Mutações Genéticas

Mutações Genéticas – O que são

Mutação é uma alteração súbita e herdável na estrutura do material genético de uma célula (que não sejam processos de recombinação). podendo conferir mudanças nas características do indivíduo.

Esta alteração pode levar a uma mudança correspondente no fenótipo do indivíduo.

Estas modificações na estrutura do DNA também podem ser prejudiciais às células, uma vez que têm a capacidade de alterar processos vitais, como a duplicação do DNA e a transcrição gênica, além de contribuir para o desenvolvimento de processos tumorais e morte celular.

Uma mutação genética é uma mudança no material genético de um organismo. As mutações genéticas podem ocorrer por vários motivos e ter uma variedade de efeitos, desde benignos a malignos.

Mutações benignas no material genético explicam por que as pessoas parecem muito diferentes, por exemplo, enquanto o câncer é causado por mutações genéticas malignas.

As mutações são fontes extremamente importantes de variabilidade genética nas populações, pois fornecem novas informações genéticas. A recombinação mistura de genes paternos durante a meiose por meio de crossing over -, que é outra fonte de variabilidade, apenas rearranja informações genéticas já existentes em novas combinações.

Sem a mutação, todos os genes ocorreriam apenas em uma forma, pois não existiriam alelos. Portanto, os organismos não seriam capazes de evoluir e adaptar- se às mudanças ambientais. Tradicionalmente, as mutações envolvem alterações na molécula de DNA, podendo ocasionar mudanças no fenótipo. No entanto, as alterações cromossômicas numéricas e estruturais também podem induzir alterações fenotípicas herdáveis.

Simplificadamente, uma mutação gênica ocorre em decorrência de substituições em pares de bases. Tais substituições originam mutações pontuais.

Como conseqüência da substituição de um par de bases, a seqüência de aminoácidos de uma proteína pode ser alterada. Caso essa mudança altere a atividade bioquímica da proteína, poderá interferir no fenótipo.

Esse é o caso da hemoglobina na anemia falciforme e da insulina na diabete, em que um aminoácido da proteína foi trocado devido à substituição de um par de bases de um gene. Além disso, a substituição do par de bases pode mudar o códon original para um códon finalizador, resultando em término precoce da síntese de uma proteína.

Sempre que bases forem adicionadas ou deletadas, ocorre uma mudança de matriz de leitura, alterando a composição dos aminoácidos de toda a proteína.

Por outro lado, devido à redundância do código genético, nem todas as alterações de pares de bases levam a um aminoácido alterado na proteína. Logo, quando as mutações não promovem efeitos no fenótipo são chamadas de mutações silenciosas. Elas podem ser identificadas através da comparação de seqüências de pares de bases entre genes normais e mutantes.

Exemplo de mutação pontual >> Anemia Falciforme ou Siclemia:

Causada por uma alteração na cadeia ß da hemoglobina, decorrente da substituição de uma adenina por uma timina (transversão) no sexto códon do gene.

Através dessa mutação pontual, o códon GAA transforma-se em GTA, provocando substituição do ácido glutâmico pela valina na cadeia polipeptídica.

Essa simples substituição de nucleotídeos e de um único aminoácido na cadeia polipeptídica leva a hemoglobina a assumir uma configuração espacial diferente, que causa a deformação das hemáceas.

A hemoglobina alterada em forma de foice é denominada hemoblobina S (de sickle cell anemia).

1) Mutação somática:

Aquela que ocorre em genes de células somáticas. Portanto, permanece restrita ao indivíduo que a porta, não sendo transmitida aos descendentes através dos gametas.

Exemplo:

Heterocromia de íris:

Condição na qual as duas íris são de cores distintas ou apenas uma porção da íris é de cor diferente do restante.

Se ambas as íris apresentarem coloração distinta, a mutação ocorreu na primeira célula que originou as demais. Caso a mutação surja em um estágio mais avançado do desenvolvimento da íris, o indivíduo apresenta apenas uma mancha em uma das íris.

