BIOLOGIA E GENÉTICA 2010/2011

Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
BIOLOGIA E
GENÉTICA
2010/2011
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BIOLOGIA
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A célula (cap.1)
Membrana plasmática: capaz de isolar proteínas e ácidos nucleicos do meio exterior.
Este isolamento é assegurado por uma classe de moléculas anfipáticas – fosfolípidos –
hidrofílicos/hidrofóbicos.
Núcleo: delimitado por um sistema membranar – invólucro nuclear. No núcleo
encontra-se o património genético da célula, sob forma de moléculas de DNA.

nucléolo: local de biossíntese de ribossomas
Ribossomas: composto por duas subunidades, cada uma das quais é constituída por
moléculas de rRNA (RNA ribossomal).
Retículo endoplasmático: constituído por um labirinto intracelular de cisternas,
delimitadas por membranas.

Rugoso: parte das cisternas estão revestidas por ribossomas. É responsável pela
síntese de todas as proteínas secretadas para o exterior da célula, bem como as
proteínas transmembranares e das enzimas lisossómicas.

Liso: não se associa a ribossomas. Acumula as enzimas responsáveis pela
síntese do componente lipídico das lipoproteínas e as enzimas que degradam
drogas e outros compostos tóxicos ao organismo.
Complexo de Golgi: constituído por uma série de cisternas empilhadas, rodeadas por
enumeras vesículas. Deste complexo destacam-se vesículas que acabam por se fundir
com a membrana plasmática num processo denominado exocitose.
Lisossomas: “sacos” intracelulares delimitados por uma membrana e cheios de enzimas
hidrofílicas. Apresentam três funções:
1. Digerem macromoléculas provenientes do exterior pela via da endocitose,
fornecendo nutrientes para o metabolismo da célula.
2. Distribuição de componentes celulares absoletos. Autofagia- os organelos que
atingiram o limite do seu tempo de vida ou que deixaram de ser necessários à
célula, são incorporados em vesículas que se fundem com os lisossomas.
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3. Participam na degradação de microrganismos ou partículas nocivas à célula
através do mecanismo de fagocitose – os corpos reconhecidos como estranhos
são fagocitados pela célula incorporados em fagossomas que se fundem com os
lisossomas.
Mitocôndrias: fornecem à célula energia necessária para todas as reacções de
metabolismo. Possui duas membranas, interna e externa, que delimitam dois
compartimentos, o espaço intramembranar e a matriz mitocôndrial.
Peroxissomas: organelos citoplasmáticos limitados por uma membrana.
Citoesqueleto: responsável pela plasticidade, flexibilidade e motilidade da célula
eucariótica. Desempenha o papel de osso e músculo da célula. As suas propriedades
devem-se a 3 grandes tipos de proteínas:
1. Filamentos intermédios: agregados de proteínas filamentosas que variam de
acordo com o tipo de célula.
2. Microfilamentos de actina: responsáveis pela forma e plasticidade da membrana.
3. Microtúbulos: constituídos por cilindros cujas paredes são formadas por
agregados de proteínas – tubulinas – emanam do centrossoma e espalham-se
pelo citoplasma.
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Anatomia específica dos cromossomas em metáfase (Cap. 8)
Cromossomas: veículos de informação genética. Estruturas com aparência linear que
comportam os genes. Formados por dois braços um p e um q ligados pelo centrómero.
Podem ser autossomas ou heterossomas (cromossomas sexuais X e Y). são classificados
em função do seu tamanho e posição do centrómero:

Metacêntricos: posição do centrómero mediana; braços iguais

Submetracêntricos: centrómero divide os braços em p e q

Telocêntricos: centrómero ocupa a posição terminal (não fazem parte do
genoma humano)
Casa banda do cromossoma revela grupos de genes, dispostos linearmente nos
cromossomas e não distribuídos o acaso.
Cariótipo: organização de cromossomas em grupos. 22 pares de autossomas e 1 par de
heterossomas.
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Replicação do DNA genómico (Cap. 9)
Herança genética: conjunto de características transmitidas pelos progenitores aos seus
descendentes.
Molécula de DNA: constituída por uma dupla hélice antiparalela formada por um
esqueleto de grupos fosfato e açúcar localizados na parte externa da molécula, estando
as duas cadeias ligadas entre si por pontes de hidrogénio estabelecidas entre bases
azotadas complementares e localizadas na parte interna da molécula. O emparelhamento
fazia-se sempre entre uma base purina e uma pirimidina, de tal modo que a adenina
emparelhava sempre com a timina e a guanina com a citosina (A=T) (G=C). A
sequência de bases de uma cadeia podia ser sempre deduzida a partir da sequência
complementar.
Mecanismo de replicação semi-conservativa: cada uma das duas cadeias da molécula
de DNA parental seria utilizada como modelo para a síntese de uma nova cadeia que lhe
fosse complementar, dando assim origem à formação de uma hélice dupla idêntica à
parental em cada célula filha.
DNA polimerase: capaz de catalisar in vitro a reacção de incorporação de nucleótidos
numa cadeia de DNA, utilizando a sua cadeia complementar como modelo.
Replicação: tem origem numa zona denominada origem de replicação e cada região do
DNA replicada a partir de uma mesma origem forma um replicão. Pelo menos 1000
origens de replicação (8h).
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A replicação tem 3 características básicas para a origem da replicação:
1. São constituídas por múltiplas sequências repetitivas
2. Estas unidades repetitivas são reconhecidas por complexos multiproteicos que,
por sua vez, estão envolvidos no recrutamento da maquinaria de replicação da
célula para a zona de origem da replicação
3. A origem de replicação é, em geral, flanqueada por sequências ricas em adeninas
e timinas, o que deverá facilitar o desenrolar da separação das duas cadeias que
integram a molécula de DNA
DNA polimerase (2 características):
1. Todas sintetizam o DNA no sentido 5’ – 3’. E existem dois tipos de replicação:
a. Contínua – na cadeia avançada na qual o sentido de replicação 5’ – 3’
coincide com a direcção de crescimento da cadeia filha sintetizada de
novo.
b. Descontínua – na cadeia atrasada em que o sentido 5’ – 3’ é contrário à
direcção de crescimento da cadeia filha em formação.
2. Nenhuma é capaz de iniciar a síntese de novo de uma cadeia de DNA
Mecanismo geral de replicação:

Inicia-se a partir de uma origem de replicação reconhecida por um complexo de
reconhecimento de origem que após a associação com outras proteínas vai
localizar nesse local 2 complexos enzimáticos hexaméricos de tipo helicase que
se vão mover em direcções opostas na cadeia parental a partir da origem. Estas
enzimas desenrolam as 2 cadeias que compõem a dupla hélice, quebrando as
ligações de hidrogénio estabelecidas entre as bases azotadas complementares de
cada cadeia.

Este conjunto de proteínas e de DNA, localizado na zona de origem de
replicação, vai originar a constituição de uma dupla forquilha de replicação, que
se estende em direcções opostas, para os dois lados da origem no caso mais
comum da replicação bidireccional.

De modo a iniciar a síntese de cadeias filhas, e devido à impossibilidade de esta
ser efectuada pelas DNA polimerases, um novo complexo enzimático
denominado primase irá sintetizar um fragmento de RNA, RNA iniciador, a
partir da extremidade 5’ da cada uma das novas cadeias a sintetizar.
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
Devido ao antiparalelismo da cadeia de DNA parental, das duas cadeias filhas a
sintetizar, só uma poderá ser feita de modo contínuo 5’ – 3’ a partir da região de
cadeia parental imediatamente adjacente à origem de replicação.

Assim, esta cadeia atrasada irá ser sintetizada na direcção oposta ao avanço da
forquilha de replicação, através da síntese e posterior ligação de múltiplos
segmentos de DNA, todos iniciados por um fragmento de RNA iniciador
colocado pela primase. Estes fragmentos de DNA contendo de forma temporária
um RNA iniciador – fragmentos de Okasaki.

Os dois fragmentos de DNA são finalmente ligados um ao outro pela DNA
ligase.

De modo a aliviar a tensão de torsão das cadeias durante o seu desenrolar pela
helicase, enzimas do tipo topoisomerase vão igualmente actuar neste processo.
Estas enzimas associam-se com a cadeia dupla parental a montante de cada uma
das helicases e removem a tensão provocada pela torção da cadeia dupla através
de uma série de cortes pontuais nas ligações de fosfodiester, reformadas de
seguida pela mesma enzima, que vão ocorrer durante o desenrolamento
efectuado pela helicase.
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Transcrição: biossíntese e processamento dos RNA mensageiros e de transferência
(Cap. 10)
Transcrição: mecanismo universal de expressão dos genes, unidades de DNA que
contêm a informação necessária à especificação da síntese de todas as formas funcionais
de RNA de cada célula. Está na base da transcrição vertical da informação genética ao
longo da vida das células e dos organismos, conduzindo à expressão dos diversos
fenótipos celulares.
Transcrição dos genes das proteínas: é através desta que é produzida a população de
mRNA característica de cada espécie e de cada tipo celular.
Nos organismos pluricelulares, o controlo da expressão genética constitui o
principal factor que assegura que cada gene específico seja activado no exacto
momento do desenvolvimento embrionário, e consequentemente da diferenciação
fenotípica dos tecidos de formação de órgãos.
Síntese de RNA: exige que uma polimerase inicie a transcrição, polimerase os
ribonucleótidos precursores, ordenados por complementaridade com a cadeia
codificante do DNA, e termine de forma exacta a transcrição de cada molécula de RNA.
Cada forma de RNA deve então ser transportada do seu local de síntese, o núcleo, para
o citoplasma onde irá exercer as suas funções específicas.
Iniciação da transcrição: mecanismo mais importante, que determina a expressão dos
genes. É a esse nível que se define quantidade relativa de cada espécie de mRNA e da
proteína nele codificada, que a célula produzirá.
Polimerização das cadeias de RNA: sequências de bases que compõem os resíduos
nucleotídicos da cadeia do DNA que é transcrito, determina a sequencia de bases de
RNA sintetizado, de forma comparável à observada na replicação do DNA. Ocorre no
sentido 5’ – 3’.
A transcrição dá-se em três fases:

Iniciação: reconhecimento do sítio do DNA genómico que irá ser
copiado em RNA, e condensação dos primeiros nucleótidos
constituintes da extremidade 5’ do RNA nascente.
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
Elongação: polimerização orientada dos nucleótidos, reflectindo a
sequência do DNA molde, e obedece à regra da complementaridade
de bases (T – A; A – U; G – C; C – G).

