Mitose e Meiose Sem Fundo

GENÉTICA I

GENÉTICA I

BG 038

BG 038

Profa. Dra. Marta Margarete

Profa. Dra. Marta Margarete

Cestari

Cestari

Profa. Dra. Ana Claudia Bonato

Profa. Dra. Ana Claudia Bonato

Cromossomos

Cromossomos

eucarióticos

eucarióticos

••

Moléculas enormes de DNA

Moléculas enormes de DNA

••

Altamente condensadas

Altamente condensadas

durante a mitose e meiose

durante a mitose e meiose

(durante a interfase não é

(durante a interfase não é

possível visualizar cromossomos

possível visualizar cromossomos

individuais

individuais

••

Centrômeros e telômeros têm

Centrômeros e telômeros têm

estruturas únicas

O superenrolamento do O superenrolamento do DNA é importante para DNA é importante para compa

compactar ctar o DNAo DNA e asse assimim caber dentro da célula. caber dentro da célula.

••

Uma pergunta freqüente/Uma pergunta freqüente/e formulada é se todo o e formulada é se todo o DNA de umDNA de um organismo c

organismo constitui os seus onstitui os seus genes.genes.

••

Estudos mostraEstudos mostram q/ o DNA m q/ o DNA de vírus e de vírus e procariontprocariontes fazemes fazem parte quase somente de seus genes, enquanto q/ de parte quase somente de seus genes, enquanto q/ de eucariontes exis

eucariontes existem 3 classes de tem 3 classes de DNA:DNA:

••

Os altamente Os altamente repetitivos: são sequênciarepetitivos: são sequênciass pequenas de 6 a 300pequenas de 6 a 300 pares de bases, e cada uma delas é repetida mais de 10

pares de bases, e cada uma delas é repetida mais de 1055

cópias por genoma. cópias por genoma.

••

Os moderada/e repetitivos são aqueles em que cadaOs moderada/e repetitivos são aqueles em que cada Segmento ocorr

Segmento ocorre repetido entre 10 a e repetido entre 10 a 101055_{cópias por genoma;cópias por genoma;}

••

Os não Os não repetitivos –repetitivos – sequênciassequências únicas, ou únicas, ou de uma só de uma só cópia docópia do DNA, possui 1 a

DNA, possui 1 a 10 cópias por genoma (representa a grande10 cópias por genoma (representa a grande maioria dos genes).

Os Altamente repetitivos: Sequências de DNA Não Transcritas: Funções Postuladas para este tipo de DNA:

 –

1) papéis de organização ou estruturais em cromossomos (telômeros);

 –

2) envolvimento em pareamento cromossômico durante a meiose e o Centrômero na divisão celular;

 –

3) envolvimento emcrossing-over ou recombinação (regiões

heterocromáticas);

 –

4) proteção de importantes genes estruturais, como genes de histonas, de rRNA e de proteínas ribossômicas;

 –

5) um repositório de sequências de DNA não essenciais para uso na futura evolução da espécie;

 –

6) Sem nenhuma função, apenas DNA “sucata” que é levado  juntamente com os processos de replicação e segregação dos

cromossomos.

Região

Os moderadamente repetitivos: Sequências muito heterogêneas

•

Muitas destas sequências são distribuídas pelo genoma, intercaladas com sequências de cópia única.

•

São compostos por genes de várias cópias ou famílias de genes, tais como:

 –

As Proteínas Ribossômicas;

 –

As Proteínas musculares actina e miosina;

 –

O rRNA;

 –

As Proteínas Histônicas;

 –

sequências que regulam a expressão dos genes, não sendo considerados c/o genes mas sim c/o sítios regulatórios;

 –

Elementos Genéticos Transponíveis

Cerca de 70% das sequências de DNA no genoma de

Cerca de 70% das sequências de DNA no genoma de

Drosophila

Drosophila

e 50% das sequências de DNA no genoma

e 50% das sequências de DNA no genoma

Humano, estão presentes em uma ou poucas cópias.

Funções Postuladas:

- A maioria dos genes que codificam proteínas estão

presentes neste componente do genoma;

- Muitas das sequências que regulam a expressão dos

genes estão presentes nesta fração do genoma.

