Conceito de Gene
O
significado de gene na genética clássica é a unidade funcional da
hereditariedade onde estão presentes os ácidos nucleicos, portadores de
informações genéticas que proporcionam a diversidade entre os indivíduos. A
palavra gene foi criada em 1909 pelo botânico dinamarquês Wilhelm Ludvig
Johannsen.
Gene é
uma sequência de nucleotídeos distintos que fazem parte de um cromossomo. Cada
gene codifica uma determinada sequência de uma cadeia polipeptídica (união de
aminoácidos que formam a proteína). O gene é formado por uma sequência de DNA
(ácido desoxirribonucleico) e RNA (ácido ribonucleico), sendo este último
responsável pela síntese de proteínas da célula.
Genética
é a ciência que estuda os genes. Os genes são classificados em: gene dominante
(responsável pela atribuição de determinada característica no descendente),
gene recessivo (manifesta-se na ausência de gene dominante), gene estrutural
(contém a informação que determina a estrutura dos seres vivos), gene operador
(atua no funcionamento de outros genes) e gene regulador (controla a síntese e
transcrição de outros genes).
O gene corresponde a um código distinto, uma informação para
produzir uma determinada proteína ou controlar uma característica, por exemplo, a cor
dos olhos.
Genoma é
o conjunto de genes de um indivíduo. Cada ser humano possui um único genoma,
estimando-se que seja composto por cerca de 25 000 genes. Esse resultado foi
obtido através de um trabalho conjunto denominado Projeto Genoma Humano, que
tem a função de mapear o genoma humano, ou seja, identificar todos os
nucleotídeos que o compõem.
Atualmente, diz-se que um gene é um segmento de DNA que leva
à produção de uma cadeia polipeptídica e inclui regiões que antecedem e que
seguem a região codificadora, bem como sequências que não são traduzidas (íntrons) que se intercalam aos segmentos codificadores
individuais (éxons), que são traduzidos.
Teoria: “Um gene – Uma enzima”
Os
primeiros indícios experimentais de que os genes atuam por meio do controle da
síntese das enzimas foram em meados da década de 1930. Os pesquisadores George Beadle (1903-1989) e Edward Lawrie Tatum (1909-1975) mostraram que a cor alterada do
olho mutante da mosca Drosophila melanogaster devia-se
à incapacidade do inseto de realizar uma reação química específica na via
metabólica da síntese de um pigmento visual.
Entusiasmado
com os resultados obtidos com o estudo da mosca, mas cientes de que aquele
organismo muito complexo para o teste de sua hipótese, Beadle e Tatum
resolveram utilizar um organismo mais simples em seus experimentos: o bolor
rosado do pão, Neurospora crassa.
Hipótese
de Beadle e Tatum
Beadle e
Tatum imaginaram que, para produzir todos os seus componentes, as células do
fungo deviam realizar milhares de reações químicas, cada uma delas catalisadas
por uma enzima específica. Se a hipótese de que cada enzima é codificada por um
gene específico estivessem corretas, para cada reação metabólica devia haver um
gene correspondente, responsável pela produção de enzima catalisadora
específica. O que aconteceria se um desses genes essenciais à sobrevivência
sofresse mutação, produzindo uma forma inativa da enzima?
Sendo a
neurospora haploide, um mutante para um gene essencial não
sobreviveria, a menos que a substância codificada pelo gene fosse fornecida ao organismo
como alimento. Essa ideia levou Beadle e Tatum a realizar um conjunto de
experimentos com Neurospora pelo qual eles receberam, em 1958,
o Nobel de Fisiologia ou Medicina.
Em uma
primeira etapa, para aumentar a frequência de mutação dos genes, Beadle e Tatum
irradiaram esporos do fungo com raios X. Os esporos irradiados eram
colocados em tubos de ensaio que continham diferentes meios de cultura. Para
selecionar um mutante incapaz de produzir o aminoácido arginina, por exemplo, bastava
suplementar o meio mínino com arginina: os fungos mutantes absorviam essa
substância do meio e sobreviviam à sua deficiência genética. Um problema dessa
técnica é que nos meios mínimos suplementados cresciam também fungos selvagens,
isto é, que não haviam sofrido mutações. Como diferenciar um fungo, em que o
gene para sintetizar arginina é funcional (arg+), de um fungo
mutante, portador de um alelo defeituoso do gene (arg-)?
