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Mutações e mutantes * - Biologia

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Mutações

Os erros que ocorrem durante a replicação do DNA não são a única maneira pela qual as mutações podem surgir no DNA. Mutações induzidas são aqueles que resultam de uma exposição a produtos químicos, raios ultravioleta, raios X ou algum outro agente ambiental. Mutações espontâneas ocorrer sem qualquer exposição a qualquer agente ambiental; são o resultado de reações bioquímicas espontâneas que ocorrem dentro da célula.

As mutações podem ter uma ampla gama de efeitos. Algumas mutações não são expressas; estes são conhecidos como mutações silenciosas. Mutações pontuais são aquelas mutações que afetam um único par de bases. As mutações de nucleotídeos mais comuns são as substituições, nas quais uma base é substituída por outra. Eles podem ser de dois tipos, transições ou transversões. Substituição de transição refere-se a uma purina ou pirimidina sendo substituída por uma base do mesmo tipo; por exemplo, uma purina como a adenina pode ser substituída pela purina guanina. Substituição de conversão refere-se a uma purina sendo substituída por uma pirimidina, ou vice-versa; por exemplo, citosina, uma pirimidina, é substituída por adenina, uma purina. As mutações também podem ser o resultado da adição de um nucleotídeo, conhecido como inserção, ou da remoção de uma base, também conhecida como deleção. Às vezes, um pedaço de DNA de um cromossomo pode ser translocado para outro cromossomo ou para outra região do mesmo cromossomo; isso é conhecido como translocação.

Como veremos mais tarde, quando uma mutação ocorre em uma região codificadora de proteína, ela pode ter vários efeitos. Mutantes de transição ou transversão podem levar a nenhuma mudança na sequência da proteína (conhecido como mutações silenciosas), altere a sequência de aminoácidos (conhecido como mutações missense), ou criar o que é conhecido como um códon de parada (conhecido como um mutação sem sentido) As inserções e exclusões em sequências de codificação de proteínas levam ao que é conhecido como mutações frameshift. Mutações missense que levam a mudanças conservadoras resulta na substituição de aminoácidos semelhantes, mas não idênticos. Por exemplo, o aminoácido ácido glutamato sendo substituído pelo aspartato de aminoácido ácido seria considerado conservador. Em geral, não esperamos que esses tipos de mutações missense sejam tão graves quanto não conservador mudança de aminoácidos; tal como um glutamato substituído por uma valina. Com base em nossa compreensão da química do grupo funcional, podemos inferir corretamente que esse tipo de substituição pode levar a consequências funcionais graves, dependendo da localização da mutação.

Nota: Observação de vocabulário

Observe que o parágrafo anterior tinha muito vocabulário potencialmente novo - seria uma boa ideia aprender esses termos.

Figura 1. As mutações podem levar a mudanças na sequência da proteína codificada pelo DNA.

Discussão sugerida

Com base em sua compreensão da estrutura da proteína, quais regiões de uma proteína você acha que são mais sensíveis a substituições, mesmo substituições conservadas de aminoácidos? Porque?

Discussão sugerida

Uma mutação de inserção que resulta na inserção de três nucleotídeos é freqüentemente menos deletéria do que uma mutação que resulta na inserção de um nucleotídeo. Porque?

Mutações: algumas nomenclaturas e considerações

Mutação

Etimologicamente falando, o termo mutação significa simplesmente uma mudança ou alteração. Na genética, uma mutação é uma mudança no material genético - sequência de DNA - de um organismo. Por extensão, um mutante é o organismo no qual ocorreu uma mutação. Mas a que é a mudança comparada? A resposta a esta pergunta é que depende. A comparação pode ser feita com o progenitor direto (célula ou organismo) ou com padrões vistos em uma população do organismo em questão. Depende principalmente do contexto específico da discussão. Uma vez que os estudos genéticos freqüentemente examinam uma população (ou subpopulações-chave) de indivíduos, começamos descrevendo o termo "tipo selvagem".

Tipo selvagem vs mutante

O que queremos dizer com "tipo selvagem"? Uma vez que a definição pode depender do contexto, esse conceito não é totalmente direto. Aqui estão alguns exemplos de definições que você pode encontrar:

Possíveis significados de "tipo selvagem"

  1. Um organismo com uma aparência que é característica da espécie em uma população reprodutora natural (ou seja, manchas de chita e listras escuras em forma de lágrima que se estendem dos olhos à boca).
  2. A forma ou formas de um gene ocorrendo mais comumente na natureza em uma determinada espécie.
  3. Um fenótipo, genótipo ou gene que predomina em uma população natural de organismos ou linhagem de organismos em contraste com as formas mutantes naturais ou de laboratório.
  4. O normal, ao contrário do mutante, gene ou alelo.

O traço comum a todas as definições listadas acima é baseado na "norma" para um conjunto de características com respeito a um traço específico em comparação com a população geral. Na "Era do pré-sequenciamento do DNA", as espécies eram classificadas com base em fenótipos comuns (como eram, onde viviam, como se comportavam, etc.). Uma "norma" foi estabelecida para a espécie em questão. Por exemplo, os Corvos apresentam um conjunto comum de características, são pássaros grandes e pretos que vivem em regiões específicas, comem certos tipos de alimentos e se comportam de uma determinada maneira característica. Se virmos um, sabemos que é um corvo com base nessas características. Se víssemos um com cabeça branca, pensaríamos que ou é um pássaro diferente (não um corvo) ou um mutante, um corvo que tem alguma alteração da norma ou um tipo selvagem.

Nesta aula, pegamos o que é comum sobre essas definições variáveis ​​e adotamos a ideia de que "tipo selvagem" é simplesmente um padrão de referência com o qual podemos comparar os membros de uma população.

Discussão sugerida

Se você estivesse atribuindo características de tipo selvagem para descrever um cão, quais seriam elas? Qual é a diferença entre uma característica mutante e variação de uma característica em uma população de cães? Existe um tipo selvagem para um cão que possamos usar como padrão? Como começaríamos a pensar sobre esse conceito em relação aos cães?

Figura 2. As mutações podem levar a mudanças na sequência da proteína codificada pelo DNA que, então, afeta a aparência externa do organismo.
(Fonte)

Mutações são simplesmente mudanças do "tipo selvagem", referência ou sequência parental de um organismo. Embora o termo "mutação" tenha conotações coloquialmente negativas, devemos lembrar que a mudança não é inerentemente "ruim". Na verdade, as mutações (mudanças nas sequências) não devem ser consideradas principalmente como "más" ou "boas", mas simplesmente como mudanças e uma fonte de diversidade genética e fenotípica na qual a evolução por seleção natural pode ocorrer. Em última análise, a seleção natural determina o destino de longo prazo das mutações. Se a mutação conferir uma vantagem seletiva ao organismo, a mutação será selecionada e poderá se tornar muito comum na população. Por outro lado, se a mutação for deletéria, a seleção natural garantirá que a mutação será perdida da população. Se a mutação for neutra, ou seja, não oferece uma vantagem ou desvantagem seletiva, então pode persistir na população. Diferentes formas de um gene, incluindo aqueles associados ao "tipo selvagem" e respectivos mutantes, em uma população são denominados alelos.

