas, juntas em um cromossomo serão mais frequentemente herdadas como uma unidade do que separadamente.
• Podemos ver se dois genes estão ligados, e quão próximos estão, usando informação de cruzamentos genéticos para calcular a frequência de recombinação.
• Encontrando as frequências de recombinação para muitos pares de genes, podemos formar mapas de ligação que mostram a ordem e as distâncias relativas dos genes nos cromossomos.

Introdução

De forma geral , os organismos têm muito mais genes do que cromossomos. Por exemplo, nós humanos possuímos cerca de $19,$19, comma$000$000 genes em $23$23 cromossomos (presentes em pares)$^1$start superscript, 1, end superscript. Da mesma forma, a humilde mosca da fruta - o objeto de estudo favorito dos geneticistas - tem cerca de $13,$13, comma$000$000 genes em $4$4 cromossomos (também presentes em pares)$^2$squared.

A consequência? Cada gene não terá seu próprio cromossomo. De fato, nem se aproxima disso! Muitos genes estarão alinhados em sequência em cada cromossomo e alguns deles estarão realmente muito próximos uns dos outros.

Isso afeta como os genes são herdados? Em alguns casos, a resposta é sim. Genes que estão suficientemente próximos em um cromossomo tendem a "permanecer juntos" e as versões (alelos) desses genes que estão juntas em um cromossomo tenderão a ser herdadas como um par mais frequentemente que separadas.

Esse fenômeno é chamado ligação genética. Quando genes estão ligados, cruzamentos genéticos envolvendo esses genes levam a razões de gametas (óvulos e espermatozoides) e tipos de descendentes que não são preditos por Mendel Lei da Segregação Independente. Vamos olhar mais de perto porquê é esse o caso.

O que é ligação genética?

Quando os genes estão em cromossomos separados ou muito distantes em um mesmo cromossomo, eles segregam independentemente. Isto é, quando os genes vão para os gametas, o alelo recebido para um gene não afeta o alelo recebido pelo outro. Em um organismo duplo heterozigoto (AaBb), esse é o resultado na formação dos $4$4 possíveis tipos de gametas com frequência igual, ou seja $25\%$25, percent.

Por que isso acontece? Genes em cromossomos separados segregam de maneira independente devido a orientação aleatória dos pares de cromossomos homólogos durante a meiose. Cromossomos homólogos são pares de cromossomos que carregam os mesmos genes, mas podem ter alelos diferentes desses mesmos genes. Um membro de cada par de homólogo de um organismo vem de sua mãe e o outro de seu pai.

Como ilustrado no diagrama abaixo, os homólogos de cada par separam-se no primeiro estágio da meiose. Nesse processo, os cromossomos do pai ou da mãe de cada par de homólogo são organizados aleatoriamente. Quando nós estamos seguindo dois genes, isto resulta em quatro tipos de gametas que são produzidos em igual frequência.

Quando dois genes estão no mesmo cromossomo, mas muito distantes entre si, eles segregam independentemente devido ao Crossing Over (recombinação homóloga). Esse é um processo que acontece bem no inicio da meiose, no qual cromossomos homólogos aleatoriamente trocam fragmentos equivalentes. Crossing over pode colocar novos alelos juntos em combinação no mesmo cromossomo, levando-os para o mesmo gameta. Quando os genes estão distantes, a recombinação acontece com tal regularidade que todos os tipos de gametas são produzidos na frequência de $25\%$25, percent.

Quando genes estão muito próximos em um mesmo cromossomo, crossing over até ocorre, mas o que se vê (em termos de tipos de gametas produzidos) é diferente. Ao contrário da segregação independente, os genes tendem a "permanecer juntos" durante a meiose. Isto é, os alelos dos genes que já estão juntos em um cromossomo tenderão a passar como uma unidade para os gametas. Nesse caso, os genes estão ligados. Por exemplo, dois genes ligados devem se comportar assim:

Agora, nós vemos tipos de gametas que estão presentes em proporções bem desiguais. Os tipos de gametas comuns têm configurações parentais dos alelos - isto é, os que já estavam juntos no cromossomo em um organismo antes da meiose (i.e., no cromossomo que recebeu de seus pais). Os tipos raros de gametas contêm configurações recombinantes de alelos, isto é, aquelas que podem ser formadas apenas se um evento de recombinação (crossover) ocorrer entre os genes.

Por que os tipos de gametas recombinantes são raros? A razão básica é que as recombinações entre dois genes que estão juntos não é muito comum. Recombinações durante a meiose acontecem em posições mais ou menos aleatórias ao logo do cromossomo, então a frequência de recombinação entre dois genes depende da distância entre eles. Uma distância muito curta é, efetivamente, um "alvo" muito pequeno para os eventos de recombinação, o que significa que poucos eventos acontecerão (quando comparado ao número de eventos entre dois genes mais distantes).

Graças a essa relação, nós podemos usar a frequência de eventos de recombinação entre dois genes (i.e., seu grau de ligação genética) para estimar a distância relativa entre eles no cromossomo. Dois genes muito próximos terão uma baixa frequência de eventos de recombinação e serão ligados fortemente, enquanto dois genes que estão relativamente mais distantes terão mais eventos de recombinação e estarão ligados com menor intensidade. Na próxima sessão, nós veremos como calcular a frequência de recombinação entre dois genes, usando a informação dos cruzamentos genéticos.

Determinação da frequência de recombinação

Vamos supor que estamos interessados em ver se os dois genes da mosca-da-fruta (Drosophila) estão ligados um ao outro, e, caso estejam, o quão fortemente ligados eles estão. No nosso exemplo, os genes são$^3$cubed:

• O gene roxo, com o alelo dominante pr$^+$start superscript, plus, end superscript que especifica o fenótipo normal, olhos vermelhos; e o alelo recessivo pr que especifica olhos roxos.
• O gene vestigial, com o alelo dominante vg$^+$start superscript, plus, end superscript que especifica o fenótipo normal, asas longas; e o alelo recessivo vg que especifica asas curtas, "vestigiais".

Se queremos medir a frequência de recombinação entre esses genes, primeiro precisamos desenhar uma mosca em que possamos observar a recombinação. Ou seja, precisamos fazer uma mosca que não é apenas heterozigota para ambos os genes, mas também na qual sabemos exatamente quais genes estão juntos no cromossomo. Para fazer isso, podemos começar pelo cruzamento de duas moscas homozigotas como mostrado abaixo:

SAIBA MAIS:

Estes termos descrevem se os dois alelos (versões) de um gene transportado por um organismo como uma mosca são iguais ou diferentes.

• Homozigoto significa que o organismo tem dois alelos iguais. Por exemplo: uma mosca b b seria homozigota.
• Heterozigoto significa que o organismo tem dois alelos diferentes. Por exemplo: uma mosca b b$^+$start superscript, plus, end superscript seria heterozigota.

_Imagem modificada de "Drosophila melanogaster," por Madboy74 (CC0/domínio público)._

Este cruzamento nos dá exatamente o que precisamos para observar o fenômeno de recombinação: uma mosca que é heterozigota para os genes roxo e vestigial, na qual nós sabemos claramente quais alelos estão juntos em um único cromossomo.