Terminação: interrupção selectiva do processo de transcrição da
cadeia molde do DNA, delimitada pelo último nucleótido de cada
gene activo, que corresponde, portanto, à extremidade 3’ da cadeia de
RNA transcrito.
Transcrição nos eucariotas: existe uma compartimentação das células, ocorrendo a
transcrição no núcleo, onde se encontra o DNA genómico, enquanto que a tradução tem
lugar no citoplasma. Todos os RNA têm que migrar do núcleo para o citoplasma, onde
irão desempenhar as respectivas funções no processo da síntese de proteínas. A
população dos RNA nucleares heterogéneos (hnRNA) contida no núcleo das células é
parcialmente convertida nos mRNA citoplasmáticos activos, característicos de cada
fenótipo celular. A maturação dos produtos primários da transcrição em mRNA envolve
modificação estrutural da extremidade 5’ da molécula com formação da estrutura
designada Cap, assim como da extremidade 3’, com adição de uma cauda de poliA,
além da eliminação de segmentos intercalares de RNA, os intrões. O facto de este
processo de transporte e maturação dos mRNA ocorrer por etapas proporciona a
existência de mecanismos de regulação de expressão dos genes aos vários níveis,
portanto mais complexos.
Sequências de sinal nos intrões: o papel essencial do desempenho pelas sequências de
sinal pode ser comprovado por experiências de mutagénese dirigida, que provam que
estes elementos são indispensáveis ao processamento correcto, ou maturação do mRNA.
Apenas as sequências de sinal são críticas, já que a eliminação do intrão não é afectada
pela eliminação ou pela adição de sequências mais ou menos longas ao intrão, desde
que não sejam modificadas as sequências que marcam pontos de clivagem entre 5’ e 3’
do intrão, nem o sítio de ramificação, e não se criem novas sequências de sinal no
interior do intrão.
O processo de eliminação dos intrões durante a maturação dos mRNA –
Splicing. Este processo consiste na excisão – reparação das cadeias dos respectivos
produtos primários da transcrição.
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Splicing dos precursores de mRNA: a eliminação das sequências intrónicas presentes
nos produtos primários da transcrição dos genes de mRNA dá-se mediante formação de
estruturas em ansa do RNA transcrito, através de um mecanismo de transesterificação
com formação de uma ligação 3’ – 5’ fosfodiéster entre o resíduo adenílico no sítio de
ligação do pré-mensageiro e o grupo fosfato do resíduo guanílico da extremidade 5’ do
intrão. A ligação 3’ – 5’ fosfodiéster preexistente entre os resíduos dos nucleótidos que
definem a junção exão - intrão é assim cindida, ficando o exão com a extremidade
3’OH- livre. Dá-se em seguida a transesterificação em que o grupo 3’OH do exão livre,
que constitui o sítio dador do exão, ataca a ligação fosfodiéster da segunda junção intrão
– exão, que define o sítio aceitador do exão seguinte. Desta forma, a extremidade 3’ do
intrão fica liberta, dando lugar à ligação entre dois exões.
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Ciclo celular (Cap. 22)
Tempo compreendido entre a mitose de uma célula e a mitose seguinte de uma
ou das duas células filhas.
A proliferação celular normal é regulada de forma a que a produção de novas
células compense, exactamente, a perda de células pelos tecidos.
Fases do ciclo celular: todas as células duplicam o seu DNA antes da divisão mitótica.
A fase de síntese de DNA, fase S e a mitose, fase M, ambas distintas, permitem
estabelecer um primeiro intervalo (GAP - G) entre o fim da mitose e o inicio da fase de
síntese – fase G1 – e um segundo intervalo entre o fim da fase de síntese e o começo da
mitose – fase G2.
Interfase: (de fase M a fase M) os cromossomas não são visíveis. Verifica-se
crescimento celular à custa da síntese de proteínas, ribossoma e retículos granulares.
A seguir à mitose as células filhas podem seguir vias alternativas:
1. Sai do ciclo de divisão e migra para camadas mais superficiais
2. Iniciar uma nova fase de síntese
3. Entrar numa fase pós-mitótica prolongada, reentrando, mais tarde, em nova fase
de síntese do DNA e cumprindo outro ou mais ciclos de divisão.
Fase G0: fase G1 prolongado (3º hipótese). Distinta da fase G1 habitual, observa-se em
células caracterizadas por um longo período de vida, que raramente se dividem, mas
após estímulos adequados, podem efectuar uma ou mais ciclos de divisão. A decisão
para a entrada de uma célula no ciclo celular ocorre no final da G1, visto que, depois
das células terem passado este ponto, progridem para a fase de síntese e para a mitose.
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Tempos de reacção: o ciclo celular tem, para cada população, uma determinada
duração, bem como as suas 4fases.
Síntese de DNA não ocorre durante a mitose.
Tempo total do ciclo: pode ser calculado a partir do intervalo entre os pontos médios
dos plateaux de duas ondas sucessivas das mitoses.
Fase S: tem uma duração relativamente constante (6h – 8h). Parece ser independente do
tempo de geração.
Fase G1: mais variável em duração, mais longa, desde algumas horas a vários meses.
Fase em que a maioria das células pode permanecer mais tempo.
Fases S e G2: são constantes.
A duração do ciclo depende das variações de G1.
Células embrionárias: dividem-se rapidamente, o seu ciclo celular é síncrono e possui
apenas fases M e S. em estados mais avançados da vida do embrião, as fases G1 e G2
alongam-se e as células proliferam mais lentamente.
Células do organismo pluricelular (etapas)
1. Crescimento
2. Replicação do DNA
3. Segregação dos cromossomas homólogos
4. Divisão celular
Cromossomas (duas funções principais):
1. Devem duplicar-se na fase S à custa de enzimas específicas e, em devido tempo,
separar-se para as duas células filhas.
2. Devem expressar a mensagem genética em duas classes de proteínas: as que
regulam o próprio ciclo celular e as que formam os componentes da próxima
geração de células.
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Mitose (Cap. 23)
Quando as células sexuais, gâmetas masculinos e femininos, se fertilizam,
originam uma célula diplóide chamada ovo ou zigoto.
Esta célula inicia imediatamente uma série de divisões celulares sucessivas
originando diferentes estados embrionários.
Mitose: fenómeno celular que ocorre em diversos tipos de células, nas quais, por um
complicado processo de divisão nuclear e citoplasmática, 1célula origina 2células filhas.
Estas são geneticamente iguais à célula mãe que lhe deu origem, mantendo-se
inalterável o número de cromossomas específicos (2n – 2n). É um processo de divisão
celular em que a perpetuação do genoma celular se mantém inalterável ao longo das
diferentes gerações pós-mitóticas.
 Profase: aumento do volume nuclear e aparecimento da
cromatina organizada sob a forma de longos e finos
filamentos, os cromossomas, distribuídos irregularmente
no nucleoplasma. Os cromossomas profásicos são do tipo
dicromatídicos, i.e., cada cromossoma é constituído por
duas
moléculas
de
DNA
rigorosamente
iguais.
Simultaneamente, os dois pares de centríolos, localizados na região perinuclear,
começam a deslocar no citoplasma em direcção a pólos opostos da célula. Os
cromossomas vão-se encurtando, tornando-se um pouco mais espessos e
compactos e, consequentemente, mais visíveis. Cada cromatídio é formado por
numerosas proteínas associadas a uma molécula de DNA.
 Prometafase: inicio da desorganização e dissipação do
invólucro nuclear, dando lugar ao aparecimento de
fragmentos
desse
invólucro,
estruturas
morfologicamente semelhantes e cisternas do RE. Estas
cisternas mantêm-se visíveis até à formação completa
do fuso acromático. Os cromossomas pró-metafásicos
continuam o seu encurtamento e espessamento, encontrando-se sem posição
preferencial no nucleoplasma. Os dois cromatídeos que formam cada
cromossoma, começam a distinguir-se mais facilmente. Os cinetocoros dos
cromossomas tornam-se visíveis em cada um dos lados do centrómero e, ao
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mesmo tempo, aparecem os microtúbulos (Mt) orientados para os pólos do
futuro fuso mitótico ou acromático. Com o desaparecimento completo do
invólucro nuclear e do nucléolo cada cromossoma inicia o processo de
orientação e deslocamento para o plano equatorial do fuso, por meio dos
diferentes tipos de Mt que, entretanto, se tornam mais evidentes. Nesta altura, os
centrossomas já se encontram em pólos opostos da célula e a partir dos quais
crescem Mts que, eventualmente, estabelecem uma ligação estável com os
cinetocoros. Inicialmente esta ligação ocorre com o cinetocoro de um dos
cromatídeos de cada cromossoma e um pólo, de forma que o cromossoma migre
rapidamente na direcção desse pólo, estando assim monorientado. A seguir, os
Mts provenientes do outro pólo são capturados pelo cinetocoro livre, o que
promove a migração do cromossoma para o plano equatorial do fuso, dando
origem a cromossomas biorientados. Os cromossomas continuam a compactar e
os braços dos cromatídeos irmãos separam-se completamente. Quando os
cromossomas já estão biorientados, iniciam a migração em direcção à região
equatorial da célula.
 Metafase:
os
cromossomas
metafásicos
localizam-se no plano equatorial do fuso por
meio dos seus centrómeros. Os cromatídeos
tornam-se
mais
distintos
por
ligeiro
afastamento dos seus braços, ficando apenas
aderentes na região do centrómero. Os
centrómeros dos cromossomas mantêm-se por um período curto, no plano
equatorial do fuso, embora possa haver deslocamento dos braços dos
cromatídios na direcção dos pólos. O fuso acromático é constituído por dois
centrossomas situados em pólos opostos e por
diversos tipos de Mts.
 Anafase:
ascensão
polar
de
cada
um
dos
cromossomas filhos resultante da segregação dos
cromossomas dicromatídios metafásicos. Inicia-se
com a dissolução da coesão centromérica, único
ponto que unia os cromatídios de cada um dos
cromossomas, sendo repuxados pelos MtCs, e faz
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com que os cromatídios irmãos se desloquem para os pólos. ANAFASE A. Os
dois pólos do fuso afastam-se um pouco mais um do outro por alongamento da
célula devido à deslocação dos Mt polares e, consequentemente, aumentando a
distância entre os cromossomas. ANAFASE B.
 Telofase: reorganização do invólucro nuclear,
rodeando os cromossomas que gradualmente se
despiralizam e se descondensam tornando-se menos
visíveis. Ocorre a nucleocinese – formação de
núcleos filhos. Durante todo o período inicial da
telofase, o citoesqueleto das células filhas, baseados nos filamentos intermédios,
será alterado, conduzindo uma alteração significativa da morfologia celular.
Conjuntamente com as alterações na estrutura do citoesqueleto, começa a haver
a redistribuição equitativa dos organelos celulares pelas células filhas.
 Citocinese: o citoplasma é dividido através de um
processo denominado de clivagem. A divisão segue-se
rapidamente após a segregação dos cromossomas
durante a mitose, inicia-se durante a anafase B, continua
durante a telofase, terminando antes de as células
entrarem novamente em interfase. É um processo que
depende da formação do anel contráctil que se forma, exactamente, a meio da
distância existente entre os dois centrossomas do fuso mitótico. É formado por
filamentos de actina, organizados paralelamente em relação ao plano de divisão
e numa associação estreita com a face citoplasmática da membrana celular.
Durante a parte final da divisão celular, quando a membrana citoplasmática já se
encontra praticamente dividida, o anel de contracção desaparece e forma-se o
corpo médio que contém a parte central dos Mts polares e um material denso do
qual se conhecem alguns componentes.
O citosqueleto das duas células reorganiza-se permitindo à célula refazer a sua
morfologia específica.
Fuso acromático (mitótico): estrutura dinâmica que se forma durante a mitose,
fundamentalmente constituída pelos Mt e centrossomas. A sua formação inicia-se na
pró-metafase, completa-se na metafase e dissipa-se gradualmente, na anafase B.
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Constituído por dois pólos diametralmente
opostos, sendo cada um formado por uma
região polar onde se localiza o centrossoma
formado por dois centríolos que se encontram
situados à curta distância um do outro em
posição ortogonal. Os pólos estão interligados
entre si por um conjunto de Mt, muitos dos
quais estão directamente ligados ao cinetocoro dos cromossomas. O plano equatorial do
fuso ou placa equatorial separa o fuso acromático em duas zonas iguais.
Centrossomas (centríolos) – O ciclo centríolar
A maior parte das células em mitose possui uma estrutura mucrotúbular
constituída por Mts curtos associados 3 a 3, formando tripletos. Estes distribuem-se
numa superfície cilindróide formando o centríolo. Na região polar das células
encontram-se, geralmente, dois centríolos que, conjuntamente com uma zona densa em
proteínas denominada de região pericentrossomal, constituem o centrossoma. Os
centríolos estão orientados numa posição ortogonal, embora esta posição seja variável
de espécie para espécie celular. Devido ao facto de os Mt crescerem a partir do
centrossoma, esta estrutura é também denominada por centro organizador dos Mts.
Durante a fase G1 da interfase, o centrossoma modifica a sua posição ortogonal,
passando os centríolos a ocupar uma posição oblíqua, geralmente não complanar.
Centrómero e cinetocoro: região centromérica dos cromossomas pró-metafásicos e
metafásicos. Local onde os dois cromatídios irmãos de cada cromossoma se interligam.
Cada cromossoma pró-metafásico e metafásico têm dois cinetocoros distintos em
posições opostas, cada um ligado a um dos cromatídios irmãos na região do centrómero.
É no cinetocoro onde estão ligados os Mts. O centrómero é a zona por onde se
interligam os dois cromatídios do cromossoma em pró-metafase e metáfase. É
constituído por duas estruturas idênticas, onde se destaca a heterocromatina dos
