INTRODUÇÃO À GENÉTICA

JOHANN GREGOR MENDEL (1822 – 84)

Johann Mendel, descobridor das Leis da Herança Genética, nasceu em Heinzendorf, na Silésia austríaca, região pertencente ao atual território da República Tcheca. Seguiu desde cedo a vida religiosa, ordenando-se frade em 1847, no monastério agostiniano de Brunn (atual Brno). Já havia realizado estudos de Filosofia e, após a ordenação, que lhe consagrou suas atividades no ensino de Filosofia, ingressou na Universidade de Viena, em 1851. Voltou a Brunn em 1854, dedicando-se até 1868 ao ensino de História Natural e Matemática.

O resultado de seus trabalhos envolvendo o cruzamento de plantas, publicado em 1866, sob o título Experimentos com plantas híbridas, originou suas duas de suas teorias básicas, estabelecendo o que conhecemos, hoje, por Leis de Mendel. A primeira lei de Mendel é também conhecida por Princípio da Segregação dos Caracteres, em que as células sexuais masculinas ou femininas devem conter apenas um fator para cada característica a ser transmitida. A segunda lei de Mendel trata do Princípio da Independência dos Caracteres, ou seja, cada característica hereditária é transmitida independentemente das demais.

O trabalho de Mendel só passou a obter grande reconhecimento no meio científico a partir do início do século XX, tendo sido precursor dos posteriores estudos dos cientistas Hugo de Vries, Karl Erich Correns e Erich Tschermak. Estes três pesquisadores realizaram, independentemente, muitas das experiências baseadas na obra de Mendel, tendo, então, chamado a atenção do mundo científico para as descobertas do precursor, atribuindo a ele a descoberta das Leis da Hereditariedade.

NOMENCLATURA GENÉTICA

A genética mendeliana, como tantas áreas da biologia, envolve o uso de termos particulares que precisam ser compreendidos, em particular, durante a realização de exercícios e questões de vestibular. Neste módulo trabalharemos alguns destes termos antes de começar a discutir os fenômenos da hereditariedade.

Ainda que Mendel não soubesse o que era uma molécula de DNA, suas definições envolviam, indiretamente, conceitos que passam por sua atividade em uma célula. O genoma de um organismo engloba todo o seu conjunto de moléculas de DNA que, por sua vez, são responsáveis pela determinação das características deste indivíduo. Na espécie humana, por exemplo, há 23 pares de cromossomos por célula, também chamados de cromossomos-homólogos. Falamos em pares, pois, durante a fecundação, 23 destes cromossomos são oriundos do ovócito II (gametas femininos) e os demais 23 são provenientes do espermatozóide (gameta masculino).

A figura a seguir mostra os cromossomos humanos individualizados. Note que os cromossomos numerados de 1 a 22 também podem ser chamados de autossomos. Isto é importante porque o genoma contido nestas moléculas de DNA não participa da determinação sexual, sendo, portanto, comum a mulheres e homens. O cromossomo 23 (X ou Y) é conhecido como cromossomo sexual por participar da determinação do sexo biológico de um indivíduo. Mulheres tem seu organismo biologicamente determinado pela presença de um par XX, enquanto homens dependem de um par XY.

Compreender a distinção entre autossomos e cromossomos sexuais será importante quando iniciarmos nossa discussão a respeito da hereditariedade. As características autossômicas são determinadas por trechos de DNA contidos em autossomos e, desta forma, tem a mesma probabilidade de serem herdadas por mulheres e homens. Características sexuais, por outro lado, dependem dos trechos de DNA presentes nos cromossomos do par 23. Como mulheres portam dois cromossomos X, enquanto homens portam um X e um Y, a chance de herdarem estas características é diferente entre os sexos biológicos.

Analisando em mais detalhe cada cromossomo é possível separar regiões conhecidas como genes, que são pequenos trechos de DNA responsáveis pela codificação de uma molécula de RNA. Assim, utilizando a nossa espécie como exemplo mais uma vez, é possível notar aproximadamente 25 mil genes distribuídos entre os 23 diferentes cromossomos que carregamos em cada célula. É importante ressaltar, ainda, que cromossomos-homológos carregam os mesmos genes, o que significa dizer que cada indivíduo recebe duas cópias (um par) de cada gene – um proveniente de sua mãe e outro de seu pai.