Consequências de mutações

Para um indivíduo, a consequência das mutações pode significar pouco ou pode significar vida ou morte. Algumas mutações deletérias são nulo ou Nocaute mutações que resultam na perda da função do produto do gene. Essas mutações podem surgir por uma deleção do gene inteiro, de uma parte do gene ou por uma mutação pontual em uma região crítica do gene que torna o produto do gene não funcional. Esses tipos de mutações também são chamados de perda de função mutações. Alternativamente, as mutações podem levar a uma modificação de uma função existente (ou seja, a mutação pode alterar a eficiência catalítica de uma enzima, uma mudança na especificidade do substrato ou uma mudança na estrutura). Em casos raros, uma mutação pode criar uma função nova ou aprimorada para um produto gênico; isso é frequentemente referido como um ganho de função mutação. Por último, as mutações podem ocorrer em regiões não codificantes do DNA. Essas mutações podem ter uma variedade de resultados, incluindo regulação alterada da expressão gênica, mudanças nas taxas de replicação ou propriedades estruturais do DNA e outros fatores não associados a proteínas.

Discussão sugerida

Na discussão acima, que tipos de cenários permitiriam a tal mutante de ganho de função a capacidade de competir com um indivíduo de tipo selvagem dentro da população? Como você acha que as mutações se relacionam com a evolução?

Mutações e câncer

As mutações podem afetar células somáticas ou células germinativas. Às vezes, ocorrem mutações em genes de reparo de DNA, comprometendo a capacidade da célula de corrigir outras mutações que possam surgir. Se, como resultado de mutações nos genes de reparo do DNA, muitas mutações se acumulam em uma célula somática, elas podem levar a problemas como a divisão celular descontrolada observada no câncer. Cânceres, incluindo formas de câncer de pâncreas, câncer de cólon e câncer colorretal, foram associados a mutações como essas em genes de reparo de DNA. Se, ao contrário, ocorrer uma mutação no reparo do DNA nas células germinativas (células sexuais), a mutação será passada para a próxima geração, como no caso de doenças como hemofilia e xeroderma pigmentosa. No caso das xeroderma pigmentoas os indivíduos com processos de reparo do DNA comprometidos tornam-se muito sensíveis à radiação ultravioleta. Em casos graves, esses indivíduos podem sofrer queimaduras solares graves com apenas alguns minutos de exposição ao sol. Quase metade de todas as crianças com essa condição desenvolve seu primeiro câncer de pele aos 10 anos.

Consequências de erros na replicação, transcrição e tradução

Algo importante para se pensar:

As células desenvolveram uma variedade de maneiras de garantir que os erros de DNA sejam detectados e corrigidos, desde a leitura de prova pelas várias DNA polimerases dependentes de DNA, até sistemas de reparo mais complexos. Por que tantos mecanismos diferentes evoluíram para reparar erros no DNA? Em contraste, mecanismos semelhantes de revisão de provas NÃO evoluíram para erros na transcrição ou tradução. Por que isso pode ser? Quais seriam as consequências de um erro no transcrição? Tal erro afetaria a descendência? Seria letal para a célula? A respeito tradução? Faça as mesmas perguntas sobre o processo de tradução. O que aconteceria se o aminoácido errado fosse acidentalmente colocado no polipeptídeo em crescimento durante a tradução de uma proteína? Compare isso com a replicação do DNA.

Mutações como instrumentos de mudança

As mutações são como as populações podem se adaptar às mudanças nas pressões ambientais.

As mutações são criadas aleatoriamente no genoma de cada organismo e isso, por sua vez, cria diversidade genética e uma infinidade de diferentes alelos por gene por organismo em cada população do planeta. Se as mutações não ocorressem e os cromossomos fossem replicados e transmitidos com 100% de fidelidade, como as células e os organismos se adaptariam? Se as mutações são retidas pela evolução em uma população depende muito de se a mutação fornece vantagem seletiva, apresenta algum custo seletivo ou é, pelo menos, não prejudicial. Na verdade, as mutações que parecem neutras podem persistir na população por muitas gerações e só ter significado quando uma população é desafiada por um novo desafio ambiental. Neste ponto, as mutações aparentemente neutras podem fornecer uma vantagem seletiva.

Exemplo: resistência a antibióticos

A bactéria E. coli é sensível a um antibiótico chamado estreptomicina, que inibe a síntese de proteínas ao se ligar ao ribossomo. A proteína ribossomal L12 pode sofrer mutação de modo que a estreptomicina não se ligue mais ao ribossomo e iniba a síntese de proteínas. Os mutantes de tipo selvagem e L12 crescem igualmente bem e a mutação parece ser neutra na ausência do antibiótico. Na presença do antibiótico, as células do tipo selvagem morrem e os mutantes L12 sobrevivem. Este exemplo mostra como a diversidade genética é importante para a sobrevivência da população. Se as mutações não ocorressem aleatoriamente, quando a população fosse desafiada por um evento ambiental, como a exposição à estreptomicina, toda a população morreria. Para a maioria das populações, isso se torna um jogo de números. Se a taxa de mutação for 10-6 então uma população de 107 as células teriam 10 mutantes; uma população de 108 teria 100 mutantes, etc.

Erros não corrigidos na replicação do DNA levam à mutação. Neste exemplo, um erro não corrigido foi transmitido para uma célula filha bacteriana. Esse erro está em um gene que codifica parte do ribossomo. A mutação resulta em uma estrutura 3D final diferente da proteína do ribossomo. Embora o ribossomo do tipo selvagem possa se ligar à estreptomicina (um antibiótico que mata a célula bacteriana ao inibir a função do ribossomo), o ribossomo mutante não pode se ligar à estreptomicina. Esta bactéria agora é resistente à estreptomicina.
Fonte: Imagem original da equipe Bis2A

Discussão sugerida

Com base em nosso exemplo, se você crescesse uma cultura de E. coli para densidade populacional de 109 células / ml; você esperaria que toda a população fosse idêntica? Quantos mutantes você esperaria ver em 1 ml de cultura?

Um exemplo: Lactato desidrogenase

Lactato desidrogenase (LDH), a enzima que catalisa a redução do piruvato em ácido láctico na fermentação, enquanto praticamente todo organismo tem essa atividade, a enzima correspondente e, portanto, o gene difere imensamente entre humanos e bactérias. As proteínas estão claramente relacionadas, elas desempenham a mesma função básica, mas têm uma variedade de diferenças, desde as afinidades de ligação ao substrato e as taxas de reação até os requisitos ideais de sal e pH. Cada um desses atributos foi ajustado evolutivamente para cada organismo específico por meio de várias rodadas de mutação e seleção.

