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Como resolver problemas de genética em biologia?

O estudo das leis básicas da hereditariedade e a variabilidade dos organismos é uma das tarefas mais complexas, mas muito promissoras, que enfrentam as ciências naturais modernas. Neste artigo, consideraremos os conceitos teóricos básicos e os postulados da ciência, e entenderemos como resolver problemas de genética.

A urgência de estudar as leis da hereditariedade

Dois dos ramos mais importantes da ciência moderna – medicina e reprodução – estão se desenvolvendo graças à pesquisa de cientistas genéticos. A mesma disciplina biológica, cujo nome foi proposto em 1906 pelo cientista inglês U. Betson, não é tão teórico quanto prático. Qualquer pessoa que decida compreender seriamente o mecanismo de herança de vários traços (por exemplo, como a cor dos olhos, cabelo, tipo de sangue), primeiro é preciso estudar as leis de hereditariedade e variabilidade e também descobrir como resolver problemas na genética humana. Isto é exatamente o que vamos fazer.

Conceitos e termos básicos

Cada ramo possui um conjunto de definições básicas específicas, apenas inerentes. Se estamos falando sobre a ciência que estuda os processos de transmissão de traços hereditários, estes serão entendidos como os seguintes termos: gene, genótipo, fenótipo, indivíduos-mãe, híbridos, gametas e assim por diante. Nós vamos conhecer cada um deles quando estudarmos as regras que explicam como resolver problemas de biologia na genética. Mas, no início, estudaremos o método hibrônico. Afinal, é ele quem está subjacente à pesquisa genética. Foi proposto pelo naturalista checo G. Mendel no século XIX.

Como os sinais são herdados?

Os padrões de transferência das propriedades do organismo foram descobertos por Mendel, graças aos experimentos que realizou com o inóculo de planta e erva amplamente conhecido. O método híbrido é um cruzamento de duas unidades, que diferem um do outro por um par de características (cruzamentos mono-híbridos). Se o experimento envolver organismos que tenham vários pares de traços alternativos (opostos), então eles falam de cruzamentos poli-híbridos. O cientista sugeriu a seguinte forma de registrar o curso de hibridação de duas plantas de ervilha que diferem na cor das sementes. A – tinta amarela e – verde.

Neste recorde F1 – híbridos da primeira geração (I). Todos são absolutamente uniformes (idênticos), pois contêm o gene dominante A, que controla a cor amarela das sementes. A entrada acima corresponde à primeira lei Mendeliana (a regra de uniformidade de hybridez F1). O conhecimento disso explica aos alunos como resolver problemas de genética. O 9º ano possui um programa de biologia no qual um método hibrítico de pesquisa genética é estudado em detalhes. Ele também considera a segunda (ІІ) regra de Mendel, chamada lei de divisão. Segundo ele, os híbridos F2 obtidos a partir da hibridação dos dois híbridos da primeira geração entre si mostram uma divisão na proporção do fenótipo de 3 a 1 e do genótipo 1 a 2 e a 1.

Usando as fórmulas acima, você entenderá como resolver problemas de genética sem erros, se, em suas circunstâncias, você puder aplicar a primeira ou já conhecida lei II Mendeliana, considerando que o cruzamento ocorre com o domínio completo de um dos genes.

A lei da combinação independente de estados de características

Se os pais diferirem em dois pares de características alternativas, por exemplo, a coloração das sementes e sua forma, em plantas como ervilhas, então , no curso do cruzamento genético, é necessário usar a rede Pinnet.

Absolutamente todos os híbridos, que são a primeira geração, obedecem à regra da uniformidade mendeliana. Ou seja, são amarelas, com uma superfície lisa. Continuando a cruzar plantas da F1, obtemos híbridos da segunda geração. Para descobrir como resolver problemas na genética, a 10ª série em aulas de biologia usa o registro da cruz dihíbrida, usando a fórmula de divisão do fenótipo 9: 3: 3: 1. Desde que os genes estejam localizados em pares diferentes, você pode usar o terceiro postulado de Mendel – a lei de combinações independentes de estados de características.

Como os grupos sanguíneos são herdados?

O mecanismo de transmissão de uma característica como o grupo sanguíneo em seres humanos não corresponde às leis que examinamos anteriormente. Ou seja, ele não obedece à primeira e segunda leis de Mendel. Isso é explicado pelo fato de que um sinal como o grupo sanguíneo, de acordo com os estudos de Landsteiner, é controlado por três alelos de genes I: A, B e 0. Assim, os genótipos serão:

  • O primeiro grupo é 00.
  • O segundo é AA ou A0.
  • O terceiro grupo é BB ou B0.
  • O quarto é AB.

O gene 0 é um alelo recessivo para os genes A e B. E o quarto grupo é o resultado da codominação (a presença mútua dos genes A e B). É esta regra que deve ser levada em consideração para saber como resolver tarefas genéticas em grupos sanguíneos. Mas isso não é tudo. Para estabelecer os genótipos das crianças por grupo sanguíneo, nascido de pais com diferentes grupos, utilizamos a tabela abaixo.

A teoria da hereditariedade de Morgan

Voltemos à seção do nosso artigo "A lei da combinação independente de estados de sinais", na qual examinamos como resolver problemas de genética. O cruzamento dihybrid, como a terceira lei mendeliana a que obedece, é aplicável a genes alélicos nos cromossomos homólogos de cada par.