Agora, precisamos de uma maneira de "ver" os eventos de recombinação. A abordagem mais direta seria olhar os gametas feitos pela mosca heterozigota e ver quais alelos eles tinham em seus cromossomos. Na prática, porém, é muito mais simples usar esses gametas em um cruzamento e ver quais são os fenótipos da prole!

Para fazermos isso, podemos cruzar uma mosca duplamente heterozigota com uma mosca-teste, a qual é homozigota recessiva para todos os genes de interesse (neste caso, para os alelos pr e vg ). A finalidade de usar uma mosca-teste é garantir que os alelos fornecidos pelo genitor duplo heterozigoto possam determinar totalmente o fenótipo, ou aparência, da descendência. Quando cruzamos a mosca de interesse com uma mosca-teste, podemos "ler" diretamente o genótipo de cada gameta a partir da aparência física da descendência.

_Imagem modificada de "Drosophila melanogaster," por Madboy74 (CC0/domínio público)._

Abaixo, podemos ver um quadro de Punnett modificado mostrando os resultados do cruzamento entre a nossa mosca duplo heterozigota com a mosca-teste. Quatro diferentes tipos de óvulos são produzidos por uma mosca fêmea duplo heterozigota, sendo que cada um deles se combina com um espermatozoide da mosca-teste macho. Quatro diferentes classes fenotípicas (aparências) da prole são produzidas neste cruzamento, cada uma correspondendo a um determinado gameta da mãe:

_Imagem modificada de "Drosophila melanogaster," por Madboy74 (CC0/domínio público)._

As quatro classes fenotípicas da prole não são geradas em quantidades iguais, o que nos mostra que os genes roxo e vestigial estão ligados. Como é esperado para genes ligados entre si, as configurações do cromossomo parental são super-representadas na prole, enquanto as configurações do cromossomo recombinante são sub-representadas. Para medir quantitativamente a ligação dos genes, nós podemos calcular a frequência de recombinação (FR) entre os genes roxo e vestigial :

$\text{Frequência de recombinação (FR)} = \dfrac{\text {Recombinantes}}{\text{Prole total}} \times 100\%$start text, F, r, e, q, u, e, with, \^, on top, n, c, i, a, space, d, e, space, r, e, c, o, m, b, i, n, a, ç, a, with, \~, on top, o, space, left parenthesis, F, R, right parenthesis, end text, equals, start fraction, start text, R, e, c, o, m, b, i, n, a, n, t, e, s, end text, divided by, start text, P, r, o, l, e, space, t, o, t, a, l, end text, end fraction, times, 100, percent

Em nosso caso, as classes dos descendentes recombinantes são as de moscas com olhos vermelhos e asas vestigiais; e moscas de olhos roxos e asas longas. Nós podemos identificar essas moscas como sendo as classes recombinantes por duas razões: primeira, nós sabemos que, a partir das séries de cruzamentos que fizemos, que elas devem ter herdado um cromossomo da mãe que provém de um evento de recombinação; e segunda, elas são classes sub-representadas (em relação às classes sobre-representadas, parentais).

Então, para o cruzamento acima, podemos escrever nossa equação da seguinte forma:

$\text{FR} = \dfrac{151 + 154}{1339+1195+151+154} \times 100\% = 10{,}7\%$start text, F, R, end text, equals, start fraction, 151, plus, 154, divided by, 1339, plus, 1195, plus, 151, plus, 154, end fraction, times, 100, percent, equals, 10, comma, 7, percent

A frequência de recombinação entre os genes roxo e vestigial é $10, 7\$10, comma, 7, space.

Frequência de recombinação e mapas de ligação

Qual é a vantagem de se calcular a frequência de recombinação? Historicamente, uma forma pela qual as frequências de recombinação foram usadas é a construção de mapas genéticos, mapas de cromossomos baseados nas frequências de recombinação. Na verdade, estudar o "linkage" ajudou os primeiros geneticistas a estabelecer que os cromossomos eram, na verdade, lineares, e que cada gene possuía o seu local específico no cromossomo.

A frequência de recombinação não é uma medida direta do quanto os genes estão fisicamente distantes nos cromossomos. No entanto, fornece uma estimativa ou aproximação da distância física. Então, podemos dizer que um par de genes com uma frequência de recombinação maior está provavelmente mais distante, enquanto um par com uma frequência de recombinação menor está provavelmente mais próximo.

Igualmente importante, a frequência de recombinação "chega a seu máximo" em $50\%$50, percent (o que corresponde aos genes estarem não ligados, ou combinados independentemente). Ou seja, $50\%$50, percent é a maior frequência de recombinação que poderá ser medida diretamente entre os genes. Então, se quisermos descobrir a distância entre genes que estão ainda mais afastados do que isso, teremos de fazê-lo adicionando as frequências de recombinação de vários pares de genes, "construindo" um mapa que se estende entre os dois genes distantes.

A comparação das frequências de recombinação também pode ser usada para descobrir a ordem dos genes num cromossomo. Por exemplo, vamos supor que temos três genes, A, B, e C, e queremos saber a sua ordem no cromossomo (ABC? ACB? CAB?) Se olharmos para as frequências de recombinação entre todos os três possíveis pares de genes (AC, AB, BC), podemos descobrir quais genes ficam mais distante, e qual gene encontra-se no meio. Especificamente, o par de genes com a maior frequência de recombinação deve ladear o terceiro gene:

As frequências de recombinação são baseadas nas frequências de genes de moscas v, cv e ct, conforme determinado em D. C Bergmann$^4$start superscript, 4, end superscript.

SAIBA MAIS:

Ótima pergunta! A frequência de recombinação medida diretamente para o par mais externo de genes é ligeiramente subestimada porque não captura os crossovers duplos (casos onde existem dois eventos de recombinação que ocorrem entre os genes, assim restaurando a configuração original dos alelos, mas com um pedaço desativado no meio). Estudaremos os crossovers duplos com mais atenção mais adiante neste artigo.

Ao fazer este tipo de análise com cada vez mais genes (por exemplo, ao adicionar-se os genes D, E e F e descobrir suas relações com A, B e C), podemos construir mapas de ligação de cromossomos inteiros. Em mapas de ligação, você pode ver as distâncias expressas em centimorgan ou unidades de mapa, em vez de frequências de recombinação. Felizmente, há uma relação direta entre esses valores: uma frequência de recombinação $1\%$1, percent é equivalente a $1$1 centimorgan ou $1$1 unidade de mapa.

Será que a distância é sempre igual à frequência de recombinação? Às vezes, a frequência de recombinação medida diretamente entre dois genes não é a medida mais exata da sua distância. Isso porque, além dos crossovers simples que discutimos neste artigo, também podem ocorrer crossovers duplos (dois crossovers separados entre os dois genes):

Os crossovers duplos são "invisíveis" se estamos apenas monitorando dois genes, no sentido de que eles colocam os dois genes originais de volta no mesmo cromossomo (mas com um pedaço desativado no meio). Por exemplo, o crossover duplo mostrado acima não seria detectável se estivéssemos apenas olhando os genes A e C, uma vez que estes genes acabam voltando à sua configuração original.

Devido a isso, os crossovers duplos não são contados na frequência de recombinação medida diretamente, resultando em uma leve subestimativa do número real de eventos de recombinação. É por isso que, no exemplo abaixo, a frequência de recombinação medida diretamente entre A e C é um pouco menor do que a soma das frequências de recombinação entre A-B e B-C. Quando B é incluído, podem ser detectados e contabilizados crossovers duplos entre A e C.