Beadle e
Tatum encontraram a solução retirando uma pequena amostra de cada fungo
cultivado no meio suplementado e transferindo-a para meio mínimo. Os fungos que
se desenvolviam em meio mínimo eram, com certeza, selvagens (arg+);
os que não se desenvolviam no meio mínimo eram mutantes, naquele caso incapazes
de produzir arginina (arg-).
Os
resultados dos experimentos de Beadle e Tatum consolidaram a "teoria um
gene - uma enzima", que foi logo ampliada para o gene - uma proteína que
se dividiu e acabou formando aminoácidos, pois ficou claro que os genes
controlavam a síntese de qualquer proteína, e não apenas das proteínas
enzimáticas.
Quando
se descobriu que uma proteína podia ser formada por mais de uma cadeia polipeptídica,
cada uma delas condicionada por um gene diferente, a teoria tornou-se ainda
mais abrangente e passou a ser denominada teoria "um gene - um
polipeptídio".
A hemoglobina humana, por exemplo, é formada por
quatro cadeias de tipos de polipeptídios: alfa e beta.
Doenças genéticas
Os genes são a informação química herdada dos nossos pais no
momento da concepção e determinam a nossa constituição biológica. São eles que
nos formam similares aos nossos pais e controlam o nosso crescimento e a nossa
aparência. Também determinam a nossa resistência a determinadas doenças ou
predisposição em relação a outras.
As anomalias ou doenças genéticas são defeitos causados no
DNA, (informação genética), do indivíduo que podem causar disfunções
metabólicas ou/e alterações físicas no indivíduo. Essas doenças podem ser
gênicas, cromossômicas (aberrações) ou ainda, multifatoriais.
Mutações gênicas são doenças causadas por um defeito num
gene, seja na estrutura ou no número. O DNA é essencial para a produção de
proteínas no corpo de um indivíduo. Portanto, mudanças acidentais no DNA podem
levar a modificações das proteínas fabricadas, muitas das quais são enzimas,
com papel fundamental no metabolismo. A produção de uma enzima defeituosa
altera o metabolismo, já que a reação que a enzima deveria catalisar não
ocorre, e o metabolismo age como se não houvesse a presença de determinada
enzima. As doenças genéticas são transmitidas para sua descendência, explicadas
pela leis de Mendel. Entre as principais doenças gênicas encontra-se:
fenilcetonúria, albinismo, fibrose cística, anemia falciforme, hemofilia,
daltonismo e distrofia muscular.
Mutações cromossômicas são doenças causadas por um defeito no
cromossomo, seja na estrutura ou no número. Quando o cromossomo sofre quebras
acidentais, podendo faltar pedaços, denomina-se mutação cromossômica
estrutural, e quando o cromossomo apresenta alteração no número, apresentando
cromossomo a mais ou a menos, denomina-se mutação cromossômica de número, sendo
que essa mutação pode causar perturbações expressivas. Entre as principais
doenças cromossômicas encontra-se: síndrome de Down, síndrome de Klinefelter,
síndrome de Turner e síndrome de Patau.
Mutações multifatoriais são causadas por uma combinação de
fatores ambientais e mutações em genes múltiplos.
Classificação
dos distúrbios genéticos:
Monogênicos: (também chamado de
Mendeliano). É causado por mudanças ou mutações que acontecem na sucessão de
DNA de um único gene.
Exemplo:
·
Anemia
falciforme
·
Distrofia
miotônica
·
Distrofia
muscular de Duchene
·
Doença
de Huntington
·
Doença
de Tay-Sachs
·
Fenilcetonúria
·
Fibrose
cística
·
Hemofilia
A
·
Hipercolesterolemia
familiar
·
Talassemia
·
Síndrome
de Marfan
Cromossômicas: Alterações estruturais e numéricas no
conjunto de cromossomo de um indivíduo.
Exemplo:
·
Síndrome de Down
·
Trissomias
: 18 – 13 – X
·
Síndrome de
Cri-du-chat (miado de gato)
·
Síndrome de
Klinefelter
·
Síndrome de
Turner
·
Síndrome
de Wolf-Hirschhorn
·
Síndrome do XYY
Multifatoriais: (também chamado de complexo ou
poligênico). É causado por uma combinação de fatores ambientais e mutações em
genes múltiplos.