Em meados do século 20, o cientista genético americano T. Morgan provou que a maioria das características são controladas por genes que estão localizados no mesmo cromossomo. Eles têm um arranjo linear e formam grupos de embreagens. E seu número é igual ao conjunto haploide de cromossomos. No processo de meiose, que leva à formação de gametas, não os genes individuais, como Mendel pensou, caem nas células sexuais, mas todos os seus complexos, chamados de aglomerados de Morgan.

Cruzamento

Durante a profase I (também é chamada de primeira divisão da meiose) entre cromátides internas de cromossomos homólogos, há uma troca de sites (lucus). Este fenômeno recebeu o nome de cruzamento. Ele está subjacente à variabilidade hereditária. O cruzamento é especialmente importante para o estudo das seções de biologia que tratam do estudo de doenças humanas hereditárias. Aplicando os postulados estabelecidos na teoria do cromossomo da hereditariedade de Morgan, vamos definir um algoritmo que responda a questão de como resolver problemas na genética.

Os casos de herança ligados ao gênero são um caso particular de transferência de genes que estão localizados no mesmo cromossomo. A distância que existe entre os genes nos grupos de embreagens é expressa em percentagem – morganídeos. E a coesão entre esses genes é diretamente proporcional à distância. Portanto, o cruzamento ocorre frequentemente entre genes que estão localizados distantes. Considere o fenômeno da herança concatenada com mais detalhes. Mas, no início, lembraremos quais elementos da hereditariedade são responsáveis pelas características sexuais dos organismos.

Cromossomos sexuais

No cariotipo humano, eles têm uma estrutura específica: em indivíduos do sexo feminino são representados por dois cromossomos X idênticos, e nos homens do sexo, além do cromossomo X, há também a variante Y, que difere tanto na forma como no conjunto de genes. Isso significa que não é homóloga ao cromossomo X. Tais doenças humanas hereditárias como hemofilia e cegueira de cores, resultam da "ruptura" de genes individuais no cromossomo X. Por exemplo, do casamento de um portador de hemofilia com um homem saudável, é possível o nascimento de tal prole.

O curso acima mencionado de cruzamento genético confirma o fato da adesão do gene que controla a coagulação do sangue ao cromossomo sexual X. Esta informação científica é usada para ensinar aos alunos métodos que determinam como resolver problemas na genética. A 11ª série possui um programa em biologia, em que se consideram em detalhes tais seções como "genética", "medicina" e "genética humana". Eles permitem que os alunos estudem doenças humanas hereditárias e conheçam os motivos da sua ocorrência.

Interação de genes

A transferência de características hereditárias é um processo bastante complexo. Os esquemas acima deixam claro se os alunos têm um mínimo básico de conhecimento. É necessário, pois fornece mecanismos que dão uma resposta à questão de como aprender a resolver problemas em biologia. A genética estuda as formas de interação genética. Este é o polímero, a epistasia, a complementaridade. Vamos falar sobre eles com mais detalhes.

Um exemplo de herança de audição em uma pessoa é uma ilustração desse tipo de interação, como a complementaridade. A audição é controlada por dois pares de genes diferentes. O primeiro é responsável pelo desenvolvimento normal da cóclea da orelha interna e o segundo é responsável pelo funcionamento do nervo auditivo. No casamento de pais surdos, cada um dos quais é um homozigoto recessivo para cada um dos dois pares de genes, nascem crianças com audição normal. No seu genótipo, existem dois genes dominantes que controlam o desenvolvimento normal do aparelho auditivo.

Pleiotropia

Este é um caso interessante de interação genética, na qual a manifestação fenotípica de várias características depende de um gene presente no genótipo. Por exemplo, no oeste do Paquistão, populações humanas de alguns representantes foram encontradas. Eles não têm glândulas sudoríparas em certas áreas do corpo. Simultaneamente, essas pessoas foram diagnosticadas com a ausência de alguns molares. Eles não podiam se formar no processo de ontogênese.

Em animais, por exemplo, ovelha Karakul, existe um gene W dominante, que controla a cor da pele e o desenvolvimento normal do estômago. Considere como o gene W é herdado quando dois indivíduos heterocigóticos são cruzados. Acontece que, na sua prole, um quarto dos cordeiros que têm o genótipo da WW são mortos devido a anormalidades no desenvolvimento do estômago. Neste caso, ½ (com pele cinzenta) são heterocigotos e viáveis, e ¼ são indivíduos com pele preta e desenvolvimento normal do estômago (seu genótipo é WW).

Genótipo – todo o sistema

A ação múltipla dos genes, o cruzamento poli-híbrido, o fenômeno da herança concatenada serve como uma prova indiscutível do fato de que o conjunto de genes do nosso organismo é um sistema integral, embora seja representado por alelos de genes individuais. Eles podem ser herdados de acordo com as leis de Mendel, independentemente ou loci, ligados de acordo com os postulados da teoria de Morgan. Examinando as regras responsáveis por como resolver problemas na genética, estávamos convencidos de que o fenótipo de qualquer organismo é formado sob a influência de genes alélicos e não alélicos que influenciam o desenvolvimento de uma ou várias características.