2) Mutação germinativa:

Aquela que ocorre em células que originam gametas, sendo portanto natureza sem uma causa aparente. Podem ser devidas a erros na replicação do DNA ou a mutagênicos químicos e físicos.

Exemplo:

Carneiros da raça Ancon:

O primeiro registro de mutação germinativa dominante em animais domésticos foi feito por Seth Wright em 1791. Wright notou um carneiro com pernas incomumente curtas no rebanho de carneiros de sua fazenda.

Ocorreu a ele que seria vantagem ter um rebanho inteiro de carneiros com essa característica, pois impossibilitaria que os animais pulassem os baixos muros de pedra de sua vizinhança em New England. Wright, então, cruzou seu novo carneiro de pernas curtas com 15 ovelhas na estação seguinte. Nasceram 15 carneiros dos quais 2 tinham pernas curtas. Estes foram cruzados, dando origem a uma nova linhagem na qual a característica expressava-se em todos os indivíduos.

Agentes mutagênicos

AGENTES FÍSICOS:

Temperatura:

O aumento da temperatura promove a quebras das ligações entre os átomos.

Radiações:

Incluem radiações ionizantes de alta energia, tais como raios X, raios gama, nêutrons, e partículas beta e alfa, bem como radiação não-ionizante de baixa energia, luz ultravioleta, cada uma induzindo mutações por sua ação sobre o DNA.

O ESTUDO DAS MUTAÇÕES

Em uma população, os organismos dotados do melhor conjunto de características têm maiores condições não apenas de sobreviver como também de se reproduzir e passar as suas características para as gerações futuras.

Esse é um aspecto fundamental da evolução: a taxa diferencial de reprodução. Seres mais aptos devem gerar maior quantidade de descendentes, de tal forma que suas características tendem a predominar, com o passar das gerações.

Vamos analisar uma seguinte situação concreta: em um lugar de clima frio, onde neva com freqüência, há uma espécie de pombos de plumagem castanha. Essas aves são predadas por carnívoros que habitam a região. Em um dado momento, surge uma ave mutante, cuja plumagem é branca. Como a sua coloração é igual à da neve, consegue passar despercebida e escapar dos predadores. Cruzando com outras aves, origina descendentes com plumagem branca.

Essas aves têm menor probabilidade de serem devoradas e maior probabilidade que as demais de alcançarem a idade fértil e se reproduzir. Geração após geração, plumagem branca passa a predominar, até que todas as aves da região sejam brancas.

Essa mesma mutação seria catastrófica se ocorresse em uma outra região, como em uma floresta, onde as aves brancas seriam reconhecidas com mais facilidade.

Há dois aspectos relevantes:

O ambiente não determina a ocorrência de uma mutação específica. A ave não se tornou branca porque o ambiente é branco! O ambiente exerce papel de seleção, eliminando os indivíduos portadores de características desfavoráveis e privilegiando os que têm aspectos favoráveis. Esse crivo que determina a permanência ou o desaparecimento das características é a seleção natural.
Para que se possa dizer se uma mutação é favorável ou desfavorável, precisamos conhecer quais são as exigências do ambiente. Uma mesma mutação pode ser muito favorável, em uma região, e uma tragédia, em outra região! Uma característica que, em uma certa situação, é favorável e aumenta a chance de sobrevivência do portador é uma característica adaptativa.

1. Mutações gênicas

São aquelas em que apenas um locus gênico é afetado. Constituem as principais responsáveis pelo surgimento de novas características, dentro das espécies.

Todos os alelos surgem um dos outros graças à ocorrência de mutações gênicas.

O tipo mais frequente envolve as chamadas mutações pontuais, substituições de um nucleotídeo por outro, na molécula do DNA, durante a replicação.