Medindo as frequências de recombinação de pares de genes que estão mais próximos e somando-os, podemos minimizar os crossovers duplos "invisíveis" e obter distâncias de mapa mais precisas.

[Referências]

Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

Trabalhos citados

1. Jyoti Madhusoodanan, "Human Gene Set Shrinks Again," The Scientist, última modificação em 8 de julho de 2014, http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40441/title/Human-Gene-Set-Shrinks-Again/.
2. "Genomic DNA Sequencing Project FAQ," Berkeley Drosophila Genome Project, última modificação em 8 de outubro de 2015, http://www.fruitfly.org/sequence/faq.html.
3. Dominique C. Bergmann, Genetics Lecture Notes (Stanford: BioSci 41, 2011), 27.
4. Dominique C. Bergmann, Genetics Lecture Notes (Stanford: BioSci 41, 2011), 34.

5. Referências

   Bergmann, Dominique C. Genetics Lecture Notes. Stanford: BioSci 41, 2011.

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   "Genomic DNA Sequencing Project FAQ." Berkeley Drosophila Genome Project. Última modificação em 8 de outubro de 2015. http://www.fruitfly.org/sequence/faq.html#seq-01.

   Kimball, John W. "Genetic Linkage and Genetic Maps." Kimball's Biology Pages. Última modificação em 24 de abril de 2014. http://www.biology-pages.info/L/Linkage.html.

   Madhusoodanan, Jyoti. "Human Gene Set Shrinks Again." The Scientist. Última modificação em 8 de julho de 2014. http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40441/title/Human-Gene-Set-Shrinks-Again/.

   OpenStax College, Biology. "Chromosomal Theory and Genetic Linkage." OpenStax CNX. Última modificação em 27 de maio de 2016. http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.53:qdHTV9py@8/Chromosomal-Theory-and-Genetic.

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   Raven, Peter H., George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, and Susan R. Singer. "Genetic Mapping." In Biology. 244-248. 10th ed., AP ed. New York: McGraw-Hill, 2014.

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• • Inativação do X

    Como fêmeas humanas XX (e outras fêmeas mamíferas) inativam um dos seus cromossomos X em cada célula. Desordens do número de cromossomos sexuais: síndromes de Klinefelter, triplo X e Turner.

  • Introdução

    Ter cromossomos a mais ou faltando geralmene não é uma coisa boa. Inclusive, para a maioria dos cromossomos, ter uma cópia a mais ou a menos é letal para os humanos (causando a morte do embrião no início do desenvolvimento).

    Entretanto, fêmeas humanas têm dois cromossomos X (XX), enquanto machos humanos têm apenas um (XY). Por que não causa problemas os homens terem apenas uma cópia do cromossomo X, enquanto as mulheres têm duas?

    Inativação do X

    Na realidade, o nível de atividade gênica produzida por um único cromossomo X é a "dosagem" normal para um humano. Homens têm essa dosagem porque, bem, eles têm apenas um cromossomo X! As mulheres têm a mesma dosagem por um motivo diferente: elas desligam um de seus dois cromossomos X em um processo chamado inativação do X.

    Na inativação do X, um cromossomo X é compactado (ou, como meu professor de introdução à biologia gostava de dizer, "amassado em uma bolinha"), para formar uma estrutura pequena e densa chamada de corpúsculo de Barr. A maioria dos genes no corpúsculo de Barr são inativos, o que significa que eles não são transcritos. O processo de inativação do X foi descoberto pela geneticista britânica Mary F. Lyon, e algumas vezes é chamado de lyonização em sua homenagem$^{1}$start superscript, 1, end superscript.

    

    Fotografia de Mary F. Lyon, a geneticista que descobriu a inativação do X.

    _Imagem modificada de "Photo of an English geneticist, Mary Frances Lyon," por Jane Gitschier (CC BY 2.5)._

    Uma mulher tem dois cromossomos X, um do pai e um da mãe. Qual deles ela irá inativar? A inativação do X é um processo aleatório que ocorre separadamente em células individuais durante o desenvolvimento embrionário. Uma célula pode desligar o X paterno, enquanto sua vizinha pode desligar o X materno ao invés. Todas as células descendentes de uma dessas células originais irão manter o mesmo padrão de inativação do X.

    Nota interessante: se você fosse um canguru, o que eu acabei de dizer não seria verdade! Nos cangurus e outros marsupiais, é sempre o cromossomo X paterno que passa pela inativação do X.$^2$squared

    Exemplo de inativação do X: o gato malhado

    Um exemplo clássico da inativação do X é visto em gatos. Se uma gata for heterozigota para alelos de pelagem preta e amarela encontrados no cromossomo X, ela irá inativar os dois X (e, assim, os dois alelos do gene para cor de pelo) aleatoriamente em diferentes células durante o desenvolvimento.

    O resultado é um padrão de pelagem semelhante a um casco de tartaruga, composto de tufos alternantes de pelo preto e amarelo. Os tufos pretos vêm de grupos de células nas quais o X com o alelo para a cor preta está ativo, enquanto os tufos amarelos vêm das células nas quais o X com o alelo para a cor amarela está ativo.

    

    Imagem de um gato malhado, ilustrando o processo de inativação do X que causa as manchas de diferentes cores na sua pelugem. O gato tem uma mistura de manchas pretas e laranjas, algumas menores e outras maiores. O genótipo do gato é $\text X^O\text X^o$start text, X, end text, start superscript, O, end superscript, start text, X, end text, start superscript, o, end superscript, onde o O grande representa o laranja e o o pequeno representa o preto.

    • As manchas laranjas são formadas por células que possuem o X com o alelo laranja ($\text X^O$start text, X, end text, start superscript, O, end superscript) ativo, enquanto o X com o alelo preto ($\text X^o$start text, X, end text, start superscript, o, end superscript) está condensado como corpúsculo de Barr.
    • As manchas pretas são formadas por células que possuem o X com o alelo preto ($\text X^O$start text, X, end text, start superscript, O, end superscript) ativo, enquanto o X com o alelo laranja ($\text X^o$start text, X, end text, start superscript, o, end superscript) está condensado como corpúsculo de Barr.

    _Imagem modificada de “6-year old tortoiseshell cat," by Michael Bodega (public domain)._

    Embora raramente seja tão fácil de se ver como na pelagem dos gatos, fêmeas humanas também são "mosaico" para quaisquer genes que estejam presentes em diferentes alelos de seus dois cromossomos X.

    SAIBA MAIS:
    

    Agora, você pode estar se perguntando por que as mulheres heterozigotas para um alelo recessivo ligado ao X não exibem a condição associada. Afinal, aproximadamente metade das suas células irá inativar o alelo normal, deixando apenas o alelo causador da doença ativo.

    Em diversos casos, parece que ter $50 \%$50, percent das células com cópia do gene normal é suficiente para apresentar um fenótipo normal ou muito próximo do normal.