Discussão sugerida

Podemos usar a análise comparativa da sequência de DNA para gerar hipóteses sobre as relações evolutivas entre três ou mais organismos. Uma maneira de fazer isso é comparar as sequências de DNA ou proteínas de proteínas encontradas em cada um dos organismos que desejamos comparar. Vamos, por exemplo, imaginar que devemos comparar as sequências de LDH de três organismos diferentes, organismo A, organismo B e organismo C. Se compararmos a sequência da proteína LDH do organismo A com a do organismo B, encontraremos uma única diferença de aminoácidos. Se olharmos agora para o Organismo C, encontramos 2 diferenças de aminoácidos entre sua proteína LDH e aquela do Organismo A e uma diferença de aminoácidos quando a enzima do Organismo C é comparada com a do Organismo B. Ambos os organismos B e C compartilham uma mudança comum em comparação com o organismo A.

Esquemático representando as estruturas primárias das proteínas LDH do Organismo A, Organismo B e Organismo C. As letras no centro do diagrama de linha das proteínas representam os aminoácidos em uma posição única e as diferenças propostas em cada sequência. Os terminais N e C também são notados H2N e COOH, respectivamente.
Atribuição: Marc T. Facciotti (trabalho original)

Pergunta: O Organismo C está mais relacionado ao Organismo A ou B? A explicação mais simples é que o Organismo A é a forma mais antiga, uma mutação ocorreu dando origem ao Organismo B. Com o tempo, uma segunda mutação surgiu na linhagem B para dar origem à enzima encontrada no Organismo C. Esta é a explicação mais simples, porém nós não pode descartar outras possibilidades. Você consegue pensar em outras maneiras pelas quais as diferentes formas da enzima LDH surgiram nesses três organismos?

GLOSSÁRIO

mutação induzida:

mutação que resulta da exposição a produtos químicos ou agentes ambientais

mutação:

variação na sequência de nucleotídeos de um genoma

reparo de incompatibilidade:

tipo de mecanismo de reparo no qual as bases incompatíveis são removidas após a replicação

Reparo de excisão de nucleotídeo:

tipo de mecanismo de reparo de DNA no qual a base errada, junto com alguns nucleotídeos a montante ou a jusante, são removidos

revisão:

função do DNA pol em que lê a base recém-adicionada antes de adicionar a próxima

Mutação pontual:

mutação que afeta uma única base

mutação silenciosa:

mutação que não é expressa

mutação espontânea:

mutação que ocorre nas células como resultado de reações químicas que ocorrem naturalmente, sem exposição a qualquer agente externo

substituição de transição:

quando uma purina é substituída por uma purina ou uma pirimidina é substituída por outra pirimidina

substituição de transversão:

quando uma purina é substituída por uma pirimidina ou uma pirimidina é substituída por uma purina


Mutação: Significado, Tipos e Frequência

O crédito da descoberta da mutação vai para Wright (1791) quando a observou em ovelhas machos. Qualquer mudança hereditária permanente ou estável que não seja devida à segregação e recombinação Mendeliana pode ser denominada em seu sentido mais amplo como mutação. Assim, o termo & # 8216mutação & # 8217 neste sentido & # 8216 uma mudança hereditária repentina em uma característica de um organismo & # 8217 foi introduzido principalmente por Hugo de Vries em 1900.

A mutação pode ser definida como uma alteração cromossômica abrupta ou repentina ou descontínua com efeito genético. —Mayer

& # 8220A mutação é uma alteração no gene potencialmente capaz de ser transmitida & # 8221. —Synder

& # 8220 Uma mutação é uma mudança repentina e descontínua em um gene que ocorre raramente para qualquer gene em particular e é capaz de produzir uma mudança grande ou pequena em alguma parte do corpo. & # 8221 —Collins

A mutação em sentido amplo inclui todas as mudanças no material hereditário que podem alterar o caráter de qualquer indivíduo.

A palavra mutação é derivada da palavra latina mutar, que significa mudar. Assim, as mutações são as mudanças permanentes nos genes. Os genes mutantes não se expressam imediatamente porque a maioria deles é recessiva.

Seus efeitos fenotípicos são vistos apenas após uma ou mais gerações, quando o gene mutante é capaz de se recombinar com outro gene recessivo semelhante. Assim, a mutação pode ser definida como um evento que dá origem a uma alternância hereditária no genótipo. Diz-se que o súbito aparecimento de um novo caráter hereditário em uma população é devido à mutação.

A mutação pode ser classificada da seguinte forma:

2. Mudanças no número cromossômico (poliploidia, haploidia, heteroploidia)

3. Mudanças na disposição dos segmentos cromossômicos devido a

(а) Rearranjos segmentares intra-cromossômicos (inversões)

(b) Rearranjos segmentares intercromossômicos (translocações)

(c) Perdas e duplicação de segmentos cromossômicos (Deleções e Deficiência)

Tipos de mutações:

De acordo com a expressão fenotípica, a mutação pode ser classificada nos seguintes tipos:

Quando ocorrem mudanças nos genes nas células somáticas ou vegetativas dos indivíduos, são chamadas de mutação somática. Hugo de-Vries chamou de esportes são saltation & # 8217s. Foi encontrado por Emerson no endosperma de milho e em muitos tecidos de plantas. As quimeras foram desenvolvidas dessa natureza.

(ii) M espontâneoutações:

Essas mutações genéticas ou espontâneas geralmente são desenvolvidas por agentes naturais como luz, temperatura, etc. Existem vários caracteres que são mutações genéticas. Em camundongos, as mutações genéticas espontâneas determinam a cor da pelagem, que pode ser de várias cores, como preto, marrom, manchado, etc. Em Drosophila, existem muitos genes do tipo selvagem ou normal e seus mutantes como olhos brancos, olhos rosa, cor do corpo amarelo ou preto e asa vestigial, etc. Da mesma forma, existem outros genes que afetam personagens.

(iii) Mutações germinais:

Se a mutação ocorre nas células reprodutivas das gônadas, são chamadas de mutação germinativa. Esse tipo de mutação pode ser genética ocorrendo nos gametas de indivíduos ou zigóticos originando-se no gameta diplóide fundido. Diferentes mutações ligadas ao sexo são desses tipos e passam de geração em geração.

(4) Mutação bioquímica:

Esses mutantes influenciam a produção de produtos químicos dentro de um organismo ou causam a prevenção de alguma formação enzimática, constituindo assim mutação bioquímica. Beadle e Tatum estudaram detalhadamente na Neurospora. A alcaptonúria e a fenil cetonúria descritas sob a natureza do gene também são mutações bioquímicas.

