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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 16

Lição 4: Genes ligados ao sexo, mutações cromossômicas & herança não-nuclear

Herança ligada ao X

Base cromossômica da determinação do sexo. Cromossomos X e Y, ligação ao X.

Pontos Principais:

Em seres humanos e outros mamíferos, o sexo biológico é determinado por um par de cromossomos sexuais: XY para o sexo masculino e XX para o sexo feminino.
Os genes no cromossomo X são chamados de ligados ao X. Genes ligados ao X têm padrões de herança específicos porque estão presentes em números diferentes nos indivíduos de sexo feminino (XX) e de sexo masculino (XY).
Doenças genéticas humanas ligadas ao X são muito mais comuns em homens do que em mulheres devido ao padrão de herança ligada ao X.

Introdução

Se você é um ser humano (o que parece ser uma boa aposta!), a maioria dos seus cromossomos vêm em pares homólogos. Os dois cromossomos do par homólogo contêm as mesmas informações básicas - isso é, os mesmos genes, na mesma ordem - mas podem carregar diferentes versões destes genes.

Todos os seus cromossomos estão organizados em pares homólogos? A resposta depende se você é (cromossomicamente) do sexo masculino.

Um homem tem dois cromossomos sexuais, o X e o Y. Diferentemente dos $44$ ‍ autossomos (cromossomos não sexuais), o X e o Y não transportam os mesmos genes e não são considerados homólogos.
Ao invés de um X e um Y, uma mulher tem dois cromossomos X. Estes cromossomos X formam um autêntico par de homólogos.

Por causa dos cromossomos sexuais nem sempre estarem em pares homólogos, os genes que eles carregam apresentam padrões distintos de herança.

Cromossomos sexuais em humanos

Os cromossomos humanos X e Y determinam o sexo biológico de uma pessoa, com XX determinando sexo feminino e XY determinando sexo masculino. Apesar do cromossomo Y conter uma pequena região similar ao cromossomo X, de forma que eles podem parear durante a meiose, ele é muito menor e contém muito menos genes.

Para quantificar essa diferença, o cromossomo X tem cerca de

800 - 900

genes codificadores de proteínas com uma ampla variedade de funções, enquanto que o Y tem apenas

60 - 70

genes codificadores de proteínas, dos quais cerca da metade são ativos somente nos testículos (órgãos produtores de espermatozoides)

^{1, 2, 3, 4}

O cromossomo Y humano desempenha um papel fundamental para a determinação do sexo de um embrião em desenvolvimento. Isto é causado principalmente por um gene chamado SRY (região determinante de sexo do Y, do inglês "sex-determining region of Y"). SRY está localizado no cromossomo Y e codifica uma proteínas que ativa outros genes necessários para o desenvolvimento masculino.

Embriões XX não possuem SRY, levando ao desenvolvimento do sexo feminino.
Embriões XY possuem SRY, levando ao desenvolvimento do sexo masculino.

Em casos raros, erros durante a meiose podem transferir o SRY do cromossomo Y para o cromossomo X. Se um cromossomo X que possui SRY fertilizar um óvulo normal, resultará em um embrião cromossomicamente do sexo feminino (XX) e que se desenvolve como do sexo masculino

^{7}

. Se um cromossomo Y deficiente de SRY fertilizar um óvulo normal, resultará em um embrião cromossomicamente do sexo masculino (XY) e que se desenlvolve como do sexo feminino

^{8}

Não, nem todos possuem. O mecanismo molecular de determinação do sexo varia muito entre as espécies, até mesmo aquelas que usam o sistema de determinação sexual X-Y. Na maioria dos mamíferos placentários, o gene SRY é encontrado no cromossomo Y e participa da determinação do sexo. Entretanto, o gene SRY não está presente em outras espécies com o sistema de determinação sexual X-Y, como as moscas e outros insetos

^{9}

Os cromossomos X e Y evoluíram independentemente várias vezes

Para entender como isso é possível, é útil ter em mente que "X" e "Y" são apenas marcações genéricas aplicadas aos cromossomos dimórficos (di- = dois, -morphos = forma), ou dissimilares, encontrados em espécies com sistemas de determinação sexual X-Y

^{10}

. X é qualquer cromossomo cujo indivíduo feminino possui em duplicata, enquanto Y é o cromossomo pareado com o único X nos indivíduos masculinos. A natureza dos cromossomos — quais genes estão neles e como estes determinam a masculinidade ou a feminilidade — podem ser um tanto quanto diferentes entre espécies.