    Um bom exemplo disso vem da condição ligada ao X em que o indivíduo tem deficiência na visão para as cores vermelho e verde (daltonismo). As mulheres que são portadoras dos alelos para essa condição apresentam uma mistura de células fotorreceptoras funcionais e não funcionais em seus olhos . Entretanto, as células funcionais permitem a elas perceberem o vermelho e o verde bem o bastante para visualizarem normalmente no dia a dia. Em testes laboratoriais mais sensíveis, essas mulheres, de fato, apresentam deficiências sutis na visão quando comparadas com mulheres que não apresentam o alelo$^{3}$cubed.

    Aneuploidias dos cromossomos sexuais

    Quando um organismo tem uma cópia a mais ou faltando de um cromossomo, é considerado aneuploide. Aneuploidias envolvendo autossomos (cromossomos não sexuais), especialmente os grandes, são geralmente tão danosos para o desenvolvimento que um embrião aneuploide não consegue sobreviver ao nascimento.

    Aneuploidias dos cromossomos X, contudo, tendem a ser muito menos danosas, apesar do fato de o X ser um cromossomo grande. Isso se deve em grande parte à inativação do X. Embora o propósito do sistema de inativação do X seja desligar o segundo X de uma fêmea XX, ele também pode fazer um bom trabalho desligando mais cromossomos X se estiverem presentes.

    Exemplos de aneuploidias do cromossomo X incluem:

    • Síndrome do Triplo X, na qual uma mulher tem um genótipo XXX, o qual ocorre em aproximadamente $1$1 em cada $1,$1, comma$000$000 recém-nascidas$^{4}$start superscript, 4, end superscript. Mulheres com um genótipo XXX têm características sexuais femininas e são férteis (capazes de ter crianças). Em alguns casos, a síndrome do triplo X pode estar associada a dificuldades de aprendizado, desenvolvimento tardio de habilidades motoras na criança e problemas com tônus muscular$^{4}$start superscript, 4, end superscript.
    • Síndrome de Klinefelter, na qual os homens apresentam um cromossomo X extra, levando a um genótipo XXY. (Em casos raros, a síndrome de Klinefelter pode envolver vários Xs extras, levando a um genótipo XXXY ou XXXXY.) Homens afetados podem ser inférteis ou desenvolver uma menor densidade de pelos corporais e faciais que outros homens. A síndrome de Klinefelter afeta aproximadamente $1$1 em cada $500$500 a $1,$1, comma$000$000 recém-nascidos do gênero masculino$^{5}$start superscript, 5, end superscript.

    Como as mulheres, homens XXY com a síndrome de Klinefelter irão converter um de seus cromossomos X a corpúsculo de Barr em cada célula. Mulheres triplo X (bem como homens Klinefelter com mais de dois cromossomos X) neutralizam seus Xs extra formando corpúsculos de Barr adicionais. Por exemplo, haveria dois corpúsculos de Barr em uma célula de uma mulher XXX ou de um homem XXXY.

    

    Diagrama dos cromossomos sexuais e formação do corpúsculo de Barr em indivíduos humanos com diferentes genótipos dos cromossomos sexuais.

    Feminino XX: um X ativo. Um corpúsculo de Barr. Masculino XY: um X ativo, um Y, nenhum corpúsculo de Barr. Masculino XXY (síndrome de Klinefelter): um X ativo, um Y, um corpúsculo de Barr. Feminino XXX (síndrome de Triplo X): um X ativo, dois corpúsculos de Barr.

    Na síndrome de Turner, a mulher é desprovida de parte, ou mesmo da totalidade de um de seus cromossomos X (deixando-a com apenas um X funcional). Pessoas com essa desordem se desenvolvem como mulher, mas comumente têm baixa estatura e podem exibir sintomas como infertilidade e dificuldades de aprendizagem. A síndrome de Turner ocorre em aproximadamente em $1$1 a cada $2.$2, point$500$500 recém-nascidas$^6$start superscript, 6, end superscript. Ela geralmente tem efeitos relativamente amenos pois os humanos normalmente só têm um cromossomo X ativo nas células do corpo de qualquer jeito.

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    [Créditos e referências]

  • Créditos:

  • Este artigo é uma versão modificada derivada de "Chromosomal basis of inherited disorders," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Baixe o artigo original gratuitamente em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

    Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

    Referências:

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    2. Kimball, J. W. (2015, December 23). Sex chromosomes. Em Kimball's biology pages. Disponível em http://www.biology-pages.info/S/SexChromosomes.html.
    3. Chen, Shuai. (2010, March 4). Since only one of a woman's X chromosomes works in a cell, why aren't more women colorblind? [answer]. Em Stanford at the Tech: Understanding genetics. Disponível em http://genetics.thetech.org/ask/ask349.
    4. Triple X syndrome. (2014). Em Genetics home reference. Disponível em: http://ghr.nlm.nih.gov/condition/triple-x-syndrome.
    5. Klinefelter syndrome. (2013). Em Genetics home reference. Disponível em http://ghr.nlm.nih.gov/condition/klinefelter-syndrome.
    6. Turner syndrome. (2012). Em Genetics home reference. Disponível em http://ghr.nlm.nih.gov/condition/turner-syndrome.

    Outras referências

    Bergmann, D. C. (2011). Mutations, aneuploidy and sex determination. Em Genetics lecture notes (pp. 36-44). Biosci41, Stanford University.

    Chen, Shuai. (2010, March 4). Since only one of a woman's X chromosomes works in a cell, why aren't more women colorblind? [answer]. Em Stanford at the Tech: Understanding genetics. Disponível em http://genetics.thetech.org/ask/ask349.

    Deeb, S. S. and Motulsky, A. G. (2015, February 5). Red-green color vision defects. In GeneReviews. Disponível em http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1301/.

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    OpenStax College, Biology. (2015, May 13). Chromosomal theory and genetic linkage. Em OpenStax CNX. Disponível em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:64/Chromosomal-Theory-and-Genetic

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    XY sex-determination system. (2015, Novembro 19). Acesso em 11 de dezembro 11, 2015 em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/XY_sex-determination_system.

  • Aneuploidia e rearranjos cromossômicos

  • Aneuploidia e não disjunção. Síndrome de Down e doenças correlatas. Rearranjos cromossômicos.
  • 
    

  • Introdução

    Algumas coisas funcionam melhor em pares. Exemplos cotidianos incluem sapatos, luvas e fones de ouvido num aparelho de música. Se você perder um membro do par isto será um problema e pode até ser um problema sério (por exemplo, se você já estiver atrasado para a escola!).

    Pares também são importantes na genética. A maioria de suas células contém $46$46 cromossomos, estruturas semelhantes a bastões feitas de DNA e proteína, que formam $23$23 pares que se combinam perfeitamente dois a dois. Esses cromossomos possuem dezenas de milhares de genes, que dizem ao seu corpo como se desenvolver e manter-se funcionando a cada momento de sua vida$^1$start superscript, 1, end superscript.

    

    Imagem, colorida artificialmente, dos cromossomos pareados do genoma humano. A imagem ilustra que os cromossomos humanos vêm em pares homólogos, e que cada par é composto de dois cromossomos que se assemelham um ao outro (e têm aparência diferente dos outros cromossomos na célula).

    Crédito da imagem: "Human genome," by Webridge (CC BY 2.0).

    Se um par de cromossomos perde ou ganha um membro, ou mesmo parte de um, o equilíbrio delicado do corpo humano pode ser rompido. Neste artigo, iremos examinar como as mudanças no número e na estrutura dos cromossomos acontecem e como elas podem afetar a saúde humana.

