ENERGIA E SERES VIVOS

Matriz elétrica brasileira

Os gráficos apresentados a seguir se referem às matrizes elétricas brasileira e mundial. Analise-os e responda às questões.

Fontes de geração de energia elétrica no Brasil (%) (2023)

Fonte de pesquisa: BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Relatório síntese 2024: ano base 2023. Rio de Janeiro: EPE, 2024. p. 38. Disponível em: https://s.livro.pro/63kzcr. Acesso em: 12 set. 2024.

Fontes de geração de energia elétrica mundial (%) (2021)

Fonte de pesquisa: MATRIZ energética e elétrica. Empresa de Pesquisa Energética. Disponível em: https://s.livro.pro/HuVw2W. Acesso em: 12 set. 2024.

A capacidade de geração de energia elétrica e o tipo de fontes de energia variam entre os países. No ano de 2022, por exemplo, o Brasil ocupava o segundo lugar em capacidade instalada de geração de energia elétrica em usinas hidrelétricas, sendo esse ranking liderado pela China. Já a capacidade instalada de geração de energia elétrica nuclear, nesse mesmo ano, era encabeçada pelos Estados Unidos.

As variações nas matrizes elétricas dos países são resultado de diferentes fatores, entre eles políticas públicas, desenvolvimento tecnológico, rentabilidade e disponibilidade de recursos naturais. A seguir, vamos abordar alguns desses fatores e sua interferência na matriz elétrica de um país.

Uso de recursos naturais

Os recursos naturais renováveis são aqueles que se renovam naturalmente no ambiente e de maneira rápida, de modo a não prejudicar sua disponibilidade. Já os recursos naturais não renováveis são os que têm uma renovação extremamente lenta, levando até bilhões de anos para isso ocorrer. Ou seja, sua reposição não acompanha o consumo, por isso esses recursos podem se exaurir no ambiente. Então, como foi possível perceber ao analisar os gráficos da página anterior, a matriz energética brasileira se baseia principalmente em recursos naturais renováveis, especialmente a água abre parênteses H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{O}\right)$.

O perfil da matriz energética brasileira se modificou e incluiu novas tecnologias ao longo do tempo, como apresentado a seguir.

Fonte de pesquisa: BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Balanço energético nacional 2023: ano base 2022. Rio de Janeiro: EPE, 2023. p. 176-177. Disponível em: https://s.livro.pro/ogy9y3. Acesso em: 11 set. 2024.

Apesar da diversificação dos tipos de usinas elétricas ao longo dos anos, a geração de energia elétrica no Brasil ainda é predominantemente hidráulica, por causa, sobretudo, da disponibilidade de água no país.

O Brasil se destaca como um dos países com as maiores reservas de água doce do mundo, tanto superficiais quanto subterrâneas. Essa grande disponibilidade hídrica é resultado de diferentes fatores, entre eles o predomínio de climas úmidos e chuvosos em grande parte do território. Essa e outras características ambientais favorecem a formação de uma das mais extensas redes hidrográficas do mundo.

Hidrografia brasileira

Fonte de pesquisa: BRASIL. Ministério do Planejamento e Orçamento. Atlas geográfico escolar. 8. ed. Rio de Janeiro: IBGE, 2018. p. 105.

Apesar do predomínio de fontes de energia renováveis na matriz energética brasileira, o uso de recursos naturais não renováveis também se mantém representativo, especialmente em situações que prejudicam a geração de energia elétrica em hidrelétricas. Sobre esse assunto, leia o trecho da reportagem a seguir.

MONTEIRO, Renan. Bandeira amarela é acionada e conta de luz vai subir em julho. O Estado de S. Paulo, São Paulo, 29 jun. 2024. p. B7.

Nos últimos anos, especialistas têm apontado a necessidade de rever e modificar a matriz elétrica brasileira, visando, por exemplo, reduzir a dependência de hidrelétricas e incentivar a ampliação da capacidade de geração de energia elétrica com base em fontes de energia alternativas e renováveis, como energia solar, eólica e de biomassa.

Como foi possível verificar nos dados apresentados anteriormente, no início do século XXI, o potencial de geração de energia elétrica no Brasil passou a contar com usinas eólicas e, alguns anos depois, com usinas solares. Sobre esse assunto, leia o trecho de reportagem a seguir.

BRASIL bate recorde de expansão da energia solar em 2023. Gov.br, 18 set. 2023. Disponível em: https://s.livro.pro/7u5bpz. Acesso em: 12 set. 2024.

O potencial para geração de energia elétrica solar só começou a ser explorado no Brasil em 2010, embora tenha apresentado um salto considerável até os dias atuais. O potencial eólico, por sua vez, começou a ser explorado um pouco antes, no início dos anos 1990. Atualmente, o Brasil é referência internacional no que diz respeito à geração de energia elétrica por fontes renováveis. No ano de 2023, por exemplo, o país já contava com 954 usinas eólicas e 18 mil usinas solares.

Além de incentivos governamentais e a criação de leis específicas, o país tem uma série de características naturais que possibilitam a exploração de diferentes fontes de energia e que, portanto, podem interferir na determinação do perfil de sua matriz energética. Vamos estudar alguns deles a seguir.

Características ambientais e geográficas

Além da disponibilidade de recursos naturais, as características ambientais e geográficas interferem no tipo de usina elétrica instalada em determinada região. No caso das usinas hidrelétricas, por exemplo, além da disponibilidade de água, manifestada pela grande malha hidrográfica, é preciso que o relevo apresente alguns desníveis, o que favorece o escoamento superficial e as quedas-d'água naturais, de outra maneira torna-se necessária a criação dessas quedas artificialmente.

Relevo brasileiro

Fonte de pesquisa: ROSS, Jurandyr L. Sanches (org.). Geografia do Brasil. São Paulo: Edusp, 2019. p. 53.

Como você pôde notar ao observar o mapa de relevo do Brasil, o país apresenta um relevo favorável à instalação de usinas hidrelétricas, pois há predomínio de áreas de planalto e de depressão, o que possibilita áreas de desnível no terreno. As principais usinas hidrelétricas do país, apresentadas a seguir, localizam-se em áreas com essas características.

Fonte de pesquisa: ANEEL. Lista geral de usinas. Disponível em: https://s.livro.pro/gk1j7p. Acesso em: 10 out. 2024.

Para a instalação de usinas eólicas, é necessário observar características ambientais como o regime e a velocidade dos ventos, bem como a vegetação local e o relevo. Nesse caso, um relevo plano ou montanhoso e com vegetação baixa ou pouco densa favorece o aproveitamento da energia dos ventos.

A energia eólica tem sido cada vez mais incentivada no Brasil porque o regime de ventos brasileiro é considerado favorável a esse tipo de usina e acima da média mundial. Além disso, não sofre interferência de períodos de estiagem, como ocorre no caso da energia hidráulica, sendo uma possível alternativa a esse tipo de fonte de energia.

Por causa das características ambientais, a instalação de usinas eólicas é favorecida em algumas áreas do Brasil, como mostra o mapa a seguir. Nele, é possível notar uma variação desse potencial no território nacional.

Potencial eólico no Brasil (2013)

Fonte de pesquisa: CENTRO de Pesquisas de Energia Elétrica. Atlas do potencial eólico brasileiro: simulações 2013. Rio de Janeiro: Cepel, 2017. p. 29.

Como é possível perceber pela análise do mapa, a Região Nordeste se destaca como a de maior potencial eólico no Brasil, especialmente nas áreas litorâneas de estados como Maranhão, Ceará e Rio Grande do Norte, além de porções no interior de Pernambuco, Bahia, Paraíba e Piauí.

Entre 2012 e 2022, o Brasil ampliou mais de 12 vezes a sua capacidade instalada de geração de energia eólica, processo que se deu pela instalação de novos parques eólicos do tipo onshore, ou seja, instalados na área continental do país. Esse tipo de usina, como mostrado no mapa, tem maior potencial de captação na Região Nordeste e em áreas específicas, de acordo com a potência eólica local.

Outro tipo de instalação que ainda está em estudo no país e que permitiria a ampliação das usinas para outras regiões brasileiras se refere à chamada energia eólica offshore, em que as turbinas são instaladas em corpos de água, principalmente no mar. Nesse caso, seria possível aproveitar o potencial de todo o litoral brasileiro nas regiões Nordeste, Sudeste e Sul.

Embora as usinas offshore tenham grande potencial para fortalecer e diversificar a matriz elétrica renovável do Brasil, sua viabilidade de aplicação ainda está em fase de estudo e licenciamento ambiental, além de prever a necessidade de um grande aporte de recursos em obras de instalação e distribuição energética.

Quanto ao uso da energia solar para a geração de energia elétrica, ocorre algo semelhante. A radiação solar atinge as regiões do Brasil com diferentes intensidades.

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), a radiação solar no Brasil varia de 8 a 22 megajoule abre parênteses M J fecha parênteses$\left(\text{MJ}\right)$ por metro quadrado abre parênteses m elevado ao quadrado fecha parênteses$\left({\text{m}}^2\right)$ por dia. A incidência da energia solar sofre influência de diferentes fatores, como a latitude. Observe o mapa de radiação solar desta página e note que as regiões mais próximas à linha do equador apresentam maior potencial elétrico, enquanto nas regiões Sul e Sudeste esse potencial é menor.

Além disso, a intensidade da radiação solar é influenciada pelas estações do ano e pelas condições atmosféricas, como a nebulosidade e a umidade relativa do ar, o que pode tornar essa fonte de energia inviável em determinadas situações.

Radiação solar abre parênteses M J barra m elevado ao quadrado barra dia fecha parênteses$\mathbf{\left(}{\mathbf{\text{MJ}}\mathbf{\text{/}}\mathbf{\text{m}}}^{\mathbf{2}}\mathbf{\text{/}}\mathbf{\text{dia}}\mathbf{\right)}$ no Brasil (2007)

Fonte de pesquisa: BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Atlas de energia elétrica do Brasil. 3. ed. Brasília: Aneel, 2008. p. 85. Disponível em: https://s.livro.pro/c2i3ap. Acesso em: 12 set. 2024.

Por outro lado, a luz solar inclui tanto a energia luminosa quanto a térmica, por isso seu uso é promissor para a geração de energia elétrica, por meio de usinas fotovoltaicas, e para a substituição de sistemas elétricos de aquecimento, como os utilizados para aquecer água.

A busca por matrizes elétricas mais sustentáveis é uma premissa para os países que, de fato, buscam reduzir suas emissões de gases de efeito estufa e outros poluentes. A matriz elétrica do Brasil tem sido exemplo internacional por se basear, majoritariamente, em fontes renováveis, com dados superiores à média global.

Acompanhe a tabela a seguir, que mostra uma perspectiva de incremento (em %) da capacidade instalada das fontes que compõem a matriz elétrica brasileira no período de 2021 a 2030, com dados do Plano Decenal de Expansão de Energia 2030, produzido pelo Ministério de Minas e Energia, no ano de 2021.

Fonte de pesquisa: BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Plano decenal de expansão de energia 2030. Brasília: EPE, 2021. p. 345. Disponível em: https://s.livro.pro/uk3qi0. Acesso em: 12 set. 2024.

Professor, professora: Ao analisar a tabela, comente com os estudantes que a fonte térmica corresponde à geração de energia elétrica a partir de carvão mineral, gás natural, gás industrial, diesel e óleos combustíveis. Já a fonte hidrelétrica não inclui a energia elétrica importada.

Impactos socioambientais e culturais das usinas elétricas

Leia os trechos das reportagens a seguir.

HIDRELÉTRICA de Belo Monte faz população de Altamira dobrar em dois anos. Jornal da USP, 16 out. 2019. Disponível em: https://s.livro.pro/xzmlp1. Acesso em: 12 set. 2024.

Disponível em: https://s.livro.pro/mo5o6w. Acesso em: 12 set. 2024.

Você pode não perceber, mas a energia elétrica está presente em diferentes situações do seu dia a dia. Aliás, a sociedade atual é extremamente dependente da energia elétrica. Ao longo do tempo, o acesso a esse recurso resultou em diversos benefícios, tanto do ponto de vista social como econômico. No entanto, a geração de energia elétrica também tem aspectos negativos, como mostram as manchetes anteriores.

Confira a seguir as principais vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de usinas elétricas.

A seguir, vamos estudar com mais detalhes os aspectos positivos e negativos associados à construção de usinas elétricas no Brasil.

Professor, professora: Se julgar pertinente, enfatize com os estudantes que mesmo as fontes de energia renováveis podem apresentar impactos negativos para sociedade e para o meio ambiente. Por isso, é essencial adotar medidas de consumo consciente, poupando energia elétrica quando possível.

Impactos positivos

Ao pensarmos em energia elétrica, um dos serviços essenciais é a iluminação. Sua descoberta e uso revolucionaram a vida das sociedades. Há uma infinidade de atividades diárias que realizamos e que necessitam de energia elétrica, facilitando nossa vida e nos trazendo mais conforto.

No Brasil, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), 99,8% dos domicílios contam com o fornecimento de energia elétrica. Ainda assim, o país conta com milhões de pessoas sem acesso a esse serviço, especialmente nas áreas rurais e em regiões distantes dos centros urbanos.

Alguns serviços públicos, como hospitais e escolas, além de outras atividades, como comércio e indústria, necessitam de energia elétrica continuamente. É difícil pensar em um setor econômico ou de serviços que não precise de energia elétrica em pelo menos uma de suas atividades.

Confira o gráfico a seguir.

Consumo de energia elétrica abre parênteses M W h fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{MWh}}\right)$ no Brasil por setores da economia (2012-2022)

Fonte de pesquisa: PAINEL de monitoramento do consumo de energia elétrica. Empresa de Pesquisa Energética. Disponível em: https://s.livro.pro/add7p3. Acesso em: 12 set. 2024.

O gráfico anterior apresenta informações sobre o consumo interno brasileiro de energia elétrica, entre os anos de 2012 e 2022, para os setores industrial, comercial, residencial e outros. Observe que é possível perceber certa estabilidade desse padrão ao longo do período mostrado, sendo liderado pelo setor industrial, e certo aumento do consumo residencial.

Professor, professora: O termo outros refere-se ao consumo total dos seguintes setores: rural, iluminação pública, serviços públicos e poder público.

