Universia ENEM - Fundamentos da Genética - Texto: Fundamentos da Genética
Início/Fundamentos da Genética/Texto: Fundamentos da Genética
Texto: Fundamentos da Genética
Você já se perguntou por que herdamos algumas características de nossos pais ou até mesmo de nossos avós? Alguém, com certeza, já comentou que você tem "os olhos da mãe" ou "o nariz do pai". Parece lógico que possuímos tais características semelhantes às de nossos parentes, já que nascemos a partir da união dos gametas de nossos pais. Apesar de parecer uma resposta óbvia, existe um mecanismo fundamental que garante a passagem de nossas características para nossos descendentes: a hereditariedade. Hereditariedade é a capacidade de passar suas características para a geração seguinte, e ela está presente não só na espécie humana como em todos os seres vivos.
O entendimento dessa característica permitiu o surgimento de uma nova ciência, que estuda com detalhes as particularidades da hereditariedade: a genética. A partir de agora, estudaremos o surgimento dessa ciência e quais as hipóteses foram propostas para explicar a transferência de nossas características para nossos descendentes.
Foto de Gregor Mendel
Antes de estudarmos como funcionam os mecanismos da hereditariedade, precisamos conhecer como a genética surgiu como ciência. Pode ser difícil de acreditar, mas os primeiros estudos sobre a hereditariedade surgiram num monastério localizado na Áustria. O responsável por esses estudos era o monge Gregor Jonhann Mendel. Desde criança, Mendel apresentava interesse pela natureza, o que o levou a se formar na faculdade ao mesmo tempo em que realizava seus estudos religiosos. Durante os anos em que viveu no monastério, Mendel começou a observar plantas e a realizar experimentos com elas, ao notar que algumas das características eram passadas para as plantas descendentes. A planta que mais chamou sua atenção foi a ervilha. Ele reparou que quando cruzava plantas de flores brancas com flores roxas, todas as plantas filhas apresentavam flor roxa. Não satisfeito, ele cruzou as plantas filhas com a planta mãe de flores roxas e observou que, dessa vez, apareciam flores roxas e brancas. Em razão disso, Mendel concluiu que as características herdadas por um ser vivo são definidas por um par de fatores hereditários. Ele definiu que seriam pares pelo aparecimento das duas cores em gerações diferentes de plantas.
Entretanto, os cientistas da época não reconheceram as propostas de Mendel e suas ideias, por algum tempo, permaneceram ignoradas, até que um grupo de cientistas alemães confirmou sua teoria por meio de outros experimentos. A partir daí, a comunidade científica tomou conhecimento da validade desses estudos e surgiu, então, uma nova área de conhecimento: a genética. O avanço dos estudos nesse campo deram-se de forma muito rápida e os detalhes de como a hereditariedade funciona foram descobertos. O que Mendel chamava de fatores hereditários foi associado à descoberta dos genes, estrutura que contém toda a informação de como o ser vivo deve ser constituído. Também foi descoberta a estrutura que contém os vários genes que controlam nosso organismo: o cromossomo. A partir de agora, veremos em detalhes essas estruturas.
Já aprendemos que todas as células que compõem os seres vivos apresentam uma região distinta do resto citoplasma : o núcleo. Este pode estar recoberto pela carioteca (células eucariontes) ou não (células procariontes). Essa região é especial, pois é ela que guarda o material genético, conjunto de estruturas que coordena todas as funções e características do ser vivo. Em determinados momentos da vida da célula, esse material organiza-se numa estrutura denominada cromossomo. Na espécie humana, existem 23 pares dessas estruturas, totalizando 46. Cada espécie de ser vivo apresenta seu próprio número de cromossomos, como, por exemplo, a mosca-das-frutas, que possui 8 cromossomos organizados em 4 pares. O conjunto de pares de cromossomos é denominado como cariótipo.
Cariótipo humano contendo 23 pares de cromossomos
É importante ressaltar que grande parte dos organismos apresentam dois tipos de células durante a vida: as células somáticas e as células reprodutivas. As células somáticas são todas as células que estruturam o organismo vivo. Já as células reprodutivas são geradas apenas quando o organismo vai se reproduzir. Esses dois tipos de células dividem-se para que o organismo cresça (células somáticas) e reproduzam-se (células reprodutivas). Os cromossomos só aparecerão no momento dessa divisão. Isso acontece para que os pares sejam divididos de maneira igualitária entre a duas células que se formarão a partir dessa divisão. No caso das células somáticas, os cromossomos duplicar-se-ão assim que a divisão encerrar-se, para que as células resultantes voltem a ter todos seus 23 pares originais. No caso das células reprodutivas, elas não duplicam seu material genético e permanecem com metade dos cromossomos originais.
Tal processo dá-se dessa maneira porque a formação de um novo ser depende da união de duas células reprodutivas (fecundação), uma originada do macho e outra da fêmea. Caso essas células mantivessem o número original de cromossomos, a cada nova geração seu número duplicaria (passando de 46 para 98, de 98 para 196 e assim por diante), o que impediria que o organismo se constituísse de forma correta.
