GENÉTICA

Hereditariedade

É a transferência de informações sobre as características próprias de um ser vivo para outro de geração em geração, por meio dos gametas ou por transferência direta de ácidos nucléicos entre células. A Genética estuda as leis da hereditariedade.

Histórico

Fantasias, preconceitos e idéias extravagantes tentaram explicar durante séculos como os filhos herdam características dos pais.
Aristóteles, 400 anos antes de Cristo, foi o primeiro a sugerir que o sêmen pudesse conter substâncias relacionadas com a hereditariedade. Mas só em 1679 é que o microbiologista holandês Antoine van Leeuwenhoek descobriu os espermatozóides e chamou-os animálculos.

Naquela época, acreditavam que cada espermatozóide continha um ser humano em miniatura, o homúnculo. Houve quem sugerisse que o óvulo feminino é que guardava o tal homúnculo. Outros fantasiavam que cada homúnculo já continha dentro de si um outro homúnculo, e assim sucessivamente.

Somente no final do século XIX é que se demonstrou que óvulo e espermatozóide unem-se na fecundação, possibilitando o surgimento de um novo ser. Foi então que surgiu a idéia dos gametas masculino e feminino, com o seu conteúdo hereditário.

Mendel, os fatores hereditários e os genes

Johann Gregor Mendel, monge de um mosteiro de Brno na República Tcheca, ao fazer experiências com ervilhas, concluiu, em 1865, que cada característica do ser vivo é determinada por um par de fatores hereditários. E que, na formação dos gametas, esses fatores separam-se, fazendo com que cada gameta contenha um fator relacionado a cada característica. Por isso, a hereditariedade, como muitos pensavam, não seria a mistura das características dos pais nos filhos. Ela obedecia a determinadas leis.
No começo do século XX, a Ciência encontrou os fatores hereditários no interior dos cromossomos das células, os genes.
Assim nascia a Genética, reconhecendo Mendel como seu pai.
Os trabalhos de Mendel, apresentados na Sociedade de História Natural de Brno, para um público de quarenta pessoas, foram ignorados por 35 anos.

O gene

Em 1908, o médico inglês Archibald E. Garrod, ao examinar uma criança com alcaptonúria (a falta de uma enzima não transforma a alcaptona, produto da tirosina, excretando-a por inteiro na urina), cujos pais eram primos, foi o primeiro a sugerir que uma alteração no organismo poderia ser hereditária.

Em 1941, George Beadle e Edward L. Tatum, em experiências com o bolor róseo do pão, Neurospora crassa, observaram que a mutação de um dos genes impedia a formação de uma enzima. A partir daí, formularam a hipótese de que um gene codifica uma enzima.

Como, dez anos antes, já se havia demonstrado que as enzimas eram proteínas, a hipótese logo foi corrigida: um gene codifica uma proteína.
Apesar de todo esse progresso, a natureza do gene ainda permanecia desconhecida. O DNA havia sido descoberto em 1869. Na década de 1940, enquanto muitos ainda defendiam que o gene era proteína, outros estavam convencidos de que ele era composto de ácido desoxirribonucléico (DNA).

Foi pelos experimentos do bacteriologista inglês Frederick Griffith em 1929 e de outros cientistas, mais tarde, em 1944, que se observou que diversas características genéticas também eram transferidas de uma para outra colônia de bactérias pelo ácido desoxirribonucléico. Logo, reconheceu-se, finalmente, o DNA como material genético, o gene.
Atualmente, sabe-se que o gene (ou gen) é uma seqüência de nucleotídeos em um DNA.

Cada gene é responsável pela síntese de uma proteína e, conseqüentemente, por uma ou mais características do indivíduo, pois as proteínas podem ter funções estruturais e reguladoras do metabolismo.
Os genes estão alojados nos cromossomos e são didaticamente representados por letras, números e símbolos. Por exemplo, o gene para cor de pele normal é simbolizado por A e o gene para albinismo, por ª

Terminologia

A Genética, como ciência, apresenta certos termos específicos, tais como genótipo, fenótipo, fenocópia, entre outros.
Genótipo: composição genética de um ser. É formado por um ou mais pares de genes, responsáveis pela determinação de uma ou mais características. O genótipo para cada caráter é representado por letras, números, símbolos, já convencionados.