A dependência das pessoas, seja de forma individual, seja coletiva, por energia elétrica aumenta continuamente o interesse pelas matrizes energéticas dos países. A necessidade de suprir a população e, ao mesmo tempo, favorecer o desenvolvimento econômico local resulta em um aumento da demanda de energia elétrica. Nesse ponto, cada país usa seus recursos naturais disponíveis e constrói as usinas que forem possíveis, considerando os fatores climáticos, a tecnologia disponível e os interesses econômicos.

A geração de empregos é, certamente, um dos primeiros impactos sociais positivos gerados por uma usina de energia, tanto na construção quanto na manutenção a partir do seu funcionamento.

Com os planos de ampliação dos setores de energia renovável da matriz elétrica brasileira, há ainda a previsão de migração de mão de obra especializada para o setor. Um exemplo dessa situação é a energia solar, que deve aumentar na próxima década. A respeito desse tema, leia o trecho de reportagem a seguir.

ESTANISLAU, Julia. Geração de empregos no setor da energia solar fotovoltaica é destaque no Brasil. Jornal da USP, 19 set. 2023. Disponível em: https://s.livro.pro/f9u3fx. Acesso em: 12 set. 2024.

A partir da instalação de uma usina elétrica, é possível observar uma série de profundas transformações na região.

Um exemplo foi a construção da Hidrelétrica de Itaipu, localizada no município de Foz do Iguaçu, no Paraná. A população da cidade girava em torno de 34 mil habitantes na década de 1980. Com a finalização das obras da usina, parte da mão de obra contratada continuou na cidade, que em 2022, de acordo com dados do IBGE, tinha uma população de 285.415 habitantes.

Associada às paisagens naturais, como as do Parque Nacional do Iguaçu, a Usina Hidrelétrica de Itaipu mantém Foz do Iguaçu como um dos maiores polos turísticos do Brasil.

O aumento populacional, temporário ou permanente, tende a estimular o comércio local e resultar em uma ampliação do setor de serviços para a população, como o hoteleiro, o varejista, o de alimentação, entre outros. Com mais pessoas, há mais geração de empregos e de renda, o que contribui para o desenvolvimento regional.

Em um cenário ideal, esse seria o processo de desenvolvimento local a partir da construção de uma usina de geração de energia. No entanto, há outros impactos que não podem ser desconsiderados, seja para a população, seja para o ambiente, como estudaremos a seguir.

Impactos negativos

Apesar de as usinas elétricas serem fundamentais para a sociedade atual, sua construção pode ocasionar danos tanto ao ambiente quanto à sociedade local, especialmente quando a instalação ocorre em locais específicos, como os de grande representatividade ambiental ou cultural, como áreas indígenas, quilombolas e de outros povos tradicionais.

Os efeitos associados à construção de usinas elétricas podem variar de acordo com o tipo de usina. No entanto, de modo geral, os impactos negativos ambientais associados à construção de usinas elétricas podem incluir, por exemplo, poluição do ar, da água e do solo, destruição de hábitats, geração de resíduos radioativos e poluição sonora.

Nas usinas termelétricas, por exemplo, a energia elétrica é gerada com base na energia térmica liberada durante a queima de combustíveis fósseis ou de biomassa. A queima de carvão mineral e gás natural pode causar muitos danos ao ambiente e aos seres vivos. Isso porque tanto a combustão completa quanto a incompleta desses combustíveis libera gases poluentes no ambiente, como gás carbônico abre parênteses CO subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{CO}}_2\right)$, gás metano abre parênteses CH subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{CH}}_4\right)$, óxido nitroso abre parênteses N subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{N}}_2\text{O}\right)$, dióxido de enxofre abre parênteses S O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{SO}}_2\right)$ e material particulado.

Esses gases se combinam de diferentes maneiras, resultando na formação de ácidos, como o ácido carbônico abre parênteses H subscrito 2 C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{CO}}_3\right)$, o ácido sulfúrico abre parênteses H subscrito 2 S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{SO}}_4\right)$ e o ácido nítrico abre parênteses H N O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{HNO}}_3\right)$, que podem retornar à superfície terrestre como chuva ácida.

Além de danificar monumentos, a chuva ácida pode causar danos aos seres vivos. Esses danos podem ser diretos, como ocorre na vegetação local, ou indiretos, como ocorre com os seres vivos aquáticos, prejudicados pela acidificação da água.

Os gases emitidos pela queima de combustíveis fósseis em termelétricas também podem atuar na retenção da radiação infravermelha na atmosfera terrestre, resultando na intensificação do efeito estufa natural.

Essa intensificação, por sua vez, provoca o aumento da temperatura média global, o que pode resultar no aquecimento das águas de mares e oceanos e no derretimento das calotas polares, por exemplo. Como consequência do aumento do volume de água líquida, o nível dos mares e oceanos também se altera, o que, a longo prazo, pode representar danos graves, sobretudo para as populações litorâneas.

O derretimento de parte do gelo das áreas polares é um processo natural em períodos do ano nos quais as temperaturas são naturalmente mais elevadas. No entanto, nos últimos anos, tem-se verificado uma aceleração e a intensificação desse processo, resultando na diminuição das áreas terrestres cobertas por gelo. Esse degelo crescente pode prejudicar os ursos-polares, por exemplo, que utilizam as plataformas de gelo para caçar.

Urso-polar (U. maritimus): pode atingir aproximadamente 2 vírgula 5 metros$\mathrm{2,5}\text{ m}$ de comprimento.

A saúde humana também pode ser afetada diretamente pelo funcionamento de usinas termelétricas. Os gases poluentes prejudicam a saúde, de modo a desenvolver doenças respiratórias, como alergias e câncer, e ainda prejudicar outros sistemas do corpo humano, como o cardiovascular.

A queima de biomassa nas usinas termelétricas emite menor quantidade de gases poluentes na atmosfera terrestre quando comparada à queima de combustíveis fósseis. Como resultado, os efeitos relacionados ao funcionamento das usinas termelétricas de biomassa também são menores.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), anualmente, cerca de 7 milhões de mortes prematuras são causadas pela poluição do ar, entre elas, cerca de 570 mil são crianças menores do que cinco anos.

No que diz respeito às usinas termonucleares, o problema se concentra principalmente no uso de materiais radioativos para a geração de energia elétrica e nos resíduos resultantes desses materiais. O contato deles com o ambiente contamina o ar, a água, o solo e os seres vivos, cuja saúde sofre graves danos, como câncer e até mesmo a morte.

Além disso, acidentes com esse tipo de usina apresentam graves impactos, especialmente ambientais. Um dos mais recentes acidentes nucleares ocorreu na Usina Termonuclear de Fukushima, no Japão, em 2011. Nesse evento, um terremoto levou à formação de um tsunami, que danificou os geradores do sistema de resfriamento da usina. Como resultado, os reatores superaqueceram e explodiram, causando o vazamento de material nuclear.

O material nuclear liberado pela Usina Termonuclear de Fukushima atingiu áreas habitadas e o solo. Estudos indicam que a descontaminação do local pode levar mais de três décadas desde o acidente.

Após mais de dez anos desse desastre, os arredores da usina continuam inadequados à habitação humana.

Em 2023, um relatório divulgado pela operadora da Usina Termelétrica de Fukushima apresentou dados alarmantes sobre a vida marinha nos arredores da cidade. Analisando peixes capturados, a pesquisa identificou teores de materiais radioativos acima do permitido pela segurança alimentar do Japão. Isso evidencia a impossibilidade de pesca na região e os efeitos ainda presentes após o desastre.

Também em 2023, o governo japonês começou a liberar no oceano parte da água residual utilizada para o resfriamento dos reatores da usina de Fukushima. Embora o lançamento seja gradativo ao longo de décadas e a água passe por um tratamento com o objetivo de reduzir as substâncias radioativas, é preciso considerar a segurança desse procedimento.

A energia eólica é uma importante alternativa para reduzir a dependência hidráulica da matriz energética brasileira. No entanto, esse tipo de usina também causa impactos socioambientais. A poluição sonora é um fator impactante, pois os ruídos produzidos pelos equipamentos afetam as populações vizinhas. Também há poluição visual, já que os aerogeradores são de grande tamanho.

Além disso, os equipamentos utilizados nas usinas eólicas podem interferir no funcionamento de sistemas de comunicação e transmissão de dados, como rádio e televisão. Do ponto de vista ambiental, estudos têm verificado o aumento na quantidade de mortes de animais voadores, como aves e morcegos, prejudicando a fauna local.

A Região Nordeste abriga a maioria dos parques eólicos do Brasil, basicamente na Caatinga. Além dos danos à fauna local, a construção das linhas de transmissão e das estradas causa danos à vegetação nativa.

As usinas hidrelétricas, que representam a maior parte da matriz energética brasileira, também podem estar associadas a impactos negativos.

Essas usinas utilizam um recurso renovável e não emitem poluentes atmosféricos, no entanto sua construção envolve o alagamento de grandes áreas. Como resultado, o hábitat de diversas espécies é destruído, provocando a morte de muitas delas, o que prejudica a diversidade biológica e leva à degradação de muitos recursos naturais e à alteração do clima da região.

Além dos prejuízos ambientais, a construção das usinas hidrelétricas pode representar prejuízos sociais, culturais e econômicos. Por exemplo, quando a área afetada é ocupada por comunidades tradicionais, como indígenas, ribeirinhos e quilombolas, que dependem diretamente dos recursos naturais presentes na região, o modo de vida desses povos é diretamente impactado. Além disso, essas usinas podem ser construídas em áreas agricultáveis e extrativistas, afetando diretamente a subsistência e a renda dessas populações.

A desocupação de áreas para instalação de usinas elétricas pode causar a realocação de comunidades tradicionais. Em muitos casos, tais comunidades se veem forçadas a mudar seus costumes, a fim de se adequar a novas atividades de renda e de subsistência, por exemplo.

A usina de Belo Monte, no Pará, é um caso emblemático dos impactos que a construção de uma usina hidrelétrica pode causar em determinada região. Oriunda de um projeto da década de 1970 e visando atender à crescente demanda energética, a usina de Belo Monte começou a ser construída no ano de 2011. O início das obras levantou amplos debates da comunidade, incluindo povos tradicionais, moradores da região, cientistas, políticos e outros atores preocupados com os efeitos da construção.

Compare as fotografias a seguir, antes e depois da construção dessa usina.

O fluxo migratório de trabalhadores para as obras da usina fez a população de Altamira dobrar em apenas dois anos depois do início das obras, saltando de 75 mil habitantes para cerca de 150 mil. O aumento não planejado da população foi um dos fatores responsáveis por elevar casos de violência, fazendo de Altamira a cidade mais violenta do país no ano de 2015.

Embora Belo Monte seja uma usina a fio d'água, ou seja, um tipo de usina sem reservatório e que busca respeitar a vazão natural do Rio Xingu, sua obra gerou profundos impactos socioambientais. Houve a realocação de cerca de 22 mil ribeirinhos que habitavam a região. Para isso, foram criados bairros na periferia da cidade de Altamira, alterando por completo o modo de vida dessas pessoas.

As atividades pesqueiras sofreram alterações, pois houve redução no tamanho e na quantidade disponível de peixes. No passado, o peixe era um item da alimentação cotidiana, mas, por causa da escassez, seu consumo foi reduzido.

Além disso, cerca de 60% dos produtores de agricultura familiar tiveram de abandonar suas terras, afetando a produção de alimentos, como mandioca, milho, arroz e feijão. Esse e outros fatores aumentaram a insegurança alimentar no município.

Antes da construção da usina, por causa da realocação das populações indígenas, foram feitos projetos com medidas compensatórias para essas comunidades, que passaram a receber recursos e alimentos industrializados.

Como estudamos, vários setores da sociedade mobilizaram-se para inviabilizar o projeto. Entre essas pessoas, destacou-se a jovem ativista indígena brasileira Juma Xipaya (1991 -). Ela lutou pelos direitos da população indígena que seria impactada pela construção da hidrelétrica. Por suas ações, Juma ganhou notoriedade como ativista e ambientalista e se tornou cacica dos Xipaya aos 24 anos, sendo a primeira mulher a liderar sua comunidade.

Demanda energética

Analise o gráfico a seguir.

Consumo total de energia elétrica no Brasil (2012-2023)

Fonte de pesquisa: PAINEL de monitoramento do consumo de energia elétrica. Empresa de Pesquisa Energética. Disponível em: https://s.livro.pro/add7p3. Acesso em: 12 set. 2024.

Como você pôde perceber ao analisar os dados do gráfico anterior, o consumo de energia elétrica tem aumentado ao longo dos anos e a tendência é que isso se mantenha. Esse aumento no consumo de energia elétrica ocorre tanto de modo direto, como no uso de equipamentos elétricos, quanto indireto, por meio do aumento de consumo de bens e serviços.

Mas, afinal, o que fazer para acompanhar esse aumento da demanda de energia elétrica? É possível que muitos afirmem que isso pode ser resolvido com a instalação de mais usinas elétricas. No entanto, será essa a real solução, tendo em vista que, apesar dos benefícios, as usinas elétricas também podem causar danos ao ambiente e à sociedade? Assim, embora a curto prazo a construção de usinas elétricas seja uma saída eficiente, já sabemos que essa medida geraria sérios impactos ambientais, sociais, econômicos e culturais.

Como você pôde perceber ao longo do estudo sobre energia elétrica, a construção de usinas não é neutra: pode ser parcialmente benéfica ou prejudicial ao ambiente e à sociedade. Portanto, as vantagens e desvantagens devem ser consideradas na tomada de decisão a respeito de projetos de ampliação da capacidade de geração de energia elétrica.

A demanda energética está atrelada ao consumo de energia elétrica ou de produtos de origem industrial – que, como já vimos, é o setor que mais consome energia. Sendo assim, posturas que busquem um consumo consciente se tornam essenciais na atualidade.

Geração autônoma de energia elétrica

Você já deve ter observado painéis solares em residências e em outros empreendimentos. Esse cenário tem se tornado cada vez mais comum, em razão, por exemplo, da necessidade de buscar formas alternativas de geração de energia elétrica.

A geração autônoma de energia elétrica por meio de painéis solares pode ser realizada em sistema on-grid ou off-grid. Confira a seguir.

O sistema on-grid é conectado diretamente na rede de energia elétrica. Por isso, a energia gerada é enviada à empresa responsável pelo fornecimento de energia elétrica, que via sistema de créditos abate parte do valor pago na fatura.

Representação do sistema on-grid.

Já o sistema off-grid não é conectado à rede de energia elétrica e a energia gerada é armazenada em baterias para abastecer a residência ou o estabelecimento comercial.

Representação do sistema off-grid.

