Biologia do ensino médio · Grades 10–12
19Tornar-se macho ou fêmea
Com sete semanas depois da fecundação, um embrião humano tem um par de gônadas que não são nem testículos nem ovários, e dois conjuntos completos de ductos lado a lado — um que poderia virar o trato masculino, outro que poderia virar o feminino. Nada de visível distingue um embrião que será um menino de outro que será uma menina. Nas semanas seguintes um conjunto de ductos cresce e o outro murcha, as gônadas assumem uma forma ou a outra, e no quarto mês a anatomia está decidida. A decisão é tomada por um único gene e executada por dois hormônios. Este capítulo acompanha essa sequência, dos cromossomos recebidos na fecundação às mudanças da puberdade.
19.1 Os cromossomos sexuais
Definição 19.1 (Cromossomos sexuais)
Dos 23 pares de cromossomos humanos, 22 são iguais nos dois sexos; o 23º par é formado pelos cromossomos sexuais: dois cromossomos X numa mulher (XX), um X e um Y num homem (XY). O Y é pequeno, carrega poucos genes e é transmitido apenas de pai para filho; todo óvulo carrega um X, e um espermatozoide carrega um X ou um Y, de modo que o espermatozoide do pai decide o sexo cromossômico da criança, com chances iguais.
Proposição 19.2 (O estágio indiferenciado)
Até a sétima semana, os embriões dos dois sexos cromossômicos são idênticos na anatomia reprodutiva: um par de gônadas indiferenciadas, cada uma ao lado de dois ductos — o ducto de Wolff, precursor do trato masculino (epidídimo, canal deferente), e o ducto de Müller, precursor do trato feminino (tuba uterina, útero). O desenvolvimento sexual é a transformação desse plano comum numa de duas formas; é a diferenciação da gônada que o inicia.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
19.2 O gene que decide
Proposição 19.3 (O SRY e a gônada)
O cromossomo Y carrega um gene, o SRY, expresso na gônada indiferenciada na sétima semana. A proteína dele liga os genes que transformam a gônada num testículo. Na ausência dele — num embrião XX — a gônada vira um ovário algumas semanas depois. É a presença do SRY, e não o número de cromossomos X, que decide a gônada.
Evidências. Indivíduos XY raros cujo gene SRY carrega uma mutação desenvolvem ovários e um corpo feminino; indivíduos XX raros que carregam um fragmento do Y com o SRY, transferido para um X, desenvolvem testículos e um corpo masculino. Camundongos: um embrião XX em que o gene Sry do camundongo foi inserido se desenvolve como macho. Um só gene do Y é suficiente, e necessário, para fazer um testículo. ∎
Proposição 19.4 (Os hormônios do testículo fetal)
Uma vez formado, o testículo secreta dois hormônios. A testosterona mantém os ductos de Wolff e os faz se desenvolver no trato interno masculino, e molda os genitais externos na forma masculina. O hormônio antimülleriano (AMH) faz os ductos de Müller regredirem. Um ovário não secreta nenhum dos dois nessa fase: sem testosterona os ductos de Wolff regridem, e sem AMH os ductos de Müller viram as tubas uterinas, o útero e a parte superior da vagina. O trato feminino é, portanto, a forma que os ductos tomam na ausência dos hormônios testiculares.
Evidências. Jost (1947) retirou as gônadas de fetos de coelho no útero antes da diferenciação: todo feto, XX ou XY, desenvolveu um trato feminino. Enxertar um testículo ao lado das gônadas de um feto castrado produziu um trato masculino; implantar um cristal só de testosterona conservou os ductos de Wolff, mas não eliminou os de Müller, que persistiram ao lado deles. Logo o testículo fabrica dois produtos — um que constrói os ductos masculinos (a testosterona) e outro, identificado depois como o AMH, que elimina os femininos — e o ovário não é necessário para o trato feminino se formar. ∎
Exemplo 19.5 (A cascata em ordem)
Fecundação por um espermatozoide com Y; semana 7, o SRY é expresso e a gônada vira um testículo; semanas 8 a 12, testosterona e AMH: ductos de Wolff conservados, ductos de Müller eliminados, genitais externos moldados na forma masculina; depois, quietude até a puberdade. Fecundação por um espermatozoide com X: nenhum SRY; semanas 10 a 12, a gônada vira um ovário; nenhum hormônio testicular: os ductos de Müller se desenvolvem, os de Wolff regridem, os genitais externos tomam a forma feminina. Cada etapa depende da anterior, e uma falha em qualquer etapa muda tudo o que vem depois.