Há, ainda, um par de cromossomos especiais que são responsáveis por determinar o sexo dos mesmo. No caso da espécie humana, esse par é o de número 23, que em indivíduos femininos apresenta dois cromossomos X. Já no indivíduo masculino, esse par é composto por um cromossomo X e outro Y (XY). Quando ocorre a divisão celular para a formação de células reprodutivas, são formados gametas que apresentam apenas um desses cromossomos. Na mulher, existirão apenas gametas com o cromossomo X e o homem apresentará um cromossomo X e um cromossomo Y. Quando acontece a união dos dois gametas, o sexo do novo individuo é definido. Note que o sexo da criança é definido pelo gameta que o pai fornece, podendo conter o cromossomo X ou o Y.
Esquema representando a divisão de células somáticas e células reprodutivas
DNA e Genes
Já que agora vimos o que é um cromossomo e para que ele serve, você deve estar se perguntando: do que ele é feito? A resposta para essa pergunta é bem simples: os cromossomos são constituídos pela molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico). Você, com certeza, já ouviu falar dessa molécula, pois ela é conhecida como a "molécula da vida".
Esquema representando a molécula de DNA
O DNA foi descoberto alguns anos depois do cromossomo e a principal tarefa dos cientistas após isso foi tentar descrever sua estrutura. Algumas tentativas foram feitas até que os cientistas Francis Crick e James Watson propuseram o modelo de dupla-hélice. Nesse modelo, o DNA é descrito como se fosse uma escada torcida, em que seu corrimão é formado por moléculas de carboidratos (açúcares) e fósforo e os degraus seriam as bases nitrogenadas. São as bases nitrogenadas que unem os dois "corrimões" da escada e são de quatro tipos diferentes: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). A adenina sempre se liga à timina e a citosina liga-se obrigatoriamente à guanina.
Esquema representando as partes de uma molécula de DNA
Agora que conhecemos a estrutura básica que forma os cromossomos, a última questão a ser respondida é: como essas moléculas ditam a constituição do organismo? O gene é a resposta para essa pergunta. Os genes são as sequências de bases nitrogenadas presentes na molécula de DNA, elas apresentam tamanho variado de acordo com o gene. Enfim, são os genes responsáveis pela transmissão das características herdadas por um organismo. A sequência de bases contidas em cada gene é traduzida em proteínas, que coordenam o funcionamento das células e, consequentemente, as características físicas do organismo.
Esquema representando a mutação gênica (A) e foto de uma pessoa portadora da Síndrome de Down (B)
Finalmente, entendemos como a hereditariedade funciona nos seres vivos. Entretanto, existe mais um aspecto relevante a esse mecanismo que devemos abordar: as mutações. O nome mutação é bastante conhecido em virtude de sua utilização em mídias de grande acesso, como livros, quadrinhos, filmes e séries de TV. Esse conceito surgiu na genética e é descrito como qualquer alteração provocada na estrutura de genes e cromossomos. No caso dos genes, as modificações restringem-se à alteração da sequência ou perda de bases nitrogenadas. Já as mutações cromossômicas ocorrem quando um indivíduo apresenta alterações na estrutura ou no número de cromossomos. Tais mutações geralmente ocorrem no momento da divisão celular para formação de células reprodutivas, mas também podem ter outras causas, como a exposição a substâncias químicas e radioativas.
Essas alterações podem ser benéficas, tornando-se um dos mecanismos necessários para a ocorrência da evolução dos organismos, ou maléficas. No último caso, uma variedade de doenças pode ser causada em decorrência de mutações. O exemplo mais conhecido é a Síndrome de Down (ou trissomia do cromossomo 21), em que a pessoa afetada apresenta três cromossomos 21. Os sintomas dessa síndrome residem na mudança de alguns aspectos físicos (como o formato dos olhos) e na constituição do sistema nervoso, fatores que não impedem a pessoa afetada de levar uma vida normal.
O DNA e a Radiação
Como já foi dito, a atividade radioativa pode causar mudanças no DNA. Essas mudanças são irreversíveis e causam sérios danos à saúde das pessoas. Durante a Segunda Guerra Mundial, foram detonadas duas bombas atômicas no Japão. As pessoas que estavam presentes nas duas cidades atingidas (Hiroshima e Nagasaki) e sobreviveram tiveram filhos com diversas complicações em razão da mudança do material genético das células reprodutoras. Existem várias pessoas que trabalham com radiação no dia a dia, mas elas se protegem contra os danos que ela pode provocar, com roupas protetoras.
Explosão de uma bomba atômica
É notável nos seres vivos que algumas características são herdadas das gerações que os antecederam. Tal mecanismo é chamado de hereditariedade e foi a base para o surgimento de uma nova área da ciência: a genética. Esse campo surgiu com os estudos conduzidos por Gregor Mendel, que foram aprofundados no século XX por diversos cientistas que comprovaram sua hipótese de fatores herdados. A partir desses estudos, foram descobertos os detalhes de como a hereditariedade funciona. O cromossomo, o gene e o DNA são os principais componentes desse mecanismo e são eles que determinam todas as características de um organismo. Mudanças provocadas na estrutura desses componentes são provocadas pelas mutações. As mutações podem ser benéficas ao integrarem o processo natural de evolução, ou maléficas, causando diversas doenças de difícil tratamento.