Cariótipo: conjunto diplóide (2n) da célula recebido dos pais na fecundação. Refere-se às características morfológicas dos cromossomos (número, forma e tipos).
Ser humano = 46 cromossomos
Cariótipo da mulher = 44A + XX
Cariótipo do homem = 44A + XY
(A simboliza os cromossomos autossômicos e X e Y, os cromossomos sexuais.)
Genoma: conjunto haplóide (n) de genes, típicos da espécie, em uma célula.
Ser humano = 23 cromossomos
Genoma da mulher = 22A + X
Genoma do homem = 22A + X ou 22A + Y
Fenótipo: expressão visível ou detectável da ação do gene, e as modificações que possa sofrer por ação ambiental (aspecto liso ou rugoso de uma ervilha, tipo sangüíneo e cor da pele, por exemplo). O fenótipo pode ser modificado pelo ambiente (o cabelo escuro torna-se branco, por exemplo).
Fenocópia: alteração provocada no indivíduo quando o ambiente atua sobre seu fenótipo. Os genes não se modificam (a pele clara pode escurecer pela ação da luz solar, por exemplo).
Caráter: característica considerada em cada estudo (cor dos olhos, tamanho de uma planta, peso, estatura, por exemplo).
Locus gênico: lugar ocupado pelo gene no cromossomo (plural: loci).
Cromossomos homólogos: cromossomos que aparecem aos pares nas células somáticas (2n). Um deles vem do pai e o outro, da mãe.
Cromossomos não-homólogos: (ou heterólogos): cromossomos que não pertencem ao mesmo par.
Genes alelos (ou genes alelomórficos): genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos.
Genes não-alelos: genes que se localizam em loci diferentes.
Alelo dominante: gene do par de alelos, que consegue se expressar sozinho, inibindo a manifestação de seu par. É representado geralmente por letras maiúsculas.
Alelo recessivo: gene, do par de alelos, que só se manifesta na ausência do dominante. Geralmente é representado por letras minúsculas.
Homozigose: fenômeno pelo qual um par de genes alelos, sejam dominantes ou recessivos, expressa-se na mesma intensidade. São chamados genes homozigotos.
Heterozigose: fenômeno pelo qual um par de genes, um dominante e um recessivo, tem expressão diferente sobre o mesmo caráter. São chamados genes heterozitos.
Penetrância: corresponde à freqüência com que a característica determinada por um gene se manifesta. Se a característica se manifesta em 100% dos portadores, o gene tem penetrância total. Se não se manifesta em 100% dos portadores, a penetrância é parcial.
Expressividade: intensidade com que um gene se manifesta. Quando um gene se manifesta totalmente, inibindo seu alelo, o caso é de dominância completa. Se a manifestação do gene não inibe o efeito de seu alelo, o caso é de ausência de dominância.

Heredogramas

Os heredogramas, generalogias, árvores genealógicas ou pedigrees são representações gráficas das relações de parentesco e a incidência de determinada característica genética em uma família. Os indivíduos e suas condições são representados por símbolos padronizados.

O quadro de Punnett
Na meiose, os cromossomos homólogos separam-se um para cada gameta. Com isso, os genes alelos também se separam. Quando os genes alelos são iguais (AA ou aa), os gametas também serão iguais para aquela característica. Quando os genes alelos são diferentes (Aa), os gametas podem ser de dois tipos: A e a, para aquela característica.
Assim, indivíduos homozigotos produzem gametas iguais; os heterozigotos, gametas diferentes.
O quadro de Punnett é um diagrama em que se distribuem os gametas de um genitor nas linhas e os do outro nas colunas. A combinação de linhas e colunas dá a proporção entre genótipos dos possíveis descendentes.