    Aneuploidia: cromossomos extra ou faltando

    Mudanças no material genético da célula são chamadas de mutações. Em uma forma de mutação as células podem terminar com um cromossomo a mais ou a menos.

    Cada espécie tem seu número característico de cromossomos, tal como $46$46 cromossomos para uma célula típica do corpo humano. Em organismos com dois conjuntos completos de cromossomos, como nos humanos, dá-se a esse número o nome de $2n$2, n. Quando um organismo ou uma célula contém $2n$2, n cromossomos (ou algum outro múltiplo de $n$n), ele é chamado de euploide, ou seja, que contém cromossomos corretamente organizados em conjuntos completos (eu- = bom).

    Se a célula estiver sem um ou mais cromossomos, é chamada de aneuploide (an- = não, "não bom"). Por exemplo, células somáticas humanas com número de cromossomos igual a $(2n-1) = 45$left parenthesis, 2, n, minus, 1, right parenthesis, equals, 45 ou $(2n + 1) = 47$left parenthesis, 2, n, plus, 1, right parenthesis, equals, 47 são aneuploides. Da mesma forma, um óvulo ou esperma humano normal tem apenas um conjunto de cromossomos ($n = 23$n, equals, 23). Um óvulo ou esperma com $(n-1) = 22$left parenthesis, n, minus, 1, right parenthesis, equals, 22 ou $(n+1) = 24$left parenthesis, n, plus, 1, right parenthesis, equals, 24 cromossomos é considerado aneuploide.

    Dois tipos especiais de aneuploidia tem nomes especiais:

    • Monossomia é quando um organismo tem apenas uma cópia de um cromossomo que deveria estar presente em duas cópias $(2n-1)$left parenthesis, 2, n, minus, 1, right parenthesis.
    • Trissomia é quando um organismo tem uma terceira cópia de um cromossomo que deveria estar presente em duas cópias $(2n+1)$left parenthesis, 2, n, plus, 1, right parenthesis.

    

    Diagrama ilustrando euploidia e aneuploidia.

    Célula euploide: uma célula humana com número normal de cromossomos, 2n = 46. Os cromossomos estão organizados em 23 pares.

    Célula aneuploide, exemplo 1: monossomia. Uma célula humana com um cromossomo a menos, neste caso, o cromossomo 3. Todos os outros cromossomos ainda estão organizados em pares de dois, mas há apenas uma cópia do cromossomo 3. O número de cromossomos desta célula é 2n-1 = 45.

    Célula aneuploide, exemplo 2: trissomia. Uma célula humana com um cromossomo extra, neste caso uma cópia extra do cromossomo 3. Todos os outros cromossomos continuam organizados em pares de dois, mas há três cópias do cromossomo. O número de cromossomos desta célula é 2n+1 = 47.

    Imagem modificada de "NHGRI human male karyotype," pelo National Human Genome Research Institute (domínio público).

    Aneuploidia também inclui casos onde uma célula tem um número maior de cromossomos extras ou ausentes, como em $(2n - 2), (2n + 3)$left parenthesis, 2, n, minus, 2, right parenthesis, comma, left parenthesis, 2, n, plus, 3, right parenthesis, etc. No entanto, se houver um conjunto completo de cromossomos extras ou ausentes (p.e., $3n$3, n), isto não é formalmente considerado aneuploidia, mesmo que ainda possa ser ruim para a célula ou para o organismo. Os organismos com mais de um conjunto completo de cromossomos são chamados de poliploides.

    A não disjunção dos cromossomos

    Anomalias nos números de cromossomos são causadas pela não disjunção, que ocorre quando os pares de cromossomos homólogos ou cromátides irmãs não conseguem separar-se durante a meiose I ou II (ou durante a mitose).

    Meiose I. O diagrama abaixo mostra como a não disjunção pode ocorrer durante a meiose I se os homólogos não se separarem e como isto pode levar à produção de gametas aneuploides (óvulos ou esperma):

    

    Imagem representando a não disjunção na meiose I. Um par de cromossomos homólogos não se separa durante a meiose I, levando a duas células anormais como produtos da meiose I: uma célula com um cromossomo extra e outra com um cromossomo faltando. Na meiose II, as cromátides irmãs dos cromossomos se separam normalmente. Isto leva à produção de dois gametas com um cromossomo extra (gametas n+1) e dois gametas com um cromossomo ausente (gametas n-1).

    Meiose II. A não disjunção também pode ocorrer na meiose II, quando as cromátides irmãs (ao invés dos cromossomos homólogos) não se separam. Novamente, alguns gametas irão conter cromossomos a mais ou a menos:

    

    Diagrama representando não disjunção na meiose II. Os cromossomos homólogos se separam normalmente durante a meiose I. No entanto, as cromátides irmãs de um cromossomo não se separam durante a meiose II e, em vez disso, migram para o mesmo pólo da célula e são segregadas para o mesmo gameta. Neste caso, os produtos da meiose são dois gametas normais, euploides (n), um gameta com um cromossomo extra (n+1) e um gameta com um cromossomo ausente (n-1).

    Mitose. A não disjunção também pode acontecer durante a mitose. Em seres humanos, alterações cromossômicas devido à não disjunção durante a mitose em células do corpo não serão passadas para os filhos (pois estas células não produzem espermatozoides e óvulos). Mas a não disjunção mitótica pode causar outros problemas: células cancerosas geralmente têm número anormal de cromossomos$^2$squared.

    Quando um espermatozoide ou óvulo aneuploide combina-se com um óvulo ou espermatozoide normal, durante a fertilização, produz um zigoto que também é aneuploide. Por exemplo, se um espermatozoide com um cromossomo extra ($n + 1$n, plus, 1) combinar-se com um óvulo normal ($n$n), o zigoto, ou embrião unicelular, resultante terá um número de cromossomos de $2n +1$2, n, plus, 1.

    

    Diagrama de um evento de fertilização onde um óvulo normal (n) se combina com um espermatozoide aneuploide (n + 1). O zigoto formado pela fertilização é aneuploide (2n + 1).

    Distúrbios genéticos causados por aneuploidia

    Embriões humanos nos quais falta uma cópia de qualquer autossomo (cromossomo não sexual) não se desenvolvem até o nascimento. Em outras palavras, monossomias autossômicas humanas são sempre letais. Isto porque os embriões têm uma "dose" muito baixa de proteínas e de outros produtos que são codificados pelos genes do cromossomo que falta$^3$cubed.

    A maioria das trissomias autossômicas também impedem que um embrião se desenvolva até o nascimento. Mas uma cópia extra de algum dos cromossomos menores (13, 15, 18, 21, ou 22) pode permitir que o indivíduo afetado sobreviva por um curto espaço de tempo após o nascimento, ou em alguns casos, por muitos anos. Quando um cromossomo extra está presente, ele pode causar problemas no desenvolvimento devido ao desequilíbrio entre os produtos dos genes do cromossomo duplicado e os produtos dos genes de outros cromossomos$^3$cubed.