Imagens elaboradas com base em: BORTOLOTO, V. A. et al. Geração de energia solar on grid e off grid. In: JORNADA CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA DA FATEC DE BOTUCATU, 6, 2017. Anais... Botucatu: Fatec, 2017. p. 3-4.

Os dois sistemas têm vantagens e desvantagens. No sistema on-grid, a instalação é mais barata, a manutenção é mais duradoura e a geração de energia elétrica é mais eficiente, tendo em vista sua disponibilização direta na rede. No entanto, em caso de corte no fornecimento de energia elétrica pela rede, o fornecimento também é cortado no local em que o sistema está instalado.

No off-grid, por sua vez, o uso de baterias encarece a instalação e a manutenção é mais frequente. Por outro lado, esse sistema possibilita acesso em locais não atendidos pela rede de energia elétrica e não depende do fornecimento de energia dessa rede.

A radiação ionizante e o organismo

Na madrugada do dia 26 de abril de 1986, um dos reatores da usina nuclear de Chernobyl, cidade que atualmente pertence à Ucrânia, explodiu. Em consequência, uma grande quantidade de material radioativo foi lançada no ambiente.

Sobre esse acidente nuclear, leia o trecho de reportagem a seguir.

CHERNOBYL 37 anos depois: sobrevivente conta o que aconteceu após desastre nuclear. National Geographic, 26 abr. 2023. Disponível em: https://s.livro.pro/aixgop. Acesso em: 10 set. 2024.

Como estudamos anteriormente, as usinas nucleares podem causar inúmeros prejuízos, o que pode ser mais intenso no caso de acidentes, como o da usina nuclear de Chernobyl. Neste e em outros casos, resíduos e materiais radioativos são liberados no ambiente de maneira totalmente descontrolada, resultando na exposição de seres humanos, e outros seres vivos, à radiação ionizante.

A radiação ionizante é a radiação capaz de ionizar, isto é, de retirar elétrons de um átomo, ionizando o meio no qual incide. Para que os elétrons sejam removidos, a energia incidente deve ser superior à energia que mantém o elétron na eletrosfera do átomo.

A energia necessária para remover um elétron varia entre os átomos dos diferentes elementos químicos. De maneira geral, elementos químicos como sódio abre parênteses N a fecha parênteses$\left(\text{Na}\right)$, lítio abre parênteses L i fecha parênteses$\left(\text{Li}\right)$, potássio abre parênteses K fecha parênteses$\left(\text{K}\right)$ e césio abre parênteses C s fecha parênteses$\left(\text{Cs}\right)$ são mais facilmente ionizáveis por apresentarem um único elétron na camada de valência (camada mais externa de um átomo). Já os gases nobres são mais difíceis de serem ionizáveis.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: GOVERNMENT OF JAPAN. Ministry of the Environment. Basic knowledge and health effects of radiation: booklet to provide basic information regarding health effects of radiation. Tokyo, 2024. v. 1. p. 18. Disponível em: https://s.livro.pro/hdirgm. Acesso em: 10 set. 2024.

Existem três tipos principais de radiação ionizante: alfa abre parênteses alfa fecha parênteses$\left(\mathrm{\alpha }\right)$, beta abre parênteses beta fecha parênteses$\left(\mathrm{\beta }\right)$ e gama abre parênteses gama fecha parênteses$\left(\mathrm{\gamma }\right)$. Esses tipos variam quanto às suas características, como origem, poder de penetração, poder de ionização e velocidade. Também existe a radiação X, que, assim como a radiação gama, por exemplo, tem mais energia e, portanto, mais capacidade de remover elétrons.

Ao atingir as células, a radiação pode atravessá-las, sem acumular ou depositar energia ou causar danos, os quais, por sua vez, podem ser reparados por mecanismos da própria célula. Caso não sejam reparados ou o reparo seja incorreto, podem se manifestar efeitos biológicos, como estudaremos ainda neste capítulo.

O corpo humano é formado por diferentes tipos de células, os quais apresentam diferentes taxas de divisão. Células com alta taxa de multiplicação, como as da epiderme, as sanguíneas e as germinativas, tendem a ser mais sensíveis à radiação ionizante. A parte da célula mais sensível à radiação é o núcleo.

Os efeitos biológicos não se restringem às células atingidas diretamente pela radiação ionizante. Estudos indicam que essas células podem induzir danos, via comunicação química, em células vizinhas não atingidas diretamente pela radiação.

A absorção de energia da radiação ionizante varia de acordo com o tipo de molécula e o tipo de tecido. Essa característica possibilita, por exemplo, enxergarmos as estruturas internas do corpo humano por meio de um exame de radiografia, em diferentes tonalidades.

Tecidos mais rígidos, como os ossos, absorvem grande parte da radiação incidente, enquanto tecidos moles, como músculos e gordura, absorvem menos quantidade de radiação. Por isso, em uma radiografia, visualizamos os ossos em coloração distinta de outros tecidos.

Vários fatores podem interferir nos efeitos biológicos resultantes, como o tipo de radiação, o tempo de exposição e fatores individuais, como idade, sexo e estado de saúde. A idade é um fator preponderante, sendo crianças e idosos os grupos mais suscetíveis à radiação. O sexo biológico também interfere nesses efeitos, pois células do sistema reprodutor feminino e dos seios, por exemplo, são mais suscetíveis à radiação. Assim, indivíduos do sexo feminino sentem mais os efeitos da exposição à radiação do que indivíduos do sexo masculino.

O estado físico da pessoa que recebe a radiação também interfere nos efeitos biológicos. Pessoas com bom estado de saúde e resistência imunológica tendem a sofrer menos danos do que pessoas com problemas de saúde.

Efeitos biológicos da radiação ionizante

Ao atingir os seres vivos, como ocorreu com as vítimas do acidente nuclear de Chernobyl, por exemplo, a radiação ionizante interage com seus átomos e suas moléculas em uma sequência de eventos, os chamados estágios.

Acompanhe a seguir mais detalhes sobre os estágios de interação da radiação ionizante com átomos e moléculas.

Fonte de pesquisa: OKUNO, Emico; YOSHIMURA, Elisabeth. Efeitos biológicos das radiações nos seres vivos. In: OKUNO, Emico; YOSHIMURA, Elisabeth. Física das radiações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. p. 204.

Mecanismos indireto e direto

As radiações podem agir nos seres vivos por meio de dois mecanismos, o indireto e o direto. O mecanismo indireto ocorre quando a radiação atua na molécula de água abre parênteses H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{O}\right)$, por exemplo, quebrando-a e gerando componentes reativos capazes de interagir com outras moléculas, como o DNA.

Uma das principais moléculas a sofrer ação da radiação ionizante é a água, porque é a mais abundante no corpo humano. Como resultado da ação da radiação, a molécula de água pode se tornar excitada abre parênteses H subscrito 2 O sobrescrito asterisco, fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{O}}^{*}\right)$ ou sofrer a radiólise, ou seja, a quebra por radiação. Como resultado da radiólise, pode ocorrer a formação de íons (H subscrito 3 O sobrescrito mais${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, H subscrito 2 O sobrescrito mais${\text{H}}_2{\text{O}}^{+}$ e H subscrito 2 O sobrescrito menos${\text{H}}_2{\text{O}}^{-}$), que, por serem instáveis, podem formar outros radicais livres H símbolo com o formato de um ponto$\text{H}\mathbf{·}$ e O H símbolo com o formato de um ponto$\text{OH}\mathbf{·}$.

Os estágios de interação da radiação com a molécula de água estão apresentados a seguir.

H subscrito 2 O mais radiação ionizante seta para a direita H subscrito 2 O sobrescrito mais, mais e sobrescrito menos${\text{H}}_2\text{O}+\text{radiação ionizante}\to {\text{H}}_2{\text{O}}^{+}+{\text{e}}^{-}$ ou H subscrito 2 O${\text{H}}_2\text{O}$

H subscrito 2 O sobrescrito mais seta para a direita H sobrescrito mais mais O H símbolo com o formato de um ponto${\text{H}}_2{\text{O}}^{+}\to {\text{H}}^{+}+\text{OH}\mathbf{·}$

e sobrescrito menos mais H subscrito 2 O seta para a direita H subscrito 2 O sobrescrito menos${\text{e}}^{-}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{H}}_2{\text{O}}^{-}$

H subscrito 2 O sobrescrito menos seta para a direita H símbolo com o formato de um ponto mais O H sobrescrito menos${\text{H}}_2{\text{O}}^{-}\to \text{H}\mathbf{·}+{\text{OH}}^{-}$

H subscrito 2 O sobrescrito mais H subscrito 2 O seta para a direita H subscrito 3 O sobrescrito mais, mais O H vezes${\text{H}}_2{\text{O}}^{+}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{H}}_3{\text{O}}^{+}+\text{OH}\mathbf{·}$

H subscrito 2 O sobrescrito asterisco seta para a direita H símbolo com o formato de um ponto mais O H símbolo com o formato de um ponto${\text{H}}_2{\text{O}}^{*}\to \text{H}\mathbf{·}+\text{OH}\mathbf{·}$

Professor, professora: Ao abordar a formação de radicais livres, comente com os estudantes que, além das radiações ionizantes, alguns compostos são capazes de resultar em radicais livres, como os componentes do cigarro, a ingestão de álcool e resíduos de agrotóxicos. Esses radicais também podem ser formados naturalmente durante os processos metabólicos nas células.

Os radicais livres, por sua vez, podem reagir e dar origem a outras moléculas, como o peróxido de hidrogênio abre parênteses H subscrito 2 O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{O}}_2\right)$, que causam danos às estruturas celulares, entre elas o DNA.

O H símbolo com o formato de um ponto mais O H símbolo com o formato de um ponto seta para a direita H subscrito 2 O subscrito 2$\text{OH}\mathbf{·}+\text{OH}\mathbf{·}\to {\text{H}}_2{\text{O}}_2$

H símbolo com o formato de um ponto mais O subscrito 2 seta para a direita H O subscrito 2$\text{H}\mathbf{·}+{\text{O}}_2\to {\text{HO}}_2$

H símbolo com o formato de um ponto mais H O subscrito 2 seta para a direita H subscrito 2 O subscrito 2$\text{H}\mathbf{·}+{\text{HO}}_2\to {\text{H}}_2{\text{O}}_2$

Os radicais livres são muito reativos e, por não terem carga elétrica, podem reagir com diversas moléculas, como proteínas, lipídios e carboidratos, o que gera uma reação em cadeia, resultando em danos ao corpo humano. Enquanto os radicais livres atuam, de modo geral, próximo ao local onde são produzidos, o peróxido de hidrogênio pode se espalhar para diferentes partes do corpo humano.

O mecanismo direto de atuação da radiação ionizante nos organismos ocorre quando a radiação atua diretamente em uma molécula essencial, como o DNA, alterando-a. Os danos causados ao DNA pela radiação ionizante são variados. Confira a seguir exemplos desses danos ao DNA.

Rompimento das ligações de hidrogênio que unem as duas fitas simples de DNA, separando-as.

Rompimento de uma das fitas de DNA ou de ambas, com posterior afastamento dos fragmentos.

Imagens elaboradas com base em: OKUNO, Emiko; YOSHIMURA, Elisabeth. Física das radiações. São Paulo: Oficina de textos, 2010. p. 208.

A depender do tipo e da quantidade de alterações, os mecanismos celulares são capazes de repará-las. Nos casos em que o reparo não ocorre, no entanto, os danos são mantidos, prejudicando o funcionamento adequado das células e podendo levar à morte celular ou a eventos cancerígenos, por exemplo.

A radiação ionizante também pode atuar diretamente nos cromossomos, quebrando um ou ambos os braços cromossômicos. Os fragmentos resultantes podem se ligar de diferentes maneiras, dando origem a anomalias ou alterações cromossômicas, nas quais os cromossomos têm sua estrutura normal alterada.

Nas alterações cromossômicas tipo inversão, anel e acêntrico, ambos os braços do cromossomo são quebrados pela ação da radiação ionizante. Já na alteração tipo translocação, um dos braços de diferentes cromossomos é quebrado.

Professor, professora: Comente com os estudantes que foram adotadas cores distintas nos cromossomos para facilitar a compreensão dos processo de alteração cromossômica.

Na inversão, a radiação quebra o cromossomo em duas regiões. Os fragmentos se desprendem e depois voltam a se ligar ao cromossomo, mas em posição invertida.

Na alteração tipo anel, o fragmento formado após a quebra causada pela radiação ionizante une suas extremidades, formando a estrutura em forma de anel.

Na alteração tipo acêntrica, as extremidades do cromossomo, nas quais o centrômero não está presente, se unem após a quebra.

Na translocação, ocorre troca de fragmentos entre cromossomos.

Imagens elaboradas com base em: OKUNO, Emiko; YOSHIMURA, Elisabeth. Física das radiações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. p. 210.

Reações teciduais e efeitos estocásticos

Os efeitos biológicos da exposição à radiação ionizante também podem variar quanto à natureza, sendo classificados como reações teciduais ou efeitos estocásticos.

As reações teciduais são resultado da exposição a doses elevadas de radiação ionizante, causando a morte de muitas células. Como consequência, o tecido ou o órgão pode perder sua funcionalidade. Nesse tipo de efeito, existe um limiar de dose, ou seja, uma dose mínima de radiação para que ocorram reações teciduais; abaixo desse limiar, elas não são observadas. E, quanto maior a dose de exposição, maior é a gravidade.

As reações teciduais podem ser imediatas ou tardias. As reações teciduais imediatas ocorrem algumas horas ou semanas após a exposição à radiação ionizante, como as queimaduras e descamações da pele e a inflamação de mucosas.

Um exemplo de reação tecidual imediata é a radiodermatite, reação que ocorre em pacientes de câncer de mama que passam por tratamento com radioterapia. Os sintomas ocorrem porque a radiação provoca a morte de células basais da epiderme do local onde a radioterapia foi aplicada.

Professor, professora: Ao abordar o conceito de reações teciduais, comente com os estudantes que a dosagem elevada, citada no texto, se refere àquela acima dos limites de dose estabelecidos por sistemas de proteção radiológica.

Professor, professora: Comente com os estudantes que a radioterapia é indicada tanto para pacientes que mantêm a mama quanto para aquelas que a removem como parte do processo de tratamento contra o câncer de mama.

As reações teciduais tardias, por sua vez, manifestam-se meses ou anos após a exposição à radiação ionizante. Esse tempo de latência e os efeitos observados variam de acordo com o tecido, porque alguns tecidos são mais radiossensíveis do que outros. Entre as reações teciduais tardias, podemos citar a necrose de matéria branca da medula espinal e a catarata.

