Visão geral da genética

Os seres humanos têm cerca de 20.000 a 23.000 genes dependendo de como os genes são definidos. Os genes estão contidos nos cromossomos, nos núcleos das células e nas mitocôndrias. Em seres humanos, células somáticas (não germinativas) normalmente têm 46 cromossomos, em 23 pares. Cada par consiste em um cromossomo da mãe e um cromossomo do pai. Vinte e dois pares de cromossomos, numerados de 1 a 22, os autossômicos, são normalmente homólogos (idênticos em tamanho, forma e posição, com a mesma quantidade de genes). O 23º par, os cromossomos sexuais (X e Y), determina o sexo do indivíduo, além de conter outros genes funcionais. Mulheres possuem 2 cromossomos X (que são homólogos) e homens possuem um cromossomo X e um cromossomo Y (que são heterólogos).

O cromossomo X possui genes responsáveis por vários traços hereditários e o cromossomo Y, menor, possui genes que iniciam a diferenciação sexual masculina, assim como outros genes. Como o cromossomo X tem muitos mais genes do que o cromossomo Y, vários genes do cromossomo X nos homens não estão pareados; para manter o equilíbrio do material genético entre homens e mulheres, um dos cromossomos X em cada célula das mulheres é inativado de maneira aleatória na vida fetal (lionização). Em algumas células, o X da mãe está inativado e, em outras, é o X do pai. Depois que a inativação ocorreu em uma célula, todos os descendentes dessa célula têm a mesma inativação X. Um cariótipo ilustra o conjunto completo dos cromossomos nas células de um indivíduo.

As células germinativas (óvulos e espermatozoides) se dividem por meio de meiose, que reduz a quantidade de cromossomos para 23 — metade dos contidos nas células somáticas. Na meiose a informação genética herdada da mãe e do pai de um indivíduo é recombinada por meio de crossover (troca entre cromossomos homólogos). Quando um óvulo é fertilizado por um espermatozoide, durante a concepção, é reconstituído o número normal de 46 cromossomos.

Genes estão dispostos linearmente no DNA dos cromossomos. Cada gene possui um local específico no cromossomo (locus), que é tipicamente o mesmo em cada um dos 2 cromossomos homólogos. Os genes que ocupam o mesmo locus em cada cromossomo de um par (um herdado da mãe e outro do pai) são denominados alelos. Cada gene consiste em uma sequência específica de DNA; 2 alelos podem apresentar sequências discretamente diferentes ou a mesma sequência de DNA. Um indivíduo com um par de alelos idênticos de um determinado gene é um homozigoto; um indivíduo com alelos não idênticos é um heterozigoto. Alguns genes ocorrem em múltiplas cópias que podem estar uma ao lado da outra em locais diferentes nos mesmos ou em diferentes cromossomos.

Estrutura do DNA

DNA é o material genético das células, contido nos cromossomos dentro do núcleos das células e mitocôndrias. Exceto em certas células (p. ex., espermatozoides, óvulos e eritrócitos), o núcleo celular contém 23 pares de cromossomos. Um cromossomo contém muitos genes. Um gene é um segmento do DNA que fornece o código para construir uma proteína ou molécula de RNA. A molécula de DNA é uma dupla hélice longa e espiralada que lembra uma escada em espiral. Nela, dois filamentos, compostos por moléculas de açúcar (desoxirribose) e fosfato, são conectados por pares de quatro moléculas chamadas bases, que formam os degraus da escada. Nos degraus, adenina é pareada com timina e guanina é pareada com citosina. Cada par de bases é mantido unido por uma ligação de hidrogênio. Um gene consiste em uma sequência de bases. Sequências de três bases codificam um aminoácido (aminoácidos são os blocos de construção das proteínas) ou outras informações.

O gene consiste em DNA. O comprimento do gene determina o comprimento da proteína ou RNA sintetizada a partir do código do gene. O DNA é uma estrutura de hélice dupla na qual os nucleotídeos (bases) são pareados:

• A adenina (A) é pareada com a timina (T)

• A guanina (G) é pareada com a citosina (C)

O DNA é transcrito durante a síntese proteica, em que uma fita do DNA é utilizada como um modelo contra a qual o RNA mensageiro (mRNA) é sintetizado. O RNA tem os mesmos pares de base do DNA, exceto a uracila (U), que substitui a timina (T). Moléculas de mRNA saem do núcleo para o citoplasma e depois para o ribossomo, onde ocorre a síntese proteica. O RNA de transferência (tRNA) transporta cada aminoácido até o ribossomo onde eles são acrescentados a cadeia de poliptídeos em crescimento em uma sequência determinada pelo mRNA. Na medida em que a cadeia de aminoácidos é formada, ela dobra sobre si mesma para criar uma estrutura 3-D complexa sob influência das moléculas “chaperonas”.