cromatídios e as proteínas centroméricas internas em posição central. A sua posição
determina o comprimento dos braços dos cromossomas e, consequentemente, permite a
classificação dos cromossomas.
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O fuso mitótico é formado por três tipos de microtúbulos que estão envolvidos
em aspectos diferentes do funcionamento e organização do aparelho mitótico.
1. Polares: são nucleados a partir dos centrossomas e estendem-se em direcção ao
pólo oposto do fuso e sobrepõem-se na parte central. São responsáveis durante o
período inicial da formação do fuso, por interacções com as proteínas que
estabelecem pontes entre os microtúbulos provenientes dos dois pólos.
2. Cinetocorianos: estabelecem uma ligação entre os centrossomas e os
cinetocoros. Envolvidos na organização da placa equatorial e, posteriormente, na
segregação dos cromatídios.
3. Astrais: são também nucleados a partir de centrossomas mas crescem em
direcção ao córtex da célula, principalmente na direcção oposta àquela que se
encontra o fuso. Parecem estar envolvidos no posicionamento global do fuso
mitótico na célula e poderão estar envolvidos na separação dos pólos durante a
Anafase B.
Associação dos cromossomas com Mts
Durante a fase inicial da formação da placa equatorial, na pró-metafase, os Mts
provenientes de um pólo estabelecem uma ligação lateral com o cinetocoro de cada
cromossoma. Isto leva os cromossomas a deslocarem-se rapidamente na direcção do
pólo ao qual estão associados. Uma vez que estabelecida a interacção, os Mts dos
cinetocoros permanecem ligados até ao fim da mitose. De forma a organizar a placa
equatorial, os cromossomas inicialmente monorientados deverão deslocar-se para o
centro da célula. Dois mecanismos parecem estar envolvidos neste processo:
1. Por um lado, os Mts nucleados a partir do pólo oposto onde se encontra o
cromossoma monorientado continuam a crescer até estabelecerem uma ligação
com o cinetocoro livre.
2. Contudo, os resultados de várias experiências têm demonstrado que existe uma
força que repele os cromossomas quando estão muito perto dos cromossomas
(Polar Wind ou Força de Exclusão Polar).
O resultado deste mecanismo será o de aproximar os cromossomas
monorientados para os Mts que crescem a partir do pólo oposto.
A combinação destes dois mecanismos resulta na formação de cromossomas
biorientados que iniciam a formação da placa metafásica.
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Organização da placa metafásica
Existem dois modelos que podem explicar a localização central dos
cromossomas entre os dois pólos do fuso, quando se dá a formação da placa metafásica.
Durante este período, os cromossomas apresentam movimentos rápidos e curtos
oscilando entre pólos e a região equatorial até atingirem todos uma localização central
antes de se iniciar a segregação dos cromatídios.
1. A força exercida sobre o cinetocoro aumenta proporcionalmente em relação ao
comprimento dos Mts dos cinetocoros, de tal forma que, quanto mais longe se
encontra um cinetocoro do pólo ao qual está ligado, maior é a força na direcção
desse centrossoma. Assim, o equilíbrio de forças só pode acontecer quando os
cromossomas estão no centro da célula.
2. A força de exclusão polar é a única força responsável pela localização central
dos cromossomas. Neste modelo, estarão envolvidas as cromocinesinas,
proteínas motoras que se encontram na superfície dos cromossomas e que
estabelecem ligações com os Mts causando a movimentação dos cromossomas
para a extremidade positiva dos Mts. Como a força da exclusão polar é igual em
cada metade do fuso mitótico, o único resultado possível será a localização dos
cromossomas no plano central do fuso. As forças que participam no
posicionamento dos cromossomas na placa metafásica continuam a estar
presentes durante toda a metáfase e só parecem ser alteradas no inicio da
anafase.
Os mecanismos que regulam a entrada e progressão das diferentes fases da
divisão permitem que a célula inicie a divisão só quando os eventos realizados durante a
interfase são terminados correctamente. Assim, uma célula só vai entrar em mitose
quando o DNA estiver completamente replicado.
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Maturation promoting factor – MPF
A existência de um controlo citoplasmático que determinava o início da mitose,
que consiste em identificar o mecanismo que permitia a maturação do ovócito. O
componente citoplasmático activo (MPF), chamado assim exactamente porque induzia a
maturação do ovócito, foi proposto que deveria existir na forma de pré-factor e que,
uma vez activado, tem a capacidade de induzir a maturação do ovócito sem síntese
proteica.
A activação do factor induz a entrada em mitose e promove o início de uma série
de processos que incluem a desagregação do invólucro nuclear, a condensação
cromossómica e a formação do aparelho mitótico.
Quando o factor é inactivado, a célula entra em interfase e outra série de
processos é iniciada, incluindo a segregação dos cromatídios, a citocinese, a
descondensação da cromatina, a formação do invólucro nuclear, a replicação do DNA e
a replicação dos centros organizadores de Mts.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Mitose e Aneuploidia (Cap. 24)
Toda a célula tem origem noutra semelhante e não pode ter a sua origem em
nada que não seja outra célula.
“Omnia cellula e cellula”
Durante a fecundação ou fertilização, intervêm duas células especialmente
diferenciadas, os gâmetas, que se unem numa célula única, que se denomina ovo.
Em algum momento, antes ou depois da fecundação, um mecanismo especial de
divisão celular deveria actuar para reduzir o número de cromossomas somático a
metade.
Gametogénese: maturação dos gâmetas é acompanhada de uma divisão nuclear de tipo
especial, que tem como consequência a redução a metade do numero de cromossomas
somático de cada individuo da mesma espécie.
Meiose: dividida em duas partes:
1. Meiose I: divisão de redução, produzindo duas células haplóides oriundas de
uma única célula diplóide.
2. Meiose II: divisão equacional, que separa os cromatídios irmãos das células
haplóides.
Ciclo celular meiótico:
1. Interfase pré-meiótica: tempo durante o qual ocorre, não só o
crescimento da célula germinal, como também a replicação semiconsevativa do DNA, de uma forma ordenada e regulada em preparação
para a meiose (ver pag. 398).
2. Meiose:
consiste
em
duas
divisões
celulares
consecutivas
e
complementares, com a única replicação do DNA, nas quais a primeira
divisão (meiose I) é reducional ou heterotípica, porque as células que
resulta são estrutural e genéticamente diferentes da célula da mãe, e a
segunda divisão (meiose II) é hemotípica ou equacional por separar
cromatídios irmãos.
As fases da meiose são iniciadas pela activação do MPF.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Meiose I:
 Profase I
o Leptóteno (fase de condensação)
o Zigóteno (estado de emparelhamento)
o Paquíteno (estado de recombinação)
o Diplóteno (estado de síntese)
o Diacinese (estado de recondensação)
 Metáfase I
 Anafase I
 Telofase I
Intercinese
Meiose II
 Profase II
 Metafase II
 Anafase II
 Telofase II
Citocinese
Meiose I
 Profase I
o Leptóteno: início da profase I, marcado pela diferenciação da cromatina
interfásica das células germinais em cromossomas liptoténicos, sob a
forma de filamentos muito delgados distribuídos ao acaso no
nucleoplasma. Os dois cromatídios irmãos de cada liptoténico são
idênticos e estão tão estreitamente ajustados entre si que não podem ser
bem distinguidos ao microscópio óptico. Daí que estes cromossomas
apareçam como filamentos simples e não como duplos, ocupando
posições ao acaso no nucleoplasma.
o Zigóteno: ocorre quando os cromossomas homólogos começam a juntarse um ao outro e a emparelhar-se. Este emparelhamento, chamado
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
sinapse, continua até que os dois cromossomas de cada par de
homólogos estejam estritamente alinhados na associação cromómero a
cromómero.
o Paquíteno: começa quando o emparelhamento dos cromossomas
homólogos e a formação do complexo sinaptoténico se complementaram.
Pode ocorrer a quebra e ligação entre cromatídios não irmãos através do
crossing-over. Cada cromossoma homólogo de um par contém dois
cromatídios, um total de quatro associados estão presentes em cada uma
das estruturas emparelhadas durante este estado. A recombinação resulta
da troca de grupos de gene produzida por uma ruptura e nova fusão em
forma de cruz (quiasma) de fragmentos análogos.
o Diplóteno: a separação entre os cromossomas homólogos acontece. A
subdivisão entre cromatídios torna-se, usualmente, visível ao MO, de
maneira que os quatro cromatídios de cada tétrada podem ser vistos pela
primeira vez. Divisão do centrossoma. Dois cromatídios de cada
cromossoma, pela primeira vez tornam-se visíveis nesta ocasião. À
medida que progride este estado, a separação entre os homólogos
acentua-se cada vez mais. Dois a quatro cromatídios não irmãos mostram
entrecruzar-se (crossing-over) entre cromossomas homólogos neste
pontos. Quanto mais separados dois genes estiverem localizados num
cromossoma, maior será a probabilidade de ocorrer um quiasma entre
eles. Quanto mais próximos estiverem os genes, menor será a
probabilidade de ocorrência de quiasma entre eles. O crescimento global
do citoplasma também tem lugar nesta ocasião através da síntese de
proteínas, glucídos e lípidos. O estado diplóteno pode manter-se por
longos períodos de tempo. Os oócitos atingem o estado antes do
nascimento, cerca do 5ºmês de vida fetal e, conservam-se quiescentes
neste estado durante o resto da vida pré-natal, nascimento e infância, até
à puberdade. Deixa de ocorrer a transcrição do RNA. Cromossomas
voltam a adquirir a morfologia condensada.
o Diacinese: esta transição morfológica marca o aparecimento desta fase.
Os cromossomas atingem a sua maior condensação durante esta fase. O
centrossoma dividido e os dois àsteres resultantes, afastando-se um do
outro no sentido dos pólos opostos da célula e diferenciam os Mts astrais
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
do fuso meiótico. Os cromossomas, cuja condensação aumentou, forçam
os quiasmas em direcção aos seus telómeros. Marca o fim da profase I.
Consequências da profase I: redução da cromatina; crossing-over; síntese da
maior parte ou de todas as moléculas de RNA, proteínas, lípidos, nucleótidos
necessários para a diferenciação dos gâmetase estados precoces de desenvolvimento
embrionário.
 Metafase I: diferenciação completa do fuso meiótico bipolar, alinhamento dos
bivalentes através de Mts cinetocorianos num plano situado a meio caminho
entre os pólos do fuso, constituindo uma estrutura típica designada placa
equatorial ou placa metafásica I. o fuso meiótico é formado por dois semifuros
constituídos cada um por Mts polares, cinetocorianos e astrais. Cada
cromossoma homólogo é constituído por dois cromatídios, cada um deles é
formado por uma molécula de DNA. Contêm uma sequência de DNA
específico, sendo esta o centrómero. Cada cromossoma homólogo fica no fuso
com dois cinetocoros, um para cada cromatídio. Os homólogos são mantidos sob
tensão ao nível da placa metafásica I, por forças equilibradas. No final desta
fase, a estrutura bipolar do fuso é evidente e todos os bivalentes estão alinhados
no plano médio.
 Anafase I: a separação dos pares de homólogos e o inicio do movimento em
direcção aos pólos do fuso meiótico bipolar. Cromossomas inteiros separam-se e
movimentam-se individualmente, este movimento que reduz o número de
cromossomas da condição diplóide 2n, à condição haplóide n. (ver pag. 412)
 Telofase I: os cromossomas homólogos chegam aos pólos do fuso, os Mts
cinetocorianos despolimerizam-se totalmente, os Mts polares alongam-se ainda
mais e um novo invólucro nuclear diferencia-se à volta de cada grupo haplóide
de cromossomas filhos. A cromatina descondensa-se uma vez mais e os
nucléolos diferenciam-se. A citocinese, iniciada na Anafase I, completa-se esta
fase. É despoletada pela inactivação do MPF, que coordena a divisão
citoplasmática por um processo designado segmentação ou clivagem que divide
a célula mãe diplóide em 2 células filhas haplóides. A separação dá-se pela
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
contracção dos filamentos de actina e de miosina que formam um sulco de
divisão ou constrição que se aprofunda progressivamente até ao encontro dos
restos do fuso, e aí ocorre a clivagem e produção de duas células filhas
haplóides. O citoplasma é repartido pela diferenciação de uma nova parede
celular formada à custa de uma placa celular precoce.
Intercinese: na meiose, nem sempre a intercinese se interpõe entre a telofase I e a 2ª
divisão meiótica. Na maior parte das espécies é um estado transitório entre a 1ª e a 2ª
divisão meiótica, nas quais as células germinais permanecem muito pouco tempo antes
de entrar na profase II.
Meiose II
 Profase II: fase muito breve, caracterizada pela condensação progressiva da
cromatina em cromossomas bem definidos, chamados univalentes. Cada
univalente é constituído por dois cromatídios unidos pelo centrómero. O fuso
meiótico bipolar, constituído por Mt e proteínas associadas inicia novamente a
sua diferenciação. O centrossoma que no inicio contém uma matriz proteica
associada a dois pares de centríolos, divide-se, e os dois àsteres resultantes
afastam-se progressivamente um do outro para constituir os dois pólos opostos
do fuso meiótico que se completa na fase seguinte. Desintegração do invólucro
nuclear e dos nucléolos.
 Metáfase II: os univalentes deslocam-se para o fuso meiótico bipolar. O fuso é
formado por dois semi-fusos constituídos cada um por Mts cinetocorianos,
polares e astrais e os cinetocoros ficam alinhados sobre a placa equatorial ou
placa metafásica II. A estrutura do fuso meiótico bipolar é evidente e todos os
univalentes estão alinhados no plano médio da célula. Constituindo a placa