Cromossomos sexuais evoluíram independentemente muitas vezes

^{11}

. Portanto, apesar de tanto moscas-das-frutas quanto humanos possuírem cromossomos X e Y condizentes à definição supracitada e, embora, as combinações de cromossomos XY e XX correspondam, respectivamente, ao sexo masculino e feminino em ambas as espécies, o mecanismo de determinação sexual em moscas é muito diferente daquele visto em humanos.

Exemplo: Humanos vs. moscas-das-frutas

Em humanos, como descrito acima, o cromossomo Y especifica o sexo masculino por meio da ação do gene SRY, um regulador mestre do desenvolvimento masculino.

Em moscas, a presença de um único cromossomo X especifica o sexo masculino, enquanto que na presença de dois cromossomos X o sexo feminino é especificado, independente da presença de um cromossomo Y. (Mais especificamente, parece que o sexo é determinado pela taxa entre cromossomos X e autossomos, com uma taxa de

1 : 2

especificando o sexo masculino e uma taxa de

2 : 2

especificando o sexo feminino. Essas taxas são "mensuradas" por meio de níveis de proteínas produzidas por genes específicos no cromossomo X e em autossomos.)

^{12}

Por causa dessas diferenças nos mecanismos de determinação do sexo, uma mosca XXY irá se desenvolver como fêmea (ver artigo sobre experimentos de Thomas Hunt Morgan), enquanto que um humano XXY irá se desenvolver como homem (portando uma condição conhecida como síndrome de Klinefelter; ver artigo sobre mudanças cromossômicas em larga escala).

Genes ligados ao X

Quando um gene está presente no cromossomo X, mas não no cromossomo Y, ele é chamado de ligado ao X. Genes ligados ao X têm padrões de herança diferentes daqueles dos genes nos cromossomos não-sexuais (autossomos). A razão disso é que estes genes estão presentes em número diferente de cópias em organismos do sexo feminino e do sexo masculino.

Uma vez que o indivíduo do sexo feminino tem dois cromossomos X, ele terá duas cópias de cada gene ligado ao X. Por exemplo, na mosca-da-fruta Drosophila (que, assim como os seres humanos, tem fêmeas XX e machos XY), há um gene para cor dos olhos chamado branco que é encontrado no cromossomo X, assim a mosca fêmea terá duas cópias deste gene. Se o gene tem dois diferentes alelos, tais como

X^{W}

(dominante, olhos vermelhos normais) e

X^{w}

(recessivo, olhos brancos), a fêmea pode ter qualquer um dos três genótipos:

X^{W}

X^{W}

(olhos vermelhos),

X^{W}

X^{w}

(olhos vermelhos) e

X^{w}

X^{w}

(olhos brancos).

Um macho tem possibilidades genotípicas diferentes de uma fêmea. Uma vez que ele tem apenas um cromossomo X (pareado com o Y), ele terá apenas uma cópia de qualquer gene ligado ao X. Por exemplo, no caso da cor de olho da mosca, os dois genótipos que o macho pode ter são

X^{W} Y

(olhos vermelhos) e

X^{w} Y

(olhos brancos). Qualquer que seja o alelo que o macho receba para um gene ligado ao X, ele determinará sua aparência, porque o macho não tem outra cópia do gene - mesmo que o alelo seja recessivo em fêmeas. Ao invés de homozigoto ou heterozigoto, machos são chamados de hemizigotos para os genes ligados ao X.