Os efeitos teciduais tardios podem se manifestar em embriões, quando eles são expostos à radiação ionizante ainda no útero. Tais efeitos variam com a dose da irradiação e podem incluir retardo mental severo e malformações. Estudos indicam que a indução de retardo mental severo ocorre quando a exposição é de pelo menos 300 miliGray$300\text{ mGy}$. Essa dosagem foi verificada, por exemplo, nos sobreviventes de Hiroshima e Nagasaki. Já no caso de malformações, a dosagem é mais baixa, de 100 miliGray$100\text{ mGy}$.

Milhares de crianças foram afetadas pela radiação liberada no acidente de Chernobyl, inclusive crianças nascidas muitos anos depois da explosão do reator. Algumas delas desenvolveram problemas de pele, câncer, paralisia cerebral, malformações e alterações neurológicas, por exemplo.

Os efeitos estocásticos ocorrem em razão da exposição a doses altas e baixas de radiação ionizante, a qual atinge locais específicos, como moléculas de DNA, nas quais pode provocar mutações nos genes e cromossomos e, ao longo do tempo, causar câncer. Nesse tipo de efeito, danos em uma única célula podem levar a resultados graves e, quanto maior a dose de radiação, maior a probabilidade de o dano ocorrer.

Os efeitos estocásticos podem ser hereditários ou cancerígenos, a depender do tipo de célula no qual a radiação ionizante incide.

No caso dos efeitos estocásticos hereditários, a radiação incide em células germinativas, e os efeitos podem ser repassados aos descendentes da pessoa irradiada. Nesse caso, a irradiação atinge os órgãos reprodutores, nos quais ocorre a formação e/ou maturação das células germinativas. Para esse tipo de efeito, não há níveis seguros de exposição à radiação ionizante.

Já no caso dos efeitos estocásticos cancerígenos, a radiação incide em células somáticas, e não existe um limiar para a indução desse tipo de efeito. Assim, até mesmo a radiação ambiental pode causar câncer. Embora não haja uma relação direta entre dose e gravidade de câncer, há maior probabilidade de ocorrência de câncer em casos de doses mais elevadas de radiação ionizante. Esses efeitos são sempre do tipo tardio. Por isso, o câncer demora alguns anos para se manifestar após a exposição à radiação, o chamado período de latência, que varia de acordo com o tipo de câncer.

Observe o gráfico a seguir.

Professor, professora: Ao abordar o gráfico, comente com os estudantes que os dados se referem a habitantes menores de 18 anos na época do acidente em Chernobyl. Comente que Belarus é um país vizinho à Ucrânia e foi mais afetado pelo acidente de Chernobyl.

Incidência de câncer de tireoide entre habitantes de Belarus

Fonte de pesquisa: JANIAK, Marek K.; KAMIŃSKI, Grzegorz. Thyroid cancer in regions most contaminated after the Chernobyl disaster. Journal of Biomedical Physics and Engineering, v. 14, n. 3, 2024. p. 302.

Radiação não ionizante e organismo

3. Qual é a importância da atitude mostrada na fotografia para a saúde humana?

Resposta: O uso de filtro solar bloqueia a penetração da radiação ultravioleta na pele, ajudando a evitar o desenvolvimento de doenças de pele, como câncer.

4. Em seu dia a dia, você costuma realizar essa atitude?

Resposta: O objetivo desta questão é levar os estudantes a fazer uma autoavaliação sobre o uso diário do protetor solar.

As células da pele e das íris dos olhos humanos possuem um pigmento chamado melanina. A concentração de melanina nessas células está relacionada à tonalidade da pele, à cor dos cabelos e à cor dos olhos humanos. Além disso, esse pigmento também ajuda a proteger os tecidos internos da radiação ultravioleta (UV). Por isso, quando nos expomos diretamente à luz solar, ocorre aumento na produção de melanina pelas células da pele, dando à pele a aparência bronzeada.

Embora a melanina promova a proteção natural do corpo contra a radiação ultravioleta, é preciso adotar outros cuidados diários, como fazer uso de protetores solares, os quais ajudam a bloquear a penetração da radiação ultravioleta na pele.

A incidência excessiva de radiação ultravioleta emitida pelo Sol pode causar uma série de danos aos seres vivos, desde queimaduras de graus variáveis até câncer de pele.

A radiação UV abrange os comprimentos de onda de 100 a 400 nanômetros$100-400\text{ nm}$, sendo considerada do tipo não ionizante, assim como as ondas de rádio, a luz visível e a radiação infravermelha. Embora não seja ionizante, a radiação ultravioleta pode causar danos aos seres vivos, especialmente na pele e nos olhos.

Atmosfera terrestre e radiação ultravioleta

A radiação ultravioleta pode ser de três tipos: UV-A, UV-B e UV-C. Em razão da atuação da atmosfera terrestre, cada um desses tipos de radiação UV atinge a superfície da Terra com intensidades distintas e resulta em efeitos biológico também variáveis.

Imagem elaborada com base em: 20 QUESTIONS and answers. United Nations Environment Programme. Disponível em: https://s.livro.pro/jlpqam. Acesso em: 10 set. 2024.

1. Os raios UV-C têm comprimento de onda entre 100 nanômetros$100\text{ nm}$ e 280 nanômetros$280\text{ nm}$. Como são absorvidos totalmente pelo ozônio abre parênteses O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{O}}_3\right)$ presente na camada de ozônio, não atingem a superfície terrestre e, portanto, não oferecem riscos aos seres vivos.

2. Os raios UV-B têm comprimento de onda entre 280 nanômetros$280\text{ nm}$ e 315 nanômetros$315\text{ nm}$ e estão relacionados à vermelhidão e às queimaduras de pele. No entanto, os raios UV-B também têm uma função importante no organismo: promover a conversão de colesterol em vitamina D na pele.

3. Os raios UV-A têm comprimento de onda entre 315 nanômetros$315\text{ nm}$ e 400 nanômetros$400\text{ nm}$. Eles penetram nas camadas mais inferiores da pele e são os mais perigosos, podendo causar danos ao material genético. Também estão relacionados ao envelhecimento precoce da pele.

Professor, professora: A classificação da radiação ultravioleta como ionizante ou não ionizante pode variar de acordo com a fonte de pesquisa. Nessa coleção, adotamos a classificação da Organização Mundial de Saúde (WHO, sigla em inglês), Associação Internacional de Proteção contra Radiação (IRPA, sigla em inglês) e Comissão Internacional de Proteção contra Radiação Não Ionizante (ICNIRP, sigla em inglês), que consideram a radiação ultravioleta como não ionizante.

Existem vários fatores que interferem na intensidade da radiação ultravioleta que atinge a superfície da Terra. Observe a tabela a seguir.

Fonte de pesquisa: MEDEIROS, Fernanda Costa de. Uma revisão sistemática sobre a eficácia da radiação ultravioleta como agente germicida. 2023. Dissertação (Mestrado em Física) – Núcleo de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Sergipe.

Como estudamos, o gás ozônio é capaz de bloquear parte da radiação ultravioleta. A maior parte das moléculas desse gás encontram-se em altas concentrações a cerca de 20 a 35 quilômetros de altitude, formando a camada de ozônio.

Na estratosfera, a radiação UV atua tanto na formação quanto na degradação do gás ozônio abre parênteses O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{O}}_3\right)$. A energia dessa radiação rompe as ligações existentes entre os dois átomos da molécula de gás oxigênio, resultando em átomos livres de oxigênio, capazes de se reagir, sob ação da radiação UV, para formar abre parênteses O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{O}}_3\right)$.

Apesar de sua importância, as ações humanas têm provocado a formação de uma área de afinamento nessa camada, chamado de buraco na camada de ozônio. Sobre esse tema, leia o trecho de reportagem a seguir.

Professor, professora: Ao abordar a formação e a degradação do gás ozônio, comente com os estudantes que esse gás também pode ser formado na troposfera, por meio de processos de decomposição de poluentes liberados pela queima de combustíveis fósseis. No entanto, diferentemente do que se observa na estratosfera, na troposfera esse gás é prejudicial à saúde dos seres vivos.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE. "Buraco na camada de ozônio diminuiu, mas ainda existe", alerta pesquisador da UFCG. 26 dez. 2023. Disponível em: https://s.livro.pro/l3u90s. Acesso em: 10 set. 2024.

Efeitos biológicos da radiação ultravioleta

Os diferentes tipos de radiação ultravioleta também apresentam diferentes efeitos biológicos. A radiação tipo UV-C, apesar de ser bloqueada pela atmosfera terrestre, é a que tem maior poder carcinogênico, enquanto a radiação tipo UV-B é a principal agente de queimaduras solares. Já a radiação tipo UV-A tem maior poder de penetração na pele e pode alterar e inibir genes responsáveis por controlar a divisão celular e a morte programada das células, interferindo, assim, no ciclo celular e na ocorrência de câncer.

Os efeitos imediatos da radiação ultravioleta na pele incluem bronzeamento, imunossupressão^✚ e queimaduras, as quais podem ser acompanhadas de edema^✚ e bolhas. Já os efeitos tardios estão relacionados ao fotoenvelhecimento e à fotocarcinogênese, ou seja, indução ao câncer.

O câncer de pele se caracteriza pelo crescimento anormal e descontrolado das células desse órgão, resultado de prejuízos nos sistemas de controle do ciclo celular. Embora a radiação UV seja um causador desse tipo de câncer, existem outros fatores de risco, como tendência genética e tonalidade de pele.

O melanoma é o tipo de câncer de pele mais agressivo, podendo evoluir para metástases e óbito.

A radiação UV também é prejudicial aos olhos, podendo causar danos imediatos e tardios. Os imediatos incluem a ceratoconjuntivite, caracterizada por ser uma irritação ocular severa, com inflamação da córnea e da conjuntiva. Nesse caso, os sintomas podem abranger fotofobia, sensação de areia nos olhos, lacrimejamento, dor ao piscar e visão borrada.

Já os efeitos tardios incluem o pterígio, uma estrutura carnosa resultante do crescimento anormal da conjuntiva e que invade a córnea, e a catarata, que se caracteriza pela opacidade do cristalino. Nesse último caso, o quadro pode ser intensificado por outras condições, como diabetes, consumo de álcool e tabagismo.

Tanto o pterígio quanto a catarata podem comprometer a visão.

Apesar de sua ação, por vezes danosa, a exposição adequada à radiação UV apresenta efeitos benéficos ao organismo, como a produção da vitamina D, que participa do metabolismo ósseo, auxilia na manutenção dos dentes e possibilita o balanço de cálcio abre parênteses C a fecha parênteses$\left(\text{Ca}\right)$ no sangue.

O estudo da hereditariedade

Confira a fotografia a seguir e responda às questões propostas.

1. Como você considera possível transmitir características de um ser vivo para a geração seguinte por meio da reprodução?

Resposta: Isso é possível porque parte do material genético do progenitor é transmitida aos descendentes no processo reprodutivo. No entanto, para que isso ocorra, é necessário que essas características sejam determinadas geneticamente.

2. Todas as características de um ser vivo podem ser transmitidas aos descendentes? Explique sua resposta.

Resposta: Espera-se que os estudantes reconheçam que, de modo geral, as características transmitidas entre as gerações são determinadas geneticamente. As características fenotípicas, forma como o genótipo se expressa, podem ser modificadas ou influenciadas pelo ambiente. Comentários nas Orientações para o professor.

Como estudamos no capítulo anterior, a radiação ionizante pode causar alterações no material genético, tanto de células somáticas quanto germinativas. Nesse último caso, as alterações podem ser transmitidas às gerações seguintes.

Certas características, como o formato dos olhos e o tipo de cabelo, podem ser transmitidas dos progenitores para a prole por meio da reprodução. Ao abordar essa transmissão de características, determinadas geneticamente, dos progenitores para os descendentes, estamos tratando da hereditariedade, a qual pode ser percebida, por exemplo, nas semelhanças entre pais e filhos biológicos.

Afinal, como o DNA pode ser relacionado à hereditariedade? Vamos estudar esse assunto a seguir.

O DNA e a hereditariedade

Após diversos estudos científicos, descobriu-se que o DNA era o material genético dos seres vivos, ou seja, que continha as informações para diversas características do ser vivo e para o funcionamento e desenvolvimento do organismo. Além disso, sabia-se que algumas dessas características eram transmitidas aos descendentes, mas não como isso ocorria.

Vários pesquisadores estudaram o DNA a fim de compreender seu papel no organismo. Entre esses estudiosos está a cientista inglesa Rosalind Franklin (1920-1958), que junto a seus colaboradores obteve a imagem tridimensional do DNA por meio da técnica de difração de raios X. Graças a essa descoberta, o biólogo estadunidense James Watson (1928 -) e o biofísico inglês Francis Crick (1916-2004) deduziram, em 1953, a estrutura tridimensional do DNA, que é aceita até os dias atuais.

As informações do DNA que orientam a produção de diferentes moléculas estão contidas em porções específicas da molécula, os genes.

O gene é considerado a base da hereditariedade. Trata-se de um segmento de DNA que ocupa um lugar específico (lócus gênico) e serve de molde para a formação de um produto na célula, como uma proteína ou RNA. Os genes que ocupam o mesmo lócus gênico podem apresentar formas alternativas, denominadas alelos, que diferem uns dos outros na sequência de nucleotídeos.

Os nucleotídeos de cada filamento do DNA se unem uns aos outros por meio de ligações fosfodiéster entre a desoxirribose de um nucleotídeo e o fosfato de outro. As bases nitrogenadas, por sua vez, conectam-se umas às outras por meio de ligações de hidrogênio, formando pares: citosina e guanina abre parênteses C traço G fecha parênteses$\left(\text{C−G}\right)$ e adenina e timina abre parênteses A traço T fecha parênteses$\left(\text{A−T}\right)$.

A quantidade de ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas varia entre os pares. No par C traço G$\text{C−G}$, há três ligações de hidrogênio, enquanto no par A traço T$\text{A−T}$ há duas.

Imagem elaborada com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 230, 232.

O DNA e os ciclos celulares

Como estudado anteriormente, o ciclo celular é composto de duas etapas: a interfase e a divisão celular, que pode ocorrer via mitose ou meiose. A duplicação do material genético ocorre na interfase, mais especificamente na fase S. Essa etapa é essencial para que, durante a divisão celular, o material genético seja dividido igualmente entre as células-filhas e, consequentemente, a transmissão das informações ocorra de maneira adequada entre as células.

