Organização e regulação do material genético

A totalidade do material genético de um organismo denomina-se genoma, e é este que contem os genes. Um gene é uma sequencia de nucleótidos de uma molécula de DNA que origina uma molécula de RNA funcional.

Organização do material genético

O genoma dos procariontes é constituído por uma molécula circular de DNA associada a proteínas, que forma o seu nico cromossoma e se encontra na região do nucleóide.

O genoma dos eucariontese constituído por várias moléculas lineares de DNA nuclear associadas a uma grande quantidade de proteínas, principalmente histonas, formando a cromatina. Cada molécula de DNA associada a proteínas constitui um cromossoma.
O genoma dos eucariontes inclui também material genético extracelular. As mitocôndrias e os cloroplastos contêm DNA que codifica produtos essenciais à sua função biológica e que é muito semelhante ao DNA bacteriano.

Estrutura de um cromossoma:

cromatídeos – duas moléculas iguais de DNA produzidas por replicação durante a fase S do ciclo celular.

Centrómero – principal constrição do cromossoma e local onde este se liga às fibras do fuso acromático. No centrómero localiza-se uma sequencia de DNA repetitiva. Os cromossomas são classificados de acordo com a posição do centrómero.

Braços – os braços do cromossoma têm inicio no centromero. Quando o tamanho dos braços é diferente, o mais longo é designado por q e o mais curto por p. os genes encontram-se em loci ao longo dos braços do cromossoma. Nem todos os cromossomas têm a mesma densidade de genes.

Telómeros – extremidades dos cromossomas. Conferem estabilidade estrutural ao cromossoma. São formados por sequencias de DNA repetitivas e inertes, o que permite que as extremidades de diferentes cromossomas não estabeleçam interacções entre si.

Cariótipo – organiza os cromossomas aos pares com base no seu tamanho e noutras marcas físicas.

O cariótipo humano tem 46 cromossomas organizados em 23 pares. 44 são autossomas e são idênticos nos 2 sexos e 2 são heterossomas ou cromossomas sexuais: XX no sexo feminino e XY no sexo masculino.

Cariótipo humano masculino

Património Genético

Excepções de Mendel

Alelos múltiplos
O gene existe em mais do que duas formas alelicas. Cada individuo tem dois alelos de um determinado gene, mas as combinações possíveis entre os diferentes alelos existentes aumentam a variação fenotipica.
Exemplos: Grupos sanguíneos ABO. Diferentes combinações entre os alelos dão origem a quatro fenotipos: A, B, AB e O. Alelos letais
Causam a morte dos indivíduos quando estão presentes em determinada combinação e, por isso, removem da descendência um fenótipo esperado. Se a morte ocorrer antes do indivíduo com os alelos letais se poder reproduzir, esses alelos não passam à geração seguinte.
Exemplos: Doença de Huntington. Doença degenerativa do sistema nervoso central. Os sintomas manifestam-se cerca dos 35-40 anos, quando a reprodução já ocorreu, e por isso, o gene é mantido na população.

Dominância incompleta
O fenótipo dos heterozigóticos é intermédio entre os dois fenótipos homozigóticos. O produto da expressão do alelo dominante existe nos heterozigóticos em metade da quantidade presente nos homozigóticos dominantes.
Exemplos: doenças causadas por deficiências enzimáticas. Os heterozigóticos, embora não apresentem sintomas da doença, têm apenas metade da concentração normal da enzima.

Codominância
O fenótipo dos heterozigóticos é diferente dos fenótipos dos homozigóticos e não é intermédio entre eles. Dois alelos diferentes do mesmo gene exprimem-se ambos nos heterozigóticos e são responsáveis pela produção de dois produtos distintos e detectáveis.
Exemplos: Grupos sanguíneos ABO. Os alelos A e B são codominantes. Os indivíduos do grupo AB produzem antigénios A e antigénios B.

Epistasia
A expressão de um gene num locus afecta a expressão de outro gene num segundo locus. A expressão fenotípica no segundo locus não corresponde ao genótipo respectivo.
Exemplos: Fenótipo Bombay. O gene H afecta a expressão do grupo sanguíneo ABO. Um indivíduo hh não produz a enzima que liga os antigénios A e B à superfície das hemácias, pelo que apresenta o fenótipo O qualquer que seja o seu genótipo.

Thomas Hunt Morgan

Património genético

Na espécie humana, o estudo da transmissão de características hereditárias depara-se com as seguintes dificuldades:
- O tempo de uma geração é muito longo;
- O número de descendentes por geração é muito baixo;
- Não se efectuam cruzamentos experimentais.

Por isso os estudos de hereditariedade humana baseiam-se na análise de árvores genealógicas.