19.3 A puberdade
Proposição 19.6 (A puberdade)
Os órgãos reprodutores, formados antes do nascimento, permanecem inativos ao longo da infância. Na puberdade — por volta dos onze aos treze anos, mais cedo nas meninas — um centro do encéfalo começa a liberar, em pulsos, um hormônio que faz a hipófise secretar dois hormônios, o LH e o FSH, no sangue. Eles agem sobre as gônadas: o testículo começa a fabricar espermatozoides e a secretar testosterona em quantidades adultas; o ovário começa os ciclos dele e secreta estrogênios. Os hormônios sexuais produzem então os caracteres sexuais secundários: crescimento dos órgãos reprodutores, pelos, voz, mamas, distribuição de músculo e de gordura, o estirão de crescimento e depois o fechamento das cartilagens de crescimento dos ossos. A puberdade está completa quando o indivíduo consegue se reproduzir.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 19.7 (Ler as curvas)
Os estrogênios sobem a partir de cerca dos 9 anos nas meninas, a testosterona a partir de cerca dos 11 nos meninos; cada um chega à metade do nível adulto dois anos depois de começar e ao patamar dois ou três anos mais tarde. O estirão de crescimento segue a subida com cerca de um ano de atraso, e os ossos param de crescer quando o hormônio chega ao nível adulto — e é por isso que as meninas, que começam mais cedo, também param de crescer mais cedo e terminam mais baixas, em média.
19.4 O sexo, nos seus vários sentidos
Proposição 19.8 (Distinguir os níveis)
“Masculino” e “feminino” se aplicam a vários níveis que em geral concordam, mas são distintos:
- o sexo cromossômico: XX ou XY, fixado na fecundação;
- o sexo gonadal: ovário ou testículo, decidido pelo SRY;
- o sexo anatômico: os tratos e os genitais externos, moldados pelos hormônios da gônada fetal, e os caracteres secundários, moldados na puberdade;
- a identidade de gênero, o sentimento que uma pessoa tem de ser um homem, uma mulher ou nenhum dos dois, e a orientação sexual, por quem uma pessoa se sente atraída — os dois fatos a respeito da pessoa que não se deduzem dos níveis anteriores e não são escolhidos.
A biologia deste capítulo descreve os três primeiros; ela não determina nem julga o último.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 19.9 (Quando os níveis discordam)
Cerca de uma pessoa em alguns milhares nasce com uma combinação que a cascata em geral não produz: uma pessoa XY cujas células não têm o receptor da testosterona desenvolve um corpo feminino, com testículos que nunca desceram e sem útero; uma pessoa XX com uma translocação do SRY que forma testículos desenvolve um corpo masculino; uma pessoa XY com um SRY que não funciona se desenvolve como mulher. Essas variações mostram, melhor que o caso comum, que cada nível é o resultado de uma etapa específica — um gene, um hormônio, um receptor — e que os níveis são fatos separados.
Método 19.10 (Raciocinar sobre um caso)
- Cromossomos: o SRY está presente e funcionando?
- Gônada: testículo se o SRY age, ovário caso contrário.
- Hormônios da gônada fetal: testosterona e AMH, ou nenhum dos dois; e os tecidos conseguem responder (receptores)?
- Ductos: o de Wolff conservado e o de Müller eliminado se os dois hormônios agem; o de Müller desenvolvido se nenhum age; os dois se a testosterona age sem o AMH.
- Puberdade: qual hormônio sexual a gônada secreta decide os caracteres secundários — de novo por meio de receptores.
Observação 19.11 (Um gene, e tudo o que vem depois dele)
Toda a diferença entre as duas anatomias remonta a um gene de um cromossomo estar ou não presente na sétima semana. O que vem depois é uma cascata de biologia celular comum — expressão gênica, hormônios, receptores — do tipo que todo capítulo deste ano descreveu. O plano de que a cascata parte é comum aos dois sexos, e a forma feminina é a que ela constrói quando o testículo não intervém.
19.5 Exercícios
Exercício 19.1 ★
O gameta de qual dos pais decide o sexo cromossômico de uma criança, e por que as chances são iguais?
Solução
Solução de Exercício 19.1.
O do pai: todo óvulo carrega um X, enquanto metade dos espermatozoides carrega um X e metade um Y, de modo que XX e XY são igualmente prováveis.
