Maisbiogeologia: Alterações no material genético

Esta é a capa do trabalho de grupo sobre as mutações.
Este trabalho foi realizado pelos elementos: Catarina Almeida, Catarina Barata e Helena.
Com este trabalho aprofundamos os conhecimentos sobre as mutações, bem como os subtemas mais específicos como a origem, efeitos, vários tipos de mutações.

Na introdução referimos a importância do DNA, pois é nele que ocorrem os erros genéticos.

Seguidamente, referimos conceitos-chave, que permitem uma melhor compreensão do tema em questão. Os conceitos são:

Código genético: código de correspondência ente os quatro nucleótidos que entram na composição dos ácidos nucleícos e os vintes aminoácidos que entram na composição das proteínas.

Genótipo: constituição genética dos indivíduos inscrita nos cromossomas.

Fenótipo: característica física ou o comportamento visível de um organismo ou de um ser humano. Estes representam uma parte muito reduzida da face visível dos genótipos, já que a maior parte dos genes existentes nos organismos não tem uma representação ou uma característica visível.

Alelo: Sequência de uma molécula de ADN (gene) situada no mesmo locus e que corresponde a diferentes versões do mesmo gene. Os alelos do mesmo gene originam proteínas que realizam a mesma função, mas que diferem na sequência dos aminoácidos-

Loci (pl) Locus (sing): É o local fixo de um cromossoma onde está localizado um determinado gene.

Função das proteínas nas características dos seres vivos

Como sabemos, a série de bases do DNA é traduzida em sequências proteícas de acordo com os tipos de bases azotadas (cada aminoácido corresponde a uma série de três bases). Diferentes sequências de aminoácidos com diferentes propriedades químicas levam a diferentes comportamentos das proteínas. Logo, a substituição ou eliminação de uma única base pode levar a proteínas diferentes, mais quantidade produzida de uma proteína ou silenciamento do gene.
As proteínas são sequências formadas nos genes de onde têm informações para determinadas características espalhadas por todo o corpo e são, também, moléculas complexas que apresentam um conjunto de propriedades e funções, sendo componentes de elementos estruturais transportadores de oxigénio e anticorpos, além de serem enzimas essenciais e catalizadoras na própria molécula de DNA.
Embora existam apenas vinte variedades de aminoácidos, longas repetições de sequências múltiplas permitem dezenas de milhares de combinações de aminoácidos para formar uma grande variedade de proteínas. De facto, existem cerca de 50 mil tipos de diferentes proteínas no nosso corpo em que cada uma dessas combinações de codões é um gene.

Quando apanhamos sol sem protector solar, por exemplo, o DNA das nossas células tem que ser reparado. Porquê? Por que os raios ultravioleta, ou raios UV, podem quebrar o DNA. Se o DNA for danificado, essa célula pode morrer ou tornar-se cancerosa. Para que isso não aconteça as proteínas fazem uma reparação e consertam o DNA.

Existem várias proteínas que corrigem os erros nas cadeias do DNA e podem ser essas proteínas que reduzem a taxa de erros ou mutações a um mínimo. Se os genes destas proteínas sofrerem mutações, elas podem ser inutilizadas, havendo consequentemente uma maior taxa de mutações – fenómeno denominado instabilidade genética.
Isso leva-nos de volta à principal função do DNA: produzir proteínas. Por isso é que as proteínas são importantes num ser vivo pois têm a capacidade de reparar e consertar o DNA através da produção de aminoácidos. Mas como nem sempre se verifica essa reparação, surgem mutações nos indivíduos.

Mas afinal, o que é uma mutação?

Os termos genes, código genético, dupla-hélice e mutações são coisas do século XX. Por exemplo, Darwin desconhecia estes fenómenos, bem com a maioria dos evolucionistas da sua época.
Em 1900 a palavra “mutação”, em biologia, era sinónimo de “mudança morfológica abrupta”.A palavra mutação deriva do latim mutare=mudar e os indivíduos que manifestam uma mutação são chamados de mutantes.
Só mais recentemente se dizem frases como: “Uma transformação dos genes determina o aparecimento de novos caracteres”. Hoje em dia, pode-se afirmar que uma mutação é um fenómeno que resulta da alteração na sequência de bases azotadas da molécula de DNA, que pode conduzir a mudanças nas proteínas que se iram formar e consequentemente pode levar a modificações das características do ser onde ocorreu. A mutação actua do mesmo modo, em planos morfológicos, fisiológicos, bioquímicos, bem como psíquicos.
As mutações, conhecidas há muito tempo como monstruosidades hereditárias, foram estudadas primeiro pelo botânico holandês de Vries e sobretudo pelo geneticista americano Thomas Morgan.
As mutações são sempre alterações bruscas e imprevistas do material hereditário.