    A trissomia mais comum entre os embriões que sobrevivem ao nascimento é a síndrome de Down, ou trissomia 21. Pessoas com este distúrbio hereditário têm estatura baixa e dedos curtos, distinções faciais que incluem um crânio largo, língua grande e atrasos no desenvolvimento. Aqui está um cariótipo, ou imagem dos cromossomos, de uma pessoa com síndrome de Down, mostrando as características três cópias do cromossomo 21:

    

    Cariótipo de um ser humano do sexo masculino com síndrome de Down. A maioria dos pares autossômicos e o par de cromossomos sexuais X-Y são normais. Contudo, o cromossomo 21 está presente em três cópias.

    Crédito da imagem: "Trissomia do 21 - síndrome de Down," do U.S. Department of Energy Human Genome Program (domínio público).

    Cerca de $1$1 a cada $800$800 recém-nascidos nasce com síndrome de Down $^4$start superscript, 4, end superscript. Mas, a probabilidade de que a gravidez resulte em um embrião com a síndrome de Down aumenta com a idade da mulher, particularmente acima de $40$40 anos$^{5,6}$start superscript, 5, comma, 6, end superscript. Isto provavelmente se deve à maior frequência de não disjunções no desenvolvimento dos óvulos das mulheres mais velhas. 

    SAIBA MAIS:
  • Em mulheres, os precursores dos óvulos (chamados de oócitos primários) se formam muito precocemente, quando a mulher é ainda um embrião. Apesar de os oócitos primários começarem a meiose nesta fase inicial, eles não a completam. Em vez disso, eles fazem uma pausa na prófase I, onde permanecem por muitos anos.
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    Quando o corpo da mulher se prepara para a ovulação durante o ciclo menstrual, um dos oócitos primários completará a meiose para produzir um óvulo. Os oócitos primários que ficaram parados na prófase I por um longo período (por exemplo, em uma mulher de $40$40 anos), têm um risco maior de ter uma segregação cromossômica anormal (não disjunção), quando eles reiniciarem a meiose, que os oócitos primários que ficaram parados na prófase I por um período de tempo menor (por exemplo, numa mulher de $20$20 anos)$^7$start superscript, 7, end superscript.

    Os distúrbios genéticos humanos também podem ser causados por aneuploidias envolvendo os cromossomos sexuais. Estas aneuploidias são melhor toleradas que as autossômicas porque as células humanas têm capacidade para desligar os cromossomos X extras, em um processo chamado de inativação do X. Você pode aprender mais sobre isto no artigo sobre Inativação do cromossomo X(Abre em uma nova janela)(Abre em uma nova janela)(Abre em uma nova janela).

  • Rearranjos cromossômicos

    Em outra classe de mutações de larga escala, grandes pedaços de cromossomos (mas não cromossomos inteiros) são afetados. Tais mudanças são chamadas rearranjos cromossômicos. Elas incluem:

    • Uma duplicação, onde parte de um cromossomo é copiada.
    • Uma deleção, onde parte de um cromossomo é removida.
    • Uma inversão, onde uma região cromossômica é invertida apontando assim, para a direção oposta.
      

      Diagrama representando esquematicamente a deleção, a duplicação e a inversão.

      Deleção: uma região do cromossomo original é removida, levando a um cromossomo mais curto em que falta uma seção.

      Duplicação: uma região do cromossomo original é duplicada, levando a um cromossomo mais longo com uma cópia a mais de uma seção em particular.

      Inversão: uma região do cromossomo original se separa do restante do cromossomo e é recolocada em seu lugar original, mas na orientação oposta.

      Imagem modificada de "Chromosomenmutation," por Deitzel66, modificada de NIH Talking Glossary of Genetics (domínio público).
    • Uma translocação, onde uma parte de um cromossomo fica aderida a outro cromossomo. Uma translocação recíproca envolve a troca de segmentos entre dois cromossomos; uma translocação não recíproca significa que um segmento de um cromossomo se move para o outro.
      

      Diagrama da representação esquemática das translocações recíprocas e não recíprocas.

      Translocação recíproca: troca de fragmentos entre dois cromossomos não homólogos. Nenhum material genético se perde, mas os cromossomos resultantes são híbridos, cada um contendo segmentos encontrados normalmente em um cromossomo diferente.

      Translocação não recíproca: um fragmento é removido de um cromossomo doador e inserido em um cromossomo receptor. O cromossomo doador perde uma região, enquanto que o cromossomo receptor ganha uma região normalmente não encontrada nesse cromossomo.

      Imagem modificada de "Chromosomenmutation," por Deitzel66, modificada de NIH Talking Glossary of Genetics (domínio público).

    Em alguns casos, um rearranjo cromossômico causa sintomas semelhantes aos da perda ou ganho de um cromossomo inteiro. Por exemplo, a síndrome de Down é geralmente causada por uma terceira cópia do cromossomo 21, mas também pode ocorrer quando um segmento grande do cromossomo 21 se move para outro cromossomo (e é passado para a prole, junto com um cromossomo 21 normal)$^4$start superscript, 4, end superscript. Em outros casos, os rearranjos causam distúrbios específicos, que não estão associados com a aneuploidia.
  • [Créditos e referências]

  • Créditos:

    Este artigo é uma versão modificada derivada de "Chromosomal basis of inherited disorders," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Baixe o artigo original gratuitamente em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

    Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

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    Herança do DNA mitocondrial e cloroplástico

  • DNA mitocondrial e cloroplástico e porque sua herança não segue padrões mendelianos.

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    Introdução

    Se pedissem a você para nomear a organela que contém DNA, o que você diria? Se você respondesse o núcleo, você definitivamente marcaria pontos, mas o núcleo não é a única fonte de DNA na maioria das células.

    Ao invés disso, o DNA também é encontrado nas mitocôndrias presentes na maioria das células animais e vegetais, assim como nos cloroplastos das células vegetais. Aqui, exploraremos como o DNA mitocondrial e dos cloroplastos são herdados.

    DNA mitocondrial e cloroplástico

    As moléculas de DNA encontradas nas mitocôndrias e cloroplastos são pequenas e circulares, muito parecidas com o DNA de uma bactéria típica. Geralmente existem muitas cópias de DNA em uma única mitocôndria ou cloroplasto.

    

    Diagrama de uma célula eucariótica, mostrando a localização da mitocôndria (flutuando no citosol; fora e separada do núcleo) e a ampliação na mitocôndria para mostrar as moléculas de DNA circular em seu interior.

    Imagem modificada de "DNA Mitocondrial," NIH Talking Glossary of Genetic Terms, NHGRI (domínio público).

    As semelhanças entre o DNA das mitocôndrias e cloroplastos e o DNA das bactérias são uma importante linha de evidência apoiando a teoria endossimbiótica, que sugere que as mitocôndrias e cloroplastos eram originalmente células procariontes de vida livre.

    Como é herdado o DNA não nuclear?