Árvore genealógica – esquema que permite seguir a transmissão de certos caracteres de uma família, através de varias gerações. A análise de uma árvore permite determinar a origem de certas doenças e inferir os riscos da sua transmissão às gerações futuras.

Hereditariedade Autossómica
Transmissão de caracteres hereditários codificados por genes que se localizam nos autossomas.

Transmissão autossómica dominante
- Mulheres e homens são afectados com a mesma frequência;
- Mulheres e homens transmitem o carácter com a mesma frequência;
- Gerações sucessivas são afectadas. A transmissão do carácter pára numa geração em que nenhum indivíduo seja afectado;
- Pelo menos um dos pais de um indivíduo afectado também é afectado;
- Os indivíduos afectados são homozigóticos dominantes ou heterozigóticos;
- Exemplos: orelhas com lóbulo solto, capacidade de enrolar a língua, cabelo castanho, visão normal, polidactilia, hipercolorterolémia familiar, intolerância à lactose.


Transmissão autossómica recessiva
- Mulheres e homens são afectados com a mesma frequência;
- Mulheres e homens transmitem o carácter com a mesma frequência;
- A transmissão d carácter pode saltar gerações;
- Os pais de um indivíduo afectado ou manifestam o carácter ou são portadores;
- Os indivíduos afectados são homozigóticos recessivos. Os heterozigóticos são portadores;- Exemplos: orelhas com lóbulo aderente, inaptidão para enrolar a língua, cabelo louro, miopia, albinismo, fibrose quistica.

Património Genético

Conceitos importantes:

Carácter – nome utilizado para referir uma característica de transmissão hereditária.

Gene – unidade discreta de hereditariedade. É o factor responsável pela transmissão das características hereditárias e corresponde a uma sequencia de nucleótidos da molécula de DNA.

Locus – zona de um cromossoma onde se localiza um gene.

Genes alelos – formas alternativas de um mesmo gene. Por exemplo, sementes lisas e sementes rugosas das ervilheiras de Mendel.

Alelo dominante – alelo que encobre a presença do outro alelo. Exprime-se nos homozigóticos e nos heterozigóticos. Representa-se, geralmente, por uma letra maiúscula.

Alelo recessivo – alelo que não se exprime na presença de outro alelo. Exprime-se apenas quando existem duas cópias. Representa-se, geralmente, por uma letra minúscula.

Homozigótico – individuo que possui dois alelos idênticos de um determinado gene. Produz apenas um tipo de gâmetas em relação ao gene considerado.

Heterozigótico – individuo que possui dois alelos diferentes de um determinado gene. Produz dois tipos de gâmetas em relação ao gene considerado.

Genótipo – combinação de alelos presentes num individuo para um determinado carácter.

Fenótipo – características que se manifestam num individuo e que resultam da expressão do genótipo.

Xadrez mendeliano – quadro de dupla entrada que permite visualizar a transmissão de alelos dos progenitores aos descendentes.

Cruzamento teste – cruzamento de um indivíduo de genótipo desconhecido e fenótipo dominante com um indivíduo de fenótipo recessivo. Se a descendência apenas apresentar fenótipo dominante o indivíduo é homozigótico. Se metade da descendência apresentar o fenótipo recessivo o progenitor é heterozigótico.

Património Genético

Transmissão das características hereditárias

Em 1886, Gregor Mendel publicou os resultados de uma série de experiências com ervilheiras onde foram lançados os alicerces da Genética.

Mendel levou a cabo experiências de monoibridismo (um único carácter). Para tal, cruzou linhas puras de ervilheiras que diferiam num carácter objectivo. Designou esta geração como parental. Aos descendentes da geração parental chamou geração F1 e chamou geração F2 à resultante do autocruzamento dos indivíduos da geração F1. Resultados obtidos por Mendel:

Mendel também levou a cabo experiências de diibridismo (2 caracteres). Nesta situação, verificou-se também uniformemente na geração F1 e o aparecimento de 4 classes de descendentes na geração F2, nas proporções 9:3:3:1.

Das experiências de Mendel, salientam-se os seguintes princípios:
- Para cada carácter existem 2 factores alternativos;
- Cada organismo possui 2 factores para cada carácter, idênticos ou diferentes;
- Nos organismos que possuem 2 factores diferentes para um carácter, aquele que se manifesta é o dominante e aquele que não se manifesta é o recessivo;
- Na formação dos gâmetas, os factores separam-se, de tal modo que os gâmetas possuem apenas um dos factores, sendo por isso, puros.

1ª Lei de Mendel ou lei da Segregação Factorial – os dois elementos de um par de genes alelos separam-se nos gâmetas de tal modo que a probabilidade de se formarem gâmetas com um alelo é igual à probabilidade de se formarem gâmetas com o outro alelo.