Tomemos um exemplo, partindo de um fragmento de DNA com a seguinte sequência de nucleotídeos:

A T T G T A G A T T G G C C A

T A A C A T C T A A C C G G T

Esse fragmento de DNA pode transcrever o RNAm com a seqüência

A U U G U A G A U U G G C C A

Mutações cromossômicas estruturais

Caso uma alteração afete um cromossomo inteiro, ou mesmo lotes inteiros de cromossomos, é chamada aberração ou mutação cromossômica, que podem afetar a quantidade de cromossomos ou a estrutura dos cromossomos, sendo classificadas, respectivamente, em estruturais e numéricas.

Nas mutações estruturais, não há modificação na quantidade de cromossomos das células, mas na estrutura de um ou de alguns deles.

a) Deleções (ou Deficiências): Consistem na perda de um fragmento do cromossomo, causando a deficiência de um lote de genes. De acordo com a importância desses genes, a deleção poderá ser mais ou menos grave e até mesmo ser incompatível com a vida.

Deleção

b) Duplicações: Correspondem ao aparecimento, em um certo cromossomo, de um fragmento duplicado contendo alguns genes. Suas conseqüências não são graves como as deficiências, porque não há falta de informações genéticas.

Duplicação

c) Inversões: São pedaços cromossômicos cuja seqüência gênica é contrária à habitual.

Inversão

d) Translocações: São trocas de fragmentos entre cromossomos não homólogos. Não há perda de genes, mas eles se localizam em uma posição diferente da normal.

Translocação

Mutações cromossômicas numéricas

São alterações na quantidade de cromossomos das células, em que lotes inteiros podem ser encontrados em excesso ou em falta (euploidias), ou apenas um par pode estar comprometido, com a presença ou ausência de componentes (aneuploidias).

a) Euploidias: Nas células humanas, há 46 cromossomos, ou seja, 23 pares de homólogos. Cada conjunto de 23 cromossomos, contendo um representante de cada par, corresponde a um lote n.

Euploidias são as aberrações numéricas em que lotes inteiros estão em excesso ou falta.

Tomemos como exemplo as células das drosófilas, ou “mosca-da-frutas”, cujas células têm 2n = 8. Caso uma célula somática tenha apenas 4, trata-se de uma haploidia, cuja quantidade cromossômica é representada por n. Se, em uma célula somática, encontrarmos 12 cromossomos, isso pode indicar a presença de um lote cromossômico a mais que o normal, o que se indica por 3n.

Essa aberração é a triploidia.

Células com 4 ou mais lotes cromossômicos (4n, 5n, etc.) são chamadas poliplóides. Muitas plantas poliplóides já foram desenvolvidas artificialmente, e várias têm emprego comercial, como melancias e morangos.

b) Aneuploidias: São defeitos quantitativos que afetam apenas um par de cromossomos homólogos, com componentes a mais ou a menos. Resultam de distúrbios na meiose, durante a formação dos gametas.

Um determinado par de cromossomos não se segrega, ou seja, não se separa, durante a meiose I, ou o par de cromátides-irmãs não se separa na meiose II.

Comumente, o erro acontece na meiose I, quando não há a disjunção na anáfase I, e resulta em gametas com um cromossomo a mais ou a menos, como pode ser visto na figura anterior.

A fecundação envolvendo esses gametas anormais resulta em aneuploidias.

Caso um gameta com um cromossomo a menos seja fecundado por um gameta normal, o resultado será uma célula-ovo diplóide, porém deficiente em um cromossomo.

Essa anormalidade quantitativa se chama monossomia, e se representa por (2n – 1).

Na espécie humana, um exemplo já citado de monossomia é a síndrome de Turner (44 autossomos + X0), cujos portadores têm 45 cromossomos nas células somáticas, e falta um dos cromossomos sexuais.

São mulheres de baixa estatura e estéreis.

Caso dois gametas portadores do mesmo defeito se encontrem, o zigoto resultante não terá nenhum cromossomo do par afetado. Portanto, são 2 cromossomos a menos em relação às células normais (2n – 2).

Essa anomalia é a nulissomia, e não há nenhum caso compatível com a vida, na espécie humana.