Confira no gráfico a seguir a alteração do DNA durante o ciclo de vida de uma célula.

Quantidade de DNA durante o ciclo de vida de uma célula

Fonte de pesquisa: ROBERTIS, Edward. D. P. de; ROBERTIS JUNIOR, E. M. F. D. Fundamentos de biologia celular e molecular. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1993. p. 166.

Para que a duplicação ou replicação do DNA ocorra, várias enzimas participam do processo, entre elas a DNA polimerase. Como resultado desse processo, ocorre a síntese de uma nova cadeia de DNA oriunda da cadeia inicial – a fita molde. Acompanhe a seguir o processo de replicação do DNA.

Imagem elaborada com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 234.

Cada molécula de DNA formada durante o processo de duplicação contém uma cadeia da molécula original e uma cadeia recém-polimerizada. Por isso, o processo é considerado semiconservativo, já que apenas metade da molécula original é conservada em cada uma das moléculas-filhas.

Dica

As células podem apresentar quantidades diferentes de conjuntos de cromossomos. As formadas por apenas um conjunto são denominadas haploides abre parênteses n fecha parênteses$\text{(n)}$, como os espermatozoides e os ovócitos de seres humanos. Já as células formadas por dois conjuntos de cromossomos são denominadas diploides abre parênteses 2 n fecha parênteses$\text{(2n)}$, como as células somáticas que compõem nosso corpo, por exemplo, as células musculares.

Outra molécula fundamental à hereditariedade é o RNA mensageiro. Essa molécula é encontrada no núcleo e no citoplasma de todos os seres vivos, participando da síntese de proteínas e atuando como catalisador de reações biológicas.

Assim como no DNA, na molécula de RNA, os nucleotídeos se unem uns aos outros por ligações fosfodiéster.

Imagem elaborada com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 256.

Existem diferentes tipos de RNA. Neste capítulo, focaremos em três deles: RNA mensageiro (RNAm ou mRNA), RNA transportador (RNAt) e RNA ribossômico (RNAr).

• O RNAm contém a informação necessária para a produção da proteína e é utilizado como molde.
• O RNAt é responsável por transportar os aminoácidos ao ribossomo durante a produção da proteína, além de interagir com RNAm para posicionar os aminoácidos na ordem correta na síntense proteica.
• O RNAr compõe os ribossomos, onde se associam o RNAm e o RNAt para a síntese proteica.

Reprodução e hereditariedade

A reprodução é o processo pelo qual os seres vivos geram descendentes, transmitindo-lhes o material genético e possibilitando a manutenção das linhagens. Na reprodução humana, há o envolvimento do espermatozoide (gameta masculino) e do ovócito (gameta feminino), ou seja, é uma reprodução sexuada. Ambos os gametas são produzidos pela meiose.

A espermatogênese é o processo de produção dos espermatozoides, que se inicia na puberdade e continua por toda a vida do ser humano do sexo masculino. Acompanhe a seguir.

A ovogênese é o processo de produção dos ovócitos, que se inicia antes do nascimento.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 564, 572.

Professor, professora: O primeiro corpúsculo polar pode sofrer outra divisão e produzir dois corpúsculos polares. Desse modo, cada ovócito I dará origem a 3 corpúsculos polares e um único gameta (ovócito secundário, que se torna óvulo após a fecundação). Já o espermatócito primário gera 4 gametas (espermatozoides).

Manifestação das informações genéticas

Até o momento, estudamos como a informação genética está organizada e como é transmitida aos descendentes. Afinal, como essa informação se manifesta sob a forma de características específicas? Vamos estudar esse assunto a seguir.

Do DNA à proteína

Como estudamos anteriormente, as proteínas são os principais constituintes das células, unidades básicas dos seres vivos. Além de atuar nessa estruturação, elas interferem no funcionamento celular. Para a síntese proteica, são necessários dois processos: a transcrição e a tradução do DNA.

Transcrição

A transcrição é a conversão da informação contida na molécula de DNA em uma molécula de RNA mensageiro. Essa etapa da síntese proteica é dividida em iniciação, alongamento e término. Para que esse processo ocorra, é necessária a formação de uma molécula de RNA complementar à cadeia molde do DNA, intermediada pela enzima RNA polimerase.

A.

B.

C.

Imagens elaboradas com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 260.

Como resultado da transcrição, há a formação de uma cadeia de RNA com sequência de nucleotídeos similar ao filamento não molde de DNA ou filamento codificante. O processo de transcrição em procariotos e eucariotos tem a mesma base. Porém, em eucariotos, em razão da organização do genoma e da participação de uma maior variedade de enzimas e moléculas, esse processo é mais complexo.

Splicing ou recomposição do RNA

O RNA recém-sintetizado dos eucariotos é chamado de pré-RNAm ou de transcrito primário. Essa molécula se encontra no núcleo das células e precisa passar por uma série de alterações antes de ser transferida para o citoplasma. Uma dessas alterações é chamada de recomposição ou splicing.

O DNA dos eucariotos tem regiões que codificam proteínas, conhecidas como éxons, intercaladas por regiões não codificantes, íntrons. Dessa maneira, para que posteriormente ocorra a síntese correta das proteínas, o RNAm que servirá de molde deve conter apenas as sequências codificantes, isto é, os éxons.

O processo pelo qual os íntrons são retirados do pré-RNAm é nomeado recomposição ou splicing, e ocorre nos eucariotos. Nos procariotos, como as bactérias, é rara a presença de íntrons. Dessa maneira, o RNAm nesses organismos geralmente não sofre splicing.

Outro tipo de alteração que pode acontecer no transcrito primário é a recomposição alternativa ou splicing alternativo.

No splicing alternativo, uma única molécula de pré-RNAm pode ser editada de diferentes maneiras, resultando em combinações variadas de éxons, que refletem na formação de diferentes tipos de RNAm. Assim, um único gene pode codificar a informação para mais de um tipo de proteína.

Acompanhe a seguir a representação do processo de splicing alternativo de uma molécula de pré-RNAm.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 310.

Tradução

A tradução consiste em converter a sequência de nucleotídeos codificada no RNAm em uma sequência específica de aminoácidos para formar uma proteína. Nos eucariotos, a molécula de RNAm é transferida do núcleo para o citoplasma, orientando a síntese proteica.

Como estudamos anteriormente, uma proteína ou polipeptídio é uma sequência específica de aminoácidos ligados entre si por meio de ligações peptídicas, sendo determinada pela sequência de nucleotídeos de um gene. Nesse caso, a cada três bases nitrogenadas forma-se um códon, que, por sua vez, corresponde a um aminoácido específico.

A sequência de bases nitrogenadas do DNA apresenta 64 códons diferentes, que orientam a produção de 20 tipos de aminoácidos, que, por sua vez, podem ser combinados para formar diferentes proteínas.

A sequência específica de códons presentes em um gene codifica determinada sequência de aminoácidos e, consequentemente, resulta na formação de uma proteína específica. Ao conjunto de correspondências entre códons e aminoácidos nas proteínas é dado o nome de código genético.

Fonte de pesquisa: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 343.

Cada uma das siglas apresentadas no quadro do código genético representa um aminoácido.

O RNAm é traduzido nos ribossomos, que têm duas subunidades, uma maior e outra menor, formadas por RNAr. Este é muito específico em relação ao aminoácido que o transporta até o ribossomo. Um dos dois sítios de ligação do RNAt é o anticódon, formado por uma trinca de nucleotídeos, complementar ao códon para o aminoácido que o RNAm especifica. O outro sítio de ligação é a região unida ao aminoácido.

Durante a tradução, o códon do RNAm e o anticódon do RNAt se ligam por complementariedade de bases nitrogenadas. Cada aminoácido tem um tipo específico de RNAt. No sítio de ligação do RNAt, as enzimas adicionam o aminoácido correto.

A tradução pode ser dividida em três fases: iniciação, alongamento e término. Acompanhe a seguir.

A.

B.

C.

Imagens elaboradas com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 289-291.

Variedade proteica

Além das modificações dos transcritos primários, que possibilitam que um único gene codifique mais de uma proteína, a grande diversidade proteica se deve a modificações pós-traducionais. Quando liberadas dos ribossomos, geralmente as proteínas se apresentam inativas. Para que elas possam exercer suas funções biológicas, são necessárias algumas modificações, que incluem dobramentos da molécula e adição de fosfato ou de outras proteínas.

O dobramento da proteína é a modificação mais importante, pois interfere diretamente no papel desempenhado por essas moléculas no organismo. Isso acontece porque o dobramento transforma as proteínas lineares recém-traduzidas em moléculas tridimensionais, capazes de exercer sua função, ou seja, em conformação nativa.

Imagem elaborada com base em: PROTEIN Date Bank. Disponível em: https://s.livro.pro/i91f39. Acesso em: 16 set. 2024.

Após serem modificadas, as proteínas podem permanecer no citoplasma ou ser direcionadas a outros locais da célula, como ao núcleo, às organelas ou à membrana plasmática.

Engenharia genética

Leia a manchete a seguir e responda à questão.

Disponível em: https://s.livro.pro/frqoq6. Acesso em: 4 set. 2024.

Durante a pandemia de covid-19, os testes de PCR, utilizados na detecção do material genético viral, foram essenciais para o diagnóstico e o tratamento da doença e a determinação do isolamento social. O desenvolvimento dessa técnica, fundamental para o enfrentamento da pandemia, só foi possível graças à Engenharia genética, um ramo da Biologia que envolve a compreensão e a manipulação do material genético dos organismos.

Extração e amplificação de material genético

Em muitos casos, para que o material genético de uma amostra seja manipulado e analisado, são necessários alguns procedimentos, como a extração e a amplificação desse material.

O processo de extração pode variar conforme o tipo celular da amostra. No entanto, há etapas gerais que envolvem o rompimento da membrana plasmática das células, a remoção de componentes celulares, como organelas, restos celulares e proteínas, e o isolamento do material genético.

Na amplificação, múltiplas cópias do material genético são formadas. O PCR, uma das técnicas utilizadas para esse processo, possibilita a amplificação de fragmentos do DNA com base em uma quantidade reduzida de material genético. Nessa técnica, as amostras são submetidas a temperaturas específicas para a separação da dupla fita do DNA e para a ação adequada das enzimas utilizadas, como a DNA polimerase.

Uma vez amplificados, os fragmentos de DNA podem ser analisados por meio de técnicas posteriores, como a eletroforese, que descreveremos a seguir.

Eletroforese

A eletroforese é um método de separação de moléculas eletricamente carregadas que migram ao longo de uma matriz por indução de um campo elétrico. A técnica é muito utilizada em laboratórios para separar moléculas de proteínas e fragmentos de DNA, possibilitando sua análise.

Ao quebrar o DNA de um indivíduo com uma enzima de restrição^✚, são formados diversos fragmentos de tamanhos diferentes. O padrão de tamanho desses fragmentos é exclusivo para cada pessoa, mas é extremamente similar entre pais e filhos. No entanto, o padrão de fragmentos de DNA não pode ser visto, até que se realize a eletroforese. Acompanhe a seguir uma explicação simplificada dessa técnica.

Os fragmentos de DNA gerados pela enzima de restrição são depositados sobre uma matriz de gel no interior da cuba, em pequenos orifícios chamados poços. A cuba é preenchida com uma solução que viabiliza a passagem de corrente elétrica, esta gerada por uma fonte, que tem um eletrodo negativo fixado na extremidade da cuba próximo ao poço, e um eletrodo positivo na outra extremidade.

Como as moléculas de DNA têm carga negativa, ao ligar a fonte, os fragmentos são repelidos pelo eletrodo negativo, migrando em direção ao polo positivo da cuba. O gel forma uma rede microscópica de poros. Assim, fragmentos maiores de DNA têm mais dificuldade para atravessá-lo, enquanto os menores atravessam-no mais rapidamente.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. p. 93.

Quando a corrente elétrica é desligada, fragmentos de DNA de tamanho similar formam bandas ao longo da extensão do gel, que se distribuem na matriz em ordem decrescente de tamanho de fragmentos, ficando os maiores mais próximos ao poço. Para facilitar a identificação do tamanho dos fragmentos, no início da eletroforese, são colocados marcadores de massa molecular (M) com bandas de tamanhos já conhecidos. Assim, para identificar o tamanho dos fragmentos que formam determinada banda da amostra de DNA, basta comparar à banda do marcador ao lado.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. p. 93.

Para a visualização das bandas formadas na eletroforese, o gel pode ser corado com um composto químico que interage com as moléculas de DNA. Esse composto tem como característica se tornar fluorescente quando exposto à luz ultravioleta, possibilitando visualizar as bandas de DNA.

Organismos geneticamente modificados e transgênicos

Os organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles cujo material genético foi, de alguma forma, alterado pela Engenharia genética, resultando em alterações no DNA que não ocorrem naturalmente. Já os organismos transgênicos tiveram seu material genético alterado pela inserção de um ou mais genes provenientes de outra espécie ou grupo. Trata-se do transgene, que é manipulado, amplificado e inserido no DNA de outro organismo, nomeado transgênico.

O transgene pode ser introduzido em uma célula por meio de uma variedade de técnicas. Ao entrar na célula-alvo, o transgene pode alcançar o núcleo, onde, geralmente, se insere em um cromossomo. Após a inserção, o gene em questão passa a se expressar no organismo e produzir características de interesse, antes ausentes na espécie. Esse processo caracteriza a transgenia, que pode ser desenvolvida tanto em plantas quanto em animais. Observe o esquema.

Ao infectar a célula vegetal, parte do DNA bacteriano (A), contendo o gene de interesse, se insere no genoma da planta (B). Como resultado, forma-se uma planta transgênica (C).

A.

B.

C.

Representação da formação de uma planta transgênica por infecção bacteriana em três etapas (A, B e C).

Imagens elaboradas com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 633.

Terapia gênica

Os avanços da Genética molecular e da Engenharia genética têm fornecido ferramentas importantes para diversas áreas, como a Medicina.

Por exemplo, atualmente, há pesquisas que visam ao tratamento de certa doença intervindo diretamente no gene patogênico, a terapia gênica. Essa técnica consiste em inserir, por meio de um vetor, como um vírus, uma cópia saudável de determinado gene nas células do paciente ou em consertar esse gene na célula germinativa para que o organismo funcione adequadamente. A inserção de cópias saudáveis pode ser feita diretamente no organismo ou em células isoladas, posteriormente injetadas no corpo. Acompanhe a seguir.