(v) Mutações espúrias:

Essas são mutações ocultas que aparecem na geração como resultado do cruzamento ou outros meios. Por exemplo, em Drosophila, o gene para olhos rosa geralmente permanece oculto, mas vem à luz após o cruzamento. O aparecimento de genes recessivos produzidos por crossing-over constitui mutação espúria.

(vi) Mutações anomozigotas:

Essas mudanças se desenvolveram devido a variações estruturais (aberrações cromossômicas) ou numéricas (poliplóides) nos cromossomos.

(vii) Mutações reversas:

Foi encontrado em certas bactérias que não são capazes de produzir vitaminas e outros nutrientes para seu crescimento, o que um tipo normal de bactéria pode fazer com eficiência. Às vezes, esses mutantes deficientes revertem ou mudam para a condição normal é denominado como mutação reversa. A principal causa da mutação reversa é a radiação. Mesmo assim, essas mutações reversas geralmente ocorrem raramente.

(viii) Mutações induzidas:

Quando mudanças genéticas são produzidas artificialmente ou induzidas por meio de experimentos, tal mudança constitui mutação induzida. Os agentes que causam essas mutações induzidas são chamados de agentes mutagênicos, que podem ser raios-x & # 8217s radiação, vários produtos químicos, etc. Várias quebras cromossômicas fazem essas alterações.

As mutações têm certas características gerais que são resumidas a seguir:

(i) As mutações são aleatórias, ou seja, podem vir em um gene. No entanto, alguns genes apresentam taxas de mutação mais altas do que outros.

(ii) As mutações são geralmente letais ou prejudiciais ao organismo, uma pequena proporção (0,1%) de todas as mutações induzidas são úteis.

(iii) As mutações são recorrentes, ou seja, a mesma mutação pode ocorrer repetidamente ou novamente e novamente.

(iv) Mutações induzidas geralmente mostram pleiotropia (gene único que afeta dois ou mais caracteres diferentes), muitas vezes devido a mutações em genes intimamente ligados.

(v) As mutações fornecem a matéria-prima para a evolução.

(vi) A origem da mutação é imprevisível e aleatória.

(vii) As mutações são reversíveis, ou seja, um alelo que surgiu por meio de mutações de um gene pode, por sua vez, sofrer mutação de volta à forma original do gene. Isso é conhecido como mutação reversa.

Isso pode ser representado da seguinte forma:

(viii) Existem várias possibilidades mutacionais diferentes para qualquer gene em particular. Diferentes mutações no mesmo locus dão origem a múltiplas séries alélicas. Por exemplo, em Drosophila, o locus do olho branco ligado ao sexo (w) é representado por um grande número de alelos diferentes. Estes incluem a eosina e o damasco, bem como o alelo branco e do tipo selvagem.

(ix) Alguns genes aumentam as taxas de mutações espontâneas de alguns outros genes do genoma, tais genes são chamados de genes mutadores. Alguns genes são denominados genes anti-mutadores que suprimem ou previnem a mutação de outros genes.

(x) Muitos agentes, tanto físicos quanto químicos, aumentam a frequência das mutações, eles são chamados de agentes mutagênicos.

(xi) Alguns alelos mutantes não sofrem mutação de volta. Eles não apresentam mutação reversa. Acredita-se que tais alelos mutantes sejam formados por deleções.

Geralmente a mutação tem efeito prejudicial sobre os organismos. Os indivíduos que os carregam reduzem sua viabilidade.

Dependendo de seu efeito sobre a viabilidade dos indivíduos, pode ser classificado em quatro grupos:

Muller (1927) pela primeira vez produziu uma mutação com sucesso em Drosophila por tratamento de raios-x.

Mutações letais matam todos os organismos que as carregam. Os letais dominantes, portanto, não podem ser estudados porque não podem sobreviver mesmo no estado de heterozigose. Portanto, devemos considerar apenas os letais recessivos. Os letais recessivos matariam os indivíduos que os carregam em estado homozigoto, por exemplo, mutação da clorofila da albina.

(ii) e (iii) Subletal e Subvital.

Reduz a viabilidade, mas não mata os indivíduos que os carregam. Os subletais matam mais de 50% dos indivíduos, enquanto os sub-vitais menos de 50%. A grande maioria das mutações são subletais e sub vitais, portanto, não têm valor no melhoramento da cultura.

Mutações vitais não reduzem a viabilidade dos indivíduos que as carregam. Praticamente, o melhoramento da safra precisa apenas dessas mutações. Ocorre em frequência muito baixa em comparação com os outros tipos.

Estágios em que Mutações Occur:

As mutações podem ocorrer em qualquer estágio do desenvolvimento do organismo. Se a mutação ocorrer nas células germinativas primordiais, todos os gametas derivados dessas células germinativas primordiais estarão carregando o caráter mutante.

Se acontecer em um dos gametas, isso leva um indivíduo mutante à progênie. Se a mutação ocorrer em um dos cromossomos filhos do zigoto em divisão, uma parte do corpo do indivíduo será portadora da mutação.

Quanto mais tarde ela aparecer, menor será a parte do corpo que carrega a mutação. Este tipo de indivíduo é denominado Mosaico, por exemplo, em Drosophila, olhos vermelhos normais com uma mancha branca ou com um olho branco e outro vermelho. As mutações também ocorrem no tecido somático de qualquer parte do corpo.

A mutação aparece repentinamente e nunca ocorre gradualmente em um único indivíduo e é transmitida para sua progênie. Mutações foram observadas em Oenothera, milho, homem e outras espécies de plantas e animais como Drosophila. Nos últimos anos, descobriu-se que os microrganismos são o material mais favorável para estudar esse fenômeno.

Frequência de mutações:

Genes diferentes têm taxas diferentes de mutabilidade. A taxa de mutação pode ser definida como o número de alterações em um locus especial de um alelo para outro, medido em uma unidade biológica de tempo, ou seja, a geração em uma determinada população.

A taxa de mutação varia de um organismo para outro e até mesmo de uma variedade para outra no mesmo organismo. A taxa de mutação varia consideravelmente de um locus para outro na mesma variedade.

(a) Mutações em Drosophila:

Em 1909, T.H. Morgan encontrou em sua linhagem normal de olhos vermelhos da cultura Drosophila, um homem excepcional com olhos brancos. Ele observou que o gene para a cor dos olhos está localizado no cromossomo sexual e o personagem é transmitido como vinculado ao sexo. Nas moscas de olhos brancos, a mutação ocorreu no gene localizado no cromossomo sexual e, como resultado, a cor dos olhos se tornou branca.

Depois disso, a cor dos olhos permaneceu branca, geração após geração. Portanto, a mudança na cor dos olhos de Drosophila é devido a uma mudança repentina no gene que está localizado no cromossomo sexual. Essa mudança repentina é conhecida como gene ou mutação pontual.

A mutação pode ocorrer durante qualquer estágio de desenvolvimento dos organismos, mas certos estágios da divisão celular, por exemplo, a fase S pode produzir mutações a uma taxa mais elevada com mutagênicos do que durante outras fases do ciclo celular.