Tipos de mutações

Mutações génicas --> são alterações pontuais que afectam a estrutura dos genes, ou seja, afectam a sequência de bases que codifica uma determinada proteína. Sendo assim, uma pequena alteração na sequência dos pares de bases que constituem a molécula de DNA pode originar uma proteína diferente da que seria inicialmente codificada pelo gene ao nível do qual ocorreu a mutação.

Mutações cromossómicas --> são alterações que se dão na estrutura (mutação cromossómica estrutural) ou do número (mutação cromossómica numérica) de cromossomas. Estas alterações podem afectar uma determinada região de um cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo.

Mutações génicas

As mutações génicas podem ser classificadas com base no tipo de alteração que ocorre na sequência de bases de DNA:

Substituição: Ocorre a troca de um nucleótido de DNA por outro.

Inserção/Adição: Ocorrer a introdução de um nucleotído suplementar.

Delecção: Ocorre a perda de um nucleotído de DNA.

Mutação por alteração do modo de leitura - Por inserção

A inserção acontece quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA, modificando a ordem de leitura da molécula durante a replicação ou durante a transcrição. A adição de um conjunto de genes que não seja múltiplo de três altera completamente e informação da mensagem do gene.

5’ ATT CGA TAT TCA 3’ ----» 5’ ATT CGC ATA TTC A 3’

Mutação por alteração do modo de leitura - Por deleção

Este fenómeno acontece quando uma ou mais bases são retiradas do DNA, modificando a ordem da leitura, durante a replicação ou a transcrição.
Quando o número de bases envolvidas não é múltiplo de três, a mutação altera a leitura da tradução a partir do ponto de mutação resultando numa uma proteína com sequência de aminoácidos diferentes.

Quando o número de bases envolvidas é múltiplo de três, obtêm-se uma proteína com falta de aminoácidos.

Mutação por alteração do modo de leitura - Por substituição

Substituição: Ocorre a troca de um ou mais pares de bases. Chama-se transição à substituição de uma base purina por outra ou de uma pirimidica por outra e transversão a substituição de uma base purina por uma pirimidica ou vice-versa.

Efeitos no fenótipo -Por substituição

Mutação silenciosa: Substituição de uma base do DNA por outra, mas que não causa nenhum efeito sobre a sequência de aminoácidos. É mais frequente acontecer no 3º nucleótido de cada codão, pois o código genético é redundante, ou seja, a um aminoácido podem corresponder vários codões apesar de a um codão só corresponder um aminoácido.

Mutação com perda de sentido: Substituição de uma base do DNA por outra que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro. Um exemplo disso é a anemia falciforme.

Mutação sem perda de sentido: Substituição de uma base do DNA em que um codão que específica um aminoácido é alterado por um codão STOP (codão de finalização), ou por um codão de iniciação que origina uma proteína mais curta ou mais longa.

Segue-se um quadro com os conceitos básicos do que já foi referido:

Doenças génicas:

ANEMIA FALCIFORME

FENILCETONÚRIA

Origem/Causa das mutações

As células, quando expostas a certos factores/agentes, poderão passar a contrair uma mutação. Esta mutação pode ocorrer porque se origina um erro ao nível das moléculas de DNA, em que o trabalho das enzimas não é eficaz, não conseguindo corrigir este erro, sendo assim passado para as gerações seguintes.
As mutações poderão ocorrer de dois modos:

Espontaneamente;

Induzidas - exposição a determinados agentes.

Mutações espontâneas

As mutações espontâneas podem ocorrer devido:

Às quatro bases nucleotídicas poderem existir sob duas formas diferentes. Assim, quando uma base adquire uma forma rara, pode emparelhar-se com uma base diferente;

À ocorrência de erros na replicação do DNA, motivados pela DNA Polimerase. Mesmo que alguns erros sejam reparados durante o processo de replicação do DNA, alguns persistem.