Exemplo:
·
Alzheimer
·
Más
formações congênitas
·
Cardiopatias
congênitas
·
Certos
tipos de câncer
·
Diabetes
mellitus
·
Hipertensão
Arterial
·
Obesidade
Doenças mais comuns
Hemofilia A
Essa
doença caracteriza-se pela desordem no mecanismo da coagulação do sangue. Os
sintomas dessa doença são o aparecimento de hematomas, hemartroses
(sangramentos nas articulações), sangramentos intracranianos.
As
mulheres são as portadoras do gene causador da doença, mas geralmente não a
desenvolvem. Ela poderá se manifestará no filho (do sexo masculino).
Câncer
O câncer
é uma doença procedente da interação entre fatores ambientais – como tabagismo,
infecções, maus hábitos alimentares, exposição solar, etc. – e genéticos.
Alguns cânceres estão fortemente relacionados a fatores ambientais, como o
câncer de pulmão e o de pele. Em outros, como o câncer de mama e o de cólon, o
fator hereditário pode ter um peso maior. Estima-se que 10% dos tumores
malignos sejam hereditários.
Se o
indivíduo tiver predisposição genética, ele deve procurar um oncologista para
um acompanhamento. Ele realizará exames de prevenção periódicos. Quando um
tumor maligno for diagnosticado em fases iniciais, as chances de cura são
grandes.
Fibrose cística
É uma
doença genética transmitida pelo pai e pela mãe (apesar de a doença não se
manifestar em nenhum dos dois), que afeta, na mesma proporção, homens e
mulheres. Ela compromete o funcionamento do aparelho digestivo, do respiratório
e das glândulas sudoríparas.
Em torno
de 20% da população são portadores do gene da fibrose cística, porém não
apresentam sintomas. Ela pode ser diagnosticada precocemente através do teste
do pezinho.
Daltonismo
É um
distúrbio visual cujo portador é incapaz de diferenciar todas as cores ou
algumas delas. Sua transmissão ocorre, em suma, da seguinte forma: se a mãe ou
o pai for daltônico, 50% dos filhos herdarão o distúrbio. Se ambos tiverem a
doença, todos os filhos também terão.
Diabetes
Segundo a Associação Americana de
Diabetes, as chances de uma criança herdar a diabetes do
tipo 1 do pai é de 5,9%. A criança cuja mãe deu-lhe à luz até os 25 anos terá
4% de chance de herdar a diabetes tipo 1, ou 1% se nasceu quando a mãe tinha
mais de 25 anos. As chances de uma criança herdar diabetes tipo 2 dos pais são
de 14,3%. Alguns médicos acreditam que as chances aumentam, caso a mãe tenha a
doença. Quando o casal tem diabetes tipo 2, as chances de herdar a doença são
de 50%.
Cardiopatias
A maior
parte das cardiopatias congênitas são, em maior ou menor grau, de origem
genéticas. No entanto, a probabilidade de se herdar as doenças é bem pequena, a
não ser em alguns casos como na cardiomiopatia hipertrófica, em que as chances
de herdar a doença é de 50%.
Hipertensão
arterial
Uma
pessoa com caso de hipertensão arterial na família tem as chances de
desenvolver a doença aumentadas para 30 - 60%.
Apesar
das altas chances dos genes dessas e de outras doenças serem transmitidas de
uma geração para outra, várias precauções podem ser tomadas a fim de evitar que
tais doenças se manifestem. Uma boa alimentação, exames preventivos, exercícios
físicos, entre outros cuidados, podem ajudar na maioria dos casos.
DNA
O Ácido desoxiribonucleico, comumente conhecido
como DNA (do inglês deoxyribonucleic acid) é um complexo de
moléculas que contém todas as informações necessárias para construir e manter
um organismo.
Todos os organismos vivos possuem DNA em suas
células. De fato, todas as células de um organismo multicelular possuem DNA.
Porém, o DNA é mais do que um complexo conjunto de moléculas com estruturas e
funções específicas que existe em todos os organismos vivos – ele também é a
unidade primária da hereditariedade em todos os tipos de organismos. Em outras
palavras, sempre que um organismo se reproduz, uma parte de seu DNA é passada
para os seus descendentes.
Essa transmissão de toda ou parte do DNA de um organismo
para a próxima geração, contribui para com a continuidade da diversidade
genética da espécie ao longo das gerações, de tal forma que essas variações
contribuem com a diversidade de organismos vivos no planeta.