Exercício 19.2 ★
Descreva a anatomia reprodutiva de um embrião de sete semanas.
Solução
Solução de Exercício 19.2.
Duas gônadas indiferenciadas, cada uma com dois ductos ao lado: um ducto de Wolff (futuro trato masculino) e um ducto de Müller (futuro trato feminino). Idênticos nos embriões XX e XY.
Exercício 19.3 ★
O que o gene SRY faz, e onde ele está?
Solução
Solução de Exercício 19.3.
No cromossomo Y; expresso na gônada indiferenciada por volta da semana 7, a proteína dele liga os genes que fazem da gônada um testículo.
Exercício 19.4 ★
Cite os dois hormônios do testículo fetal e dê o efeito de cada um sobre os ductos.
Solução
Solução de Exercício 19.4.
A testosterona mantém os ductos de Wolff e os desenvolve no trato masculino; o hormônio antimülleriano faz os ductos de Müller regredirem.
Exercício 19.5 ★
O que desencadeia a puberdade, e quais são os caracteres sexuais secundários?
Solução
Solução de Exercício 19.5.
Um centro do encéfalo libera pulsos de um hormônio que faz a hipófise secretar LH e FSH, que ativam as gônadas. Caracteres sexuais secundários: as mudanças produzidas pelos hormônios sexuais — pelos, voz, mamas, distribuição de músculo e de gordura, o estirão de crescimento, o crescimento dos órgãos reprodutores.
Exercício 19.6 ★★
Nos experimentos de Jost, o que o feto XY castrado mostrou, e o que isso provou?
Solução
Solução de Exercício 19.6.
Ele desenvolveu um trato feminino, apesar do cromossomo Y dele: o trato masculino exige os hormônios do testículo, e o trato feminino se forma sem gônada nenhuma.
Exercício 19.7 ★★
Por que o implante só de testosterona deixou os dois conjuntos de ductos no lugar? O que isso revelou?
Solução
Solução de Exercício 19.7.
A testosterona constrói os ductos masculinos, mas não elimina os femininos; o testículo precisa secretar uma segunda substância para isso — o AMH.
Exercício 19.8 ★★
Um embrião XX de camundongo recebe o gene Sry por transgênese. Preveja as gônadas, os ductos e a anatomia externa dele, e diga o que ele não conseguirá fazer como adulto.
Solução
Solução de Exercício 19.8.
Testículos (o Sry age); ductos de Wolff conservados, os de Müller regredidos; anatomia externa masculina. Estéril: a produção de espermatozoides exige genes do Y que o transgene não fornece.
Exercício 19.9 ★★
A partir da figura dos hormônios, com que idade cada hormônio chega à metade do valor adulto dele? Quando cada um chega ao patamar?
Solução
Solução de Exercício 19.9.
Estrogênios: 50% por volta dos 11, patamar por volta dos 14–15. A testosterona: 50% por volta dos 13, patamar por volta dos 16–17.
Exercício 19.10 ★★
Explique por que as meninas param de crescer antes dos meninos, usando as curvas.
Solução
Solução de Exercício 19.10.
Os ossos param de crescer quando o hormônio sexual chega ao nível adulto; os estrogênios chegam a ele cerca de dois anos antes da testosterona, de modo que as cartilagens de crescimento das meninas se fecham antes.
Exercício 19.11 ★★
Um embrião XY carrega uma mutação que destrói a proteína SRY. Acompanhe a cascata e descreva a pessoa ao nascer e na puberdade.
Solução
Solução de Exercício 19.11.
Sem testículo: a gônada vira uma gônada de tipo ovariano; sem testosterona nem AMH: os ductos de Müller se desenvolvem, os de Wolff regridem, anatomia externa feminina ao nascer. Na puberdade as gônadas, sem óvulos normais, secretam pouco; sem tratamento hormonal os caracteres secundários se desenvolvem mal.
Exercício 19.12 ★★★
Um feto XY tem testículos funcionais mas células sem o receptor da testosterona; o AMH age normalmente. Preveja as gônadas, cada conjunto de ductos, a anatomia externa e os caracteres secundários na puberdade (os estrogênios são fabricados em parte a partir da testosterona).
Solução
Solução de Exercício 19.12.
Testículos (o SRY funciona). Ductos de Wolff regridem (nenhuma resposta à testosterona); ductos de Müller regridem (o AMH age): nenhum trato interno de nenhum dos dois tipos. Anatomia externa feminina (a forma masculina dela precisa da ação da testosterona). Na puberdade, a testosterona convertida em estrogênios produz mamas e um porte feminino, sem pelos corporais.