equatorial ou placa metafásica II. Forças bipolares em equilíbrio mantêm os
cromossomas na placa metafásica.
 Anafase II: divisão longitudinal dos centrómeros, e os dois cromatídios irmãos
de cada univalente separam-se e movem-se para os pólos opostos do fuso. Cada
pólo contém agora a quantidade n de DNA, equivalente a ¼ da quantidade de
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
DNA presente no período G2 da interfase pré-meiótica, da célula germinal
original ao entrar em meiose. Os cromatídios são levados para os pólos opostos
por forças associadas ao encurtamento dos Mt cinetocorianos, ao alongamento e
deslizamento dos Mt polares por polimerização de subunidades de tubulina na
extremidade positiva e por forças exteriores exercidas pelos Mts astrais ao nível
de cada pólo do fuso, afastando-os um do outro.
 Telofase II: terminada a migração polar, reconstituem-se os respectivos núcleos,
pela diferenciação do invólucro nuclear e nucléolos, e o citoplasma divide-se por
um processo de citocinese, que começou no final da anafase II, assegurando a
distribuição bastante equitativa de estruturas e organelos pelas células filhas, e
divide 2 células em 4 produtos meióticos haplóides.
Citocinese: é despoletada pela
inactivação
do
MPF
que
coordena a divisão nuclear e
citoplasmática
da
célula
germinal. Nas células animais, o
fuso bipolar meiótico determina
quando e onde a citocinese tem
lugar, pela formação de um anel
contráctil de microfilamentos de
actina e miosina, que se situa a
meio caminho entre os àsteres
dos pólos do fuso bipolar. O anel
contráctil forma um sulco de
divisão
que
se
aprofunda
progressivamente até ao encontro
dos
restos
do
fuso
bipolar.
Seguidamente ocorre a clivagem pela contracção dos microfilamentos de actina e
miosina.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Tipos de meiose e diferenças entre meiose e mitose
Enquanto
as
células
somáticas passam por mitose para
proliferarem, as células germinais
sofrem meiose para produzir
gâmetas haplóides.
Contrariamente à mitose,
a meiose tem como consequência
a divisão de uma célula mãe
diplóide
em
descendência
haplóide, cada uma contendo um
membro do par de cromossomas
homólogos da célula mãe. Esta
redução
do
número
de
cromossomas diplóides a metade
é conseguida em duas etapas
sequênciais de divisão nuclear e celular, seguintes a uma única fase de replicação do
DNA.
Na meiose I, os cromossomas homólogos primeiro emparelham para permitir a
recombinação, e depois são segregados para formar células filhas diferentes. A meiose I
é seguida de meiose II, que se assemelha à mitose na separação dos cromatídios irmãos
e segregação para células filhas diferentes. O final da meiose II resulta então na
produção de quatro células filhas haplóides, cada uma com apenas uma cópia de cada
cromossoma.
Uma das maiores e mais características diferenças entre meiose e mitose está na
duração do ciclo celular. (ciclo mitótico 10 a 20h; ciclo meiótico dias - anos)
A duração mais longa da meiose é principalmente devida ao intervalo da profase
I. A profase motótica tem, habitualmente, a duração de meia a uma hora, já a profase I
demora dias, meses ou até anos a completar-se.
Os acontecimentos metabólicos que estão na base da profase I, são muito mais
complexos do que os aspectos metabólicos que ocorrem durante a profase mitótica.
Na mitose, uma única replicação do DNA é seguida por uma única divisão do
núcleo.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Na meiose, uma única replicação do DNA é seguida por duas divisões do
núcleo.
A quantidade de DNA nos gâmetas é haplóide, n. As células diplóides no
período G1 do ciclo celular contêm 2n de DNA. Depois da replicação, que ocorre no
período S, contêm no período G2 a quantidade de 4n de DNA.
Se a replicação do DNA é seguida de mitose, os núcleos filhos contêm a
quantidade 2n ao completar-se a mitose.
Se a replicação do DNA é seguida de meiose, o valor 4n é reduzido ao fim das
duas divisões sequenciais (meiose I e II) ao valor haplóide, n.
A meiose I não separa senão cromossomas inteiros, embora já constituídos, cada
um, por dois cromatídios; a meiose II, separa, como na mitose, cada cromossoma em
dois cromatídios emparelhados, nos estados de zigóteno e paquíteno. (ver pag. 418)
Aneuploidia: (2n+1 ; 2n-1) estado no qual há
um número anormal de cromossomas, devido a
um cromossoma a mais ou a menos. Ocorre por
não disjunção meiótica ou mitótica, ou ainda por
atraso de migração de um cromossoma durante a
anafase (lagging). É o tipo mais comum de
anomalias
cromossómicas
clinicamente
significativas (desequilibradas). Também pode
ocorrer aneuploidia de uma parte do cromossoma
- aneuploidia parcial – geralmente associados a
reacções cromossómicas estruturais.
Consequências da não disjunção na meiose I: os gâmetas ou contêm um
representante de ambos os membros do par de cromossomas e, portanto, após a
fertilização surgem trissomias, ou não possuem qualquer par de cromossomas e,
portanto, após a fertilização aparecem monossomias.
Consequências da não disjunção na meiose II: aparecimento de dois gâmetas
normais que contêm duas cópias do cromossoma e de dois gâmetas anormais: um, sem
nenhuma cópia do cromossoma, o outro com duas cópias. Após a fertilização, formamse zigotos normais, com trissomia ou monossomia.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Anomalias numéricas dos cromossomas
As aneuploidias podem ser trissomias ou monossomias:
 Trissomias quando há três cromossomas em vez de um par normal (eg.
Trissomia 21) – 95% das causas é por trissomia 21 livre
 Monossomias quando apenas um representante do par de cromossomas está
presente. São quase sempre letais excepto os casos 45, X, associado à síndroma
de Turner.
Para a maioria das trissomias, há uma preponderância, para a origem materna do
cromossoma extra que também é relacionado com a idade materna avançada. Neste
casos, a não disjunção na meiose I é mais frequente que na meiose II, excepto para a
trissomia 18 (síndroma de Edwards) onde acontece o contrário.
Nos casos de 47, XXY (síndrome de klinefelter), o cromossoma X extra tem,
tanto origem materna como paterna.
As trissomias em mosaico e os mosaicos 47, XXY/45,X ou 46,XX/45,X tendem
a organizar-se a partir da célula hiperdiplóide que perde um ou dois cromossomas no
estágio pós-zigótico. A única excepção é o mosaico de trissomia 8, que ocorre pószigóticamente.
2n – poliplóidia
3n – triploidia
4n – tetraplóidia
Anomalias estruturais dos cromossomas
Os rearranjos estruturais na sua forma desequilibrada estão associados a
aneuploidias parciais, são mais raros que a aneuploidia total e têm origem
predominantemente durante a meiose.
Resultam de quebras cromossómicas, seguida de reconstituição numa
combinação diferente, ou de um emparelhamento fora do normal.
Os rearranjos estruturais podem ser, tanto equilibrados, como desequilibrados:
 São equilibrados se o conjunto de cromossomas possuir o complemento normal
da informação genética (translocações; inversões; inserções).
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
 São desequilibrados de houver informação genética a mais ou a menos, sendo o
fenótipo provavelmente anormal (deleções; duplicações; isocromossomas;
cromossomas em anel).
Rearranjos desequilibrados
 Deleções (del): perda de um segmento cromossómico terminal
ou intersticial. O portador tem um homólogo normal e um
delectado sendo portanto hemizigótico para as informações
genéticas no segmento correspondente ao homólogo normal.
Consequências: dependem do tamanho do segmento delectado
e consequentemente do número e das funções dos genes que
ele contém. Origem: 1) quebra cromossómica e perda de
segmento acêntrico; 2) crossing-over desigual entre cromossomas homólogos
desalinhados, durante o estágio do paquíteno da profase I; 3) segregação
anormal a partir de uma inversão ou translocação equilibrada (eg. Síndromas de
Prader willi e Angleman; síndrome de Williams e síndrome de DiGeorge).
 Duplicações (dup): a duplicação de parte de um cromossoma é uma
trissomia parcial. São mais frequentes as de origem materna.
Resulta de um desequilíbrio cromossómico e com as quebras
cromossómicas que as geram podem romper o gene. Normalmente
produz anomalias fenotípicas.
 Cromossomas em anel (r): associados a fenótipos
anormais com atraso mental. Formação: 1) um
cromossoma sofre duas quebras e as extremidades
reúnem-se numa estrutura circular. Se o centrómero
estiver dentro de um anel, os dois fragmentos distais
carentes de centrómero são perdidos. Portanto, o
cromossoma em anel está associado a deleção. 2) Fusão dos telómeros. Os
cromossomas em anel são bastante raros mas foram encontrados em todos os
cromossomas dificuldades na mitose. Pode ocorrer quebra no anel, seguido de
fusão, sendo assim gerados anéis maiores e menores.
 Isocromossomas (i): portador tem um cromossoma em que um dos braços está
ausente e o outro duplicado, i.e., é parcialmente monossómico e parcialmente
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
trissómico. Mecanismos de formação: 1) o mais provável é a divisão
errónea através do centrómero na meiose II, que ocorre
transversalmente. 2) Devido à translocação de um braço de um
cromossoma para o seu homólogo pela região do centrómero.
Praticamente todos os casos de isocromossomas adicionais têm
origem materna e são devidos à não disjunção na meiose II seguida
de uma falsa divisão centromérica.
 Cromossomas dicêntricos (dic): dois segmentos cromossómicos, cada um com
um centrómero, fundem-se, extremidade a extremidade com perda dos seus
fragmentos acêntricos. Devido a dois centrómeros, os cromossomas dicêntricos
tendem a quebrar-se os centrómeros forem atraídos para pólos opostos. Esta
situação é, de certo modo, resolvida se um deles for inactivado e, portanto, só
um ficar a funcionar.
Rearranjos equilibrados
Toda a informação genética e está presente, embora distribuída de modo
diferente e, por conseguinte, costumam estar associados a fenótipos normais.
A maior ameaça que os rearranjos estruturais representam é para a descendência,
uma vez que os portadores podem produzir gâmetas desequilibrados que, se fertilizados,
dão origem a um indivíduo com cariótipo desequilibrado.
 Inversões
(inv):
rearranjos
estruturais
intracromossómicos, a maioria das quais
são simples. Se coexistem com outro
rearranjo no mesmo cromossoma, torna-se
uma inversão complexa. Uma inversão
ocorre quando um único cromossoma sofre duas quebras e é reconstituído com o
segmento, entre as quebras, invertido. As inversões podem ser pericêntricas e
paracêntricas. As paracêntricas não incluem o centrómero e como não alteram a
proporção dos braços do cromossoma, só são identificadas pelo padrão das
bandas. As pericêntricas incluem o centrómero e são fáceis de identificar, uma
vez que, para além de poderem alterar a proporção dos braços cromossómicos,
também alteram o padrão de bandas. Geralmente as inversões não causam um
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
fenótipo anormal nos portadores a não ser que as quebras interfiram com as
sequências de um gene. No entanto, há um risco para a descendência que
depende do tipo de inversão e se, durante o paquíteno, houver recombinação na
ansa de emparelhamento que origine gâmetas desequilibrados. Quanto maior for
a inversão, maior é a probabilidade de recombinação.
 Translocações (t): troca de segmentos entre cromossomas não homólogos. Os
pedaços trocados são os segmentos translocados, o resto do cromossoma é o
fragmento com o centrómero. Existem também as translocações complexas raras
que envolvem três ou mais cromossomas. As translocações podem ser recíprocas
ou robertsonianas. Uma translocação é recíproca
quando envolve quebras entre cromossomas não
homólogos com troca recíproca segmentos
soltos. Em geral, apenas dois cromossomas estão
envolvidos, e como a troca é recíproca, o
número total de cromossomas fica inalterado. Quando os cromossomas do
portador desta translocação se emparelham na meiose formam uma figura
quadrirradial que, na anafase, se segrega de várias maneiras diferentes.
1) Ligação alternada: produz gâmetas equilibrados com o complemento normal,
ou dois cromossomas com translocação equilibrada produzem zigotos normais
ou portadores como o progenitor.
2) Segregação adjacente 1: centrómeros homólogos separam-se para pólos
opostos.
3) Segregação adjacente 2: centrómeros homólogos seguem para a mesma
célula filha
4) Segregação 3:1
5) Segregação 4:1
Uma translocação é robertsoiana envolve
dois
cromossomas
acrocêntricos,
e
os
mecanismos de formação podem ser:
1) Fusão centromérica: dando origem a um
cromossoma monocentromérico.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
2) Quebra no braço curto de um dos cromossomas e no braço longo do
outro cromossoma: dando origem a um cromossoma
monocentromérico.
3) Quebra em ambos os braços curtos dos cromossomas: dando origem a
um cromossoma dicêntrico.
 Inserção: tipo não recíproco de translocação. Mecanismo de formação:
envolve três quebras, um segmento é removido de um cromossoma e é
inserido num cromossoma diferente na sua orientação habitual ou
invertida. São relativamente raras. Consequências: portador normal ou
uma prole com deleção ou com duplicação do segmento inserido. As duas
combinações desequilibradas dão origem a indivíduos com aneuploidia
parcial, ou seja, com trissomia parcial, ou seja, com trissomia parcial
(dup) ou com uma monossomia parcial (del). O risco de um portador
(heterozigótico) ter um filho normal depende do tamanho do segmento
inserido que terá implicações no tamanho da trissomia ou da del. São
muito problemáticas, especialmente quando envolvem segmentos muito
pequenos. Maiores riscos reprodutivos.
Mosaicismo: detecta dois ou mais complementos cromossómicos diferentes no
mesmo tecido. Pode ser numérico (mais comum) ou estrutural e ocorrer na
mitose (mais comum) ou na meiose. Mecanismo de formação: não disjunção