A. Algumas células são removidas do paciente.

B. Genes sadios são inseridos em vírus alterados geneticamente para não se reproduzirem.

C. Vírus transgênicos são misturados com células humanas, que adquirem o gene sadio trazido pelos vírus.

D. Células carregando o gene sadio são injetadas no ser humano, multiplicando-se e auxiliando no tratamento da doença.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 518-521.

Clonagem celular e de organismos

Leio o trecho de reportagem a seguir e responda à questão.

GONÇALVES, Eliane. Há 25 anos, nascia Dolly, o primeiro clone de mamífero da história. Agência Brasil, 5 jul. 2021. Disponível em: https://s.livro.pro/xxmwxx. Acesso em: 6 set. 2024.

Naturalmente, nos mamíferos, a presença de material genético idêntico ocorre somente em casos de gêmeos univitelinos. No entanto, em 1996, cientistas conseguiram clonar o primeiro mamífero – seu nome era Dolly, uma ovelha nascida na Escócia.

Esse clone foi formado com base em uma célula somática diferenciada de um animal adulto. Tal feito simbolizou a possibilidade de reprogramação celular, bem como de produção de todos os tipos de tecido por meio de células diferenciadas de um organismo adulto, incentivando pesquisas de células-tronco com base em células diferenciadas.

Assim, de modo simplificado, a clonagem pode ser definida como a formação de células e indivíduos geneticamente idênticos. É um processo que ocorre naturalmente em alguns seres vivos que realizam reprodução assexuada, como alguns vegetais e microrganismos. Na biotecnologia, essa técnica é utilizada para replicar fragmentos de DNA (clonagem de DNA), células ou organismos.

A clonagem pode ser do tipo reprodutiva ou terapêutica, e uma das principais técnicas envolvidas nesses processos é a transferência nuclear. Acompanhe a seguir.

Na técnica de transferência nuclear, o núcleo de um óvulo é retirado (A). O núcleo de uma célula somática diferenciada é transferido para o óvulo enucleado (B). Uma série de estímulos (C) faz o óvulo portador do núcleo diferenciado iniciar um processo de divisão celular, resultando na formação do blastocisto^✚ (D).

Professor, professora: Ao citar o blastocisto, comente com os estudantes que o desenvolvimento embrionário e suas fases serão explorados mais detalhadamente em outro capítulo.

Imagens elaboradas com base em: STEM Cell Quick Reference. Learn.Genetics. Disponível em: https://s.livro.pro/08ye0y. Acesso em: 5 set. 2024.

O blastocisto formado pela técnica de transferência nuclear pode ser utilizado para a clonagem reprodutiva ou para a clonagem terapêutica.

Na clonagem reprodutiva, o blastocisto é implantado no útero de uma fêmea, onde se desenvolve e dá origem a um novo ser vivo geneticamente idêntico ao doador do núcleo diferenciado.

Na clonagem terapêutica, o blastocisto não é implantado no útero de uma fêmea. As células da massa interna são removidas e mantidas em laboratório, onde se multiplicam como células-tronco. Estas são geneticamente idênticas ao doador do núcleo somático e podem dar origem a diferentes tipos de células e tecidos, como o nervoso, o muscular e o sanguíneo.

As células somáticas diferenciadas perdem a capacidade de formar todos os tipos de tecido. Isso acontece porque, apesar de todas as células de um organismo apresentarem o mesmo material genético, ou seja, os mesmos genes, estes se expressam de modo diferente em cada tecido. Assim, o ponto crucial do processo de clonagem por transferência nuclear é a reprogramação celular, responsável por transformar as informações contidas na célula diferenciada em informações de estado embrionário, capazes de originar um novo indivíduo, na clonagem reprodutiva, ou diferentes tipos de células e tecidos, na clonagem terapêutica.

A clonagem terapêutica é uma importante fonte de células-tronco embrionárias. Ela pode ser utilizada como uma alternativa ao uso de embriões formados pela união de óvulo com espermatozoide. Além disso, esse tipo de células-tronco pode auxiliar no tratamento de doenças, como diabetes, doença de Parkinson, lesões na medula e doenças sanguíneas. Isso porque, quando inseridas no organismo, essas células podem ser induzidas a produzir células saudáveis.

Apesar de promissores, ambos os tipos de clonagem necessitam de mais estudos, tanto para produzirem organismos com mais chances de sobrevivência, na clonagem reprodutiva, quanto para células e tecidos serem aplicados com segurança em humanos, na clonagem terapêutica.

Além das aplicações citadas, atualmente essa técnica pode ser utilizada na formação de clones de espécies em perigo de extinção ou extintas. A clonagem de animais extintos, aliás, já foi feita com uma cabra selvagem, o bucardo. Embora um embrião tenha sido gerado após inúmeras tentativas, ele morreu pouco após o nascimento, enfatizando a necessidade de mais estudos do processo de reprogramação celular.

Professor, professora: Ao citar a dificuldade de formação de embriões clonados e a baixa viabilidade dos clones, se considerar pertinente, informe aos estudantes que a ovelha Dolly, por exemplo, foi resultado de 276 tentativas de gestação e morreu precocemente, aos 6 anos de idade, por causa de problemas pulmonares.

Probabilidade e genética

Professor, professora: Ao abordar o exemplo dos dados, enfatize aos estudantes que, a cada lance, qualquer uma das 6 faces do dado pode ficar voltada para cima.

A probabilidade indica a frequência com que determinado evento pode ocorrer. Considere, por exemplo, um dado. Ao lançá-lo, seis resultados diferentes podem ocorrer, já que o dado tem seis faces diferentes. Assim, qual é a probabilidade de o lançamento de um dado resultar na face com o número 3? Há uma possibilidade em seis de ocorrer o evento face 3; portanto, a probabilidade é 1 sexto$\frac{1}{6}$.

E no lançamento de dois dados simultaneamente, qual é a probabilidade de ambos os lançamentos resultarem na face com o número 3? Essa probabilidade é 1 sobre 36$\frac{1}{36}$.

Assim, é provável que 1 a cada 36 lançamentos resulte na face de número 3 nos dois dados.

Agora, qual é a probabilidade de, ao lançar um dado, o resultado ser a face 2 ou a face 3? Para responder a esse questionamento, é preciso calcular a probabilidade de que pelo menos um evento ocorra. Nesse caso, as probabilidades devem ser somadas, aplicando a regra da adição.

A probabilidade de sair o número 2 ou o número 3 em um lançamento de dado é de 1 terço$\frac{1}{3}$ ou 33 vírgula 33 reticências por cento$33,33\text{...}\%$.

A probabilidade é usada para compreender cruzamentos genéticos. Estudaremos esse assunto a seguir.

Mendel e a transmissão da informação genética

Cada gameta apresenta em seu interior um conjunto cromossômico e, portanto, um conjunto gênico que determinará as características de seu portador, auxiliando assim na transmissão da informação genética.

Alguns estudos contribuíram para a construção do conhecimento atual sobre a transmissão das informações genéticas, entre eles os do cientista austríaco Gregor Johann Mendel (1822-1884).

Na metade do século XIX, os estudos realizados por Mendel auxiliaram a elucidar os mecanismos de hereditariedade. Ele vivia em um mosteiro, na atual República Tcheca, onde iniciou seus experimentos.

Primeira lei de Mendel

A planta escolhida por Mendel foi a ervilha-de-jardim (Pisum sativum). Ela tem flores com pétalas fechadas, impedindo a entrada ou a saída de grãos de pólen. Por isso, essa planta geralmente realiza a autofecundação, isto é, o gameta masculino de uma flor fecunda o gameta feminino da mesma flor, não havendo troca de gametas (reprodução cruzada). A autofecundação possibilita que grande parte das características se mantenha de uma geração para outra, reduzindo, assim, a variabilidade genética. Em razão dessa uniformidade genética, as linhagens são chamadas de puras.

Depois de algum tempo de cultivo das ervilhas-de-jardim, Mendel obteve variedades puras da planta, cujas características não variavam ao longo das gerações. Ele observou aspectos como altura, cor das flores, cor e textura das sementes e textura das vagens.

Ervilha-de-jardim (P. sativum): pode atingir aproximadamente 2 metros$2\text{ m}$ de altura.

Um dos experimentos realizados por Mendel considerou a altura das ervilhas-de-jardim. Acompanhe a seguir.

1. Mendel realizou a fecundação cruzada entre plantas puras altas e plantas puras baixas, inserindo grãos de pólen de uma planta no estigma de outra.

2. A fecundação cruzada originou somente plantas altas (geração F subscrito 1${\text{F}}_1$).

3. Mendel fecundou uma planta alta com o pólen de uma planta baixa e uma planta baixa com o grão de pólen de uma planta alta. Ambos os cruzamentos resultaram em prole de plantas altas. Depois, ele deixou que essas ervilhas (altas) se autofecundassem.

4. Na sequência, Mendel plantou 1.064 sementes obtidas do cruzamento entre plantas altas. Houve o desenvolvimento de ervilhas altas (787 plantas) e de ervilhas baixas (277 plantas), na proporção de três para um abre parênteses 3 dividido por 1 fecha parênteses$\left(3:1\right)$, na geração F subscrito 2${\text{F}}_2$.

Imagens elaboradas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 45-49.

Ao realizar o experimento apresentado anteriormente, Mendel esperava que na geração F subscrito 2${\text{F}}_2$ surgissem apenas plantas altas. Com base no resultado obtido na F subscrito 2${\text{F}}_2$, ele deduziu que as plantas altas abre parênteses F subscrito 1 fecha parênteses$\left({\text{F}}_1\right)$ tinham um fator determinante para plantas baixas que foi inibido pela expressão de outro fator para plantas altas. O fator que foi expresso recebeu o nome de fator dominante, e o fator inibido foi chamado de recessivo. Atualmente, os fatores citados por Mendel são chamados de alelos.

Professor, professora: Se julgar pertinente, relembre com os estudantes o conceito de alelos e de genes estudado anteriormente.

Nos seres vivos diploides, os alelos se apresentam aos pares, um presente no cromossomo herdado da mãe e o outro, no cromossomo herdado do pai. Por isso, o alelo relacionado à altura alta está, em um cromossomo, na mesma posição do alelo relacionado à altura baixa no outro cromossomo.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 181.

Quando um organismo tem alelos que expressam a mesma variação da característica, por exemplo, planta alta, diz-se que ele é homozigoto para tal característica. Quando os alelos expressam variações diferentes para a mesma característica, o indivíduo é chamado de heterozigoto.

Assim como Mendel, nós também utilizaremos símbolos para facilitar os estudos genéticos. Nesse caso, para representar o alelo dominante, utilizaremos a letra D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$, e para representar o alelo recessivo, a letra d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$. Assim, quando um indivíduo apresenta os alelos D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$ e D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$, ele é considerado homozigoto dominante para determinada característica; quando apresenta os alelos d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$ e d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$, é chamado de homozigoto recessivo; e quando apresenta os alelos D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$ e d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$, é denominado heterozigoto para tal característica.

Confira o exemplo a seguir.

Geração parental (P): as plantas altas são homozigotas para o alelo dominante D maiúsculo D maiúsculo$\mathbf{\text{DD}}$ e produzem apenas gametas com o alelo D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$. As plantas baixas são sempre homozigotas para o alelo recessivo d minúsculo d minúsculo$\mathbf{\text{dd}}$ e só produzem gametas com o alelo d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$.

Geração F subscrito 1${\mathbf{\text{F}}}_{\mathbf{1}}$: composta de plantas heterozigotas para a altura, que têm alelos D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$ e d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$ e, portanto, produzem gametas de dois tipos, D maiúsculo$\mathbf{\text{D}}$e d minúsculo$\mathbf{\text{d}}$.

Geração F subscrito 2${\mathbf{\text{F}}}_{\mathbf{2}}$: formada por indivíduos com os genótipos D maiúsculo D maiúsculo$\mathbf{\text{DD}}$, D maiúsculo d minúsculo$\mathbf{\text{Dd}}$ ou d minúsculo d minúsculo$\mathbf{\text{dd}}$. A proporção genotípica, ou seja, entre os genótipos, é de 1 D maiúsculo D maiúsculo dividido por 2 D maiúsculo d minúsculo dividido por 1 d minúsculo d minúsculo$1\mathbf{\text{DD}}\mathbf{:}2\mathbf{\text{Dd}}\mathbf{:}1\mathbf{\text{dd}}$. Já os fenótipos são plantas altas e baixas, cuja proporção é de 3 altas para cada 1 baixa abre parênteses 3 dividido por 1 fecha parênteses$(3:1)$.

Imagens elaboradas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 45-49.

Os estudos realizados por Mendel levaram à conclusão de que os fatores são os alelos, responsáveis por características que se separam na formação dos gametas, os quais apresentam um único fator para cada gene. Essa é a primeira lei de Mendel, também conhecida como lei da segregação dos fatores. Para exemplificar, analise o esquema a seguir.

A. Os alelos para a característica cor das sementes se encontram em cromossomos homólogos, sendo um de origem paterna e outro de origem materna.

B. Durante a meiose I, as cromátides são duplicadas. Portanto, os alelos também são duplicados.

C. Os cromossomos duplicados se separam e se deslocam para cada célula-filha. A célula, que era diploide abre parênteses 2 n fecha parênteses$\left(2\text{n}\right)$, dá origem a células haploides abre parênteses n fecha parênteses$\left(\text{n}\right)$.

D. Ao final da meiose II, ocorre a separação das cromátides-irmãs. Cada gameta recebe um representante do par dos cromossomos homólogos e tem apenas um alelo de cada gene.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 181.

Após a meiose, cada gameta tem apenas um alelo para determinada característica.

Quadro de Punnett

Para a resolução direta de cruzamentos que envolvem um ou dois genes, é possível utilizar o quadro de Punnett, desenvolvido pelo geneticista inglês Reginald Crundall Punnett (1875-1967). Trata-se de um diagrama no qual são inseridos os possíveis alelos dos gametas dos genitores e depois analisadas as combinações de todos os possíveis genótipos formados nesse cruzamento.

Para compreender melhor, acompanhe o exemplo a seguir envolvendo o albinismo, uma condição em que ocorre ausência do pigmento melanina no corpo. O albinismo é um fenótipo recessivo, ou seja, para que ele se manifeste o indivíduo precisa ser homozigoto recessivo abre parênteses a minúsculo a minúsculo fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{aa}}\right)$.

