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Assunto: Biologia do Ensino Secundário > Tema 5

Lição 3: Hereditariedade ligada ao sexo

Herança ligada ao X

Base cromossómica da determinação do sexo. Cromossomas X e Y, ligação ao X.

Pontos chave:

Nos humanos e noutros mamíferes, o sexo biológico é determinado por um par de cromossomas sexuais: XY nos machos e XX nas fêmeas.
Genes no cromossoma X dizem-se ligados ao X. Genes ligados ao X têm padrões de hereditariedade distintos, uma vez que estão presentes em diferente número nas fêmeas (XX) e nos machos (XY).
Os distúrbios genéticos humanos ligados ao X são muito mais comuns nos machos devido ao padrão de hereditariedade ligado ao X.

Introdução

Se fores um ser humano (o que me parece ser uma boa aposta!), a maior parte dos teus cromossomas vem em pares homólogos. Os dois cromossomas do par homólogo contêm a mesma informação básica - isto é, os mesmos genes na mesma ordem - mas podem ter versões diferentes de cada gene.

Todos os cromossomas estão organizados em pares de homólogos? A resposta depende de seres ou não um homem (cromossomicamente).

Um macho humano tem dois cromossomas sexuais, o X e o Y. Ao contrário dos $44$ ‍ autossomas(cromossomas não sexuais), o X e o Y não têm os mesmos genes e não são considerados homólogos.
Em vez de um X e um Y, as fêmeas humanas têm dois cromossomas X. Estes cromossomas X formam um par de cromossomas filhos bona fide.

Como os cromossomas sexuais não vêm sempre em pares homólogos, os genes que estes possuem mostram padrões de hereditariedade únicos e distintos.

Cromossomas sexuais nos humanos

Os cromossomas X e Y humanos determinam o sexo biológico de uma pessoa, com XX a determinar as mulheres e XY a determinar os homens. Ainda que o cromossoma Y contenha uma pequena região semelhante a uma do cromossoma X para que possam emparelhar durante a meiose, o cromossoma Y é muito mais pequeno e contem muito menos genes.

Trazendo alguns números a esta conversa, o cromossoma X tem cerca de

800 - 900

genes que codificam proteínas com várias funções, enquanto o cromossoma Y tem apenas

60 - 70

destes genes, dos quais cerca de metade só estão ativos nos testículos (orgãos produtores de espermatozóides)

^{1, 2, 3, 4}

O cromossoma Y humano desempenha um papel fundamental na determinação do sexo de um embrião em desenvolvimento. Isto muito por causa do gene SRY ("Região determinadora do sexo do cromossoma Y"). O SRY encontra-se no cromossoma Y e codifica uma proteína que ativa outros genes necessários para o desenvolvimento masculino

^{5, 6}

Embriões XX não têm o SRY, por isso desenvolvem-se como mulheres.
Embriões XY têm o SRY, por isso desenvolvem-se como homens.

Em casos raros, erros durante a meiose podem transferir o gene SRY do cromossoma Y para o X. Se um cromossoma X com o SRY fertilizar um oócito normal, vai originar um embrião cromossomicamente feminino (XX) que se desenvolverá como homem

^{7}

. Se um cromossoma Y sem o SRY fertilizar um oócito normal, vai originar um embrião cromossomicamente masculino (XY) que se desenvolverá como mulher

^{8}

Não, nem todas têm. Os mecanismos moleculares da determinação do sexo variam muito entre espécies, mesmo entre as que usam o sistema X-Y para determinar o sexo. Na maioria dos mamíferos placentários, o SRY encontra-se no cromossoma Y e é usado para derminar o sexo. No entanto, o gene SRY não está presente noutras espécies com o sistema X-Y, como as moscas da fruta e outros insetos

^{9}

Os cromossomas X e Y evoluíram independentemente várias vezes

Para entender como isto é possível, é útil relembrar que "X" e "Y" são apenas nomes genéricos aplicados a cromossomas dimórficos (di- = duas, -morphe = forma), ou dissimilares, encontrados em espécies com o sistema de determinação do sexo X-Y

^{10}

. O X é qualquer cromossoma do qual a fêmea tenha duas unidades, enquanto o Y é o cromossoma que emparelha com o único X do macho. A natureza dos cromossomas — que genes têm, e como estes determinam o sexo — pode ser muito diferente entre espécies.

Os cromossomas sexuais evoluíram de forma independente várias vezes

^{11}

. Assim, ainda que a mosca da fruta e o Homem tenham cromossomas X e Y que se enquadram na definição acima, e ainda que as combinações XY e XX correspondam a macho e fêmea, respetivamente, em ambas as espécies, o mecanismo para a determinação do sexo das moscas é muito diferente do dos humanos.