Os Não Repetitivos:

Genoma eucariótico

•

Maioria dos Eucariotos são DIPLÓIDES (2n cromossomos), pois um dos genitores possue n cromossomos em seus gametas e o outro genitor também. Portanto n + n = 2 n.

Na formação de um animal ou vegetal estão

envolvidos 2 processos básicos:

crescimento e diferenciação

Espematozóide + óvulo = zigoto ou célula ovo

(este sofre divisões sucessivas fazendo com que o

indivíduo cresça e se diferencie).





Os

Os indivíduos

indivíduos Diplóides

Diplóides possuem

possuem seus

seus cromossomos

cromossomos

organizados

organizados aos

aos pares,

pares, ou

ou seja,

seja, cromossomos

cromossomos

homólogos

homólogos.. Este

Este possuem

possuem aa mesma

mesma morfologia

morfologia

embora

embora os

os pares

pares diferenciem

diferenciem uns

uns dos

dos outros

outros ee

também

• O processo de divisão celular responsável pelo crescimento se chama MITOSE e se dá principalmente nas células não diferenciadas do corpo.

• Entre uma divisão celular e outra existe uma fase denominada de INTERFASE q/ é mais longa do q/ a própria divisão celular.

MITOSE

INTÉRFASE

•

G1 – A célula aumenta de tamanho, há uma intensa síntese de proteína e ácido ribonucléico. A maioria das proteínas sintetizadas terá função enzimática (topoisomerases I e II, DNA polimerase, DNA ligase, DNA elicase, etc) no processo de duplicação. Duplicação dos centríolos.



S – Duplicação do DNA. O cromossomo passa a ter

2 cromátides irmãs e por ser semi-conservativa a

replicação, as cromátides são idênticas.



G2 – Período de menor duração, provavelmente são

sintetisados enzimas e proteínas necessárias p/ a

divisão celular – Tubulina.

4C

4C

2C

2C

G1

G1

S

S

G2

G2 M

M

G1

G1

2n = 4 cromossomos Quantidade de DNA 2 picogramas ou 2C de DNA em G1 4C de DNA em G2

INTERFASE

G1 2n = 4 2c G2 2n=4 4c S

2n = 4 cromossomos

Quantidade de DNA

2 picogramas ou

2C de DNA em G1

4C de DNA em G2

2n = 4

4C de DNA

Vemos que os dois processo fundamentais da mitose são a replicação seguida da segregação. Segregação é o nome dado p/ a separação das cromátides irmãs.

2n = 4

4C de DNA

2n = 8

4C de DNA

2n = 4

2C de DNA

2n = 4

2C de DNA

Mitose

•

Produto: duas células filhas idênticas a célula mãe

original (G1)

•

Por isso ocorre a duplicação do DNA

•

Crescimento, Reposição celular

MEIOSE

A meiose é essencial p/ a formação dos gametas,

que são os agentes q/ passam os alelos dos pais p/

os filhos por intermédio da reprodução sexuada.

INTÉRFASE

INTÉRFASE

2n = 4 cromossomos Quantidade de DNA 2 picogramas ou 2C de DNA em G1 4C de DNA em G2

MEIOSE

2n = 4 cromossomos 4C de DNA

   M    E    I    O    S    E    I 2n = 4 cromossomos 4C de DNA

2C de DNA n = 2 2C de DNA n = 4 n = 2 1C de DN A

Meiose

•

Produto: quatro células filhas com metade no N

o

_de

cromossomos e quantidade de DNA da célula mãe

original (G1)

•

Ocorre apenas com as células precursoras de

gametas

•

Manter o número de cromossomos da espécie

•

Duas divisões: 1 – reducional

2 - equacional

2C 4C 2C 4C 2C 1C 2C

CONSEQUÊNCIAS GENÉTICAS DA MEIOSE

A MEIOSE REDUZ PELA METADE O Nº DE

CROMOSSOMOS PARA QUE A CADA FERTILIZAÇÃO

O Nº DIPLÓIDE SE MANTENHA CONSTANTE.

A compreensão da Meiose I é

fundamental

para

a

compreensão do comportamento

dos genes durante a reprodução.