ATIVIDADES RESOLVIDAS

R1. Qual é a probabilidade de um homem heterozigoto para o albinismo e de uma mulher também heterozigota para a mesma condição terem um filho com albinismo?

Resolução

Extraindo os dados do problema, temos:

• genótipos dos pais: A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$ e A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$
• gametas do pai: A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ ou a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$
• gametas da mãe: A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ ou a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$

Construindo o quadro de Punnett, temos:

Analisando o quadro de Punnett, é possível prever que o casal tem 25%, ou 1 quarto$\frac{1}{4}$, de probabilidade de ter um filho com albinismo abre parênteses a minúsculo a minúsculo fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{aa}}\right)$.

Heredogramas

A genealogia possibilita estudar as características genéticas de pessoas com parentesco e descobrir se determinada característica está presente nos ancestrais ou nos descendentes de um indivíduo. Uma maneira de representar graficamente a genealogia é por meio do heredograma. Com o auxílio desse método, é possível identificar indivíduos portadores de alelos que resultem na característica analisada e acompanhar sua transmissão entre as gerações. Confira algumas convenções utilizadas em um heredograma.

Agora, vamos estudar um exemplo.

ATIVIDADES RESOLVIDAS

R2. A polidactilia é uma condição autossômica dominante que se manifesta como dedos extras. O heredograma a seguir está relacionado a essa característica.

Analisando o heredograma, é possível conhecer algumas informações.

• Os genótipos possíveis são: P maiúsculo P maiúsculo$\mathbf{\text{PP}}$, P maiúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{Pp}}$ e p minúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{pp}}$.
• Os fenótipos possíveis são: com polidactilia (P maiúsculo P maiúsculo$\mathbf{\text{PP}}$ e P maiúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{Pp}}$) e sem polidactilia (p minúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{pp}}$).
• Os indivíduos com polidactilia são: 1, 4, 5, 6 e 8.
• Os indivíduos sem polidactilia são: 2, 3, 7 e 9.
• Os indivíduos com genótipo P maiúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{Pp}}$, em razão de um dos pais ser homozigoto recessivo, ou seja, não ter polidactilia (indivíduos 2 e 7), são: 4, 5, 6 e 8.

Ao analisar o fenótipo dos filhos de 1 e 2, podemos identificar o genótipo do indivíduo 1.

Se o genótipo de 1 fosse P maiúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{Pp}}$, o resultado seria:

Quadro de Punnett

1/2	p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$	p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$
P maiúsculo$\mathbf{\text{P}}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$
p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$	p minúsculo p minúsculo$\text{pp}$	p maiúsculo p maiúsculo$\text{pp}$

Se o genótipo de 1 fosse P maiúsculo P maiúsculo$\mathbf{\text{PP}}$, o resultado seria:

Quadro de Punnett

1 / 2	p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$	p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$
P maiúsculo$\mathbf{\text{P}}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$
P maiúsculo$\mathbf{\text{P}}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$

O casal (1 e 2) tem dois filhos com polidactilia (4 e 6), uma filha com polidactilia (5) e uma filha sem polidactilia (3). Assim, 1 e 2 têm genótipo P maiúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{Pp}}$ e p minúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{pp}}$, respectivamente. Já os filhos 4 e 6 e a filha 5 têm genótipo P maiúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{Pp}}$, enquanto a filha 3 tem genótipo p minúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{pp}}$.

É possível, então, calcular a probabilidade de o casal 6 e 7 ter outro(a) filho(a) com polidactilia?

• O indivíduo 6 tem polidactilia abre parênteses P maiúsculo p minúsculo fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{Pp}}\right)$.
• O indivíduo 7 não tem polidactilia abre parênteses p minúsculo p minúsculo fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{pp}}\right)$.

Como cada gravidez é um evento único e não sofre influência de gestações anteriores, a probabilidade de esse casal ter outro(a) filho(a) com polidactilia é de 50%.

Quadro de Punnett

6 / 7	p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$	p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$
P maiúsculo$\mathbf{\text{P}}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$	P maiúsculo p minúsculo$\text{Pp}$
p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$	p minúsculo p minúsculo$\text{pp}$	p minúsculo p minúsculo$\text{pp}$

Segunda lei de Mendel

Ao longo de seus estudos, Mendel passou a analisar duas características simultaneamente. Quanto à cor, as sementes poderiam ser amarelas (característica dominante) ou verdes (característica recessiva); quanto à textura, poderiam ser lisas (característica dominante) ou rugosas (característica recessiva). Como ele estudou as duas características ao mesmo tempo, o cruzamento é chamado di-híbrido.

Em um de seus experimentos, Mendel cruzou plantas puras dominantes com puras recessivas para as duas características.

O gene para cor de sementes tem um alelo dominante V maiúsculo$\mathbf{\text{V}}$ (cor amarela) e um alelo recessivo v minúsculo$\mathbf{\text{v}}$ (cor verde). Os genótipos V maiúsculo V maiúsculo$\mathbf{\text{VV}}$ e V maiúsculo v minúsculo$\mathbf{\text{Vv}}$ conferem a coloração amarela às sementes, e o genótipo v minúsculo v minúsculo$\mathbf{\text{vv}}$ é responsável pela coloração verde.

Em relação à textura da semente, considere o alelo dominante R maiúsculo$\mathbf{\text{R}}$ (textura lisa) e o seu alelo recessivo r minúsculo$\mathbf{\text{r}}$ (textura rugosa). Assim, os genótipos R maiúsculo R maiúsculo$\mathbf{\text{RR}}$ e R maiúsculo r minúsculo$\mathbf{\text{Rr}}$ são de sementes lisas, e r minúsculo r minúsculo$\mathbf{\text{rr}}$, de sementes rugosas.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 183.

A geração F subscrito 1${\text{F}}_1$ é heterozigota para as características amarela e lisa. Com a autofecundação entre as plantas da F subscrito 1${\text{F}}_1$, obtém-se a geração F subscrito 2${\text{F}}_2$, em uma proporção aproximada de 9 dividido por 3 dividido por 3 dividido por 1$9:3:3:1$. Afinal, qual seria a explicação para essa proporção? Acompanhe a seguir.

Utilizando o quadro de Punnett com as combinações entre os alelos dos gametas, são obtidos os genótipos na F subscrito 1${\text{F}}_1$, conforme o quadro a seguir.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 183.

As plantas heterozigotas para semente amarela e lisa abre parênteses F subscrito 1 fecha parênteses$\left({\text{F}}_1\right)$, com genótipo V maiúsculo v minúsculo R maiúsculo r minúsculo$\mathbf{\text{VvRr}}$, produzem gametas V maiúsculo R maiúsculo$\mathbf{\text{VR}}$, V maiúsculo r minúsculo$\mathbf{\text{Vr}}$, v minúsculo R maiúsculo$\mathbf{\text{vR}}$ e v minúsculo r minúsculo$\mathbf{\text{vr}}$. Utilizando o quadro de Punnett com as combinações entre os alelos dos gametas, obtêm-se os genótipos na F subscrito 2${\text{F}}_2$. Confira o quadro a seguir.

Do cruzamento entre heterozigotos para duas características, a proporção genotípica formada é de 1 dividido por 2 dividido por 2 dividido por 4 dividido por 1 dividido por 2 dividido por 1 dividido por 2 dividido por 1$1:2:2:4:1:2:1:2:1$, ou seja, 1 V maiúsculo V maiúsculo R maiúsculo R dividido por 2 V maiúsculo V maiúsculo R maiúsculo r minúsculo dividido por 2 V maiúsculo v minúsculo R maiúsculo maiúsculo R dividido por 4 V maiúsculo v minúsculo R maiúsculo r minúsculo dividido por 1 V maiúsculo V maiúsculo r minúsculo r minúsculo dividido por 2 V maiúsculo v minúsculo r minúsculo r minúsculo dividido por 1 v minúsculo v minúsculo R R dividido por 2 v minúsculo v minúsculo R r minúsculo dividido por 1 v minúsculo v minúsculo r minúsculo r$1\mathbf{\text{VVRR}}\mathbf{:}2\mathbf{\text{VVRr}}\mathbf{:}2\mathbf{\text{VvRR}}\mathbf{:}4\mathbf{\text{VvRr}}\mathbf{:}1\mathbf{\text{VVrr}}\mathbf{:}2\mathbf{\text{Vvrr}}\mathbf{:}1\mathbf{\text{vvRR}}\mathbf{:}2\mathbf{\text{vvRr}}\mathbf{:}1\mathbf{\text{vvrr}}$. A proporção fenotípica é 9 amarelas lisas: 3 amarelas rugosas: 3 verdes lisas: 1 verde rugosa.

Os estudos de Mendel possibilitam concluir que determinada característica é condicionada por um gene e que seus alelos são responsáveis pela variação dessa característica. Com base nos resultados do estudo simultâneo de duas características, constatamos que os alelos de genes diferentes se distribuem de maneira independente e aleatória durante a formação dos gametas, produzindo todas as combinações possíveis. Esse é o princípio da segunda lei de Mendel.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 183.

Confira a seguir como ocorre a formação dos gametas durante a meiose, analisando a cor e a textura da semente de ervilha-de-jardim.

Imagem elaborada com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 96.

Ao analisar a representação do processo de formação de gametas nas ervilhas-de-jardim, é possível reconhecer que os diferentes genes e seus alelos se distribuem de modo independente e aleatório, confirmando a segunda lei de Mendel.

Agora, considere uma ervilha amarela rugosa. Nesse caso, seu genótipo poderia ser V maiúsculo V maiúsculo$\mathbf{\text{VV}}$ ou V maiúsculo v minúsculo$\mathbf{\text{Vv}}$, para a característica amarela, e r minúsculo r minúsculo$\mathbf{\text{rr}}$, por ser rugosa. Uma maneira de descobrir se o genótipo dessa semente para a cor é homozigoto abre parênteses V maiúsculo V maiúsculo fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{VV}}\right)$ ou heterozigoto abre parênteses V maiúsculo v minúsculo fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{Vv}}\right)$ é pelo cruzamento teste.

O cruzamento teste identifica se um indivíduo com fenótipo dominante é homozigoto ou heterozigoto. Para isso, é necessário cruzar esse indivíduo com outro homozigoto recessivo. Se toda a descendência expressar o fenótipo dominante, o genótipo é homozigoto; caso metade da prole expresse o fenótipo dominante e o restante expresse o fenótipo recessivo, é provável que o genótipo do indivíduo testado seja heterozigoto.

Dominância incompleta

Embora os estudos realizados por Mendel tenham sido fundamentais para o desenvolvimento dos conhecimentos sobre a hereditariedade, a transmissão de genes de várias características não segue essas leis. Quando estudamos os padrões de dominância não mendelianas, encontramos a dominância incompleta, a codominância, os alelos letais e os alelos múltiplos. Esses assuntos serão estudados a seguir.

Na dominância incompleta, um indivíduo heterozigoto para certa característica expressa um fenótipo diferente do que é manifestado pelo homozigoto dominante ou pelo homozigoto recessivo. Um exemplo dessa dominância ocorre na determinação das cores das flores de maravilha (Mirabilis jalapa). Quando plantas com flores vermelhas são cruzadas com outras que têm flores brancas, na geração F subscrito 1${\text{F}}_1$ são desenvolvidas plantas com flores cor-de-rosa.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

A coloração vermelha da flor de maravilha ocorre quando o alelo F elevado a V${\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}$ aparece duplamente abre parênteses F elevado a V F elevado a V fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}{\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}\right)$. A combinação do alelo F elevado a V${\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}$ com o alelo F elevado a B abre parênteses F elevado a V F elevado a B fecha parênteses${\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}\left({\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}{\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}\right)$ determina a menor expressão da proteína funcional relacionada à pigmentação vermelha, por isso, o fenótipo observado é a coloração cor-de-rosa.

Nas plantas homozigotas recessivas abre parênteses F elevado a B F elevado a B fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}{\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}\right)$, o fenótipo obtido são plantas com flores brancas. Confira a seguir.

Geralmente, a relação de dominância incompleta está relacionada à presença de um alelo funcional e outro não funcional. A pigmentação vermelha da flor de maravilha somente é alcançada quando o alelo F elevado a V${\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}$ está duplamente presente, ou seja, seu produto é expresso em dobro nos homozigotos abre parênteses F elevado a V F elevado a V fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}{\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}\right)$. Um alelo F elevado a V${\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}$ presente na planta heterozigota abre parênteses F elevado a V F elevado a B fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}{\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}\right)$ determina menor expressão da proteína funcional relacionada à cor vermelha e, portanto, o fenótipo observado é a coloração cor-de-rosa. Já nas plantas homozigotas recessivas abre parênteses F elevado a B F elevado a B fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}{\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{B}}}\right)$, em que o F elevado a V${\mathbf{\text{F}}}^{\mathbf{\text{V}}}$ está ausente e sua expressão é nula, o fenótipo obtido é de plantas com flores brancas.

Codominância

Na codominância, o heterozigoto exibe um fenótipo que é a mistura do efeito dos fenótipos homozigotos. Nesse caso, ambos os alelos são expressos, produzindo dois tipos diferentes de proteína.

A codominância pode ser vista, por exemplo, na coloração da pelagem de bovinos da raça^✚ shorthorn. O alelo P elevado a V${\mathbf{\text{P}}}^{\mathbf{\text{V}}}$ produz proteínas para a coloração vermelha da pelagem e o alelo P elevado a B${\mathbf{\text{P}}}^{\mathbf{\text{B}}}$ produz proteínas para a cor de pelagem branca. O genótipo heterozigoto P elevado a V P elevado a B${\mathbf{\text{P}}}^{\mathbf{\text{V}}}{\mathbf{\text{P}}}^{\mathbf{\text{B}}}$, por sua vez, determina a pelagem malhada (vermelha e branca).

Imagens elaboradas com base em: ROSA, Antonio N.; MENEZES, Gilberto R. O.; EGITO, Andréa A. Recursos genéticos e estratégias de melhoramento. In: ROSA, Antonio N. et al. (ed.). Melhoramento genético aplicado em gado de corte. Brasília: Embrapa, 2013. p. 13.

Assim, na dominância incompleta, os fenótipos dos homozigotos não são identificáveis no heterozigoto, que apresenta um terceiro fenótipo, intermediário ao dos dois homozigotos. Já na codominância, o heterozigoto expressa simultaneamente os fenótipos de ambos os homozigotos.