Cruzamento-teste
Também chamado retrocruzamento ou teste-cross é um teste para descobrir se o genótipo da geração parental é homozigoto ou heterozigoto. Para isso, o indivíduo com fenótipo dominante e genótipo desconhecido é cruzado com um indivíduo com fenótipo recessivo homozigoto.
No caso das ervilhas, sabe-se que o fenótipo dominante é o amarelo e o fenótipo recessivo é o verde. Mas qual é o genótipo da ervilha amarela?
Para esclarecer, cruza-se fenótipo dominante com genótipo recessivo. Se em F1 todos os descendentes forem amarelos, o genótipo em estudo é homozigoto (VV). Se em F1 metade dos descendentes for amarela e a outra verde, o genótipo é heterozigoto (Vv).

A Primeira Lei de Mendel

Em suas experiências sobre hereditariedade, Mendel demonstrou que a herança não é obra do acaso e sim determinada por leis.
Os experimentos

Mendel escolheu a ervilha-de-cheiro por sofrer autofecundação, ter ciclo de vida curto (inúmeras gerações em pouco tempo), possuir órgãos reprodutores de fácil identificação, ser cultivada com facilidade e produzir grande número de descendentes. Tomou 34 variedades de sementes e, por dois anos, selecionou 22 delas, escolhendo sete características.

Começou cruzando plantas de linhagens puras, admitindo que eram puras as plantas que, autofecundadas, originavam somente plantas iguais a si mesmas. Cruzou plantas puras de sementes lisas com plantas puras de sementes rugosas. Quando a primeira geração amadureceu, ele abriu as vagens, esperando encontrar híbridos de plantas lisa e rugosa, mas constatou que só havia ervilhas lisas. Era como se a característica rugosa tivesse sumido.

A seguir, deixou a primeira geração cruzar entre si, livremente. Ao abrir as vagens, a grande constatação: havia sementes lisas e rugosas. Ao todo, havia 5474 lisas e 1850 rugosas, uma proporção aproximada de 3:1. Em outras palavras, a segunda geração apresentava uma proporção entre sementes lisas e rugosas de ¾ e ¼ (ou 75% e 25%).

Chamou a característica que prevaleceu (lisa) de dominante e a que não se manifestou (rugosa) de recessiva. Denominou a geração dos pais de geração parental (P), a primeira geração (dos filhos) de F1 e a segunda de F2.

O mistério desvendado
Mendel começou a entender que, de cada três sementes lisas, uma era realmente lisa; as outras duas eram aparentemente lisas, pois continham características para lisas e rugosas. Em outras palavras, eram híbridas.
Observou que a proporção de 3:1 se repetia nas outras seis características analisadas. E foi aí que pensou na existência de uma lei que disciplinasse a hereditariedade em ervilhas.
A característica rugosa não aparece nos descendentes, embora exista nos pais. Essa é a característica mais marcante de um gene recessivo.
A característica rugosa, ausente na geração F1, reaparece na geração F2, confirmando a sua condição de fenótipo recessivo.

As hipóteses
Mendel explicou os resultados, formulando algumas hipóteses:
1ª Cada característica é determinada por um par de fatores hereditários.
2ª Um dos fatores é herdado do pai e o outro da mãe.
3ª Os indivíduos puros, para certa característica, têm os fatores iguais. Os indivíduos híbridos, para certa característica, têm os fatores diferentes entre si.
4ª Se dois fatores são diferentes, apenas um deles se manifesta (dominante), enquanto o outro permanece encoberto (recessivo).
5ª Na produção dos gametas, os fatores de cada par segregam-se (separam-se). Os gametas possuem apenas um dos fatores de cada par. No indivíduo puro, os gametas têm fatores iguais. Os indivíduos híbridos têm dois tipos de gameta na mesma proporção.

A Primeira Lei
A partir das hipóteses formuladas, Mendel propôs a Primeira Lei da Herança, mais tarde conhecida como Primeira Lei de Mendel: Cada característica é determinada por um par de fatores que se segregam na formação dos gametas, os quais são sempre puros. Em outras palavras: Os genes alelos segregam-se na formação dos gametas, uma para cada gameta resultante.
A Primeira Lei de Mendel é chamada Lei da Segregação dos Fatores, pois deixou claro que os fatores hereditários se separam na formação dos gametas. Também é chamada Lei da Pureza dos Gametas, pois tornou evidente que não existe gameta híbrido (apenas um fator de cada característica está presente no gameta). A proporção fenotípica para a Primeira Lei de Mendel é 3:1; a proporção genotípica para a Primeira Lei de Mendel é 2:1.