PORTANTO qdo se considera apenas uma célula com 2n=4, são produzidos 2 tipos de gametas a cada meiose. Porém o nº de células que sofrem meiose em cada organismo é muito grande, levando nos a perceber que teremos em um indivíduo duplo heterozigoto (2n=4),4 tipos diferentes de gametas. O esperado é de 25% de cada tipo.

X

A

X

a

X

B

X

b

X

A

X

a

X

B

X

b

l

A lB

l

A_lB

l

alb

l

alb

X

A

X

a

X

B

X

b

X

b

X

B

X

A

X

a

l

Alb

l

A_lb

l

a_lB

l

alB

Na metáfase I ocorre orientações dos

cromossomos homólogos, assim em uma

célula

com

2n=4

são

possíveis

2

orientações.

2n=4: OMI = 2

n-1

_{= 2}

2-1

_{= 2}

PORTANTO: DURANTE A METÁFASE I,

HÁ

UM

VERDADEIRO EMBARALHAMENTO – RECOMBINAÇÃO –

DOS GENES, DE MODO QUE SÃO OBTIDAS INÚMERAS

COMBINAÇÕES NOVAS.

V = 2

n

Assim,

a

meiose

permite

a

recombinação

dos

genes

–

aparecimento de combinações novas

não existentes nos progenitores - ,o que

evidentemente contribui para Ampliar a

Variabilidade

na

Natureza.

Esta

ampliação

da

Variabilidade

é

fundamental p/ a Evolução das espécies

e também é a principal matéria prima

p/ os melhoristas de plantas e animais.

TAREFA:

- A PARTIR DE UM INDIVÍDUO

COM 2n = 6 E 3C DE DNA.

COMPROVE ATRAVÉS DA MEIOSE 

O NÚMERO DE ORIENTAÇÕES NA

METÁFASE I E O NÚMERO DE

Três Grandes Marcos na Genética

•

Trabalhos de Gregor Mendel: descobriu como

as características são herdadas.

Teoria Cromossômica da Herança

•

Sutton – Boveri (1903):

reconheceram que o

comportamento das

partículas de Mendel

durante a produção dos

gametas nas ervilhas era

paralelo ao

comportamento dos

cromossomos na meiose

Teoria Cromossômica da Herança

•

Os genes existem aos pares como os cromossomos

•

Um lote cromossômico vem do pai e o outro da mãe

•

Os genes são unidades físicas localizadas nos cromossomos

•

Em cada cromossomo de um par de homólogos localiza-se um dos alelos do gene que determina um caráter hereditário

•

Os alelos de um gene se segregam igualmente em gametas, como os membros de um par de homólogos

Comportamento dos cromossomos Comportamento dos alelos dos genes

O nº de cromossomos presentes em cada gameta corresponde a metade do nº de cromossomos que se

encontram em qualquer célula diplóide do indivíduo

O nº de alelos presentes em cada gameta corresponde a metade do nº de alelos que se encontram em qualquer célula diplóide do indivíduo Os pares de homólogos presentes

nas células de cada indivíduo têm origem, respectivamente, no

progenitor masculino e no progenitor feminino

Os pares de alelos presentes nas células de cada indivíduo têm origem, respectivamente, no progenitor masculino e no progenitor feminino. Durante a formação dos gametas,

ocorre a separação dos cromossomos homólogos

Durante a formação dos gametas, ocorre a separação dos alelos de cada gene

A segregação dos cromossomos homólogos que ocorre durante a meiose faz-se ao acaso, o que origina

A segregação de cada par de alelos que ocorre durante a meiose faz-se ao acaso, o que origina diferentes

Segregação Monofatorial

1

a

_{Lei de Mendel}

•

Herança Monogênica: Qualquer cruzamento em que

somente uma característica controlada por um gene

está sendo considerada, não interessando se os

genitores diferem em outros caracteres.

•

Mendel estudou

7 características

de ervilhas, com

dois fenótipos

contrastantes

cada uma

Segregação

Segregação

Monofatorial

Monofatorial

Segregação Monofatorial

X

P

_{A/A a/a}

F1

A/a

F2

A/A A/a A/a a/a

X

P

_{a/a A/A}

F1

A/a

F2

A/A A/a A/a a/a

Mendel chamou de DOMINANTE e RECESSIVO os

fenótipos. O fenótipo Púrpura de Dominante pois

dominava sobre o fenótipo branco, sendo este

chamado de Recessivo em relação ao púrpura.