Um gene apresenta uma sequência de DNA contendo algumas centenas ou milhares de bases nitrogenadas. Uma representação ilustrativa poderia ser imaginada como:

DNA: 5’- AAAATACGGGCGTAGTAGTAATTTGGCTAGCTACCCGA-3’

No entanto, ao comparamos regiões idênticas entre dois cromossomos-homólogos, ou seja, ao comparamos o mesmo lócus gênico em dois cromossomos de um par, notaremos que pequenas variações podem estar presentes. Isto não é algo obrigatório, mas é possível que a sequência herdada a partir da linhagem materna não seja exatamente igual aquela herdada a partir da linhagem paterna. Analise o exemplo a seguir:

DNA materno: 5’- AAAATACGGGCGTAGTAGTAATTTGGCTAGCTACCCGA-3’

DNA paterno: 5’- AAAATACGGGCGGAGTAGTAATTTGGCTAGCTACCCGA-3’

Neste exemplo, o lócus correspondente à base nitrogenada de número treze no gene hipotético em questão apresenta uma variação. A variação representada envolve a substituição em apenas uma base nitrogenada – uma timina (T) proveniente da parte materna substituída por uma guanina (G) na parte paterna – mas poderia envolver a deleção ou inserção de uma ou mais bases nitrogenadas. O que importa não é o número de bases nitrogenadas que varia, mas a existência da variação em um mesmo lócus. É esta variação que chamamos de alelo, e ela é batizada com uma letra qualquer de nosso alfabeto. Assim, digamos, a variante deste gene que contém a base timina poderia ser chamada de alelo A1, enquanto a variante contendo a base guanina seria chamada de alelo A2.

Como os genes são herdados em pares, isso significa que alelos (variantes de um gene) também são herdados aos pares. Um indivíduo pode apresentar duas cópias idênticas do mesmo alelo, ou cópias distintas. Cada par de alelos presente em um indivíduo é, então, chamado de genótipo, e pode ser representado como A1A1, A1A2 ou A2A2, por exemplo.

Um genótipo homozigótico representa a existência de alelos idênticos (A1A1 ou A2A2). Genótipos heterozigóticos, por outro lado, simbolizam a presença de alelos distintos (A1A2). Veremos posteriormente que o produto de um gene alelo pode se manifestar ou não, estabelecendo relações de dominância e recessividade. Considerando esta relação, também podemos classificar indivíduos homozigotos como homozigotos dominantes – em geral representados por um par de letras maiúsculas (AA) – ou homozigotos recessivos – representados por um par de letras minúsculas (aa).

Por fim, ainda que a determinação genética seja importante na caracterização de um indivíduo, conhecer seu genótipo não significa que saibamos como ele é necessariamente. O ambiente no qual um organismo se encontra contribui de forma significativa com a manifestação de um genótipo. Assim, a interação entre genótipo e ambiente resulta em um fenótipo. Por exemplo, imagine que um indivíduo de genótipo Aa seja capaz de produzir melanina (pigmento amarronzado presente na pele), mas a quantidade é influenciada pela sua exposição à radiação solar. Assim, seu fenótipo pode envolver uma pela mais clara ou mais escura, dependendo da quantidade de radiação ultravioleta (fator ambiental) que interage com seu genótipo Aa. Note que “cor da pele” é uma característica e, desta maneira, pode ser comparada entre indivíduos. “Pele clara” ou “pele escura”, por outro lado, são fenótipos possíveis para a característica “cor da pele”.

NOÇÕES DE PROBABILIDADE

Muitos de nossos exercícios e questões envolvem o cálculo de probabilidades relacionadas à hereditariedade. Por isso é importante recobrar alguns conceitos simples a respeito desses cálculos. Assim, se desejarmos calcular a probabilidade de ocorrência de um evento, ela deve ser compreendida como a relação entre o número de vezes no qual ele é desejado e o número total de eventos possíveis.

Exemplo 1

Em um lançamento de dado não viciado contendo seis faces, qual a probabilidade de obter como resultado a face de número 4?

Esta fração indica que existe um evento desejado (obter a face de número 4) em um universo de seis eventos possíveis (número total de faces do dado). A mesma probabilidade vale, obviamente, para obtermos qualquer outro resultado no lançamento deste dado.

Quanto dois eventos devem ocorrer de forma simultânea ou dependente, no entanto, sua chance de ocorrência é reduzida. Para encontrá-la é preciso calcular a probabilidade de ocorrência de cada evento e, então, multiplicá-las.

Exemplo 2

Em um lançamento de dado não viciado, qual a probabilidade de obter como resultados as faces de número 3 e 5?

A análise desta razão nos permite concluir que a probabilidade de obter apenas a face 3 equivale a 1/6 e a probabilidade de obter apenas a face 5 também equivale a 1/6. Assim, a probabilidade de obter as duas equivale a 1/36.

Outra situação envolve a obtenção de dois resultados de maneira independente. Neste caso, calculamos a probabilidade de ocorrência para cada evento isolado e depois as somamos.

Exemplo 3

Em um lançamento de dado não viciado, qual a probabilidade de obter como resultado a faces de número 3 ou 5?

Neste caso, como a obtenção apenas da face 3 equivale a 1/6, e a obtenção da face 5 também equivale a 1/6, temos 2/6 (0u 1/3) como a probabilidade de obter uma face ou outra.

Assim, vemos que é mais provável obter um evento ou outro – uma vez que são independentes – do que obter um evento e outro – uma vez que os resultados são condicionados.