(b) Mutação em Oenothera:

O Oenothera Lamarckian (prímula noturna) é um nativo da América, de-Vries descobriu que ele cresce como uma erva daninha na Holanda. No jardim de De Vries, ele produziu vários mutantes notáveis. Destes, um mutante chamado gigas diferia da forma parental em seu tamanho grande, outro mutante chamado nanella era pequeno e ainda outro diferente na cor, tamanho e formato de várias partes.

Agora foi descoberto que o que de-Vries descreveu como mutações são, na verdade, mudanças no número cromossômico. Ficou provado que as formas parentais têm 14 cromossomos e as gigas mutantes têm 28 cromossomos. Portanto, é claro que o surgimento das gigas se deve à mudança apenas no número de cromossomos e não no número de genes.

(c) Mutações em Bacteria:

Devido a mutações, as bactérias podem sofrer as seguintes alterações:

(i) As bactérias podem se tornar resistentes aos antibióticos como a penicilina ou podem se tornar suscetíveis a ela.

(ii) Quando Bacteriófagos são introduzidos em uma cultura de Bactérias, a maioria deles morre. Mas alguns deles se tornam resistentes aos bacteriófagos. Essa resistência pode ter ocorrido de duas maneiras (i) antes da introdução dos bacteriófagos, as mutações podem ter ocorrido e eles teriam se tornado resistentes ou (ii) após a introdução dos Bacteriófagos a mutação pode ter ocorrido nos genes e eles teriam se tornado resistentes.

(d) Mutação no Homem:

Mutações bioquímicas:

As enzimas têm um papel significativo no metabolismo de todos os organismos. Mas muitas das enzimas não estão presentes no ovo fertilizado, mas desenvolvem-se gradualmente durante o curso do desenvolvimento sob a influência dos genes.

As substâncias químicas no corpo são freqüentemente de natureza complicada e são compostas ou decompostas em uma série de etapas. Cada enzima é responsável por apenas uma etapa e a etapa seguinte seria realizada para cuidar de uma enzima totalmente diferente.

Na ausência da enzima & # 82161 & # 8217, A não será convertido em B e na ausência de B, não haverá C e D. Cada gene influencia ou é responsável por uma determinada enzima e no caso de mutação em esse gene, a enzima específica que influencia está ausente, e haveria um bloqueio químico.

Por exemplo, se a enzima & # 82161 & # 8217 estiver nos produtos químicos produzidos por um organismo ou que impedem sua produção, são chamados de mutações bioquímicas. Sabe-se que isso ocorre tanto no homem quanto em outros organismos.

Mutações bioquímicas no homem:

A primeira mutação bioquímica registrada no homem é a Alcaptonúria, descrita por Garrod em 1909. É caracterizada pelo fato de que a urina do paciente fica preta com a exposição ao ar. A alcaptonúria é herdada como um caráter autossômico recessivo. Garrod descobriu que as pessoas que sofrem desse distúrbio não conseguem decompor uma determinada substância química conhecida como ácido homogenetísico.

Em pessoas normais, o ácido homogenetísico é convertido em uma substância intermediária conhecida como ácido acetoacético, que então é decomposto em CO2 e H2O. Mas em alcaptonúricos, a etapa do ácido homogenetísico para o ácido acetoacético não ocorre, com o resultado de que o ácido homogenetísico se acumula na urina e dá cor preta quando exposto ao ar.

A reação normal ocorre sob a influência de uma enzima presente no soro sanguíneo de pessoas normais, mas parece estar ausente no soro dos alcaptonúricos.

Garrod conseguiu mostrar que o bloqueio químico era devido a uma mutação recessiva.

2. Fenilcetonúria:

É um distúrbio metabólico mais sério do que a Alcaptonúria, mas quimicamente relacionado a ele. As crianças que sofrem deste distúrbio são mentalmente deficientes e são chamadas de idiotas fenilpirúvicos. Eles também têm uma variedade de outros defeitos de natureza grave e morrem em tenra idade.

Do lado químico, eles são incapazes de decompor uma determinada substância química, conhecida como ácido fenil pirúvico, em outra substância chamada ácido hidroxifenilpirúvico que, por sua vez, normalmente seria decomposto em produtos residuais simples, CO2 e H2O. Aqui, novamente, o bloqueio químico é devido a uma mutação.

O albinismo no homem é devido a uma mutação que interfere com uma etapa na formação do pigmento de melanina. Todos os três defeitos mencionados acima são quimicamente relacionados, pois envolvem quebras em uma cadeia metabólica que pode ser rastreada até uma substância conhecida como fenilalanina.

A gota é outra doença do homem. Bioquimicamente, resulta de um defeito no metabolismo do ácido nucléico. Isso resulta no acúmulo de ácido úrico no sangue. Se a quantidade de ácido úrico exceder muito, pode ocorrer artrite gotosa por causa da formação de cristais de ácido úrico nas articulações.

5. Diabetes mellitus:

Esta é uma doença bem conhecida e importante, caracterizada pela excreção de açúcar na urina. É causada pela falha das entradas pancreáticas em secretar insulina, um hormônio essencial para o metabolismo dos carboidratos. O sintoma da doença é o açúcar na urina, que por sua vez resulta da elevação do nível de açúcar no sangue acima de 180 miligramas por cento.

Mutações induzidas:

Mutações produzidas artificialmente devido a agentes químicos ou físicos (principalmente radiações) são chamadas de mutação induzida. Os agentes capazes de induzir mutações são chamados de mutagênicos e sua capacidade de induzir mutações é denominada propriedade mutagênica. O processo de indução de mutações por meio do tratamento de mutagênicos é denominado mutagênese, enquanto o uso de mutações induzidas para a melhoria de safras é denominado reprodução por mutação & # 8217s.

Detecção de mutação, método CIB:

H.J.Muller (1927) mostrou que mutações podem ser produzidas artificialmente em Drosophila por raios-X. Essas mutações causaram mudanças visíveis como olhos vermelhos para brancos ou efeitos letais que causaram a morte. Os raios X produzem letais em todos os cromossomos de Drosophila, mas aqui a discussão se limitará ao cromossomo X.

Existe uma técnica padrão para a detecção de novas substâncias letais nos cromossomos X em Drosophila, desenvolvida por Muller e conhecida como método CIB. Nas mulheres (XX), um cromossomo X contém três genes: um C dominante é o supressor de cross-over, um gene letal recessivo e o gene dominante B para olhos de barra.

Todos os três genes CIB estão em um cromossomo X e o outro cromossomo X é normal. Essas moscas são conhecidas como fêmeas CIB. Estas fêmeas com olhos de barra (CIB) são acasaladas com machos normais (XY) que foram radiografados.