numa divisão mitótica pós-zigótica, que pode ser inicial ou não e,
consequentemente poderá ser um:
1) Mosaicismo completo: se ocorreu na primeira divisão mitótica, com o
resultado de metade das células serem trissómicas e metade
monossómicas.
2) Mosaicismo parcial: ocorre quando a não disjunção acontece numa
fase adiantada à formação do zigoto, com o resultado de três linhas
celulares: normais com 47 cromossomas e com 45.
33
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Organização do sistema nervoso – generalidades
O sistema nervoso está dividido em sistema nervoso central (SNC), onde
ocorrem as funções superiores, várias funções em resposta a estímulos externos
(cérebro; espinal medula; retina) (eg. Aprendizagem e memória) e periférico
(SNP) que faz a ligação do SNC ao membros e órgãos. Este divide-se em SN
somático motor que faz a coordenação dos movimentos do corpo e recepção de
estímulos externos (consciente), e em SN autónomo que por sua vez se divide em
simpático, ligado ao plexo solar (adrenalina. Resposta ao perigo; aumento do
ritmo cardíaco) e parassimpático, ligado ao nervo vago (acetilcolina. Resposta de
relaxamento. Diminuição do ritmo cardíaco; estimulação do sistema digestivo e
urinário e constrição da pupila).
Neurónios aferentes ou sensoriais: trazem impulsos até ao SNC
Neurónios eferentes ou motores: levam impulsos do SNC
Neurónio (Cap. 27): célula tipicamente dotada de
prolongamentos, ou processos, dos quais o axónio,
único, propaga os sinais eléctricos para fora do
centro da célula, ou pericário, enquanto as
dendrites conduzem os sinais em direcção ao
pericário.
Pericário: parte do neurónio que contém o núcleo, de configuração arredondada,
fusiforme, pirimidal ou poliédrica. Denomina-se ainda de corpo celular ou soma.
Dendrites: prolongamentos relativamente curtos que emergem do pericário sob a
forma de troncos primários.
Axónio: prolongamento único que emerge do pericário ou de um tronco
dendrítico primário. A sua porção terminal é constituída por um penacho de
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
ramificações amielínicas e, tendo nestas (botões terminais) como ao longo dos
axónio amielínicos (botões de passagem), há dilatações arredondadas ou
fusiformes sucessivas, designadas por varicosidades ou botões axonais. Aí se
estabelecem contactos sinápticos com espinhas dendríticas, hastes dendríticas ou
pericários de outros neurónios.
Mielina: ao isolar electricamente grande parte do axónio, a mielina permite que a
despolarização que ocorre em cada nódulo de ranvier se propague a grande
velocidade ao nódulo seguinte.
Sinapses: uma característica dos neurónios
é o estabelecimento de contactos célula a
célula para a propagação do impulso
nervoso. As sinapses clássicas procedem da
seguinte
forma:
oposições
de
duas
membranas de prolongamentos neuronais, um botão axonal pré-sináptico e uma
espinha dendrítica pós-sináptica. O terminal ou botão pré-sináptico contém
vesículas de conteúdo claro, habitualmente esféricas nas sinapses assimétricas
(excitatórias), em que a membrana pós-sináptica apresenta uma densificação do
lado citoplasmático, e discóides ou achatados nas sinapses simétricas
(inibitórias), em que não existe espessamento ou densificação pós-sináptica. As
vesículas pré-sinápticas acumulam de encontro à fenda sináptica e contêm um
mediador químico que, quando excretado para a fenda sináptica, vai provocar a
despolarização da membrana pós-sináptica no caso de se tratar, de um mediador
excitatório ou hiperpolarização no caso de mediadores inibitórios. As sinapses
descritas são químicas dada a intervenção de um neurotransmissor de
composição definida. Porém, existem também junções de hiato entre membranas
neuronais, em que a propagação de célula a célula do potencial de acção não
sofre retardamento. Trata-se de contactos através dos quais a onda de
despolarização se propaga livremente, como no axónio, que se denominam
sinapses eléctricas.
35
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Propriedades fundamentais do neurónio: o neurónio pode ser visto como uma
célula especializada na utilização de canais iónicos de forma a maximizar as
capacidades de excitabilidade, condutibilidade e transmissão.
A bomba de sódio – potássio (Na+/K+) que desloca três moléculas de Na+
para o exterior da célula por cada duas moléculas de K+ que coloca no interior,
cria um excesso de K+ e uma baixa concentração de Na+ na face interna da
membrana por comparação com a externa.
O potencial de repoiso da membrana afasta-se ligeiramente do potencial
de equilíbrio de K+.
O Cl- (cloro), que existe em grande concentração no exterior da célula,
distribui-se passivamente através da membrana atingindo o equilíbrio para
concentrações intracelulares muito baixas.
O aumento ou a redução do número de canais iónicos que contribuem para
o potencial de repouso, tal como variações nas concentrações intra e extra
celulares de Na+ e K+, pode causar ligeiras variações do potencial de repouso,
afectando os padrões de disparo nos neurónios.
Tipos de neurónios:
 Unipolares: são, no mamífero, muito raros.
 Bipolares: possuem uma só dendrite, que se estende em direcção oposta à
do axónio. São comuns na retina.
 Multipolares: mais frequentes, as dendrites são múltiplas.
Vias de activação celular
Todas a principais vias de activação têm como resultado final a variação
da expressão de um ou mais genes. Após a estimulação das células por um
qualquer agonista, que pode ser uma hormona, factor de crescimento,
neurotransmissor, antigénio ou outros, a detecção da variação da concentração
desse agonista é sinalizada por dentro da célula através do aumento ou
diminuição da actividade de enzimas que funcionam sequencialmente e que
constituem uma via de sinalização.
36
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Sinalização intracelular
Transdução do sinal – tradução do sinal da célula
Como é que o sinal chega à célula e induz uma determinada acção?
1. Síntese e libertação da molécula sinalizada para a célula secretora.
2. Transporte até à célula alvo.
3. Ligação ao receptor específico, com alteração conformacional.
Transdução do sinal
4. Inicio de vias intracelulares de transdução do sinal.
5. Alteração da função, metabolismo ou desenvolvimento celular.
6. Desactivação do receptor e remoção da molécula sinalizada.
Quais são as moléculas extracelulares sinalizadoras?
 Hormonas
o Testosterona
o Estrogénio
o Progesterona
o Cortisol
o Adolsterone
o Hormona da tiróide
o Insulina
o Glucanon
 Neurotransmissores (tem que ter a capacidade de levar informação à
célula)
o Acetilcolina
o Glicina
o Glutamato (reacções do SNC)
o Dopamina
o Norepinefrina (noradrenalina)
o Epinefrina
37
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
o Serotonina
o Histamina (alergias)
o Àcido aminobuliric
Neuromodeladores:
 Factores de crescimento (condicionam a diferenciação celular das
diferentes populações da células)
 Óxido nítrico e monóxido de carbono
 Eucosanoides (ajuda a formar outras células e impede a degradação das
membranas; essenciais para desencadear as funções celulares – eg.
Inflamação; destruição de membranas)
Como se processa a comunicação intracelular?
 Comunicação endócrina: células secretoras longe do alvo
 Comunicação parácrina: dá-se nos neurónios. A célula que liberta o sinal é
adjacente à que recebe
 Comunicação autócrina: a célula que vai produzir o sinal tem, ela própria,
receptores para o mesmo assim, quando produz o sinal pode logo executar
a função. Célula alvo e secretora são a mesma.
 Comunicação através de proteínas membranares: estabelecimento de
pontes físicas entre as células. Alteração de electrólitos entre as células.
Tipos de receptores celulares
 Intracelulares
 Membranares
o Ionotrópicos
o Metabotrópicos
o Receptores acoplados a enzimas
o Receptores com actividade enzimática
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
GENÉTICA
39
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Polimorfismos e mutações: da variabilidade genética às mutações
Bases biológicas e moleculares da variabilidade genética
Autores
John Langdon Down
Waldeyer
Sutton e bovery
Haeckel
Ano
1866
1888
1903
1968
Johannsen
1909
Theodor Boveri
1914
Painter
1923
Barr
Tjio e Levan; Ford e
Hamerton
Lejeun e colaboradores
1990
1949
1956
1959
Nowell
1960
yunis
1976
1985
Miescher
Avery, Macleod e
McCarthy
1867
1944
Descoberta
Síndrome de down
Cromossomas
“Factores” de Mendel
Núcleo – sede de factores
hereditários
Gene – unidade básica da
hereditariedade
Teoria cromossómica do
cancro
Cromossoma Y;
espermatogénese no
homem; sexo
cromossómico
Gene SRY
Cromatina sexual (de Barr)
46 Cromossomas
Cromossoma 21
supranumerário e
existência da síndrome de
Down
Induzir mitoses em
linfócitos circulantes por
estimulação com
fitohemaglutimina
Alta resolução em
citogenética; bandeamento
cromossómico em células
em profase ou prómetafase
Hibridação “in situ” em
sondas fluorescentes
(FISH)
Ácido nucleico
DNA – molécula com
capacidade informacional –
transmite informação de
40
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Watson e Crick
1953
Nirenberg, Ochoa e
Khorana
Donohue
Arber, Nathans e Smith
Edwin Southern
Sanger, Maxam e Gilbert
Shine e co-autores
1966
Kan e Dozy
1978
Dausset
1983
Mullis, Faloona e Scharf
1986
1985
1968
1970
1975
1977
1977
1988
Agência americana
(FDA)
Victor McKusick
1994
2003
geração para geração
Base da genética molecular
– estrutura em dupla hélice
do DNA
Código genético
Mapeamento de um gene
Enzimas de restrição
Método “Southern blot”
Sequenciação de DNA
Clonagem do 1º gene
humano
1º RFLP como marcador
de ligação genica
Centro de estudos do
polimorfismo humano
PCR
Projecto do genoma
humano
Organização para o
genoma humano
1º Organismo – tomate –
geneticamente modificado
Total de genes mapeados –
8783
Consequências da variabilidade genética
O aumento da complexidade de uns seres vivos em relação aos outros terá muito
a ver com a selecção de formas mais sofisticadas de regulação da expressão genica e
com a duplicação de genes já existentes.
Como factores mais significativos da diversidade humana encontram-se as
mutações.
A diversidade humana resulta do efeito aditivo dos genes e das suas mutações,
da interacção entre as alterações genéticas devidas a mutações, da capacidade de
adaptação ao meio e da selecção decorrente de doenças.
As variações subjacentes à diversidade podem ser contínuas ou descontínuas. As
contínuas estão associadas à expressão de vários genes (poligenia) em conjugação com
41
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
a acção do meio ambiente. Pelo contrário, as variações descontínuas permitem uma
classificação em classes e são de causa monogénica.
Diferentes polimorfismos de DNA
o RFLP (restriction fragment length polymorphism): fragmentos de DNA
de diferentes tamanhos, observáveis após digestão do DNA por enzimas
de restrição. Na análise por RFLP’s um bocado de DNA quebra-se em
bocados mais pequenos através de enzimas de restrição e estes
fragmentos resultantes são separados de acordo com o comprimento pelo
gel de electroforese. Ex: EcoRi reconhece a sequencia e corta o DNA.
o VNTR (Variable number of tandem repeats): – maior variabilidade –
fragmentos de DNA que se repetem em tandem (lado a lado) um
determinado número de vezes. As sequências de bases que se repetem
podem ser: microssatélites (STR – short tandem repeats) unidades
repetitivas constituídas por sequências com 2 a 4 pares de bases.
Encontram-se dispersos sobretudo por regiões codificantes do genoma e
são particularmente susceptíveis a erros de replicação. São muito
polimórficos, i.e., muito informativos.
o SNP (Single nucleotide polymorphisms): polimorfismos por substituição
de um nucleótido, de grande densidade. Constitui 80% a 90% da
variabilidade do DNA. Tipicamente com 2 alelos. São menos variáveis
que os STR’s, mas mais estáveis. Pouco informativos.
o CNV (Copy number variations): duplicações de deleções de longos
segmentos do DNA, podendo incluir vários genes. (dentro da
normalidade sem dar patologia)
o Haplótipos: Blocos de SNP’s próximos que são herdados em conjunto.
São fenómenos únicos. Havendo crossing-over na meiose podem ficar
separados se não estiverem tão juntos.
42
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
o Tag SNP: SNP alvo (snipes) corresponde à tentativa de identificação de
quais são os polimorfismos que identificam um conjunto (haplótipo).
Diferença entre polimorfismo e mutação patogénica
Um polimorfismo acontece quando as formas alternativas de um gene ou de
uma sequência intergénica, têm uma frequência igual ou superior a 1% numa população.
São consideradas variações normais numa população, pelo que nenhuma das formas
afecta significativamente o seu portador. É uma fonte de variabilidade. As variações são
consideradas raras quando a frequência é menor que 1%. Os polimorfismos de DNA são
herdados de uma forma mendeliana, i.e., permitem múltiplas combinações de pares de
alelos para um determinado lócus, em indivíduos diferentes. A mutação é uma
alteração patogénica permanente provocada na sequência de DNA. Associa-se a uma
elevada probabilidade de doença. Podem ocorrer por substituição de bases ou por
rearranjos. As mutações podem ser: espontâneas, quando a probabilidade de ocorrência
de uma mutação num gene depende de factores intrínsecos, ou induzidas (mais
frequentes) quando a probabilidade de ocorrência de uma mutação num gene depende
de factores extrínsecos – mutagéneos.
Sendo assim, um polimorfismo faz com que haja mais susceptibilidade a
doenças complexas e a mutação a doenças monogénicas.
Tipos de mutações pontuais
Mutações pontuais: podem resultar da substituição de uma base por outra, ou da
inserção ou deleção de uma única base.
Normal: CAA TTC CGA CGA
Val Lys Ala Ala
 Mutação Sinónima: mesmo com uma base diferente codifica o mesmo
aminoácido. CAA TTT CGA CGA
Val
Lys Ala Ala
43
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011