Podemos ver agora como a ligação ao X afeta os padrões de herança ao considerar um cruzamento entre duas moscas, uma fêmea de olhos brancos (

X^{w} X^{w}

) e um macho de olhos vermelhos (

X^{W} Y

). Se este gene estivesse em um cromossomo não sexual, ou autossomo, nós esperaríamos que toda a prole tivesse olhos vermelhos, porque o alelo para olho vermelho é dominante sobre o alelo para olho branco. O que de fato observamos é o seguinte:

Crédito da imagem: "Characteristics and traits: Figure 10," por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0

No entanto, uma vez que o gene é ligado ao X e a mãe tinha o fenótipo recessivo (olhos brancos), todos os machos descendentes - que recebem seu único X da mãe - têm olhos brancos (

X^{w} Y

). Toda a prole de fêmeas tem olhos vermelhos porque recebeu dois Xs, com o

X^{W}

recebido do pai ocultando o

X^{w}

recessivo recebido da mãe.

Doenças genéticas associadas ao cromossomo X

Os mesmos princípios que vemos nas moscas-da-fruta podem ser aplicados à genética humana. Em humanos, os alelos para certas anomalias (incluindo algumas formas de daltonismo, hemofilia e distrofia muscular) são ligados ao X. Estas doenças são muito mais comuns em homens do que em mulheres em razão de seu padrão de herança ligado ao X.

Por que isto acontece? Vamos explorar este tema usando um exemplo no qual a mãe é heterozigota para um alelo causador de doença. Mulheres que são heterozigotas para alelos causadores de doença são chamadas de portadoras, e em geral não apresentam sintomas. Os filhos destas mulheres têm

50 %

de chance de apresentar a doença, mas as filhas têm pouca probabilidade de apresentar a doença (a menos que o pai também apresente), e terão, ao contrário,

50 %

de chance de serem portadoras.

Por que isto acontece? Características recessivas ligadas ao X aparecem mais frequentemente no sexo masculino que no feminino porque, se um macho recebe um alelo "ruim" de sua mãe, ele não tem chance de receber um alelo "bom" de seu pai (que lhe transmite um cromossomo Y) para esconder o alelo "ruim". As fêmeas, por outro lado, geralmente receberão um alelo normal de seus pais, evitando que o alelo causador de doença se expresse.

Estudo de caso: Hemofilia

Vamos olhar um exemplo de quadro de Punnet utilizando uma doença humana ligada ao X: a hemofilia, uma condição recessiva na qual o sangue de uma pessoa não se coagula adequadamente

^{13}

. Uma pessoa com hemofilia pode ter sangramento grave, até mesmo fatal, devido a apenas um pequeno corte.

A hemofilia é causada por uma mutação em qualquer um de dois genes, ambos localizados no cromossomo X. Os dois genes codificam proteínas que auxiliam na coagulação sanguínea

^{14}

. Vamos focar em apenas um destes genes, chamando o alelo funcional de

X^{H}

e o alelo causador de hemofilia de

X^{h}

Em nosso exemplo, uma mulher que é heterozigota para os alelos normal e causador de hemofilia (

X^{H} X^{h}

) tem filhos com um homem que é hemizigoto para a forma normal do gene (

X^{H} Y

). Tanto o pai quanto a mãe apresentam coagulação sanguínea normal, mas a mãe é portadora. Qual a probabilidade de seus filhos e filhas terem hemofilia?

Quadro de Punnett mostrando os potenciais genótipos de filhos produzidos por um pai com coagulação normal (

X^{H} Y

) e uma mãe portadora heterozigota (

X^{H} X^{h}

		$X^{H}$ ‍	$Y$ ‍
$X^{H}$ ‍		$X^{H} X^{H}$ ‍	$X^{H} Y$ ‍
$X^{h}$ ‍		$X^{H} X^{h}$ ‍	$X^{h} Y$ ‍

Todas as filhas (

X^{H} X^{H}

X^{H} X^{h}

) têm a coagulação do sangue normal, porque elas têm pelo menos um alelo

X^{H}

1 / 2

das filhas são portadoras, enquanto a outra metade são homozigotas para o alelo

X^{H}

1 / 2

dos filhos são

X^{H} Y

e têm a coagulação do sangue normal.

1 / 2

dos filhos são

X^{h} Y

e têm hemofilia.

Uma vez que a mãe é portadora, ela passará o alelo para hemofilia (

X^{h}

) para metade de seus filhos, tanto meninos quanto meninas.