Como resultado do acasalamento, fêmeas barradas foram produzidas contendo CIB (derivado de sua mãe) e cromossomo X do pai sendo tratado com raios-X. Esta fêmea (CIB X & # 8217) quando acasalada com qualquer macho normal (XY), então em F2 metade de seus filhos recebe o cromossomo CIB e morre.

A outra metade recebe o cromossomo X tratado, e estes também morrem se o cromossomo X tratado contiver um cromossomo letal. Mas todo o F2 as filhas vão sobreviver porque recebem um cromossomo X normal de seu pai. Assim, conclui-se que se F1 CIB feminino produz apenas filhas e não filhos, o que significa que recebeu um letal do pai tratado.

Algumas vezes, uma técnica especial & # 8216método X anexado & # 8217 é usada para detectar mutações visíveis. Nesta fêmea, os cromossomos X e Y anexados são acasalados com os machos irradiados por raios-X. Filhos que terão dois cromossomos X diferentes podem ser identificados e a mutação pode ser detectada.

Evolução da Mutação:

Foi observado que a variação Mendeliana pode surgir pela recombinação dos genes existentes por meio da hibridização. Portanto, a mudança fundamental é fornecida pela mutação. Mutações não são perdas de genes, mas apenas mudanças na estrutura do gênio. As mutações são quase recessivas. Baur em Antirrhinum majus encontrou apenas 9 a 10 dominantes em 300 mutações e os outros provaram ser recessivos aos tipos selvagens.

A taxa e a direção da mutação variam em diferentes genes. As mutações causam uma grande perturbação no desenvolvimento normal, funcionamento e vida de qualquer corpo. Portanto, as mutações são de grande importância na evolução com pequenos efeitos. Algumas vezes são chamadas de micro mutações e seus efeitos muitas vezes não são observáveis. Se essas pequenas variações se mostram vantajosas para os organismos, as últimas têm maior valor na evolução.

As variações hereditárias por mutações são diretivas e não intencionais. A mutação não é dirigida pelo meio ambiente e não se desenvolve para cumprir qualquer propósito especificado para o organismo.

Como exemplos de mutações que fornecem chances de evolução de novas formas, variedades ou espécies podem ser mencionados, Cicer gigas e Arachis hypogea var. gigantea. A variedade melhorada muito popular no arroz G.E.B. 24 acredita-se que tenha surgido por mutação em Kona Mani. Da mesma forma, em ragi (Eleusine coracana) E.C. 3735 surgiu por mutação em E.C. 593. O primeiro tem duração mais precoce do que o último.

A mutação em caracteres quantitativos e qualitativos foi explorada para o desenvolvimento de mais de 300 variedades de várias culturas. Algumas mutações são úteis no melhoramento da cultura e têm efeitos benéficos. As mutações permitiram a análise de genes, bem como a determinação da relação entre genes e proteínas, bem como algumas características do código genético.

Mutações induzidas estão sendo aplicadas para análise dos efeitos dos vários tipos de alternâncias conhecidas no DNA ou genes na expressão dos caracteres em questão. Essa análise é freqüentemente chamada de genética reversa, em oposição à genética clássica.

Fundamentalmente, a mutação em um gene permite que esse gene seja identificado e estudado. Por exemplo, o locus do olho branco foi observado apenas depois que o mutante do olho branco da Drosophila foi descoberto, o mesmo vale para outros genes da cor dos olhos.

Papel da mutação no melhoramento de plantas:

Tem sido usado para melhorar os caracteres qualitativos e quantitativos, incluindo resistência a doenças e capacidade de rendimento de várias safras.

As várias aplicações de reprodução por mutação podem ser fornecidas conforme abaixo:

(E se1 híbridos produzidos a partir de hibridização podem ser tratados com vários mutagênicos para aumentar a variabilidade genética e para facilitar a recombinação entre genes ligados. Este método não foi usado extensivamente.

(ii) Vários mutagênicos têm sido usados ​​para melhorar diferentes caracteres quantitativos, especialmente o rendimento. Por meio dessa técnica, várias variedades foram desenvolvidas até agora, as quais mostraram alto desempenho de rendimento.

(iii) No caso de colheitas clonais que são altamente heterozigóticas por natureza, a mutagênese é apenas o melhor método para produzir características específicas melhoradas de clones sem modificar sua composição genética. por exemplo, & # 8216red sports & # 8217 em apple etc. Em outras palavras, é útil para melhorar características específicas de uma variedade de alto rendimento bem adotada.

(iv) A reprodução por mutação serve como um suplemento útil para o germoplasma disponível. Deve ser bem entendido que a reprodução por mutação não pode minimizar a necessidade de coleta de germoplasma.

(v) A mutação foi considerada útil em certos caracteres específicos, como a configuração de sementes.Muito mais trabalho foi feito na Suécia por Gustafson 1954, 1960, Nybora 1954, Mackey, 1956, Smith 1951, onde os agentes mutagênicos são aplicados sobre muitas plantas cultivadas, incluindo árvores de jardim.

Da mesma forma, um grande trabalho foi realizado no leste da Alemanha com soja e cevada por Scholz 1960, Zacharias 1956, Stubbe 1959 e nos EUA em Arachis hypogea. (unidade de ervilha) por Gregory (1956). Uma variedade de Pallas mal nomeada e de ervilha chamada Stral foi desenvolvida por irradiação de raios X A variedade mutante de cevada é diferente em qualidade de sua mãe nas seguintes maneiras - (a) Maturidade precoce (b) caule duro (c) mais diastase atividade (d) sementes em negrito e (e) resistência a doenças, etc.

(vi) A irradiação de híbridos distantes foi feita para produzir translocações. Isso é feito para transferir um segmento do cromossomo com um gene desejável do cromossomo estranho para o cromossomo de uma espécie cultivada de cultivo.

(vii) Como resultado da mutagênese, mais de 335 variedades foram produzidas em diferentes países do mundo. Essas variedades mutantes podem ser exemplificadas como em cereais, vegetais, painço, sementes oleaginosas, leguminosas, árvores frutíferas, etc. mas arroz, cevada, trigo representam 50% das variedades mutantes em todas as culturas. Estas variedades de culturas pertencem a espécies diplóides e poliplóides, que se reproduzem sexualmente e assexuadamente.

Na Índia, o trabalho de indução de mutação foi iniciado no ICAR, em Nova Delhi. & # 8216Gamma garden & # 8217 foi desenvolvido para o mesmo. Desde 1930, várias variedades de culturas foram desenvolvidas por meio de mutagênese, por exemplo, G.E.B. 24, arroz de Jagannath, CO8152, CO8153 (cana-de-açúcar), trigo NP836, algodão Indore 2, Juta JRO 412 e 514, Gram T87 etc. O arroz de Jagannath é um mutante semi-anão induzido por raios gama da variedade alta T141. Jagannath tem várias qualidades como resistência ao acamamento, maior capacidade de rendimento e mais responsabilidade na aplicação de fertilizantes em comparação com a variedade parental.