Exemplo: Humanos vs. Mosca da Fruta

Nos humanos, como descrito acima, o cromossoma Y codifica a masculinidade através da ação do gene SRY, o principal regulador do desenvolvimento masculino.

Nas moscas, a presença de um cromossoma X determina a masculinidade, enquanto a presença de dois Xs determina a feminilidade, independentemente da presença ou não de um cromossoma Y. (Mais especificamente, o sexo parece ser determinado pela proporção entre cromossomas X e autossomas, com a proporção de

1 : 2

a determinar a masculinidade e a

2 : 2

a determinar a feminilidade. Estas proporções são "medidas" através dos níveis de proteínas produzidas por genes específicos no cromossoma X e nos autossomas.)

^{12}

Por causa destas diferenças nos mecanismos de determinação do sexo, uma mosca XXY vai desenvolver-se como uma fêmea (vê o artigo sobre as experiências de Thomas Hunt Morgan), enquanto um humano XXY se desenvolveria como um macho (com uma condição chamada Síndrome de Klinefelter; vê o artigo sobre as alterações cromossómicas em larga escala).

Genes ligados ao X

Quando um gene está presente no cromossoma X, mas não no cromossoma Y, diz-se ser ligado ao X. Genes ligados ao X têm padrões de hereditariedade diferentes dos genes dos cromossomas não sexuais (autossomas). Isto porque estes genes estão presentes em diferente número de cópias nos machos e nas fêmeas.

Como uma fêmea tem dois cromossomas X, ela vai ter duas cópias de cada gene ligado ao X. Por exemplo, na mosca da fruta Drosophila (a qual, como nos humanos, tem fêmeas XX e machos XY), existe um gene para a cor dos olhos chamado branco que é encontrado no cromossoma X, e a mosca fêmea tem duas cópias deste gene. Se este gene tiver dois alelos diferentes, como

X^{B}

(dominante, olhos vermelhos normais) e

X^{b}

(recessivo, olhos brancos), a mosca fêmea pode ter um de três genótipos:

X^{B}

X^{B}

(olhos vermelhos),

X^{B}

X^{b}

(olhos vermelhos), and

X^{b}

X^{b}

(olhos brancos).

Um macho tem possibilidades para o genótipo diferentes de uma fêmea. Como tem apenas um cromossoma X (emparelhado com um Y), ele vai ter uma única cópia de qualquer gene ligado ao X. Por exemplo, no exemplo da cor dos olhos da mosca, os dois genótipos que o macho pode ter são

X^{B} Y

(olhos vermelhos) and

X^{b} Y

(olhos brancos). Qualquer alelo que a mosca macho herde para um gene ligado ao X vai determinar a sua aparência, porque não há outra cópia desse gene — mesmo que o alelo seja recessivo nas fêmeas. Em vez de homozigótico ou heterozigótico, os machos dizem-se hemizigóticos para genes ligados ao X.

Podemos ver como a ligação ao sexo afeta os padrões de hereditariedade se considerarmos o cruzamento entre duas moscas, uma fêmea de olhos brancos (

X^{b} X^{b}

) e um macho de olhos vermelhos (

X^{B} Y

). Se este gene estivesse num cromossoma não sexual, ou autossoma, esperaríamos que toda a descendência tivesse olhos vermelhos, porque o alelo vermelho é dominante sobre o alelo branco. O que vemos na realidade é o seguinte:

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

No entanto, como o gene está ligado ao X, e como foi a fêmea a dar o fenótipo recessivo (olhos brancos), todos os descendentes machos — que recebem o seu cromossoma X único da sua mãe — têm olhos brancos (

X^{b} Y

). Todas as descendentes fêmeas têm olhos vermelhos porque receberam dois Xs, com o

X^{B}

vindo do pai a esconder o

X^{b}

recessivo vindo da mãe.

Distúrbios genéticos ligados ao cromossoma X

Os mesmos princípios que vemos a funcionar na mosca da fruta podem ser aplicados na genética humana. Nos humanos, os alelos para certas condições (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 por causa dos seus padrões de hereditariedade ligados ao X.

Mas porquê? Vamos explorar esta questão usando um exemplo em que uma mãe é heterozigótica para um alelo causador de doença. Mulheres heterozigóticas para alelos causadores de doenças dizem-se portadoras, e não costumam manifestar sintomas. Os filhos destas mulheres têm uma probabilidade de

50 %

de desenvolver a doença, mas as filhas têm uma probabilidade muito pequena de a desenvolver (a não ser que o pai também tenha a doença), tendo em vez disso uma probabilidade de

50 %

de serem portadoras.