    Estes são alguns modos em que o DNA dos cloroplastos e das mitocôndrias diferem do DNA encontrado no núcleo:

    • Elevado número de cópias. Uma mitocôndria ou cloroplasto apresenta múltiplas cópias do seu DNA, e uma célula típica apresenta muitas mitocôndrias (no caso de uma célula de planta, cloroplastos). Como resultado, as células geralmente apresentam muitas cópias – com frequência, milhares – de DNA mitocondrial e cloroplástico. 
    • SAIBA MAIS:
    • Não necessariamente. Há boas evidências de que as mitocôndrias individuais podem se fundir e trocar material genético umas com as outras, significando que nem todas as cópias de DNA em uma mitocôndria são necessariamente idênticas$^1$start superscript, 1, end superscript. Nas plantas, a fusão de cloroplastos parece menos comum, assim os cloroplastos individuais tendem a ser geneticamente homogêneos (apesar de que vários cloroplastos em uma célula podem ainda ser diferentes uns dos outros)$^2$squared. Naturalmente, também é possível que as cópias de DNA em uma organela geneticamente homogênea tornem-se não idênticas se uma mutação aleatória ocorrer em uma delas.
    • • Segregação aleatória. As mitocôndrias e os cloroplastos (e os genes que eles carregam) tendem a ser distribuídos aleatoriamente nas células-filhas durante a mitose e meiose. Quando ocorre a citocinese, as organelas que estão em lados opostos do sulco de clivagem terminam em células-filhas diferentes$^3$cubed.
    • Herança monoparental. O DNA não nuclear é muitas vezes herdado uniparentalmente, significando que a prole obtém o DNA apenas do progenitor ou da progenitora, não de ambos$^4$start superscript, 4, end superscript. Em humanos, por exemplo, as crianças obtêm DNA mitocondrial de sua mãe (mas não do pai).

    • Herança cloroplástica: as primeiras experiências

      No começo do século XX, Carl Correns, um botânico alemão, realizou uma série de experiências genéticas utilizando a planta maravilha (Mirabilis jalapa) ('four o'clock plants', em inglês). Hoje sabemos que seu trabalho demonstrou como o DNA do cloroplasto é passado de célula para célula, e dos pais para os descendentes - embora o próprio Correns não soubesse disto naquela época$^5$start superscript, 5, end superscript!

      Experimentos de Correns

      As plantas de Mirabilis com as quais Correns trabalhou resultaram em três tipos: verde puro, branco puro ou variegada (malhada de verde e branco). Ramos verdes e brancos poderiam aparecer em plantas variegadas, mas ramos variegados não apareceram em plantas verdes ou brancas$^6$start superscript, 6, end superscript.

      Correns ficou curioso a respeito dessa característica de coloração e realizou uma série de cruzamentos entre plantas de cores diferentes. Ele descobriu que$^ 6$start superscript, 6, end superscript:

      • A coloração do ramo do óvulo doador (progenitora) ditou a coloração do descendente.
      • Os ramos maternos puramente brancos ou verdes somente produziram descendentes puramente brancos e verdes, respectivamente.
      • Ramos variegados da progenitora poderiam produzir todos os três tipos de descendência, mas não em qualquer proporção previsível.

      Correns especulou que algum fator no citoplasma do óvulo deve determinar a cor dos descendentes. Foi, na verdade, um outro botânico alemão, Erwin Baur, que sugeriu que os cloroplastos no citoplasma podem carregar fatores hereditários (genes)$^5$start superscript, 5, end superscript.

      Baur pensou que, em plantas variegadas, alguns dos cloroplastos devem ter mutações que os torna incapazes de ficarem verdes (produzir o pigmento). Hoje, sabemos que esta hipótese estava perfeitamente correta!

      Explicando os resultados de Correns

      Como é que a ideia de herança do cloroplasto pode deixar variegadas as plantas variegadas? Vamos seguir um zigoto (embrião unicelular) com a mistura de cloroplastos herdada do óvulo. Alguns dos cloroplastos são verdes, enquanto outros são brancos. Como o zigoto sofre muitos ciclos de mitose para formar um embrião e, em seguida, uma planta, os cloroplastos também se dividem e são distribuídos aleatoriamente em células-filhas em cada divisão.

      

      Imagem mostrando segregação citoplasmática de cloroplastos em uma planta originária de um zigoto com uma mistura de cloroplastos brancos (não funcionais, mutantes) e cloroplastos verdes (funcionais, normais). Depois de muitas divisões mitóticas, nas quais os cloroplastos se replicam e são distribuídos aleatoriamente, algumas células terão apenas cloroplastos verdes, outras terão apenas cloroplastos brancos e outras continuarão a ter uma mistura. As células com apenas cloroplastos brancos darão origem a ramos puramente brancos e as células com apenas cloroplastos verdes darão origem a ramos puramente verdes. As células com uma mistura de cloroplastos darão origem a ramos mesclados, nos quais a contínua segregação aleatória dos cloroplastos produzirá setores brancos (descendência das células com apenas cloroplastos brancos) e setores verdes (descendência das células com cloroplastos mistos ou apenas verde). As células verdes que contêm uma mistura de cloroplastos continuarão a produzir ocasionalmente setores puramente brancos e puramente verdes conforme elas se dividem.

      Baseado em diagrama similar encontrado em Griffiths et al.$^7$start superscript, 7, end superscript.

      Durante as muitas divisões celulares, algumas células terminarão com um simples conjunto de cloroplastos normais (ganhando manchas verdes). Outros receberão um conjunto simples de cloroplastos não funcionais (ganhando manchas brancas). Outros, ainda, terão uma mistura de cloroplastos normais e não funcionais, produzindo manchas verdes que podem dar origem a setores de verde puro ou branco puro$^7$start superscript, 7, end superscript.

      E quanto ao padrão materno de herança? As plantas produzem células germinativas tardiamente no seu desenvolvimento, convertendo as células na ponta de um ramo em células produtoras de gametas. Um ramo verde puro produzirá óvulos com cloroplastos verdes que darão origem a uma prole de verde puro. Da mesma forma, um ramo branco puro produzirá óvulos que contenham apenas cloroplastos brancos e darão origem a uma prole de branco puro.

      Se um ramo for variegado, ele possui uma mistura de células, algumas somente com cloroplastos funcionais, outras somente com cloroplastos não funcionais e outras com uma mistura de cloroplastos. Todos estes três tipos celulares podem dar origem a óvulos, originando uma prole verde, uma prole branca e uma prole variegada em proporções não previsíveis$^{6,7}$start superscript, 6, comma, 7, end superscript.
    • Correns especulou que algum fator no citoplasma do óvulo deve determinar a cor dos descendentes. Foi, na verdade, um outro botânico alemão, Erwin Baur, que sugeriu que os cloroplastos no citoplasma podem carregar fatores hereditários (genes)$^5$start superscript, 5, end superscript.

      Baur pensou que, em plantas variegadas, alguns dos cloroplastos devem ter mutações que os torna incapazes de ficarem verdes (produzir o pigmento). Hoje, sabemos que esta hipótese estava perfeitamente correta!
    • Herança mitocondrial
    • As mitocôndrias, como os cloroplastos, tendem a ser herdados somente de um dos genitores (ou, pelo menos, serem desigualmente herdados dos dois genitores)$^4$start superscript, 4, end superscript. No caso dos seres humanos, é a mãe que contribui com as mitocôndrias para o zigoto, ou embrião unicelular, através do citoplasma do óvulo. Os espermatozoides contêm mitocôndrias, mas eles normalmente não são herdados pelo zigoto. Houve o relato de um caso de herança paterna de mitocôndrias em um ser humano, mas isto é extremamente raro$^8$start superscript, 8, end superscript.

      

      Tanto o espermatozoide quanto o óvulo contêm mitocôndrias e DNA nuclear. Quando se combinam na fecundação, o zigoto resultante conterá DNA nuclear de ambos os pais, mas irá possuir apenas as mitocôndrias (e, portanto, o DNA mitocondrial) do óvulo.