A variedade de cana-de-açúcar CO8152 é um mutante de CO527 induzido por raios gama. Foi observado que o CO8152 deu um rendimento 40 por cento maior do que a variedade parental. A variedade mutante CO8152 tem dois cromossomos a menos que a variedade parental CO527. Este é um exemplo de uma mudança no número de cromossomos que já produziu um fenótipo mutante desejável.

As variedades mutantes (cerca de 94%) desenvolvidas até 1982 foram devido aos seguintes tratamentos como mutagênicos físicos por meio de mutagênese química (cerca de 5%) e 1% por meio de tratamento combinado (mutagênicos físicos e químicos). Foi observado que os mutagênicos físicos foram mais eficazes em culturas propagadas assexuadamente do que aquelas que se reproduzem sexualmente, como mostrado abaixo-

Apsara no centro de pesquisa atômica de Bhabha, Trombe está subutilizado para induzir mutação desde 1956. Por aplicação de nêutron em Apsara, várias variedades de culturas foram produzidas, por exemplo, Pt B 10 e G.E.B. 24, linhagens consanguíneas como D4, N6, D65 e amp ITe 701 em milho, etc.

Limitações de mutação:

(1) A indução artificial da mutação é muito cara. Portanto, essa técnica não é tão útil.

(2) As mutações não são estáveis.

(3) A maioria das mutações é letal.

(4) O principal alvo da mutação é desenvolver variação, mas a Índia tem sorte onde a variação natural é abundante.


Conteúdo

As mutações podem envolver a duplicação de grandes seções de DNA, geralmente por meio de recombinação genética. [9] Essas duplicações são a principal fonte de matéria-prima para a evolução de novos genes, com dezenas a centenas de genes duplicados em genomas animais a cada milhão de anos. [10] A maioria dos genes pertence a famílias de genes maiores de ancestralidade compartilhada, detectáveis ​​por sua homologia de sequência. [11] Novos genes são produzidos por vários métodos, comumente por meio da duplicação e mutação de um gene ancestral ou pela recombinação de partes de diferentes genes para formar novas combinações com novas funções. [12] [13]

Aqui, os domínios de proteínas atuam como módulos, cada um com uma função particular e independente, que podem ser misturados para produzir genes que codificam novas proteínas com novas propriedades. [14] Por exemplo, o olho humano usa quatro genes para fazer estruturas que detectam a luz: três para células em cone ou visão em cores e um para células em bastonete ou visão noturna, todos os quatro surgiram de um único gene ancestral. [15] Outra vantagem de duplicar um gene (ou mesmo um genoma inteiro) é que isso aumenta a redundância de engenharia, permitindo que um gene do par adquira uma nova função enquanto a outra cópia executa a função original. [16] [17] Outros tipos de mutação ocasionalmente criam novos genes a partir de DNA anteriormente não codificador. [18] [19]

Mudanças no número de cromossomos podem envolver mutações ainda maiores, onde segmentos do DNA dentro dos cromossomos se quebram e depois se reorganizam. Por exemplo, nos Homininae, dois cromossomos se fundiram para produzir o cromossomo humano 2, essa fusão não ocorreu na linhagem dos outros macacos e eles retêm esses cromossomos separados. [20] Na evolução, o papel mais importante de tais rearranjos cromossômicos pode ser acelerar a divergência de uma população em novas espécies, tornando as populações menos propensas a cruzar, preservando assim as diferenças genéticas entre essas populações. [21]

Seqüências de DNA que podem se mover pelo genoma, como os transposons, constituem a maior fração do material genético de plantas e animais e podem ter sido importantes na evolução dos genomas. [22] Por exemplo, mais de um milhão de cópias da sequência Alu estão presentes no genoma humano, e essas sequências agora foram recrutadas para desempenhar funções como a regulação da expressão gênica. [23] Outro efeito dessas sequências móveis de DNA é que, quando se movem dentro de um genoma, podem sofrer mutação ou deletar genes existentes e, assim, produzir diversidade genética. [6]

Mutações não letais se acumulam no pool genético e aumentam a quantidade de variação genética. [24] A abundância de algumas mudanças genéticas no pool gênico pode ser reduzida pela seleção natural, enquanto outras mutações "mais favoráveis" podem se acumular e resultar em mudanças adaptativas.

Por exemplo, uma borboleta pode produzir descendentes com novas mutações. A maioria dessas mutações não terá efeito, mas uma pode mudar a cor de uma das crias da borboleta, tornando mais difícil (ou mais fácil) para os predadores verem. Se essa mudança de cor for vantajosa, as chances de a borboleta sobreviver e produzir sua própria prole são um pouco melhores e, com o tempo, o número de borboletas com essa mutação pode formar uma porcentagem maior da população.

Mutações neutras são definidas como mutações cujos efeitos não influenciam a aptidão de um indivíduo. Estes podem aumentar em frequência com o tempo devido à deriva genética. Acredita-se que a grande maioria das mutações não tem efeito significativo na aptidão de um organismo. [25] [26] Além disso, os mecanismos de reparo do DNA são capazes de consertar a maioria das mudanças antes que se tornem mutações permanentes, e muitos organismos têm mecanismos para eliminar células somáticas que de outra forma seriam permanentemente mutadas.

Mutações benéficas podem melhorar o sucesso reprodutivo. [27] [28]

Quatro classes de mutações são (1) mutações espontâneas (decadência molecular), (2) mutações devido ao desvio de replicação propenso a erros de danos de DNA de ocorrência natural (também chamado de síntese de translesão propensa a erros), (3) erros introduzidos durante o reparo de DNA, e (4) mutações induzidas causadas por mutagênicos. Os cientistas também podem introduzir deliberadamente sequências mutantes por meio da manipulação de DNA para fins de experimentação científica.

Um estudo de 2017 afirmou que 66% das mutações causadoras de câncer são aleatórias, 29% são devidas ao meio ambiente (a população estudada abrangeu 69 países) e 5% são hereditárias. [29]

Os humanos passam, em média, 60 novas mutações para seus filhos, mas os pais passam mais mutações dependendo de sua idade, a cada ano acrescentando duas novas mutações a um filho. [30]

Edição de mutação espontânea

Mutações espontâneas ocorrem com probabilidade diferente de zero, mesmo em uma célula saudável e não contaminada. Estima-se que o dano oxidativo ao DNA de ocorrência natural ocorra 10.000 vezes por célula por dia em humanos e 100.000 vezes por célula por dia em ratos. [31] Mutações espontâneas podem ser caracterizadas pela mudança específica: [32]

    - Uma base é alterada pelo reposicionamento de um átomo de hidrogênio, alterando o padrão de ligação de hidrogênio dessa base, resultando em emparelhamento incorreto de bases durante a replicação. [33] - Perda de uma base purínica (A ou G) para formar um sítio apurínico (sítio AP). - A hidrólise muda uma base normal para uma base atípica contendo um grupo cetônico no lugar do grupo amina original. Os exemplos incluem C → U e A → HX (hipoxantina), que podem ser corrigidos por mecanismos de reparo de DNA e 5MeC (5-metilcitosina) → T, que é menos provável de ser detectado como uma mutação porque a timina é uma base de DNA normal. - Desnaturação da nova fita do modelo durante a replicação, seguida de renaturação em um local diferente ("escorregamento"). Isso pode levar a inserções ou exclusões.