Exercício 19.13 ★★★
Em alguns répteis é a temperatura do ovo, e não um cromossomo, que decide o sexo. Explique em que sentido a cascata posterior à gônada poderia ser a mesma dos mamíferos, e que etapa difere.
Solução
Solução de Exercício 19.13.
Uma vez que uma gônada tenha virado um testículo ou um ovário, os hormônios dela poderiam moldar os ductos e o corpo exatamente como nos mamíferos; o que difere é a primeira etapa — um processo sensível à temperatura substitui o SRY como interruptor que decide a gônada.
Exercício 19.14 ★★★
O cromossomo Y carrega menos de cem genes e o X cerca de mil. Explique por que uma pessoa precisa de pelo menos um X mas pode não ter um Y, e por que as características ligadas ao Y passam apenas de pai para filho.
Solução
Solução de Exercício 19.14.
O X carrega centenas de genes necessários a toda célula, de modo que nenhum embrião sobrevive sem um; o Y quase não carrega nada além dos genes de determinação do testículo e dos ligados aos espermatozoides, de modo que os indivíduos XX não ficam sem nada de que precisem. Um Y passa apenas aos filhos homens porque as filhas recebem o X do pai.
Exercício 19.15 ★★★
Explique por que a afirmação “a forma feminina é o padrão do desenvolvimento” é uma afirmação sobre hormônios, e não sobre importância, e o que ela diz sobre a evolução dos dois sexos a partir de um plano comum.
Solução
Solução de Exercício 19.15.
Quer dizer que o trato feminino se desenvolve quando nenhum hormônio testicular intervém — um fato sobre quais sinais são necessários, e não uma classificação. Isso reflete um plano embrionário comum sobre o qual uma linhagem de células, o testículo, impõe uma alternativa por dois hormônios: os dois sexos são dois desfechos de um mesmo programa, que diferem por um interruptor.
19.6 Problema: os coelhos de Jost
Problema 19.1
Problema de fim de semana — os experimentos que encontraram os dois hormônios do testículo, reconstruídos passo a passo, depois aplicados a três casos humanos e ao calendário da puberdade
No coelho, as gônadas se diferenciam por volta do dia 19 de gestação e os ductos por volta do dia 22. Jost operou fetos no útero no dia 19 e os examinou ao nascer (dia 30).
Parte I — Os experimentos.
- Fetos dos dois sexos cromossômicos, com as gônadas retiradas no dia 19: todos nascem com tubas uterinas e útero e sem ductos masculinos. O que isso mostra sobre o papel do ovário e sobre o do testículo?
- Por que era essencial operar antes do dia 22?
- Fetos castrados no dia 19, com um testículo enxertado no abdome: ductos masculinos, nenhum ducto feminino. O que o enxerto fornece, e como isso chega até os ductos?
- Fetos castrados no dia 19, com um cristal de testosterona implantado: ductos masculinos presentes, ductos femininos também presentes. O que a testosterona faz, e o que ela não faz?
- Deduza que o testículo precisa fabricar uma segunda substância, e enuncie o efeito dela. Como a existência dela poderia ser confirmada depois?
Parte II — Uma gônada retirada.
- Um único testículo é retirado de um feto XY no dia 19. Preveja os ductos de cada lado do corpo, sabendo que os hormônios agem sobretudo do lado mais próximo.
- Um testículo é enxertado ao lado de um dos ovários de um feto XX. Preveja cada lado.
- Um cristal de testosterona é implantado ao lado de um dos ovários de um feto XX. Preveja cada lado.
- Por que esses experimentos de um lado só reforçam a conclusão da Parte I?
- Explique por que um feto XX com enxerto de testículo seria, apesar de tudo, estéril como adulto.
Parte III — Três casos humanos. Aplique o Método 19.10 a cada um deles.
- Uma pessoa XX carrega, num dos cromossomos X, um fragmento do Y que contém o SRY.
- Uma pessoa XY carrega um SRY que não funciona.
- Uma pessoa XY com testículos normais tem células que não conseguem responder ao AMH.
- Em qual dos três casos a pessoa provavelmente é fértil? Justifique.
- O que os três casos mostram sobre a relação entre sexo cromossômico e sexo anatômico?