São mais frequentes em regiões com sequências de DNA repetitivas ou simétricas, pois nestes locais aumenta o risco de uma cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação; em genes de maior tamanho que, devido à sua dimensão, possuem uma maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequência de bases e em genes do genoma mitocondrial, pois estes não possuem mecanismos de reparação do DNA.

Mutações induzidas

As mutações induzidas são provocadas por agentes mutagénicos que são substâncias químicas/físicas/biológicas que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações. Há vários agentes, sendo eles:

Agentes físicos, tais como várias fontes naturais de radiação ( raios X, gama cósmicos, ultravioletas e até minerais radioactivos da crosta terrestre) e a temperatura. Certos minerais da crosta emitem radiações ionizantes, os raios α, β e γ. Estas radiações, especialmente os raios γ, têm energia suficiente para remover electrões dos átomos e quebrar a estrutura dos açucares e fosfato do DNA;

Agentes químicos, tais como as substâncias enumeradas como cancerígenas (corantes alimentares, componentes do fumo do cigarro, drogas usadas em quimioterapia, etc). Estas actuam danificando as ligações químicas ou mesmo substituindo nucleótidos;

Agentes biológicos, tais como a acção de vírus e bactérias. Estas injectam parte do seu DNA, na cadeia de DNA da célula hospedeira. Também poderão ocorrer mutações devido a falhas de ordem genética.

Mesmo que estes agentes sejam mutagénicos, são muitas vezes utilizados pela ciência, em quantidades mínimas.

Mutações e a descendência

Existem no nosso organismo dois tipos de células, nas quais podem ocorrer as mutações:

Células somáticas à são células do corpo que formam tecidos ou órgãos do corpo, ou seja são as constituintes da estrutura de todo o ser vivo. O seu núcleo divide-se apenas por mitose (processo em que as células eucarióticas dividem os seus cromossomas pelas duas células filhas).
As mutações nas células somáticas têm pouca importância porque essas mutações permanecem apenas nas linhagens de células de um indivíduo, não sendo passadas a seus descendentes.

Células germinativas/gaméticas à são células haplóides, (contêm metade do número de cromossomas característicos da espécie), tais como os espermatozóides e os óvulos (gâmetas). Estas células contém a informação genética que irá ser transmitida a descendência, podendo o DNA mutado ser transmitido as gerações seguintes.

Mas afinal, existem mutações positivas?

Sim, e estas são necessárias não só para a evolução em direcção a uma maior complexidade dos seres, mas também para compensar os danos de muitas mutações prejudiciais.
As mutações são responsáveis pela variabilidade genética e pela extensão da variabilidade genotípica. Ela fornece a matéria-prima para o processo evolutivo, cujo sucesso depende da existência de variabilidade.
O processo evolutivo consiste basicamente em concentrar numa população indivíduos com maior frequência de genes favoráveis. Um organismo evoluído é resultante de um processo de selecção, no qual as mutações que lhe eram vantajosas foram preservadas. Portanto, para estes indivíduos é pouco provável que alterações aleatórias nos genes possam contribuir para melhorias, uma vez que o organismo já se encontra em estágio avançado de selecção. Assim, de maneira geral, considera-se que a maioria das mutações são prejudiciais.

Efeitos das mutações

Assim, podemos dizer que existem 3 efeitos das mutações.
- Os efeitos benéficos como já vimos, podem conduzir a características vantajosas que se traduz numa evolução genética. Por exemplo, uma deleção específica de 32 pares de base no CCR5 humano confere resistência ao HIV a homozigóticos (1) e atrasa o despoletar da SIDA em heterozigóticos (2).
- Os efeitos prejudiciais estão associados a um funcionamento irregular da célula, que pode levar até a morte do indivíduo.
- Os efeitos neutros que surgem porque o código genético é redundante, logo podem surgir mutações que não modifiquem a sequencia de aminoácidos da proteína, as mutações silenciosas. Assim o novo aminoácido pode ter funções semelhantes ao anterior ou a substituição do aminoácido pode ocorrer numa zona da proteína que não seja determinante para a sua função.