Nenhuma das filhas terá hemofilia (probabilidade zero para a doença). Isto porque, para apresentar a doença, elas precisam receber um alelo $X^{h}$ ‍ tanto do pai quanto da mãe. Há probabilidade $0$ ‍ das filhas receberem um alelo $X^{h}$ ‍ de seu pai, assim sua chance de ter hemofilia é zero.
Os filhos recebem um Y de seu pai, ao invés de um X, de forma que sua única cópia do gene para coagulação sanguínea vem da mãe. A mãe é heterozigota, assim metade de seus filhos, em média, receberá um alelo $X^{h}$ ‍ e terá hemofilia (probabilidade de $1 / 2$ ‍ de hemofilia entre os filhos homens).

Teste seu conhecimento

Qual dos seguintes casais de pais tem maior probabilidade de ter uma filha com hemofilia?
Escolha 1 resposta:
(Escolha A)
Uma mãe hemofílica e um pai normal
(Escolha B)
Uma mãe portadora e um pai não afetado
(Escolha C)
Uma mãe portadora e um pai hemofílico
(Escolha D)
Uma mãe normal, não portadora e um pai hemofílico
Devido a hemofilia ser um distúrbio recessivo, uma mulher deve receber dois alelos relacionados à doença (um em cada cromossomo X) para apresentá-la. Assim, ela tem que receber um alelo da doença de sua mãe e um de seu pai.
Como a hemofilia é uma doença ligada ao X, os homens são hemizigotos para o gene relacionado à hemofilia (possuem apenas um alelo e exibem o fenótipo associado a esse alelo). Para ter um alelo hemofílico que pode ser passado à prole, o homem deve ser hemofílico. Casais de pais, nos quais o pai não é hemofílico, não podem produzir uma filha hemofílica, excluindo raros casos tais como mutações espontâneas na linha germinativa ou durante o desenvolvimento do embrião.
Mulheres que são homozigotas para o alelo da hemofilia (hemofílicas) ou heterozigotas para o alelo da hemofilia (portadoras não afetadas) podem passar um alelo da hemofilia para sua prole. Casais de pais em que a fêmea não é hemofílica nem uma portadora, não podem produzir uma filha hemofílica (exceto em raros casos de mutação espontânea).
Dos casais acima, uma mãe portadora e um pai hemofílico têm a maior probabilidade de ter uma filha hemofílica.

Créditos:

Este artigo é um derivado modificado de "Characteristics and traits," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Baixe o artigo original sem custos em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

Referências:

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Outras referências

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Isaque Mendes
Publicado há há 3 anos. Link direto para a postagem “Incrível! O trabalho árdu...” de Isaque Mendes
Incrível! O trabalho árduo de tradução de unidades para a nossa comunidade brasileira-português se faz muito importante!

Apesar de ter mais comentários impactantes e presentes em inglês (inclusive eu gosto de tirar muitas dúvidas por lá) sempre vejo o conteúdo inicialmente aqui! De alguma forma, sinto que isso me ajudará bastante para o vestibular!

Ademais, a cada dia vejo gosto e importância nessa matéria fenomenal que é a Genética! Não é o meu tópico favorito, (adoro a Citologia + geral e tbm curto Ecologia e Ciclos Biogeoquímicos), mas é um dos mais imersivos e complexos em questão de conteúdo! A base da vida é a genética <3
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GM NerveGear
Publicado há há 5 anos. Link direto para a postagem “Puta que raiva na moral, ...” de GM NerveGear
Puta que raiva na moral, eu tava colocando esses texto no paint e recolando no anki, fiz isso umas 9 vezes e meu pc desligo kkkk
Botão para a página de cadastroComentar sobre a postagem “Puta que raiva na moral, ...” de GM NerveGear
(2 votos)
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Matheus Klinsmann de Sousa Donato
Publicado há há 7 meses. Link direto para a postagem “Explicação Excelente! Cla...” de Matheus Klinsmann de Sousa Donato
Explicação Excelente! Clara, objetiva, direta e precisa!
Muito obrigado, Khan! ♥
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