Mutação missense: um aa é substituído por outro porque houve uma troca de
bases significativa. O codão passa a codificar outro aa.
CAA CTC CGA CGA
Val

Glu Ala Ala
Mutação Nonsense: apanha um codão stop (ATC) que não tem correspondência
e pára aqui a síntese. (codão stop prematuro). Codão ATC não especifica
nenhum aa. CAA ATC CGA CGA
Val

Deleção com frameshift: reagrupa-se porque desaparece uma base e então a
proteína torna-se completamente diferente. CAA _ TCC GAC GA
Val Arg Leu … Stop

Inserção com frameshift: reagrupa-se porque aparece uma base e então a
proteína torna-se completamente diferente. CAA TTT CCG ACG A
Val Lys Gly Cys …
Consequências que cada mutação pode ter na expressão génica
A caracterização da patogenicidade de uma mutação é demonstrada quando
segrega com a doença em famílias, quando é rara na população geral (inferior a 1%) e
quando têm um efeito funcional na proteína resultante.
A gravidade das consequências das mutações depende das alterações que
provocam a nível da capacidade funcional da proteína que codificam e do impacto dessa
função no organismo no seu todo. Algumas mutações não acarretam grandes problemas
(eg, daltonismo). Outras alterações acarretam doenças graves (eg. Fibrose quística;
Coreia de Huntington; algumas formas de cancro).
Pode acontecer que mutações diferentes no mesmo gene originem fenótipos
patológicos diferentes (heterogeneidade alélica).
Uma mutação pode afectar apenas uma função ou, por outro lado, provocar a
alteração de diversas funções ou estruturas do organismo (efeito pleiotrópico).
Quando uma mutação ocorre numa fase do desenvolvimento ontogénico
posterior á determinação celular que origina as células germinais e não atinge estas
44
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
células, a mutação não se transmite à descendência. É uma mutação somática que,
naquela família, afecta apenas o indivíduo em causa e origina uma eventual condição
esporádica de doença (eg. mutações somáticas responsáveis pelos casos esporádicos de
cancro), estas mutações podem ser letais e levar à morte da célula ou permitir a sua
divisão, instalando-se no genoma das células filhas.
Mecanismos pelos quais uma mutação sinónima pede ser patogénica
A presença de um codão alternativo para um mesmo aa pode interferir com a
precisão e a velocidade da transcrição de RNAm e com a velocidade e a precisão da
tradução devido à reduzida disponibilidade de moléculas de RNA de transferência
específicas.
Mecanismos pelos quais variantes genéticas em regiões não codificantes podem ser
patogénicas
As mutações podem ser muito extensas e visíveis por microscopia de luz,
implicando alterações do número de cromossomas (eg. Ganho ou perda de
cromossomas) ou da estrutura dos cromossomas (eg. translocações, inversões ou
inversões), ou podem ser de menor dimensão (eg. mutações génicas). A nível do gene
podem traduzir em deleção parcial ou integral de um gene, em duplicação ou inserção
de um gene, ou ainda em alterações de um ou mais codões ou de uma ou mais bases.
Quanto ao local, as mutações podem ocorrer em regiões génicas codificadoras
(exões) ou em regiões não codificadoras (intrões, regiões flanqueadoras em posição 5’
em que se encontram sequencias reguladoras da expressão génica, sequencias
flanqueadoras em posição 3’, bem como em locais das extensas regiões intergénicas).
As mutações que ocorrem em exões alteram o RNAm e, na maioria das vezes, a
composição em aa das proteínas. As mutações em regiões não codificadoras,
habitualmente, não afectam a composição das proteínas em aa. Mesmo as mutações que
ocorrem em exões podem não afectar a sequência de aa das proteínas, sobretudo se
ocorrerem no terceiro nucleótido de cada codão, o que, na maioria das vezes, não altera
o aa, devido à degenerescência do código genético. Refira-se, no entanto, que as
mutações em regiões não codificadoras também podem afectar a expressão genica (eg.
uma mutação do primeiro intrão do gene da globina β que, ao provocar “splicing”
45
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
anormal, origina níveis reduzidos de RNAm para esta globina, com acção patogénica
traduzida em talassémia β).
Mutações dinâmicas e as suas consequências patológicas
As mutações dinâmicas consistem na expansão do número de unidades
repetitivas tipicamente constituídas por tripletos presentes num determinado gene ou na
sua vizinhança. Em condições normais, um indivíduo é portador de um número
reduzido de tripletos repetidos sequencialmente. A expansão repetitiva do número de
tripletos presentes no progenitor ocorre durante a meiose durante fases precoces do
desenvolvimento fetal devido à instabilidade mitótica pós-zigótica, ou ainda durante as
duas fases. A transmissão das expansões correspondentes às mutações dinâmicas pode
ocorrer por via paterna e materna (eg. distrofia miotónica), apenas por via materna (eg.
síndroma do X-frágil) ou apenas por via paterna (eg. Coreia de Huntington).
Até um certo número de unidades repetitivas, a expansão não afecta a expressão
normal do fenótipo, designando-se esta fase de pré-mutação. O número de unidades
repetitivas não se mantém constante durante o processo de transmissão entre as gerações
podendo aumentar ou diminuir. A partir de um determinado número de tripletos, que
varia consoante as doenças, observa-se um efeito patogénico em relação com essa
expansão.
As sequencias repetitivas são erros de emparelhamento durante a replicação do
DNA. A partir do limiar fica tão instável que aumenta cada vez mais a cada meiose.
Podemos dizer então que as mutações dinâmicas são a expansão patológica do número
de repetições.
(CAG) = 4- Cadeia molde → 3’ – CAG – CAG – CAG – CAG – 5’
(CAG) = 5- Cadeia nova → 5’ – CAG – CAG – CAG – CAG – CAG – 3’
A dosagem genica poderá ser importante, se a proteína for um receptor
pertencente a uma via de sinalização cujo grau de activação é determinante se as
proteínas competirem para um determinado receptor ou enzima.
Fenótipos dominantes ou recessivos, haploinsuficiência e dominância negativa
46
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
As mutações de um gene podem ser de natureza dominante, recessiva ou
dominante negativa. Nas mutações dominantes há expressão fenotípica em
heterozigotía, independentemente do mecanismo subjacente, enquanto que nas
mutações recessivas apenas ocorre expressão do fenótipo em homozigotia para a
mutação.
A natureza dominante de uma mutação pode ser devida a um ganho de função, a
aquisição de nova função (eg. mutações da α1-antitripsina que convertem a sua
actividade inibidora sobre a elastase, em actividade inibidora sobre a trombina com
consequentes perturbações hemorrágicas graves) ou à produção de uma proteína mutada
com efeito tóxico (eg. polineuropatia amiloidótica familiar, em que a transtirretina
mutada tem uma maior resistência à proteólise, o que conduz a multimerização e
acumulação se fibrilhas dentro das células). O ganho de função pode ocorrer por efeito
de dosagem genica, ou por aumento da actividade enzimática.
A natureza recessiva de uma mutação está associada à perda de função motivada
por uma mutação que conduza à inactivação física ou funcional de um gene. Como
resultado, e se foi afectado apenas um alelo de um lócus autossómico (condição
heterozigótica), faltam 50% da quantidade de proteína codificada em condições de
homozigotia para o alelo normal. Habitualmente, não há consequências patogénicas
significativas, desde que o efeito de dosagem genica não se verifique par os produtos do
lócus em causa. Se os dois alelos sofreram mutação, há ausência completa da proteína
codificada e instalam-se as consequências patológicas correspondentes.
Nos casos de haploinsuficiência, embora haja heterozigotia (Aa), com perda de
função de um alelo e produção de 50% de proteína normal pelo outro alelo, o facto de a
quantidade de proteína produzida não ser suficiente para manter a função normal, vais
expressar-se como condição dominante (eg. mutação de um dos alelos do lócus que
codifica os receptores das lipoproteínas de baixo peso molecular – LDLs – que está
subjacente a uma condição de hipercolesterolémia familiar de natureza autossómica
dominante. Na presença de heterozigotia, a concentração de colesterol circulante
duplica e o risco para a doença coronária cardíaca aumenta significativamente).
As condições dominantes negativas também resultam de uma mutação de
natureza não dominante num dos alelos. O genótipo presente é heterozigótico (Aa).
Nestes casos, há 50% de proteína normal e 50% de proteína mutada, em termos de
monómeros produzidos. A proteína mutada, isoladamente, não provoca expressão de
fenótipo anormal. Contudo, se o produto do gene actuar como complexos multiméricos,
47
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
a percentagem de moléculas com actividade funcional pode ser muito reduzida (eg.
proteína antioncogénica TP53 – molécula que forma complexos funcionais
tetraméricos).
Pleiotropismo: caracteriza-se pelo facto de uma mutação de um único gene tem
reflexos na expressão de vários fenótipos pelo facto de uma única proteína actuar em
diversos órgãos do corpo humano (eg. mutações do gene FBN1 – Síndrome de Marfan –
ao afectarem a produção de fibrilina, uma proteína constitutiva do tecido conjuntivo
com participação em múltiplos tecidos, têm consequências a nível ocular,
cardiovascular e esquelético).
Penetrância incompleta podemos dizer que, a penetrância de um alelo é uma condição
de “tudo - ou - nada” e tem a ver com a frequência de expressão de um alelo numa
população. Um alelos está presente e é expresso ou não. A penetrância de um alelo é
dada pela proporção de indivíduos com manifestação da doença ou carácter, num
determinado universo de indivíduos portadores do alelo mutado. A penetrância é
completa quando um alelo se exprime em 100% dos portadores e incompleta se apenas
uma parte dos portadores de um alelo evidencia e sua expressão. A penetrância
incompleta não afecta a transmissão do alelo mutado do portador à descendência e a sua
possível expressão em descendentes. É frequente nas doenças autossómicas dominantes
(eg. polidactilia e retinoblastoma). A penetrância tardia reduz a selecção natural
conduzindo a um aumento da frequência da doença na população, enquanto que, a
penetrância precoce, quando conduz à morte antes da puberdade ou inibe ou dificulta a
reprodução, reduz a frequência do alelo mutado na população. A penetrância pode ser
influenciada pela presença de outros genes e por factores ambientais. Pode, por isso,
variar entre diversas famílias.
Expressividade variável: podemos dizer que se refere à intensidade com que um gene
é expresso: pode variar desde uma forma fruste até uma forma grave, em termos de
fenótipo observado em diversos membros de uma família, portadores da mesma
mutação de um gene (eg. neurofibromatose tipo I – a expressividade é variável ao ponto
de um progenitor com manifestações frustes que não permitem a sua detecção clínica,
poder transmitir o alelo mutado a um descendente e neste haver a expressão grave da
mutação). Esta poderá dever-se ao efeito de genes modificadores cujos produtos
48
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
interajam com os produtos dos alelos mutados, a heterogeneidade alélica, ou ainda
factores ambientais.
Heterogeneidade alélica: pode acontecer que as diferentes mutações de um gene
originem diversas patologias e não só variações de intensidade de uma entidade
nosológica (eg. diferentes mutações do gene FGFR2 podem originar três diferentes
síndromas com craniosinostose: síndroma de Pfeiffer, Síndroma de Crouzon e Síndroma
de Jackson-weiss).
Heterogeneidade genética: significa que fenótipos semelhantes podem ter diferentes
etiologias genéticas (eg. lábio leporino – várias etiologias: cromossómica, monogénica;
multifactorial, terotogénica).
As causas endógenas que podemos referir para a origem das variantes genéticas
são: cromossómicas, por alterações numéricas ou estruturais dos cromossomas,
monogénicas, por mutação num gene ou multifactoriais ou complexas, que são
poligénicas e dependentes de factores ambientais. Como causas exógenas podemos
referir o meio em que se insere, radiações UV, raios - X, mutagénicos químicos.
49
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Regulação da expressão genica
A regulação da expressão génica ocorre no contexto de uma rede complexa de
interacções entre os genes e o meio e de efeitos pleiotrópicos. Uma mesma proteína
pode ter diversas funções. Um gene pode originar mais do que um RNAm e,
consequentemente, mais do que uma proteína.
No que respeita à quantidade, é aparente que uma célula em que um gene se
apresente com um número de cópias superior ao normal, passa a codificar um maior
número de cópias de RNAm e, subsequentemente, um excesso de proteína que pode
afectar o equilíbrio funcional e conduzir a comportamentos celulares anormais. Uma
redução do número de cópias ou a ausência de qualquer cópia do gene pode igualmente
conduzir a anomalias a nível celular por redução ou falta do produto codificado. Estas
condições resultam do efeito de dosagem genica.
A qualidade do produto codificado por um gene, pode ser modificada de uma
forma fisiológica por “splicing” alternativo, ou por uma mutação que não afecte a
viabilidade da célula nem a transcrição do gene em causa.
A variável tempo é aparente na expressão sequencial de diversos genes com
funções idênticas, que estão activos em determinadas fases e aquiescentes noutras fases
(eg. hemoglobinas).
Para ilustrar a variável lugar sejam lembradas as experiências que demonstram a
regressão do fenótipo tumorigénico observada quando células de teratocarcinoma são
inseridas no ambiente de um blastocisto, dependendo da reversão do fenótipo
tumorigénico do lugar em que são inseridas, para além da quantidade de células
transferidas.
No âmbito patológico, o desenvolvimento da generalidade das neoplasias e de
um número considerável de doenças não neoplásicas está associado a alterações da
expressão genica.
A regulação da expressão genica ocorre a vários níveis: DNA, transcrição de
RNA, processamento de RNA, tradução e pós-tradução.
Ao nível da transcrição: a regulação da transcrição de um determinado gene, nos seres
eucariotas superiores, envolve sequências promotoras e sequencias intensificadoras. A
sequência promotora está localizada imediatamente antes do ponto em que se inicia a
transcrição. A sequência intensificadora pode-se localizar antes da sequência promotora
50
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
à distância de algumas quilobases, a seguir ao gene, interposta no próprio gene ou ainda
na cadeia de DNA complementar do gene em causa. Um promotor típico apresenta,
numa zona próxima da sequência a ser transcrita, a sequencia TATAAT (“TATA” box),
cuja função é determinar o local preciso de inicio da transcrição e a cadeia que serve de
modelo, pela ligação nessa região da polimerase do RNA. Outra região do promotor,
um pouco mais afastada do inicio da transcrição, apresenta um conjunto de sequências
designadas por elementos promotores de montante (UPEs, “upstream promotor
elements” – têm como função controlar a velocidade de transcrição, regulando a
frequência da sua iniciação). A sequência intensificadora da transcrição aumenta a
velocidade de transcrição, controlada de um modo basal pela sequência promotora,
aumentando o número de moléculas de polimerase do RNA que se movem ao longo do
gene, promovendo a sua transcrição. Há dois tipos de sequências intensificadoras: as
que respondem a alterações do meio ambiente (induzíveis) (eg. factores de crescimento
e hormonas esteróides) e as que são activadas apenas em momentos específicos durante
o desenvolvimento do organismo, ou somente em tecidos específicos (intensificadores
específicos de tecido ou do período de desenvolvimento) (eg. genes das
imunoglobulinas). A especificidade dos intensificadores está relacionada com a
disponibilidade, no local e no tempo, de determinadas proteínas, designadas factores de
transcrição, que também actuam sobre as sequências promotoras. Estes factores, ao
ligarem-se às duas sequências promotora e intensificadora, promovem a sua
aproximação mercê a exclusão do DNA interposto, pela formação de uma ansa. A
ligação da polimerase do RNA ao promotor é providenciada pela ligação dos factores de
transcrição às sequências reguladoras do gene, não se verificando na ausência desses
factores. A especificidade dos factores de transcrição poderá estar na origem da
especificidade de algumas infecções virusais para determinadas células ou tecidos de
uma espécie animal, cujos factores de transcrição se liguem aos elementos regulares dos
genes virusais, permitindo a sua transcrição. Há outras sequências de DNA
denominadas “silenciadoras”, cuja função é reprimir a transcrição, quando ficam sob a
influência de factores específicos, exercendo um controlo negativo da transcrição.
“Splicing” alternativo: o “splicing” consiste na introdução de alterações da sequência
original dos exões. Desta forma, a célula pode gerar diferentes RNAm a partir de um
único gene e, consequentemente, produzir diferentes proteínas. O “splicing” alternativo
vaio demonstrar que o dogma “um gene, uma proteína” não é defensável como verdade
51
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
absoluta. Ao “splicing” alternativo pode-se associar o recurso pela célula a promotores
alternativos (eg. processamento diferencial do gene da calcitonina envolvendo
mecanismos de splicing alternativo: na tiróide forma-se a calcitonina e no hipotálamo
forma-se o péptido CGRP, com funções tróficas e de neuromodelação. Em conjugação
com a peliadenilação alternativa, a partir do mesmo RNA são formados diferentes
tecidos porque os segmentos seleccionados são diferentes).
Edição do RNA: O DNA transforma-se em RNA e esse é alterado nas suas sequências.
Mecanismo de regulação da expressão genica raro que permite alterar a sequência de
nucleótidos de RNAm. A produção local de proteínas é importante para o
desenvolvimento das sinapses de SNC e está dependente do transporte do RNAm para
esses locais.
Ao nível da pós-transcrição / tradução:

microRNAs (miRNAs): pequenas moléculas de RNA com cerca de 22
nucleótidos que funcionam como reguladores antisense de outros genes
(inibição da expressão genética). Formam-se a partir de moléculas
precursoras mais longas, provenientes de intrões transcritos de proteínas
(25%) ou a partir de transcritos primários não codificantes (75%).

Inibição
da
expressão
genética
por
microRNAs:
os
miRNAs
provavelmente interferem no controlo da expressão genica da maioria
dos genes codificadores de proteínas. Unem-se a um complexo proteico,
RISC (RNA-induced silecing complex) e é o complexo funcional
miRISC que vai inibir a expressão genica, ligando-se à região 3’UTR do
mRNA do gene alvo, impedindo assim a tradução ou levando à
degradação enzimática do mRNA alvo. Cada miRNA pode inibir a
tradução de vários mRNAs. Para uma inibição eficaz, geralmente é
necessária a ligação de diferentes miRNAs ao mesmo mRNA alvo.
52
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Ao nível da pós-tradução: A regulação pode ser operada pela clivagem das proteínas
por proteases, pela disponibilidade de outras proteínas ou intrões, pela eventual
organização em oligómeros, bem como pelo grau de fosforilação ou de glicosilação. Na
verdade, um polipeptídeo pode não ser funcional na forma em que é produzido a nível
robossómico, como ocorre com o pepsinogénio ou a pró-insulina, sendo necessária a
sua clivagem prévia para que a molécula possa actuar. Por outro lado, a clivagem
depende de enzimas presentes no ambiente em que se encontra o produto. A
modificação da estrutura de um polipeptídeo pode ainda ocorrer por acção de proteases
que levem à sua cisão em diferentes locais, de modo a originar com actividade diferente
em função do local em que se opera a cisão.
Mecanismos epigenéticos: A regulação da expressão genica ocorre no contexto de uma
rede complexa de interacções génicas, de interacções entre genes e o meio e de efeitos
pleiotrópicos. A alteração da expressão de genes é reversível, por factores naturais, p.e.,
se ocorrerem ao nível dos gâmetas pode ser transmitido às gerações seguintes. Entres os
mecanismos epigenéticos podem incluir-se: a diferenciação celular, a lionização, o
imprinting…)
Diferenciação sexual na espécie humana através da regulação da expressão genica
Os genes responsáveis pela codificação das hormonas sexuais localizam-se nos
autossomas (eg. a g´nada bipotencial WT1, na presença do cromossoma Y (SRY) forma
o testículo, se o cromossoma Y estiver ausente forma os ovários). Em relação ao
testículo, o que aontece é o seguinte: as células de Sertoli, na presença da hormona
antimuleriana (HAM), fazem com que haja uma regressão dos canais de Muller; as
células de Leydig, na presença da testosterona, formam o epidimio, vesículas seminais e
o canal deferente).
53
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Principais metodologias de estudo de biologia molecular e suas aplicações
PCR: reacção de polimerização em cadeia. Amplificação exponencial selectiva
de uma pequena quantidade de cópias de DNA. Desnaturação da dupla cadeia de DNA
ligam-se os primers, para que de seguida a temperatura oscile, formando ciclos que
dependem de estudo para estudo – RT-PCR.
Vantagens: sensibilidade, facilidade, rapidez, especificidade.
Desvantagens: conhecer a sequência a estudar, contaminação e limitação da extensão
RFLP: recurso a enzimas de restrição para diferenciar dois cromossomas
homólogos quando a região polimórfica estudada exibe um padrão de restrição diferente
para um par enzima de restrição/sonda de hibridação, o que equivale a serem
informativos. Com este teste, se o padrão obtido com um determinado marcador se
encontra em ligação com indivíduos doentes, quando se usam as mesmas condições
para um familiar e um padrão se repete, pode afirmar-se que mesmo na ausência de
doença, há uma elevada probabilidade de o gene causador da doença estar presente. Pela
presença do marcador, pode-se assim predizer, de forma indirecta, a eventual ocorrência
ou ausência da doença no futuro, pela ligação do marcador ao gene com a mutação
patogénica.
Sequenciação: descreve uma sequência de nucleótidos, permitindo determinar a
ordem pela qual as bases constituem um fragmento de DNA. O DNA é desnaturado de
maneira a fazer pequenas cadeias que depois formam uma cadeia maior que as iniciais.
Microarrays: recorre á hibridização para detectar uma mutação entre milhares
de fragmentos de DNA ou a expressão de um determinado gene. Na placa de suporte,
em largos milhares de pontos, separados e bem identificados, estão absorvidas sondas
de DNA com cerca de 20pb, destinados a detectar a presença de eventuais mutações
patogénicas em determinados genes, ou noutras sequências em estudo. O DNA
genómico é fragmentado com enzimas de restrição, os fragmentos são marcados com
um fluorocromo, desnaturados e passados pela placa.
54
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Hereditariedade mendeliana autossómica dominante, recessiva e ligada ao
sexo
Doenças genéticas: são multifactoriais ou complexas. Várias variantes genéticas em
simultâneo e em conjunto com o meio. Estas podem ser:

Monogénicas: por mutação num gene (1,4%);

Poligénicas: por mutação de vários genes;

Multifactoriais: poligénicas e dependentes de factores ambientais (5,6%);

Cromossómicas:
por
alterações
numéricas
ou
estruturais
dos
cromossomas (0,6%).
Fenocópia: há a noção de que a expressão de um fenótipo é devida a uma determinada
mutação a nível de um gene. Contudo, um fenótipo que mimetiza a expressão de um
genótipo pode ser produzido por acção de factores ambientais, independentemente de
uma alteração genica específica. Se este mecanismo ocorrer em diversos membros de
uma família, pode ser imitada uma condição hereditária (eg. microcefalia (1/10.000) que
pode ter origem genética, mas também pode ser esporádica, causada por factores não
genéticos. Nos descendentes de mães fenilcetonúricas que não controlem os níveis de
fenilalanina durante a gravidez, encontra-se microcefalia ainda que o recém-nascido
seja heterozigótico, condição que não afectaria o fenótipo. A microcefalia é devida ao
ambiente fetal decorrente de hiperfenilalaninémica materna. Trata-se de uma fenocópia
devida ao efeito teratogénico da hiperfenilalaninémia. Esta patologia, como fenocópia,
pode ter outras causas como seja a ingestão de álcool em excesso pela mãe, durante a
gravidez. Neste caso, aparece integrada mas manifestações da síndrome fetal alcoólica).
Hereditariedade mendeliana:

Autossómica dominante: os genes relacionados com condições de
hereditariedade autossómica dominante localizam-se num dos 22 pares
de cromossomas autossómicos. Um gene com duas formas alélicas: o
alelo A, como forma mutada dominante e o alelo a, como forma normal
do gene. Nos casos de dominância, o fenótipo determinado pelo genótipo
heterozigótico (Aa) é igual ao fenótipo determinado pelo genótipo
homozigótico para a forma mutada do alelo (AA). Na dominância
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
incompleta, a presença do genótipo heterozigótico (Aa) origina um efeito
fenotípico intermédio entre a homozigotia para a mutação dominante
(AA) e a homozigotia para a forma normal do alelo (aa), sendo possível
diferenciar os efeitos fenotípicos dos dois genótipos devido a uma
expressão mais acentuada da condição homozigótica. Os dois sexos são
afectados, os dois sexos transmitem a doença em igual proporção,
manifesta-se em heterozigotia e transmite-se verticalmente. CASO: se
ocorrer o casamento de dois indivíduos heterozigóticos para o alelo
mutado (Aa) haverá probabilidade de 3 em 4 (75%) de ter descendentes
com o carácter ou doença (Aa ou AA) e de 1 em 4 (25%) de ter um
descendente normal (aa).

Autossómica
recessiva:
também
se
localiza
em
cromossomas
autossómicos. Um lócus em que a homozigotia para o alelo normal seja
representada por (aa) e a condição homozigótica para o alelo recessivo
por (AA). A natureza recessiva de uma mutação traduz-se por perda de
função do alelo mutado, ou seja, o alelo não se exprime. Em
heterozigotia (Aa) conserva-se 50% da actividade por expressão do alelo
normal, o que é frequentemente suficiente para assegurar a função do
gene. Embora os heterozigotos sejam habitualmente normais em termos
clínicos, podem ter manifestações clínicas. Por vezes, as mutações
recessivas a nível molecular ou celular, em que a mutação de um alelo
equivale à perda de função, podem produzir, a nível familiar, um padrão
de transmissão hereditária dominante. Os dois afectados são afectados e
transmitem em igual proporção. Hereditariedade do tipo horizontal. A
taxa de consanguinidade dos pais de crianças afectadas é mais elevada
que na população em geral.

Recessiva ligada ao X: diz respeito a caracteres ou doenças
determinados por genes localizados no cromossoma X.
Nas mulheres há dois cromossomas X. como é raro haver homozigotia
para o loci do cromossoma, as doenças hereditárias recessivas ligadas ao
X exprimem-se, habitualmente, com excepção das anomalias associadas
às regiões pseudo-autossómicas. Nos casos de mutação em genes ligados
56
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
ao X, em que é possível estabelecer a diferença entre a falta parcial e a
falta completa do produto codificado (eg. deficiência em G6PD), podem
ser definidos 3 fenótipos nas mulheres: um fenótipo correspondente à
presença dos dois alelos normais, outro intermédio associado a
heterozigotia e um terceiro correspondente à presença dos dois alelos
mutados. CASO: em casamentos ao acaso, a probabilidade de ocorrência
dos dois alelos mutados é igual ao quadrado da frequência da doença no
sexo masculino.
Nos indivíduos do sexo masculino, apenas se identificam dois fenótipos:
um correspondente à hemizigotia para o alelo normal e o outro
correspondente a ausência de produto devido à mutação do único alelo
presente no sexo masculino.
A hereditariedade é considerada oblíqua. Os homens são quase sempre os
únicos afectados, a transmissão do alelo mutado aos filhos de um casal
verifica-se através de mulheres portadoras não afectadas, a transmissão
de uma mutação entre indivíduos do sexo masculino não é observada em
gerações sucessivas, mas um alelo mutado causador de doença numa
geração, pode ser transmitido a um neto passando por uma filha
portadora obrigatória.
CASO: um homem doente por uma mutação localizada no X (XmY)
casado com uma mulher normal, tem todas as filhas portadoras, por
receberem do pai, obrigatoriamente, o gonossoma X com a mutação.
Num casamento de um homem normal com uma mulher portadora
(XmX), as filhas são normais e metade dos filhos será afectado.
No casamento de um homem doente com uma mulher portadora, metade
dos descendentes será normal e a outra metade será afectada.

Dominante ligada ao X: inclui condições determinadas por alelos
localizados em loci do cromossoma X, com mutações dominantes. É um tipo
de
hereditariedade
pouco
frequente.
Manifesta-se
nas
mulheres
heterozigóticas (XdX) e homozigóticas (XdXd) e nos homens hemizigóticos
(XdY). A presença de um único alelo mutado no sexo feminino
(heterozigotia) está associada à menor severidade do que no sexo masculino,
uma vez que apenas metade das células exprimem o alelo mutado devido à
57
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
lionização. Um homem doente transmite a doença a todas as suas filhas,
enquanto que os seus filhos serão todos normais. Uma mulher doente
heterozigótica que case com um homem normal transmite a doença a 50% da
descendência, independentemente do sexo. Uma mulher homozigótica
transmite a doença a doença a todos os seus descendentes. Nas famílias há
maior número de mulheres afectadas comparativamente com o número de
homens afectados.
Neomutação: acontece quando nem o pai nem a mãe apresentam a mutação.
Mosaicismo gonadal: sendo que o mosaicismo diz respeito á presença num indivíduo
de células com diferente constituição genética, oriundas de um mesmo ovo, no
mosaicismo gonadal há múltiplas espermatogónias ou ovócitos com a mutação, a par de
células germinais sem a mutação. O gene mutado pode ser transmitido a vários
descendentes. Habitualmente, a mutação não se expressa no portador do mosaicismo
gonadal, por a mutação não estar presente na generalidade das células somáticas (eg.
osteogénesis imperfecta tipo II, a hemofilia, a DMD, a esclerose tuberosa e a
acondroplasia).
Lionização: p.e., a lionização do cromossoma X é a inactivação de um dos
cromossomas X na mulher.
Heriditariedade Holândrica: também conhecida como hereditariedade ligada ao Y
(eg. genes ligados ao cromossoma Y – SRY, gene MIC2). Neste tipo de hereditariedade
só o homem portador da mutação do cromossoma Y (Yd) exprime e transmite o gene,
que se manifesta sempre. Todos os filhos do sexo masculino de um homem afectado
recebem o alelo existente no cromossoma Yd (paterno). Em condições normais de
disjunção cromossómica a ma ausência de recombinação anormal, nenhuma filha é
portadora.
58
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Hereditariedade não mendeliana: mitocondrial, imprinting e multifactorial
Hereditariedade não mendeliana: pode ser poligénica, multifactorial, mitocôndrial e
imprinting genómico.
o Hereditariedade mitocôndrial: assenta na informação genética
transmitida
pelo
DNA
mitocôndrial.
Associadas
ao
DNA
mitocôndrial de uma célula podem encontrar-se duas condições:
homoplasmía, que se traduz na presença de identidade do DNA
mitocôndrial numa célula, seja normal ou mutado e heteroplasmía:
designa a condição em que coexistem DNA mitocôndrial normal e
mutado na célula. As mutações do DNA mitocôndrial desempenham
um papel significativo no desenvolvimento de doenças crónicas
degenerativas. A natureza materna da transmissão hereditária do
DNA mitocôndrial deve-se ao facto de as mitocôndrias de origem
paterna serem eliminadas após a penetração do espermatozóide no
ovócito. A doença é sempre transmitida por via materna. A
descendência, homem ou mulher, é doente. O homem afectado tem
descendência saudável e pode observar-se heterogeneidade nos
indivíduos afectados.
o “Imprinting” genómico: de acordo com os conceitos clássicos da
genética mendeliana, um gene comporta-se do mesmo modo,
independentemente do sexo do progenitor através do qual foi herdado
para o descendente. No entanto, apesar de este conceito continuar a
ser verdadeiro para muitos caracteres genéticos, calcula-se que
haverá cerca de 1% dos genes humanos cuja expressão não é
independente do sexo do progenitor, estando sujeitos a “imprinting”
genómico. Este consiste numa modificação epigénica da expressão
genica, de natureza reversível, que inibe a expressão de um alelo em
gerações sucessivas, em função do sexo do progenitor que o
transmite. O “imprinting” materno é o processo em que a inactivação
de um alelo resulta da sua passagem por um progenitor do sexo
feminino, e “imprinting” paterno é quando a inactivação ocorre no
progenitor masculino.
59
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
o Hereditariedade multifactorial: os caracteres ou doenças que
resultam do efeito aditivo dos produtos codificados por vários genes
e da interacção entre os produtos génicos e o meio ambiente. Nestas
condições não se encontra um gene de forma saliente, no “meio
ambiente” incluem-se as influências da natureza física, química ou
biológica exercida “in útero” ou após o nascimento, ou seja, todos os
factores de natureza não genética que influenciam o fenótipo. A
conjugação diferenciada dos factores ambientais e genéticos
associados a uma condição multifactorial, nos membros de uma
população, determina a susceptibilidade maior ou menor de cada
indivíduo para desenvolver a doença ou carácter em causa
(“liability”). Geram-se assim variantes fenotípicas com diferentes
frequências na população que se distribuem de forma a originar a
curva de Gauss. O limiar definido para a população normal vai
abranger uma maior percentagem de indivíduos afectados, dado
haver um acréscimo de casos resultantes do peso dos factores
hereditários, que se soma à percentagem de indivíduos afectados na
população geral.
Dissomia uniparental: forma muito rara de hereditariedade. Pode ocorrer como
heterodissomia ou como isodissomia.

Heterodissomia uniparental: o complemento cromossómico diplóide é
constituído por um par de cromossomas homólogos que provém de um
mesmo progenitor. A sua ocorrência dever-se-á à não disjunção na primeira
divisão da meiose.