      Herança maternal de mitocôndrias nos seres humanos

      Uma vez que as mitocôndrias são herdadas da mãe, elas fornecem uma forma de rastrear a linhagem matrilinear (linha de descendência através de uma cadeia intacta de ancestrais femininos)

      Para entender como as mitocôndrias ligam você às antepassadas de sua mãe, considere de onde suas mitocôndrias vieram. Elas foram recebidas de sua mãe, no citoplasma do óvulo que deu origem a você. Onde sua mãe conseguiu suas próprias mitocôndrias? Da mãe dela , que é sua avó materna$^9$start superscript, 9, end superscript.

      Se você continuar repetindo esta pergunta, você pode voltar no tempo ao longo de sua árvore genealógica, seguindo suas ancestrais maternas e rastreando a rota de transmissão de seu DNA mitocondrial.

      

      O DNA nuclear é herdado de todos os ancestrais. Ao longo de três gerações, os casais de antepassados tiveram filhos até chegar a uma única pessoa atual que contém o DNA nuclear de oito ancestrais da geração dos bisavós, quatro ancestrais da geração dos avós e dois ancestrais da geração dos pais.

      O DNA mitocondrial é herdado de uma única linhagem. Ao longo de três gerações, os casais ancestrais tiveram filhos até chegar a uma única pessoa atual que contém o DNA nuclear de oito ancestrais da geração dos bisavós, quatro ancestrais da geração dos avós e dois ancestrais da geração dos pais. Apenas uma mulher em cada geração é o ancestral mitocondrial da pessoa da atualidade: sua mãe (geração dos pais), a mãe de sua mãe (geração dos avós) e a mãe da mãe de sua mãe (geração dos bisavós).

      _Credito da imagem: "DNA mitocondrial x DNA nuclear," por University of California Museum of Paleontology (CC BY-SA 3.0)._

      Como mostrado no diagrama acima, o padrão de herança do DNA mitocondrial é diferente daquele do DNA nuclear. O DNA nuclear de uma pessoa é uma "colcha de retalhos" de segmentos herdados de muitos ancestrais diferentes, enquanto o DNA mitocondrial é herdado através de uma única linhagem contínua de ancestrais femininos$^{9,10}$start superscript, 9, comma, 10, end superscript.

      Mutações mitocondriais e doenças humanas

      Mutações no DNA mitocondrial podem levar a distúrbios genéticos humanos. Por exemplo, grandes deleções no DNA mitocondrial causam uma condição chamada de síndrome de Kearns-Sayre. Estas deleções impedem as mitocôndrias de realizar seu trabalho de extração de energia. A síndrome de Kearns-Sayre pode causar sintomas tais como fraqueza dos músculos, incluindo aqueles que controlam o movimento dos olhos e pálpebras, bem como degeneração da retina e desenvolvimento de doença cardíaca$^{11,12}$start superscript, 11, comma, 12, end superscript.

      Distúrbios genéticos causados por mutações mitocondriais não são transmitidos de pais para filhos, visto que as mitocôndrias são fornecidas somente pela mãe. Ao contrário, elas são transmitidas das mães para os filhos das seguintes maneiras$^{13}$start superscript, 13, end superscript:
    • • Uma pessoa com uma doença causada por uma mutação mitocondrial pode não ter mitocôndrias normais (e ter somente mitocôndrias anormais, portadoras de mutação). Neste caso, uma mãe afetada sempre passará mitocôndrias portadoras de mutação para seus filhos.
      • Uma disfunção mitocondrial pode ocorrer quando uma pessoa tem uma mistura de mitocôndrias normais e anormais no seu corpo. Neste caso, as mitocôndrias normais e as mitocôndrias portadoras de mutação são distribuídas aleatoriamente aos óvulos durante a meiose. Filhos que recebem uma grande proporção de mitocôndrias mutantes podem apresentar uma forma severa da doença, enquanto aqueles com poucas mitocôndrias mutantes podem ter uma forma leve ou não apresentar a doença$^{13}$start superscript, 13, end superscript.

      

      Diagrama mostrando os padrões de herança de distúrbios causados por mutações no DNA mitocondrial.

      Pai afetado e mãe não afetada produzem somente filhos não afetados

      Pai não afetado e mãe afetada, com mitocôndrias uniformemente anormais (portadoras de mutação), produzem somente filhos afetados (presumindo uma completa penetração do distúrbio).

      Pai não afetado e mãe afetada, com uma mistura de mitocôndrias anormais (portadoras de mutação) e normais, podem produzir filhos com uma variedade de fenótipos, desde não afetados a levemente afetados e, ainda, severamente afetados. Estes fenótipos diferentes refletem a herança de proporções variáveis de mitocôndrias normais e anormais.

      Imagem modificada de "Mitocondrial," por National Institutes of Health (domínio público).
    • [Referências]
    • Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

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    • https://youtu.be/u5SGwPEMh9c
    • https://youtu.be/YWNB_yVySxQ
    • Exercícios de Fixação
    • 
      
    • 1- A síndrome de Down é causada por uma anomalia cromossômica em que o portador apresenta células com três cromossomos do número 21. Os afetados apresentam geralmente baixa estatura, pescoço relativamente curto, olhos oblíquos, mãos curtas e largas, entre outras características. Essa síndrome é um exemplo de:
    • 
      

      a) Euploidia.

      b) Aneuploidia.

      c) Deleção.

      d) Duplicação.

      e) Translocação.

    2- Sabemos que as aberrações cromossômicas podem ser numéricas ou estruturais. Marque a alternativa que indica corretamente os processos que levam a alterações estruturais:

    a) Euploidia, aneuploidia e duplicação.

    b) Duplicação, transcrição e tradução.

    c) Deleção, translocação e transcrição.

    d) Deleção, inversão e translocação.

    e) Inversão, deleção e transcrição.

  3- Nas aneuploidias, um tipo de aberração cromossômica numérica, ocorrem alterações no número de um ou mais pares de cromossomos. Um exemplo de aneuploidia é a síndrome de Turner, em que o indivíduo apresenta apenas um cromossomo X, sendo, portanto, sempre do sexo feminino. Nesse caso ocorre uma pessoa com baixa estatura, ovários atrofiados, pescoço alado, deficiência hormonal, entre outras características. Esse tipo de aneuploidia recebe o nome de:

  a) Nulissomia.

  b) Monossomia.

  c) Trissomia.

  d) Tetrassomia.

4- (UFMT) Quanto às mutações cromossômicas, leia as afirmações abaixo:

I – As mutações numéricas podem ser classificadas em dois tipos: euploidias e aneuploidias.

II – Euploidia é quando ocorre perda ou acréscimo de um ou alguns cromossomos. Aneuploidia é quando ocorre perda ou acréscimo de genomas (formando-se células 3n, 4n e assim por diante).

III – Euploidia é quando ocorre perda ou acréscimo de genomas. Aneuploidia é quando ocorre perda ou acréscimo de um ou alguns cromossomos.

IV – A síndrome de Down e a síndrome de Turner são alguns exemplos de aneuploidias.

Estão corretas:

a) I e II, apenas

b) I e III, apenas

c) I, II e IV, apenas

d) I, III e IV, apenas

e) III e IV, apenas