Parte IV — A puberdade em números. A partir da figura dos hormônios, tome o estirão de crescimento como começando um ano depois de o hormônio chegar a 20% do nível adulto dele, e os ossos como parando de crescer quando ele chega a 100%.
- Estime a idade em que o estirão de crescimento começa nas meninas e nos meninos, e a idade em que o crescimento para.
- Quantos anos de crescimento cada sexo tem entre o início do estirão e o fim dele?
- Um menino cresce por ano durante o estirão e uma menina . Estime a altura ganha no estirão por cada um, e comente a diferença média de estatura adulta (cerca de ).
- Uma menina cuja subida de estrogênios começa aos 7 anos vai crescer depressa cedo e parar cedo. Explique por que os médicos às vezes atrasam com medicamentos uma puberdade muito precoce.
- Enuncie o resultado: os dois hormônios que os coelhos de Jost revelaram, o efeito de cada um, e o único gene que liga o órgão que os fabrica.
Solução
Solução de Problema 19.1.
1. O ovário não é necessário ao trato feminino, que se forma sem gônada nenhuma; o testículo é necessário ao trato masculino e à eliminação dos ductos femininos.
2. Depois do dia 22 os ductos já começaram a se diferenciar sob a influência da gônada; o experimento precisa agir antes da decisão.
3. Os hormônios do testículo, levados pelo sangue até os ductos: o enxerto, longe dos ductos, ainda assim os masculiniza.
4. A testosterona constrói os ductos masculinos; ela não elimina os femininos.
5. Uma segunda substância testicular precisa fazer os ductos de Müller regredirem; ela poderia ser confirmada extraindo-a de testículos e implantando-a sozinha, esperando que os ductos femininos desaparecessem e que os masculinos não se formassem — que é o que o AMH faz.
6. Do lado operado, sem testosterona nem AMH: ducto feminino, sem ducto masculino. Do lado intacto: ducto masculino, ducto feminino regredido.
7. Do lado do enxerto, ducto masculino e nenhum ducto feminino; do outro lado, só o ducto feminino.
8. Do lado do cristal, os dois ductos presentes; do outro lado, só o ducto feminino.
9. Cada feto serve de controle de si mesmo: a diferença entre os dois lados só pode se dever à presença local do testículo, da testosterona, ou à ausência deles.
10. Os ovários dele são retirados ou sobrepujados, e o testículo enxertado, vindo de outro animal, não fabrica espermatozoides num hospedeiro estranho; o trato é masculino, mas nenhum gameta é produzido.
11. SRY presente: testículo; testosterona e AMH: trato masculino, anatomia masculina; na puberdade, testosterona: caracteres masculinos. Estéril (sem os genes do Y para os espermatozoides).
12. Nenhum SRY funcional: nenhum testículo; nenhum hormônio: trato e anatomia femininos; gônadas pouco desenvolvidas.
13. Testículos; ductos de Wolff desenvolvidos (a testosterona age); ductos de Müller também persistem (nenhuma resposta ao AMH): um homem com, além disso, um útero e tubas uterinas; anatomia e puberdade masculinas.
14. Só no terceiro: testículos funcionais e ductos masculinos, embora o útero persistente possa atrapalhar a descida dos testículos. O primeiro não tem os genes dos espermatozoides; o segundo não tem gônadas funcionais.
15. O sexo cromossômico prevê o sexo anatômico apenas por meio das etapas intermediárias: um SRY que funcione, hormônios que funcionem, receptores que funcionem. Mude qualquer etapa e os dois níveis se separam.
16. Meninas: 20% aos 10, estirão a partir de cerca dos 11, parada por volta dos 15. Meninos: 20% por volta dos 12.5, estirão a partir de cerca dos 13.5, parada por volta dos 17.
17. Meninas cerca de 4 anos, meninos cerca de 3.5 — mas os meninos partem de uma base mais alta, por terem crescido no ritmo da infância dois anos a mais.
18. Meninos cerca de , meninas : os estirões são parecidos; a diferença adulta vem sobretudo dos dois anos a mais de crescimento infantil antes do estirão dos meninos.
19. Uma subida precoce leva as cartilagens de crescimento ao fechamento anos antes: a criança cresce depressa agora, mas para numa estatura adulta baixa. Atrasar os hormônios prolonga o crescimento infantil.
20. A testosterona, que constrói os ductos masculinos, e o hormônio antimülleriano, que elimina os femininos; os dois fabricados pelo testículo, um órgão ligado pelo gene único SRY.