2ª Lei de Mendel ou Lei da Segregação Independente – durante a formação dos gâmetas, a segregação dos alelos de um gene é independente da segregação dos alelos do outro gene.

Teoria Cromossomica da Hereditariedade:
- Os factores hereditários referidos por Mendel são os genes localizados nos cromossomas;
- As versões alternativas de um mesmo gene designam-se alelos e localizam-se no mesmo locus em cromossomas homólogos;
- Durante a formação dos gâmetas, pelo processo de meiose, os alelos são separados como consequência da segregação dos cromossomas homólogos. Assim cada gâmeta recebe apenas um alelo;- A distribuição dos diferentes genes pelos gâmetas faz-se de modo independente.

Reprodução e manipulação da fertilidade

Contracepção

A contracepção é a prevenção da gravidez e baseia-se na utilização de métodos contraceptivos. Estes actuam através de um dos seguintes mecanismos:
- Impedem a libertação dos gâmetas a partir das gónadas;
- Impedem a fecundação;
- Impedem a nidação.

Métodos contraceptivos
Conjunto de técnicas que têm como objectivo evitar a gravidez.

Métodos Naturais – baseiam-se na determinação do momento provável da ovulação e na abstinência de relações sexuais nos dias que rodeiam esse acontecimento. Dessa forma impedem o encontro dos gâmetas.

1- Método do ritmo

Determinação do dia da ovulação pela duração do ciclo menstrual e abstinência de relações sexuais no período compreendido entre 4 dias antes e 3 dias depois da ovulação.

2- Método das temperaturas

Medição diária da temperatura basal em repouso e determinação do momento da ovulação pelo aumento de temperatura, cerca de 0,5ºC, que a precede.

3- Método do muco cervical

Observação das características do muco cervical e abstinência de relações sexuais quando este se apresenta elástico e de consistência gelatinosa.

Métodos de barreira – baseiam-se na utilização de dispositivos mecânicos ou substâncias químicas que impedem o encontro dos gâmetas.

1- Preservativo masculino

Pequena bolsa de látex colocada no pénis em erecção e que retém o esperma. Protege contra doenças sexualmente transmissíveis.

2- Preservativo feminino

Colocado na vagina, que recobre na totalidade, retém o esperma.

3- Diafragma

Pequena cúpula de material flexível colocada no fundo da vagina. Tapa o colo do útero impedindo a passagem dos espermatozóides.

4- Espermicidas

Cremes ou geleias colocados no fundo da vagina e que matam os espermatozóides. É pouco eficaz quando usado isoladamente, mas aumenta a eficácia dos outros métodos de barreira quando utilizado conjuntamente com estes.

Métodos hormonais – impedem a ovulação pela alteração das condições hormonais do organismo.

1- Pílula

Comprimidos contendo estrogénios e progesterona sintéticos, que são tomados diariamente. Os níveis hormonais no sangue têm um efeito de retroalimentação negativa sobre a hipófise e reduzem a produção de LH e FSH, impedindo a ovulação. Também existem pílulas apenas com progesterona. É um método muito eficaz.

2- Hormonas injectáveis

Injecção de substancias semelhantes à progesterona que previnem a gravidez por um período de 3 meses.

3- Implantes

Pequenos dispositivos colocados sobre a pele e que libertam, lentamente, hormonas para a circulação sanguínea. Os implantes actuam durante longos períodos de tempo, que podem ir até 5 anos.

Dispositivo intra-uterino – impede a nidação

1- Dispositivo intra-uterino (DIU)

Pequeno objecto metálico ou plástico colocado no útero pelo ginecologista. Pode, ou não, libertar hormonas. Dificulta a progressão dos espermatozóides até às trompas de Falópio e impede a nidação do blastocisto. Aumenta a intensidade das hemorragias uterinas e a probabilidade de gravidez ectópica.

Métodos cirúrgicos ou definitivos – obstrução definitiva da progressão dos gâmetas até ao local onde ocorre a fecundação.

1- Laqueação das trompas de Falópio

Obstrução cirúrgica das trompas de Falópio, efectuada através de uma incisão no abdómen. Impede a progressão dos gâmetas até ao local de fecundação.

2- Vasectomia

Corte dos canais deferentes, efectuado cirurgicamente através de uma incisão no escroto. Os espermatozóides não se juntam aos líquidos ejaculados e são reabsorvidos no epidídimo.



Contracepção de emergência – previne a gravidez após uma relação sexual não protegida.

1- Pílula do dia seguinte

Contem doses mais elevadas de estrogénios e de progesterona do que uma pílula contraceptiva normal e deve ser tomada até 72 horas após a relação sexual. Atrasa ou inibe a ovulação, atrasa a progressão dos espermatozóides e impede a nidação.