F1

X

F1

XA/a A/a

F1

X

F1

XA/a A/a

Segregação Monofatorial

½

A

½

a

½

A

¼

AA

¼

Aa

½

a

¼

aA

¼

aa

F1 F1

F1 Púrpura (Aa) X Púrpura (Aa)

F2

Para explicar a proporção de 1:2:1 Mendel deduziu que:

A EXISTÊNCIA DE GENES: Existem determinantes hereditários de uma natureza particular. Hoje chamamos estes determinantes de genes.

OS GENES ESTÃO AOS PARES: Os fenótipos alternativos de uma característica são determinados por formas diferentes de um único tipo de gene – os ALELOS.

O PRINCÍPIO DA SEGREGAÇÃO: Os membros dos pares de genes se segregam igualmente para os gametas, ovócitos e espermatozóides. CONTEÚDO GAMÉTICO: Conseqüentemente, cd gameta leva apenas um membro de cada par de genes.

FERTILIZAÇÃO ALEATÓRIA: A união de um gameta de cada genitor para formar a primeira célula (zigoto) de um novo indivíduo da prole é aleatória, isto é, os gametas se combinam independente/e de que membro de um par de genes seja portador.

Cruzamento-Teste

½

A

½

a

1 a

½ A/a ½ a/a

 A/a X a/a

a/a A/a

Para testar seu modelo Mendel cruzou um indivíduo

com flores púrpuras (A/a) (F1) com um com flores

brancas puro (a/a) e obteve 50 púrpuras : 52 brancas,

ou seja, uma porporção próxima de 1:1, deduzindo

assim, segregação igual.

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

Os alelos de um gene podem interagir de vários modos diferentes a nível funcional, resultando em variações no tipo de dominância e em efeitos fenotípicos acentuadamente diferentes em combinações alélicas diversas a saber:

Dominância Completa

Interação onde o alelo dominante impede a expressão do alelo recessivo, quando estão juntos, e o fenótipo devido ao alelo recessivo só é produzido pelo indivíduo portador do genótipo homozigótico para este alelo.

Sob o ponto de vista bioquímico, um alelo dominante é considerado aquele que codifica uma enzima funcional, o que  permite uma via metabólica produzir um produto final.Em contrapartida o alelo recessivo , em geral , corresponde a um mutante sem sentido, que não produz nenhuma enzima ou um mutante de sentido errado que produz uma enzima não funcional ou com eficiência muito reduzida.

Proporção Fenotípica 3:1 Proporção Genotípica 1:2:1

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

Dominância Incompleta

A Dominância Incompleta descreve a situação geral na qual o fenótipo de um heterozigoto é intermediário aos dois homozigotos.

 A nível molecular a dominância incompleta é geralmente causada  por um efeito quantitativo do nº de “doses” de um alelo selvagem. 2 doses produz mais transcrito funcional, e portanto mais produto protéico funcional; uma dose produz menos transcrito e produto,

Exemplo: BONINA (planta nativa da América Tropical P: vermelha X branca

c+/_c+ _c/c

c+/_c

c+/_c+ _c+/_{c c}+/_{c c/c}

F1: rosa

F2: vermelha rosa rosa branca

Proporção Fenotípica 1:2:1 Proporção Genotípica 1:2:1

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

Codominância

Esta interação alélica se caracteriza pelo fenótipo do heterozigoto apresentar-se como uma mistura dos fenótipos de seus genitores homozigotos.

A codominância é freqüentemente confundida com a dominância incompleta, a diferença entre elas ocorre por que na codominância os dois alelos presentes no heterozigoto são ativos e independentes. Em termos bioquímicos, cada alelo do heterozigoto condiciona a formação de uma proteína ou enzima.