Teoria Cromossômica da Herança

Após se sugerir que os pares de fatores hereditários estariam presentes nos cromossomos homólogos e que a segregação dos homólogos causava a segregação dos fatores, formulou-se a Teoria Cromossômica da Herança. Segundo essa teoria, os genes alelos situam-se nos mesmos loci, em cromossomos homólogos.

Em 1905, o biólogo holandês W. Johannsen criou a palavra gene (genos, origem), substituindo o termo fator, criado por Mendel.

Fundamentos de probabilidades

Uma das causas do sucesso de Mendel foi interpretar estatisticamente seus resultados. Em Genética, muitas vezes é necessário estimar matematicamente quantas vezes determinado caráter tem a possibilidade de aparecer. A probabilidade (P) de um evento acontecer é dada pela relação entre o número de eventos desejados e o número de eventos possíveis. P = número de eventos desejados / número de eventos possíveis.
Quando se joga uma moeda para cima, ela pode cair com a cara ou com a coroa para cima. A moeda tem duas faces (número de eventos possíveis), mas você só quer uma delas (número de eventos desejados). Assim: P (cara) = eventos desejados / eventos possíveis = ½.
A probabilidade de se obter cara, por exemplo, é de ½ ou 50%.

Outro exemplo é o das cartas de baralho. Qual a chance de se retirar um ás de copas, de um baralho de 52 cartas, em uma única tentativa? P (ás de copas) = eventos desejados / eventos possíveis = 1/52. A chance é de 1/52 ou 1,92%.
Mas e a probabilidade de se retirar um ás qualquer? Agora temos quatro eventos desejados (ouros, espadas, paus e copas) entre os 52 eventos possíveis (número de cartas): P (ás) = eventos desejados / eventos possíveis = 4/52 = 1/13. As chances aumentaram e, agora, são de 1/13 ou 7,69%.

Soma de probabilidades: regra do OU

Quando os eventos são mutuamente excludentes, isto é, a ocorrência de um impede a ocorrência do outro, e deseja-se saber a probabilidade de sua ocorrência, devem-se somar as probabilidades dos eventos isolados.
Exemplo: Em um dado normal, com seis faces, deseja-se saber qual a probabilidade de se obter face 4 ou face 6. Sabe-se que a probabilidade de se obter uma das faces de um dado em um só lançamento é igual a 1/6: P (4) = 1/6, P (6) = 1/6. P (4 ou 6) = P (4) + P (6) = 1/6 + 1/6 = 2/6 = 1/3 ou 33,3%.
Assim, temos cerca de 33,3% de chance de obter 4 ou 6 no lançamento de um dado. Veja que as possibilidades de eventos isolados foram somadas.

Multiplicação de probabilidades: regra do E

Para saber a probabilidade de dois ou mais eventos independentes ocorrerem ao mesmo tempo, multiplicam-se suas probabilidades isoladas.
Exemplo: A probabilidade de, ao jogar uma moeda para cima, cair com a face cara para cima ao mesmo tempo em que se joga um dado e se obtém a face 4 é: P (cara) = ½, P (4) = 1/6. P (cara e 4) = P (cara) X P (4) = ½ X 1/6 = 1/12 ou 8,33%.

Por exemplo: Deseja-se saber a probabilidade de, no nascimento consecutivo de duas crianças, a primeira ser menino e a segunda, também menino. Como o nascimento de menino na primeira gestação não influencia o nascimento de menino na segunda, esses são eventos independentes. Então, devem-se multiplicar as probabilidades isoladas: P (1º menino) = ½, P (2º menino) = ½. P (menino na 1ª e na 2ª gravidez) = ½ X ½ = ¼ ou 25%.

Na próxima, monoibridismo e alelos múltiplos.

Bibliografia:
Coleção Delta - Ensino Médio - Biologia Integrada - Luiz Eduardo Cheida (Volume Único) - FTD/SP - 2003