Mas, o que é, exatamente, o DNA? Porque elementos
pequenos podem constituir uma molécula complexa, como estes elementos estão
organizados e como as informações são extraídas deles? Existe uma resposta para
cada uma destas perguntas, para isso devemos entender o processo da descoberta
do DNA.
DNA é uma estrutura que codifica informações
biológicas
O que um humano, uma rosa e uma bactéria tem em
comum? Cada um destes possui algo em comum com todos os outros organismos da
terra – eles possuem uma estrutura de moléculas que codifica as suas vidas – o
DNA.
O DNA é responsável por codificar as informações
individuais de cada organismos que existe na terra, e, como vimos, parte dele é
herdada dos progenitores (pais), e, ao longo das gerações e trocas de DNA, é
possível haver uma maior variabilidade genética e consequentemente mais
espécies podem surgir ao longo do tempo.
O DNA codifica informações diversas, como a cor dos
olhos de um humano, o tamanho dos espinhos de uma rosa, ou a maneira como uma
bactéria é capaz de infectar outro organismo.
Exemplo
de DNA numa célula eucariótica
Na maioria das células dos organismos, o DNA se
localiza numa organela muito importante, o núcleo. Quando o DNA é organizado em
um núcleo, as células são chamadas de eucariontes, porém, quando o DNA fica disperso no citoplasma das
células, estas são chamadas de procariontes.
Quais são os componentes do DNA?
O DNA
codifica as informações através das suas moléculas chamadas de bases nitrogenadas que
estão ligadas a uma molécula de
açúcar (desoxirribose ou OH) + Fosfato. Juntas, elas
formam nucleotídeos.
As bases
nitrogenadas são compostas por: Adenina,
Guanina, Citosina e Timina (A, G, C e T) e a molécula de açúcar (desoxirribose ou OH)
é ligada a uma molécula de Fosfato
(P), como é mostrado no exemplo abaixo:
O DNA é
formado por duas fitas de bases nitrogenadas + açúcar/fosfato,
originando uma estrutura de dupla-hélice.
O que mantém as duas fitas ligadas, são as pontes de hidrogênio que liga uma base nitrogenada a outra
correspondente. No caso, Adenina
se liga a Timina e vice-versa, e Guanina se liga a Citosina e vice-versa.
Como o
DNA é organizado nas células?
Como você
pôde ver anteriormente, o DNA pode estar disposto em um núcleo, numa célula
eucariótica, ou simplesmente disperso no citoplasma, nas células procarióticas.
Na primeira figura, do DNA numa célula eucariótica, o DNA vai literalmente se
enrolando até originar os cromossomos.
O DNA se
enrola nas cromatinas.
Estas por sua vez, se enrolam sobre si mesmas, formando as histonas, até formarem um complexo
gigante de polinucleotídeos, ou seja, um conjunto enorme de vários nucleotídeos
(bases nitrogenadas + açúcar e fosfato + pontes de hidrogênio), que recebe
o nome de cromossomos.
Como o
DNA é produzido?
O DNA é
produzido de modo muito interessante, no sentido 3′ –> 5′ (três linha –>
cinco linha). A produção do DNA inicia em um organismo vivo, à partir do
momento em que o espermatozoide fecunda um óvulo. Nesse momento, todas as
informações do futuro organismo vivo, serão criadas por meio da combinação de
parte do material genético da mãe com a parte do pai.
Mas o que
é o sentido 3′ – 5′?
Simples!
Á partir de um nucleotídeo, o outro nucleotídeo que se ligar, vai se ligar por
meio do 3º carbono livre na molécula de açúcar (OH) do nucleotídeo primário.
Numa fita, só ocorrem ligações nesse sentido. Na outra fita, a adição de novos
nucleotídeos vai ocorrer no 5º carbono livre da molécula de açúcar dos
nucleotídeos. Por este fato é que temos o sentido 3′ – 5′.
Esta
variação no sentido de adição de nucleotídeos entre as fitas, se dá por conta
da seleção natural. Isso porque, nesse sentido de adição, há um aumento da
variabilidade genética entre os indivíduos de uma mesma espécie, fazendo com
que os indivíduos não se tenham as mesmas informações genéticas, pois senão,
seriam clones uns dos outros. Numa população com muitas semelhanças genéticas,
se um indivíduo for afetado gravemente por alguma doença e morrer, com certeza
os outros indivíduos terão as mesmas probabilidades de mortes, pois são muito
semelhantes.