P: vermelha X branca

Exemplo: BOVINO SHORTHORN (cor da pelagem) R1_R1 _R2_R2

R1_R2

F1: ruão

F2: vermelha ruão ruão branco R1_R2 _R1_R2 _R2_R2

R1_R1

Proporção Genotípica 1:2:1 Proporção Fenotípica 1:2:1

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

Sobredominância

O indivíduo heterozigoto tem adaptabilidade superior que qualquer genótipo homozigoto (dominante ou recessivo).

- Exemplo: Na espécie humana um exemplo de Codominância (Genótipo) que para alguns autores é Sobredominância (Fenótipo) (F1 será superior quando apresenta um valor adaptativo Maior)

Exemplo Anemia Falciforme, onde o heterozigoto tem uma vantagem adaptativa maior do que os homozigotos.

+

+

HbA - 6°aminoácido β = ácido glutâmico

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

RÉGUA FENOTÍPICA A/A a/a A/a c/c _c+/_c c+/_c+ Dominância Completa Dominância Incompleta R1_R1 R2_R2 R1_R2 _{Codominância} S/S A/A A/S Sobredominância

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

Alelos Letais

Alguns genes apresentam um comportamento bem peculiar, podendo causar a morte do indivíduo que o possui. Alguns deles além de estarem relacionados à viabilidade do indivíduo, causam alterações fenotípicas que podem ser facilmente detectadas.

- O 1º exemplo foi descrito por Cuenot (1904) que cruzou camundongos normais (pelagem escura) com camundongos mutantes (pelagem amarela – Yellow).

P: Yellow X selvagem homozigoto F1: ½ Yellow : ½ selvagem

O que esta observação sugere?

Entretanto se 2 Yellow são cruzados, temos: Yellow X Yellow 2/3 Yellow : 1/3 selvagem A/A AY _/A AY _{/A A}Y _/A AY _{/A A/A} AY _{/A A}Y _{/A A /A}

INTERAÇÃO DE ALELOS DE UM GENE

POLIALELIA

Indivíduos diplóides que podem conter no máximo dois alelos iguais (homozigotos) ou diferentes (heterozigotos).

Um gene pode possuir, em geral, não apenas 2 alelos, mas vários.

A

A1_{, A}2_{, A}3 A esse grupo de alelos dá-se o nome de séries alélicas e ao

fato de um caráter se expressar de várias maneiras alternativas, devido a uma série alélica, denomina-se alelismo múltiplo.

Assim, a série alélica não ocorre em um indivíduo mas sim em uma

populacão.

A1

Exemplo 1: Se tivermos 2 alelos A1 e A2, o número de genótipos possíveis = 3 (A1_A1_{, A}1_A2_{, A}2_A2₎

Caso surja um terceiro alelo na população, A3 = 3(A1_A3_{, A}2_A3_{, A}3_A3₎

Se considerarmos m alelos, qual seria o nº de genótipos diferentes?

m(m+1) 3(3+1) NGD = --- = --- = 6

2 2

Qual é o número de genótipos homozigotos? = ao número de alelos (m)

Qual é o número de genótipos heterozigotos?

m(m-1) 3(3-1)

NGH = --- = --- = 3

POLIALELIA

Na espécie Humana _{Grupo Sanguineo – Sistema ABO} IA _{produz enzima Nacetil galactosaminil transferase}

IB _{produz enzima Galactosil transferase}

IA_IB _{as 2 enzimas são produzidas Codominância}

i não produz nenhuma enzima e nenhum antígeno e portanto IA _{e I}B _{são dominantes sobre i (recessivo).}

(I

A

_{= I}

B

_)>i

Exercício:

Em coelhos a cor da pelagem é comandada por uma série alélica, a saber:

c+ _{= cor total – selvagem (cinza escuro)}

cch _{= chinchilla (cor cinza claro)}

ch _{= himalaio (albino com extremidades negras)}

c = albino

cada alelo é dominante sobre o outro na seguinte ordem: c+_>cch_>ch_>c

Pergunta-se: Quais fenótipos e em que proporção são esperados a partir dos cruzamentos abaixo:

a) c+ _/c+ _{X c/c} b) c+ _{/c X c}+ _/c c) c+ _/ch_{X c}+ _/cch d) cch _{/c X c/c} e) c+ _/ch _{X c}+ _/c f) ch _{/c X c}ch _/c