Isodissomia uniparental: o par cromossómico em causa tem igualmente
origem num único progenitor, mas resulta da duplicação de um dos
cromossomas do par homólogo. A isodissomia dever-se-á à não disjunção na
segunda divisão da meiose.
É ainda necessário, para que não ocorra trissomia, que haja perda do
cromossoma oriundo do progenitor que contribuiria apenas com um
cromossoma. Se um dos gâmetas for nulissómico por não disjunção para um
determinado cromossoma, a fecundação por um gâmeta haplóide normal
60
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
dará origem a um zigoto monossómico para o cromossoma envolvido o
qual, por duplicação, poderá originar isodissomia uniparental. Se um gâmeta
normal for fecundado por um gâmeta nulissómico e houver não-disjunção
subsequente também originará isodissomia. A influência do sexo do
progenitor na regulação da expressão de alguns genes, implica que, para o
desenvolvimento normal de um novo ser, possa não bastar um genoma
diplóide quando ocorre heterodissomia ou isodissomia uniparental. Se
houver heterodissomia ou isodissomia uniparental para genes que sofrem
“inprinting” podem-se desenvolver doenças por falta de expressão de um
gene que o “imprinting” tenha tornado inactivo ou porque há expressão de
dois alelos idênticos mutados porque não ocorreu “imprinting” (eg. cerca de
20 a 30% dos casos de síndroma de Prader-willi são devidos a
heterodissomia
uniparental
materna
para
o
cromossoma
15.
A
heterodissomia uniparental paterna para o cromossoma 15 é responsável por
casos de síndroma de Angelman. Há ainda casos de síndroma de Beckwithwiedeman em que está em causa a isodissomia uniparental paterna para o
cromossoma 11, com origem pós-zigótica. Uma condição de isodissomia
uniparental parece também estar subjacente a dois casos raros de fibrose
quística em que apenas um dos progenitores era heterozigótico para a
mutação e houve lugar a um descendente homozigótico doente.
Estudos de gémeos: devem ser considerados em separado os gémeos verdadeiros e os
falsos gémeos. O efeito do ambiente e dos genes sobre o fenótipo, após o nascimento,
pode ser analisado quando os gémeos são separados e criados em ambientes diferentes.
É assim possível definir o grau de concordância para um determinado traço ou doença,
pela proporção de pares de gémeos em que há coincidência na expressão fenotípica nos
dois gémeos, em relação ao total de pares de gémeos observados. Há concordância
quando um carácter ou doença é ou não partilhado pelo par de gémeos e discordância
quando um dos membros do par de gémeos exprime o fenótipo em causa e o outro não o
exprime.
Entre gémeos monozigóticos: a concordância é de 100% para condições
monogénicas de penetrância completa, em que o ambiente não interfira na expressão,
sejam elas dominantes ou recessivas. Mesmo que os gémeos tenham sido separados e
vivam em ambientes diferentes, tal facto não afecta a concordância.
61
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Para falsos gémeos e para condições de penetrância completa, a concordância
será de 50% nos casos autossómicos dominantes e de 25% nos casos autossómicos
recessivos. Nos caracteres influenciados pelo sexo, os pares de gémeos dizigóticos
devem ser do mesmo sexo para que o estudo possa ser realizado.
Para condições multifactoriais, a concordância entre gémeos monozigóticos será
menor que os 100% antes referidos, dada a confluência de factores ambientais com
factores genéticos, na determinação do fenótipo. Ainda assim, haverá maior
concordância entre gémeos monozigóticos do que entre gémeos dizigóticos, se os
factores genéticos forem preponderantes. A concordância será aproximada para gémeos
monozigóticos e para gémeos dizigóticos se os factores preponderantes forem
ambientais e fossem partilhados, e for muito reduzida ou nula a influência dos factores
genéticos.
A partir dos valores da concordância encontrada é possível delimitar a
hereditabilidade (h).
Hereditabilidade: (h) reflecte a percentagem de efeito fenotípico devido ao
componente genético numa condição multifactorial. h = 2 x (Cmz – Cdz) → dobro da
diferença entre os valores encontrados para gémeos verdadeiros e para gémeos falsos.
Quando os traços ou doenças são fortemente determinados por factores genéticos, o
valor de Cmz aproxima-se de 1 e o valor de Cdz aproxima-se de 0,5 pelo que h será
próximo de 1. Pelo contrário, à medida que a diferença entre valores de concordância se
reduz, o valor de h aproxima-se de 0. Embora os valores da hereditabilidade devam ser
considerados como específicos para uma determinada população, é comum encontrar-se
sobreposição de resultados entre populações diversas.
62
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Consanguinidade e genética de populações
Importância da consanguinidade no aconselhamento genético
Entre indivíduos consanguíneos definem-se o coeficiente de consanguinidade e o
coeficiente de endocruzamento. O coeficiente de consanguinidade define a
probabilidade que há de duas pessoas terem em comum, num determinado lócus, um
gene idêntico, herdado de um ancestral comum. Refere-se à percentagem de genes que,
entre consanguíneos, são idênticos por ascendência comum: 50% dos genes em comum
entre irmãos e entre pais e filhos, 25% entre tio/sobrinho, 12,5% entre primos.
O risco genético decorrente de consanguinidade é de considerar para
descendentes de casais consanguíneos, mas não para descendentes de casais em que um
dos progenitores é descendente de um casal consanguíneo e o outro progenitor é um
indivíduo não aparentado. Para calcular o coeficiente de consanguinidade contam-se as
linhas que dividem os dois indivíduos através de cada ancestral comum e os passos de
cada linha. Número de linhas = k; número de passos = n; relationship = r (proporção de
genes que em dois indivíduos são idênticos por terem sido herdados de um ascendente
comum.
r=
𝑘
𝑛
𝑖=1[(1/2)
]
No cromossoma X, o passo entre pai e filha não é contado; a probabilidade de
passagem deste gene às filhas é igual a 1, uma vez que só têm um cromossoma X, e esse
cromossoma tem que ser transmitido ao descendente para que este seja do sexo
feminino. Para genes ligados ao cromossoma Y não há que contar passos. Dois homens,
ligados entre si, por uma linha de indivíduos do sexo masculino, que não tenha sido
quebrada em nenhum dos passos por um indivíduo afastado, do mesmo sexo, têm o
mesmo cromossoma Y e o coeficiente é 1. Se tiver entrado um outro elemento do sexo
masculino ou é 1 ou 0.
Diz-se que há endocruzamento quando os acasalamentos são feitos entre
indivíduos mais relacionados pelo genótipo do que se fossem escolhidos ao acaso entre
a população. Nestas condições, define-se o coeficiente de endocruzamento, F, como a
proporção de loci para os quais um indivíduo é homozigótico por descendência ou, de
outra forma, a probabilidade que existe de os dois alelos de um lócus serem idênticos
num descendente de um acasalamento consanguíneo. Este valor é ½ do coeficiente de
consanguinidade dos pais do indivíduo considerado.
63
Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
1
𝐹=
2
𝑘
𝑖=1
1
[( )𝑛 ], 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎, 𝐹 = 1/2𝑟
2
Para genes ligados ao cromossoma X, o coeficiente de endocruzamento é 0 entre
os descendentes de irmãos do sexo masculino, uma vez que não herdaram os genes
presentes no cromossoma X do seu ancestral.
Quando o coeficiente de endocruzamento é 0, como acontece com o
acasalamento ao acaso, a frequência genotípica observada para determinado lócus é
igual à esperada pelo equilíbrio de Hardy-Weinberg. O aumento do coeficiente do
endocruzamento traduz-se na redução da frequência de heterozigotos numa população.
No limite, se o endocruzamento for completo (F = 1), a frequência de heterozigotos é 0,
sendo a população constituída apenas por homozigotos. O coeficiente de
endocruzamento é útil para prever a probabilidade que há de um filho de consanguíneos
ser homozigoto para um gene recessivo, quando se sabe que um antepassado comum
dos pais é portador desse gene. Também é útil calcular a probabilidade relativa de
ocorrência de doenças em acasalamentos de parentes muito próximos.
Nos casos de casais consanguíneos, a probabilidade de um filho herdar as duas
cópias de um gene com a mutação é maior do que na população geral, uma vez que
descendem de um antepassado comum e podem ter herdado desse antepassado o mesmo
gene com a mutação. As consequências podem ser dramáticas nos casos de incesto, em
que o risco de alterações graves que incluem o atraso mental e a epilepsia é cerca de
40vezes maior do que na população geral.
Equilíbrio de Hardy-Weinberg: a presença de dois alelos presentes numa população
tende a manter-se constante ao longo das gerações. Assim, se dois alelos, A e a, se
encontrarem numa grande população, respectivamente com a frequência p e q, qualquer
que esta seja, após uma relação com acasalamento ao acaso, os três genótipos AA, Aa e
aa encontram-se em equilíbrio nas proporções relativas p2 (AA), 2pq (Aa) e q2 (aa). A
soma das frequências genotípicas correspondentes aos três únicos genótipos que
concorrem para o lócus em causa é igual a 1 (p2 + 2pq + q2).
Este equilíbrio mantém-se, de geração em geração, desde que os cruzamentos
sejam ao acaso (panmixia), as frequências alélicas sejam iguais no sexo feminino e
masculino e não haja uma alteração de frequência dos genes na população por migração,
mutação ou selecção.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Uma das suas aplicações mais importantes consiste na determinação da
frequência de portadores de uma mutação autossómica recessiva, a partir da frequência
de doentes na população geral (eg. fibrose quística, que tem uma frequência de 1 / 2500
e é provocada pela homozigotia para um alelo recessivo (a). Pelo equilíbrio de HardyWeinberg, é possível determinar a frequência do alelo recessivo – q2a = 1 / 2500, ou
seja, qa = 1/50 – é também possível determinar a frequência do alelo dominante. A
soma das frequências do alelo dominante, que designaremos por A, com a do alelo
recessivo é igual a 1.
Assim, pA + qa = 1; pA = 1 – qa, ou seja, 1-1/50 = 49/50.
As situações que interferem com a lei de Hardy-Weinberg são:

Migração: movimento de grupos de indivíduos que chegam a
uma região e se misturam com a população autóctone. A
entrada de uma determinada percentagem de genes numa
população altera a frequência genica verificada antes da
migração.

Mutação: aparecimento de um gene novo numa população e
constitui a fonte de variação genética nessa população.

Selecção: refere-se à selecção de um alelo ou alelos, em
detrimento de outro alelo cuja ocorrência num indivíduo
reduza a sua capacidade para procriar.

Equilíbrio entre selecção e mutação: um gene mutado que
confira vantagem ao seu portador no processo de selecção
natural, acabará por se instalar na população.

Deriva genética: fixação de alelos que ocorrem numa
população pequena, de tal modo que muitos alelos
teoricamente possíveis, considerando uma grande população,
nunca ocorrem nessa população a partir de determinado
momento, facto que é tanto mais importante quanto mais
reduzida for a população.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Frequência alélica e genotípica
Se for possível examinar o conteúdo alélico de uma população inteira,
relativamente a um determinado carácter, poder-se-á determinar quantos elementos da
população têm duas cópias do mesmo alelo num lócus de um determinado para de
cromossomas, quantos têm só uma cópia e quantos não têm nenhuma cópia. Para dois
ou mais alelos responsáveis por um carácter a razão encontrada entre o número total de
cópias de um determinado alelo e o número total de alelos determinado na população
considerada, indica a frequência relativa ou proporção com que o alelo estudado ocorre
nessa população. A soma das frequências de todos os alelos que concorrem para um
lócus é igual a um (eg. pA + qa = 1, no caso de dois alelos). Em cada indivíduo só
ocorrem dois alelos (ou só um alelo em duplicado, na forma homozigótica).
Nem sempre é possível determinar a frequência de um alelo a partir da sua
expressão fenotípica, seja pela detecção directa da proteína, ou seja pela determinação
da sua actividade enzimática. As frequências determinadas a partir da actividade
enzimática podem ser influenciadas por factores metabólicos ou externos.
Vantagem do heterozigoto: a expressão, por dois alelos, em condição heterozigota, de
um valor fenotípico para alguma característica que está fora da abrangência dos dois
homozigotos correspondentes; uma base possível para heterose, mas não a única. Maior
adaptabilidade de um heterozigoto que homozigoto num lócus. Aumento da
adaptabilidade doa portadores heterozigotos sobre os homozigotos normais. Também
denominada de sobredominância para o valor adaptativo.
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
Princípios do aconselhamento genético e dilemas éticos
Aconselhamento genético: acto médico em que se salienta a comunicação entre o
médico e o doente. Processo pelo qual uma pessoa doente ou os seus familiares em risco
para uma doença, que pode ser hereditária, são informados sobre as consequências da
doença, a probabilidade de a desenvolverem ou transmitirem e os modos de a prevenir
ou melhorar.

Pré-implanatório (DPI): permite fazer o diagnóstico de anomalias
genéticas em embriões obtidos por fecundação in vitro, antes de
serem implantados no útero. Calcula-se que reduza em 95% o risco
de um casal portador de uma doença genética grave, transmitir essa
doença a um descendente. Tem sido usado em embriões obtidos de
casais portadores de mutações associadas a doenças monogénicas,
para a determinação do sexo do embrião em casais portadores de
doença ligada ao cromossoma X, para detectar complementos
cromossómicos anormais em embriões e para identificar embriões
portadores d alterações estruturais não equilibradas. Os casais em que
tenham ocorrido múltiplos abortos poderão também beneficiar desta
técnica. O DPI pode ser realizado para estudar mutações presentes no
DNA materno, em um ou dois blastómeros colhidos em embriões
com três dias de desenvolvimento ou por biopsia de cerca de 10
células da trofoectoderme do blastocisto. È um método que exige
rapidez na obtenção dos resultados, não podendo demorar mais de
48h. Tem como limitação o facto de ter uma eficiência relativamente
baixa. Os seus resultados devem ser confirmados por DPN. Os erros
associados a DPI em mutações autossómicas são mais frequentes nos
casos de natureza dominante em comparação com os casos de
natureza recessiva. Se forem usadas duas células em vez de uma,
reduz-se a probabilidade de erro.

Pré-natal (DPN): realizado no período fetal da gravidez. Permite que
os pais tomem decisões com base em factos em vez de cálculos de
risco empíricos. Contudo, nenhum teste pré-natal pode garantir que
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Resumos de Biologia e Genética 2010/2011
um feto será normal, para além da doença investigada e, mesmo
nesta, tendo em consideração as limitações do método utilizado. É
feito quando:
o Idade da mãe é superior a 35 anos.
o Existência de um filho anterior portador de cromossomopatia.
o Progenitor portador de cromossomopatia equilibrada.
o Possibilidade de ocorrência de síndroma de X - frágil.
o Risco elevado para doença de causa monogénica.
o Abortos múltiplos.
o Anomalias detectadas por ecografia.
o
Suspeita
de
anomalias
fetais
sugeridas
por
rastreio
bioquímico.
o História de defeitos do tubo neural.
o Anomalias múltiplas em filho anterior, ainda que sem
diagnóstico médico.
o Ansiedade materna.
A ecografia é o meio complementar de diagnóstico mais
frequentemente utilizado no DPN.
A amniocentese é habitualmente realizada às 15 semanas de
gestação e a biopsia das vilosidades coriónicas entre as 9 e as 12
semanas de gestação.
 Neo-natal: justifica-se quando a detecção da deficiência de causa
genética é passível de abordagem terapêutica.
 Rastreio de portadores: pode ser realizado em sub-populações em
que haja uma frequência aumentada de alelos de um determinado
gene com mutações recessivas, na expectativa de reduzir os
casamentos ou as gravidezes entre heterozigotos e de diminuir a
incidência da doença.
 De doentes: deve atender às vantagens e aos inconvenientes do
diagnóstico predizente. A sua realização em crianças deve ter lugar
apenas quando a expressão da mutação em causa é precoce e há
recursos médicos disponíveis para beneficiar o portador da mutação.
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