Alelos letais

Algumas mutações que ocorrem na molécula de DNA podem interferir em vias essenciais do desenvolvimento dos seres vivos, causando a morte deles antes ou após o nascimento. Tais mutações são conferidas por alelos letais. Acompanhe o exemplo a seguir.

Em camundongos, a mutação amarelo-letal abre parênteses A elevado a Y fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}\right)$ tem efeito em duas características: cor da pelagem e sobrevivência. A pelagem amarela, expressa pelo alelo A elevado a Y${\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}$, é dominante em relação ao alelo A$\mathbf{\text{A}}$, que, em homozigose, confere a pelagem aguti abre parênteses A A fecha parênteses$\left(\mathbf{\text{AA}}\right)$. Na heterozigose abre parênteses A elevado a Y A fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}\mathbf{\text{A}}\right)$, os camundongos têm pelagem amarela e se desenvolvem normalmente. No entanto, quando o alelo A elevado a Y${\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}$ ocorre em homozigose abre parênteses A elevado a Y A elevado a Y fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}{\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}\right)$, eles morrem antes de nascer.

Considere o cruzamento entre dois camundongos com pelagem de coloração amarela.

Imagens elaboradas com base em: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 72.

Assim, a proporção genotípica do cruzamento entre dois indivíduos heterozigotos amarelos seria de 1 quarto A elevado a Y A elevado a Y$\frac{1}{4}{\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}{\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}$; 2 quartos$\frac{2}{4}$ ou 1 meio A elevado a Y A$\frac{1}{2}{\mathbf{\text{A}}}^{\mathbf{\text{Y}}}\mathbf{\text{A}}$; 1 quarto A A$\frac{1}{4}\mathbf{\text{AA}}$. Já a proporção fenotípica seria de 1 quarto$\frac{1}{4}$ que morreria no útero materno, 2 quartos$\frac{2}{4}$ ou 1 meio$\frac{1}{2}$ amarelo e 1 quarto$\frac{1}{4}$ aguti. Desse modo, a proporção esperada de 1 dividido por 2 dividido por 1$1:2:1$ é alterada para 2 dividido por 1$2:1$ ao analisarmos somente os indivíduos que nasceram vivos abre parênteses 2 terços amarelo dividido por 1 terço aguti fecha parênteses$(\frac{2}{3}\text{amarelo}:\frac{1}{3}\text{aguti})$.

Alelos múltiplos

Algumas características nos seres vivos são determinadas por genes que têm vários alelos no mesmo locus, o que recebe o nome de alelos múltiplos ou polialelia. Essa herança é percebida, por exemplo, na pelagem dos coelhos, cujo gene tem quatro alelos: C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo, fim expoente${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{ch}}}$ (pelagem chinchila), C maiúsculo elevado a h minúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}$ (pelagem himalaia), C maiúsculo sobrescrito mais${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}$ (pelagem selvagem) e C maiúsculo$\mathbf{\text{C}}$ (pelagem albina). Cada um desses alelos está relacionado a um padrão de cor característica.

Imagens elaboradas com base em: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 69.

Há uma relação de dominância nesse tipo de herança: o tipo selvagem é dominante sobre os demais; chinchila domina himalaio e albino; himalaio domina albino. A relação de dominância pode ser expressa como: C maiúsculo sobrescrito mais é maior do que C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo fim expoente é maior do que C maiúsculo elevado a h minúsculo é maior do que C maiúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}>{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{ch}}}>{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}>\mathbf{\text{C}}$.

Confira a seguir os diferentes genótipos possíveis para cada tipo de pelagem em coelhos.

• Selvagem: C maiúsculo sobrescrito mais C maiúsculo sobrescrito mais${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}$; C maiúsculo sobrescrito mais C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo, fim expoente${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{ch}}}$; C maiúsculo sobrescrito mais C maiúsculo elevado a h minúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}$; C maiúsculo sobrescrito mais C maiúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{+}}\mathbf{\text{C}}$.
• Chinchila: C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo, fim expoente, C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo, fim expoente${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{ch}}}{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{ch}}}$; C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo, fim expoente, C maiúsculo elevado a h minúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{ch}}}{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}$; C maiúsculo elevado a início expoente, c minúsculo h minúsculo, fim expoente, C maiúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{c}}\mathbf{\text{h}}}\mathbf{\text{C}}$.
• Himalaio: C maiúsculo elevado a h minúsculo C maiúsculo elevado a h minúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}{\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}$; C maiúsculo elevado a h minúsculo C maiúsculo${\mathbf{\text{C}}}^{\mathbf{\text{h}}}\mathbf{\text{C}}$.
• Albino: C maiúsculo C maiúsculo$\mathbf{\text{CC}}$.

Professor, professora: Relembre os estudantes de que Mendel, nos experimentos com ervilhas-de-jardim, estudou muitas características em loci diferentes. Nesses casos, em um único locus havia apenas dois alelos (verde/amarela ou rugosa/lisa, por exemplo). No caso de alelos múltiplos, são mais de dois alelos em um locus.

Os alelos múltiplos também são encontrados em seres humanos, como no caso do sistema A B O$\text{ABO}$, no qual existem quatro tipos sanguíneos: A$\text{A}$, B$\text{B}$, A B$\text{AB}$ e O$\text{O}$. Esses tipos estão relacionados, basicamente, à presença de aglutinogênios^✚ A$\text{A}$ e B$\text{B}$ e aglutininas^✚ anti-A e anti-B na membrana de certas hemácias.

A expressão dos aglutinogênios no sistema ABO está relacionada a três alelos: I maiúsculo elevado a A maiúsculo${\mathbf{\text{I}}}^{\mathbf{\text{A}}}$, I maiúsculo elevado a B maiúsculo${\mathbf{\text{I}}}^{\mathbf{\text{B}}}$ e i minúsculo$\mathbf{\text{i}}$. O alelo I elevado a A maiúsculo${\mathbf{\text{I}}}^{\mathbf{\text{A}}}$ expressa o antígeno A maiúsculo$\text{A}$; o alelo I maiúsculo elevado a B maiúsculo${\mathbf{\text{I}}}^{\mathbf{\text{B}}}$, o antígeno B$\mathbf{\text{B}}$; e o alelo i minúsculo$\mathbf{\text{i}}$ não produz esses antígenos. Os alelos I maiúsculo elevado a A maiúsculo${\mathbf{\text{I}}}^{\mathbf{\text{A}}}$ e I maiúsculo elevado a B maiúsculo${\mathbf{\text{I}}}^{\mathbf{\text{B}}}$ se expressam igualmente no heterozigoto, mas são dominantes sobre o alelo i minúsculo$\mathbf{\text{i}}$.

Confira o quadro a seguir.

Interações gênicas

Em 1905, o biólogo inglês William Bateson (1861-1926), em parceria com o geneticista inglês Reginald Punnett (1875-1967), obteve as primeiras evidências de que uma característica era influenciada por mais de um gene, como ocorre nas galinhas domésticas. Essas aves podem ter quatro tipos de crista: rosa, ervilha, noz e simples.

Bateson e Punnett descobriram que o tipo de crista é determinado pelos genes R maiúsculo$\mathbf{\text{R}}$ e E maiúsculo$\mathbf{\text{E}}$, os quais têm dois alelos cada. O alelo dominante do gene R maiúsculo$\mathbf{\text{R}}$ define a crista rosa somente se os dois alelos do gene E maiúsculo$\mathbf{\text{E}}$ forem recessivos (R maiúsculo R maiúsculo e minúsculo e minúsculo$\mathbf{\text{RRee}}$ ou R maiúsculo r minúsculo e minúsculo e minúsculo$\mathbf{\text{Rree}}$). A presença de apenas um alelo dominante do gene define a crista tipo ervilha quando os alelos do gene R maiúsculo$\mathbf{\text{R}}$ são recessivos (r minúsculo r minúsculo E maiúsculo E maiúsculo$\mathbf{\text{rrEE}}$ ou r minúsculo r minúsculo E maiúsculo e minúsculo$\mathbf{\text{rrEe}}$). A crista do tipo noz, por sua vez, precisa ter ao menos um alelo dominante de cada gene (R maiúsculo lacuna E maiúsculo lacuna$\mathbf{\text{R\_E\_}}$). Para haver crista simples, todos os alelos devem ser recessivos.

Agora, confira o cruzamento apresentado.

Imagens elaboradas com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. p. 210.

Como foi possível perceber, se uma ave homozigota para crista rosa cruzar com uma ave homozigota para crista ervilha, na F subscrito 1${\text{F}}_1$ surgiriam somente descendentes de crista do tipo noz, que é diferente da que os parentais têm. Assim, percebe-se que o genótipo para noz precisa ter ao menos um alelo dominante de cada gene.

Já no cruzamento entre duas aves da geração F subscrito 1${\text{F}}_1$ (crista tipo noz, com genótipo R maiúsculo r minúsculo E maiúsculo e minúsculo$\mathbf{\text{RrEe}}$), surgem quatro fenótipos relacionados ao tipo de crista. Confira o quadro a seguir.

Por meio da análise dele, é possível perceber que, apesar da interação entre os genes, a proporção fenotípica em F subscrito 2${\text{F}}_2$ foi mantida 9 dividido por 3 dividido por 3 dividido por 1$9:3:3:1$, indicando que nenhum gene se sobrepôs ao outro. A não sobreposição dos genes determina uma interação não epistática.

Agora, considere o exemplo a seguir.

A cor da pelagem dos camundongos pode ser aguti (ou selvagem), preta ou albina. Esse padrão de coloração é condicionado por dois genes, que segregam seus alelos independentemente. Um deles é responsável pela cor dos pelos: o alelo dominante A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ determina a presença da pelagem aguti e o alelo recessivo a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$, quando em homozigose, define a pelagem preta. No outro gene, o alelo dominante P maiúsculo$\mathbf{\text{P}}$ possibilita a manifestação da cor, enquanto o recessivo p$\mathbf{\text{p}}$, em homozigose (p minúsculo p minúsculo$\mathbf{\text{pp}}$), a inibe (albino).

No cruzamento de um camundongo com pelagem preta, duplo homozigoto abre parênteses a minúsculo a minúsculo P maiúsculo P maiúsculo fecha parênteses$\mathbf{\text{(aaPP)}}$, e um camundongo albino, também duplo homozigoto abre parênteses A maiúsculo A maiúsculo p minúsculo p minúsculo fecha parênteses$\mathbf{\text{(AApp)}}$, obtém-se uma geração F subscrito 1${\text{F}}_1$ heterozigota abre parênteses A maiúsculo a minúsculo P maiúsculo p minúsculo fecha parênteses$\mathbf{\text{(AaPp)}}$. Após o cruzamento de indivíduos da F subscrito 1${\text{F}}_1$, é obtida a proporção fenotípica na geração F subscrito 2${\text{F}}_2$, apresentada no quadro a seguir.

Verificando o quadro, é possível perceber que a proporção fenotípica obtida para a pelagem é de 9 agutis dividido por 3 pretas dividido por 4 albinas$9\text{agutis}\mathbf{:}3\text{pretas}\mathbf{:}4\text{albinas}$. Assim, a proporção clássica da segregação independente descrita por Mendel abre parênteses 9 dividido por 3 dividido por 3 dividido por 1 fecha parênteses$(9:3:3:1)$ não é observada.

Há situações, como a da pelagem dos camundongos, em que uma característica é influenciada por dois ou mais genes e um alelo se sobrepõe aos outros, estabelecendo relação de dominância. Esse alelo é chamado epistático, pois realiza a relação de epistasia.

Quando a ação epistática é de um alelo dominante, ocorre epistasia dominante. Já no caso de a ação epistática ser de um gene recessivo, temos a chamada epistasia recessiva. Nesta, é necessário que os alelos atuem juntos, ou seja, que dois alelos recessivos sejam epistáticos sobre os outros, como ocorre na característica pelagem dos camundongos.

Em se tratando de hereditariedade, há também casos em que um gene é responsável pela expressão de mais de uma característica, a chamada pleiotropia. Isso pode ser percebido, por exemplo, em cebolas.

O gene que condiciona a cor da casca da cebola é o mesmo que determina a resistência desse vegetal a fungos. O alelo dominante V maiúsculo$\mathbf{\text{V}}$ condiciona a casca de cor branca (V maiúsculo V maiúsculo$\mathbf{\text{VV}}$ e V maiúsculo v minúsculo$\mathbf{\text{Vv}}$) e seu alelo recessivo v minúsculo$\mathbf{\text{v}}$, a cor vermelha abre parênteses v minúsculo v minúsculo fecha parênteses$\mathbf{\text{(vv)}}$. O alelo v minúsculo$\mathbf{\text{v}}$, em duplicidade, também estabelece resistência aos fungos e seu alelo V maiúsculo$\mathbf{\text{V}}$ confere a falta dessa característica.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Assim, V maiúsculo V maiúsculo$\mathbf{\text{VV}}$ e V maiúsculo v minúsculo$\mathbf{\text{Vv}}$ são genótipos de cebolas de casca branca e que não apresentam resistência a fungos. O genótipo v minúsculo v minúsculo$\mathbf{\text{vv}}$, por sua vez, condiciona a casca vermelha em cebolas e a resistência delas aos fungos.

Ligações gênicas

As pesquisas de Mendel visavam a estudos de genes que se segregam independentemente. Entretanto, há casos em que dois genes estão presentes no mesmo cromossomo e definem características distintas.

A cor dos olhos e o formato da asa da mosca Drosophila melanogaster, por exemplo, são características determinadas por genes ligados, que estão no mesmo cromossomo. A cor avermelhada é condicionada pelo alelo dominante P maiúsculo$\mathbf{\text{P}}$, enquanto o alelo recessivo p minúsculo$\mathbf{\text{p}}$ se refere à cor de olho púrpura. A asa normal é condicionada pelo gene dominante V maiúsculo$\mathbf{\text{V}}$ e a asa vestigial, pelo alelo recessivo v minúsculo$\mathbf{\text{v}}$.

Imagens elaboradas com base em: STORER, Tracy Irwin et al. Zoologia geral. 6. ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2000. p. 178, 192.

O cruzamento entre parentais homozigotos para essas características origina uma F subscrito 1${\text{F}}_1$ heterozigota. Se nos baseássemos na segunda lei de Mendel, a F subscrito 2${\text{F}}_2$ seria formada na proporção de 9 dividido por 3 dividido por 3 dividido por 1$9:3:3:1$. No entanto, para genes ligados, a proporção é diferente. Acompanhe a seguir a formação dos gametas ligados referentes a essas duas características.