O código no DNA é escrito em trinucleotídeos contendo 3 dos 4 nucleotídeos possíveis. Aminoácidos específicos são codificados por trigêmeos específicos chamados códons. Como há 4 nucleotídeos, o número de trinucleotídeos possível é de 4³ (64). Como existem apenas 20 aminoácidos, há combinações redundantes (extras) de trincas extras. Alguns trinucleotídeos codificam o mesmo aminoácido que outras trincas. Outros trinucleotídeos podem codificar elementos como instruções para iniciar ou interromper a síntese proteica e a ordem para combinar e reunir os aminoácidos.

Os genes consistem em éxons e íntrons. Para os genes codificadores de proteínas, os éxons codificam os componentes de aminoácidos da proteína final. Os íntrons contêm outras informações que regulam a velocidade da produção de proteínas e o tipo de proteína produzida. Os éxons e íntrons são transcritos juntos no mRNA, porém os seguimentos transcritos dos íntrons são removidos. Muitos fatores regulam a transcrição, incluindo o RNA antisense, que é sintetizado a partir de uma fita de DNA que não é transcrita em mRNA. Além do DNA, os cromossomos contêm histonas e outras proteínas que afetam a expressão gênica (quais proteínas e quantas proteínas são sintetizadas de um dado gene).

O genótipo refere-se a uma composição e a uma sequência genética específica; ele determina quais proteínas são codificadas para serem produzidas.

Genoma refere-se à composição total de um conjunto de cromossomos haploides (fita única), incluindo os genes que eles contêm.

O fenótipo refere-se a composição inteira física, bioquímica e fisiologia de um indivíduo — isto é, isso é, a forma que a célula (e assim, o corpo) funciona. O fenótipo é determinado por uma interação complexa de múltiplos fatores, incluindo genótipo, fatores ambientais, e os tipos e quantidades de proteínas realmente sintetizadas, isto é, como os genes são realmente expressos. Genótipos específicos podem ou não se correlacionar bem com o fenótipo.

Expressão refere-se ao processo por meio do qual as informações codificadas em um gene são utilizadas para controlar o conjunto de uma molécula (normalmente proteína ou RNA). A expressão gênica depende de múltiplos fatores, como o traço ser dominante ou recessivo, da penetrância e expressividade do gene (ver Fatores que afetam a expressão gênica), grau de diferenciação tecidual (determinado pelo tipo de tecido e idade), fatores ambientais, e se a expressão é limitada ao sexo ou sujeita a inativação cromossômica ou imprinting genômico, além de outros fatores desconhecidos.

Um traço pode ser simples como a cor dos olhos ou tão complexo quanto a suscetibilidade ao diabetes. A expressão de um traço pode envolver um gene ou vários genes. Alguns defeitos de um único gene causam anormalidades em múltiplos tecidos, um efeito denominado pleiotrófico. Por exemplo, osteogênese imperfeita (uma doença do tecido conjuntivo que geralmente resulta de anormalidades em um único gene do colágeno) pode causar fragilidade óssea, surdez, escleras azuladas, dentes displásicos, articulações com hipermotilidade e anormalidades de valvas cardíacas.

Construção de um heredograma familiar

Pode-se utilizar o heredograma familiar (árvore genealógica) como um diagrama dos padrões de herança. Heredogramas são comumente utilizados no aconselhamento genético. O heredograma utiliza símbolos convencionais para representar os membros da família e informações de saúde sobre eles (ver figura Símbolos para construção de um heredograma familiar). Algumas doenças familiares com fenótipos idênticos apresentam múltiplos padrões de herança.

Símbolos para construção de um heredograma familiar

Em um heredograma, os símbolos para cada geração na família são colocados em um fila, numerados com algarismos romanos, iniciando com a geração mais velha no topo e terminando com a mais recente abaixo. Dentro de cada geração, os indivíduos são numerados da esquerda para direita com algarismos arábicos. Os irmãos são listados por idade, com o mais velho à esquerda. Assim, cada membro do heredograma pode ser identificado por 2 algarismos (p. ex., II, 4). Também é designado um algarismo para os cônjuges.