Mas porque é que isto acontece? Traços recessivos ligados ao X aparecem mais comummente em homens do que em mulheres porque, se um homem receber um alelo "mau" da sua mãe, não tem nenhuma hipótese de receber um alelo "bom" do seu pai (que lhe vai dar o Y) para esconder o "mau". As mulheres, por outro lado, costumam receber um alelo normal dos seus pais, prevenindo que o alelo para a doença seja expresso.

Estudo de um caso: Hemofilia

Vamos ver um exemplo de Xadrez Mendeliano para uma doença humana ligada ao X: hemofilia, uma condição recessiva em que o sangue da pessoa afetada não coagula corretamente

^{13}

. Uma pessoa hemofílica pode ter sangramentos severos, ou até ficar em risco de morte, a partir de um pequeno corte.

A hemofilia é causada por uma mutação num de dois genes, ambos localizados no cromossoma X. Ambos os genes codificam proteínas que promovem a coagulação sanguínea

^{14}

. Vamos focar-nos num destes genes, chamando

X^{H}

ao alelo funcional e

X^{h}

ao alelo para a doença.

Neste exemplo, uma mulher heterozigótica para os alelos normal e hemofílico (

X^{H} X^{h}

) tem filhos com um homem hemizigótico para o alelo normal (

X^{H} Y

). Ambos os pais têm coagulação normal, mas a mãe é portadora. Qual é a probabilidade dos seus filhos e filhas terem hemofilia?

Xadrez mendeliano com os possíveis genótipos dos filhos de um pai com coagulação normal (

X^{H} Y

) e uma mãe heterozigótica portadora (

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 coagulação sanguínea normal porque têm pelo menos um alelo

X^{H}

1 / 2

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

X^{H}

1 / 2

dos filhos são

X^{H} Y

e têm coagulação sanguínea normal.

1 / 2

dos filhos são

X^{h} Y

e têm hemofilia.

Como a mãe é portadora, vai passar o alelo para a hemofilia (

X^{h}

) a metade dos seus descendentes, tanto aos filhos como às filhas.

Nenhuma das filhas vai ter hemofilia (probabilidade 0 de ter a doença). Isto porque, para ter a doença, elas precisam de ter um alelo $X^{h}$ ‍ vindo da mãe e do pai. Há uma probabilidade de $0$ ‍ das filhas receberem um alelo $X^{h}$ ‍ do seu pai, por isso a probabilidade de terem hemofilia é zero.
Os filhos vão receber o Y do seu pai em vez do X, por isso a única cópia do gene para a coagulação sanguínea vem da sua mãe. A mãe é heterozigótica, por isso metade dos filhos, em média, vai receber um alelo $X^{h}$ ‍ e desenvolver hemofilia (probabilidade de $1 / 2$ ‍ de ter a doença).

Testa o teu conhecimento

Qual dos seguintes pares de pais é mais provável de originar uma filha com hemofilia?
Seleciona a opção correta.
(Escolha A)
Uma mãe hemofílica e um pai não afetado
(Escolha B)
Uma mãe portadora e um pai não afetado
(Escolha C)
Uma mãe portadora e um pai hemofílico
(Escolha D)
Uma mãe não portadora e não afetada e um pai hemofílico
Como a hemofilia é um distúrbio recessivo, uma mulher tem de receber dois alelos para a doença (um para cada cromossoma X) para manifestar a doença. Assim, ela deve receber um alelo para a doença de ambos os progenitores.
Como a hemofilia é um distúrbio ligado ao X, os homens são hemizigóticos para o gene ligado à hemofilia (têm apenas um alelo e mostram o fenótipo associado a esse alelo). Para ter um alelo para a hemofilia que possa ser passado à descendência, um homem tem de ser hemofílico. Pares de progenitores com um pai que não é hemofílico não originam filhas hemofílicas, com a exceção de eventos raros como as mutações espontâneas na linha germinativa ou durante o desenvolvimento do embrião.
Mulheres homozigóticas para o alelo da hemofilia (hemofílicas) ou heterozigóticas para o alelo da hemofilia (portadoras não afetadas) podem passar um alelo da hemofilia aos seus descendentes. Pares de progenitores em que a mãe não é hemofílica nem portadora não originam filhas hemofílicas (de novo, com a exceção de eventos raros de mutação espontânea).
Dos pares acima, a mãe portadora e o pai hemofílico são os mais prováveis de ter uma filha hemofílica.

Créditos:

Este artigo é uma modificação derivada de "Characteristics and traits," de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Descarrega o artigo original gratuitamente em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

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

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