Como o
DNA codifica as informações?
Dentre os
cromossomos, existem várias regiões específicas que possuem conjuntos de pares
de bases nitrogenadas que são responsáveis por determinadas funções. Estas
regiões com nucleotídeos com funções específicas são chamadas de genes. São os genes que codificam
as informações e estruturam os organismos.
Por isso
que o DNA é algo comum a todos os tipos de organismos vivos. Sem ele, não há
como um organismo ser estruturado e possuir suas peculiaridades fenotípicas e
genéticas. Os genes, por meio do DNA, participam da produção de um organismo
todo, e por isso algumas mutações em genes específicos, podem causam diversas más-formações,
como no caso da síndrome de Down, que é uma trissomia do cromossomo 21.
Nós
possuímos 46 pares de cromossomos em cada uma de nossas células somáticas, ou
seja, em todas as células de nosso corpo, exceto as células germinativas, que
possuem somente 23 cromossomos. Lembra-se que metade de nosso material genético
(DNA) é herdado por parte do pai e parte da mãe? Pois bem, é exatamente por
isso! Porque o espermatozoide tem 23 cromossomos e o óvulo também. Nessa
mistura de DNA, organismos surgem.
O
uso dos genes na cura de doenças
Após décadas de tratamentos experimentais, foi
aprovada na União Europeia a primeira terapia gênica oficial fora da China. A
popularização da técnica pode significar desde a cura para pacientes com
doenças raras até promover melhorias no corpo humano.
Abril de 2002. A única esperança de Rhys
Evans era um vírus. Portador da síndrome da imunodeficiência combinada grave
(SCID, sigla em inglês), também conhecida como doença do menino bolha, o
britânico, então com 18 meses, recebeu uma injeção na veia contendo um vírus
que carregava um gene alterado em laboratório. Ao entrar na corrente sanguínea
de Evans, o microorganismo ligou-se às células da medula óssea. Arremessado
para dentro do núcleo, o novo gene começou, então, a mudar as ordens para que
as células de defesa passassem a ser produzidas.
Atualmente, Rhys Evans ainda
depende de remédios diários e de injeções semanais para se manter saudável. Mas
a terapia gênica, uma novidade que parecia ficção científica na época, salvou a
vida do garoto - pacientes com SCID costumam viver por apenas dois anos. Agora,
dez anos depois do tratamento pioneiro, a Agência Europeia de Medicamentos
(EMA, sigla em inglês) aprovou a primeira terapia gênica do continente, a
primeira no mundo fora da China (onde o rigor com esse tipo de pesquisa ainda
não é tão grande).
Terapia
Genética
Terapia Genética é a técnica
que permite corrigir genes que estão alterados e que são responsáveis pelo
desenvolvimento de doenças.
Na abordagem mais usada
pelos pesquisadores, um gene normal é inserido em uma região não específica do
genoma para substituir um gene alterado. Além dessa abordagem, pode-se ainda
alterar a maneira como um gene é ligado ou desligado, trocar o gene alterado
por um normal ou consertar o gene alterado por mutações seletivas.
Funcionamento
da Terapia Genética
Um gene "normal" é
inserido no genoma para substituir o gene alterado causador de doença. Um
veículo molecular chamado de vetor, normalmente um vírus, é utilizado para
entregar o gene terapêutico às células alvo no paciente. Essas células são,
então, infetadas com o vetor viral. O vetor entrega o material genético
contendo o gene terapêutico humano à célula alvo. É gerada uma proteína
funcional, produto do gene terapêutico inserido, que restaura a célula alvo ao
seu estado normal.
O vírus mais utilizado é o
adenovírus (vírus da gripe), vírus associados ao adenovírus, o vírus da herpes
e o retrovírus.
Conclusão
Basicamente
na
terapia gênica, o DNA defeituoso é substituído por uma cópia que funciona
normalmente, ela consegue corrigir os genes que estão alterados e que são os
responsáveis pelo desenvolvimento de várias doenças.
Um dos principais vírus
utilizados é o adenovírus que seria o vírus da gripe. Um dos vírus que é
responsável por mortes de milhões de pessoas pelo mundo é o HIV, porém foi
descoberto que ele é capaz de curar doenças que até então não tinham
tratamento.