Nulissomia

Monossomia

Considerando-se a fecundação envolvendo o gameta com um cromossomo a mais, o resultado será uma célula-ovo com um par de homólogos com 3 representantes. Essa mutação numérica é a trissomia, indicada por 2n + 1.

Na espécie humana, há diversas trissomias conhecidas:

Síndrome de Klinefelter: 44A + XXY
Trissomia X: 44A + XXX
Síndrome do “Duplo Y”: 44A + XYY
Síndrome de Patau: trissomia do 13º par de autossomos
Síndrome de Edwards: trissomia do 18º par de autossomos
Síndrome de Down: trissomia do 21º par de autossomos

A síndrome de Down, também conhecida como mongolismo, determina alguns aspectos fenotípicos característicos: retardo mental de severidade variável, fenda palpebral oblíqua, orelhas com a implantação baixa, prega palmar única, língua grande, etc. Muitas vezes, os portadores da síndrome de Down apresentam malformações cardíacas, distúrbios visuais e doenças respiratórias de repetição.

Agentes mutagênicos

As mutações são relativamente raras, aleatórias e geralmente prejudiciais. Acontecem espontaneamente em todas as espécies de seres vivos, sendo chamadas, nesses casos, de mutações espontâneas.

Entretanto, há determinados fatores que aumentam a chance de sua ocorrência: são os agentes mutagênicos, fatores físicos ou químicos relacionados com a gênese das mutações.

Quando um grupo de organismos é exposto a esses fatores, são desencadeadas mutações induzidas.

Os agentes mutagênicos físicos mais conhecidos são as radiações, como o Raio-X e a radiação ultra-violeta.

É bem conhecida a relação entre a exposição aos equipamentos de radiologia ou de radioterapia e a ocorrência de mutações e de diversas formas de câncer, como leucemias.

As pessoas submetidas à explosão atômica em Hiroshima, na Segunda Guerra Mundial, sofrem até hoje as conseqüências da exposição à radiação.

Os efeitos mutagênicos das radiações são cumulativos, ou seja, a incidência de mutações se eleva tanto se um organismo for submetido a uma dose única, muito elevada de radiação, como se for submetido a numerosas doses de pequena intensidade, ao longo de um certo tempo.

Alguns dos mais conhecidos agentes mutagênicos químicos são o gás mostarda, o óxido nitroso, alguns corantes alimentares e muitos dos componentes da fumaça dos cigarros, como a acroleína.

Alterando o material genético das células mais diretamente expostas, como as células do epitélio das vias aéreas, essas substâncias aumentam significativamente a incidência de câncer de pulmão.

Uma mutação só terá efeitos hereditários caso afete as células germinativas, responsáveis pela produção dos gametas. Nesses casos, as alterações serão transmitidas para os descendentes.

Se afetarem apenas as células somáticas, ainda que suas conseqüências sejam graves, como câncer ou leucemia, não são transmitidas e desaparecem com a morte de seus portadores.

Cancêr de pulmão associado ao tabagismo e câncer de pele provocado pela exposição excessiva à radiação ultravioleta do sol são alguns exemplos de alterações no patrimônio genético de um indivíduo, que não se transmitem para gerações seguintes por serem somáticas.

Mutações Genéticas – Teoria da Evolução

De acordo com a teoria da evolução, a vida na terra começou com a evolução da célula, a partir da qual se desenvolveram os organismos mais simples. Estes deram origem aos organismos mais complexos.

Todos os novos genes e novas informações surgiram por mutação e recombinação. As mutações ocorrem ao acaso. A maioria delas são deletérias e diminuirão a adaptação dos organismos ao meio ambiente.

Novas combinações do material genético são formadas através da recombinação de genes que ocorre na meiose, durante a reprodução sexuada.

A seleção natural elimina as mutações deletérias e preserva as combinações disponíveis que estão melhor adaptadas ao ambiente.

Pode-se então perceber que, segundo a teoria da evolução, a mutação e seleção natural constituem-se nos principais fatores evolutivos.

Fonte: biomania.com/origins.swau.edu/www.professor.ucg.br/www.genetica.ufcspa.edu.br