Edição de bypass de replicação sujeita a erros

Há evidências crescentes de que a maioria das mutações que surgem espontaneamente são devidas a replicação propensa a erros (síntese de translesão) após dano ao DNA na fita molde. Em camundongos, a maioria das mutações é causada pela síntese de translesão. [34] Da mesma forma, em leveduras, Kunz et al. [35] descobriram que mais de 60% das substituições e deleções de um único par de bases espontâneas foram causadas pela síntese por translesão.

Erros introduzidos durante a edição de reparo de DNA

Embora as quebras de fita dupla de ocorrência natural ocorram em uma frequência relativamente baixa no DNA, seu reparo freqüentemente causa mutação. A união de extremidades não homólogas (NHEJ) é uma das principais vias para reparar quebras de fita dupla. NHEJ envolve a remoção de alguns nucleotídeos para permitir um alinhamento um tanto impreciso das duas extremidades para a reintegração seguida pela adição de nucleotídeos para preencher as lacunas. Como consequência, o NHEJ freqüentemente introduz mutações. [36]

Edição de mutação induzida

Mutações induzidas são alterações no gene após ele entrar em contato com agentes mutagênicos e causas ambientais.

Mutações induzidas no nível molecular pode ser causado por:

  • Produtos químicos (por exemplo, bromodeoxiuridina (BrdU)) (por exemplo, N-etilo-N-nitrosoureia (ENU). Esses agentes podem sofrer mutação no DNA replicante e não replicante. Em contraste, um análogo de base pode sofrer mutação no DNA somente quando o análogo é incorporado na replicação do DNA. Cada uma dessas classes de mutagênicos químicos tem certos efeitos que levam a transições, transversões ou deleções.
  • Agentes que formam adutos de DNA (por exemplo, ocratoxina A) [38]
  • Os agentes intercalantes de DNA (por exemplo, brometo de etídio) convertem grupos amina em A e C em grupos diazo, alterando seus padrões de ligação de hidrogênio, o que leva ao emparelhamento incorreto de bases durante a replicação.
    luz (UV) (incluindo radiação não ionizante). Duas bases de nucleotídeos no DNA - citosina e timina - são mais vulneráveis ​​à radiação que pode alterar suas propriedades. A luz ultravioleta pode induzir bases de pirimidina adjacentes em uma fita de DNA a se tornarem covalentemente unidas como um dímero de pirimidina. A radiação ultravioleta, em particular UVA de onda mais longa, também pode causar danos oxidativos ao DNA. [39]. A exposição à radiação ionizante, como a radiação gama, pode resultar em mutação, possivelmente resultando em câncer ou morte.

Enquanto em tempos anteriores as mutações eram consideradas como ocorrendo por acaso, ou induzidas por mutagênicos, mecanismos moleculares de mutação foram descobertos em bactérias e em toda a árvore da vida. Como afirma S. Rosenberg, "Esses mecanismos revelam um quadro de mutagênese altamente regulada, regulada temporariamente por respostas de estresse e ativada quando células / organismos são mal adaptados a seus ambientes - quando estressados ​​- potencialmente acelerando a adaptação." [40] Uma vez que são mecanismos mutagênicos auto-induzidos que aumentam a taxa de adaptação dos organismos, eles foram algumas vezes chamados de mecanismos de mutagênese adaptativa e incluem a resposta SOS em bactérias, [41] recombinação intracromossômica ectópica [42] e outras recombinações cromossômicas eventos como duplicações. [40]

Por efeito na estrutura Editar

A sequência de um gene pode ser alterada de várias maneiras. [44] Mutações genéticas têm efeitos variados na saúde, dependendo de onde ocorrem e se alteram a função de proteínas essenciais. As mutações na estrutura dos genes podem ser classificadas em vários tipos.

Editar mutações em grande escala

Mutações em grande escala na estrutura cromossômica incluem:

  • As amplificações (ou duplicações gênicas) ou a repetição de um segmento cromossômico ou a presença de um pedaço extra de um cromossomo quebrado podem se ligar a um cromossomo homólogo ou não homólogo, de modo que alguns dos genes estão presentes em mais de duas doses, levando a múltiplas cópias de todas as regiões cromossômicas, aumentando a dosagem dos genes localizados dentro delas.
  • Deleções de grandes regiões cromossômicas, levando à perda dos genes nessas regiões.
  • Mutações cujo efeito é justapor pedaços de DNA previamente separados, potencialmente reunindo genes separados para formar genes de fusão funcionalmente distintos (por exemplo, bcr-abl).
  • Mudanças em grande escala na estrutura dos cromossomos, chamadas de rearranjo cromossômico, que podem levar a uma diminuição da aptidão, mas também à especiação em populações endogâmicas isoladas. Esses incluem:
      : intercâmbio de partes genéticas de cromossomos não homólogos. : invertendo a orientação de um segmento cromossômico.
  • Cruzamento cromossômico não homólogo.
  • Deleções intersticiais: uma deleção intracromossômica que remove um segmento de DNA de um único cromossomo, apostando, assim, genes anteriormente distantes. Por exemplo, células isoladas de um astrocitoma humano, um tipo de tumor cerebral, foram encontradas para ter uma deleção cromossômica removendo sequências entre o gene Fused in Glioblastoma (FIG) e o receptor tirosina quinase (ROS), produzindo uma proteína de fusão (FIG- ROS). A proteína de fusão FIG-ROS anormal tem atividade cinase constitutivamente ativa que causa transformação oncogênica (uma transformação de células normais em células cancerosas).
  • Editar mutações em pequena escala

    Mutações em pequena escala afetam um gene em um ou alguns nucleotídeos. (Se apenas um único nucleotídeo é afetado, eles são chamados de mutações pontuais.) Mutações em pequena escala incluem:

      adicione um ou mais nucleotídeos extras no DNA. Eles geralmente são causados ​​por elementos transponíveis ou erros durante a replicação de elementos repetidos. As inserções na região codificadora de um gene podem alterar o splicing do mRNA (mutação do local de splice) ou causar uma mudança no quadro de leitura (frameshift), ambos os quais podem alterar significativamente o produto do gene. As inserções podem ser revertidas por excisão do elemento transponível. remover um ou mais nucleotídeos do DNA. Como as inserções, essas mutações podem alterar o quadro de leitura do gene. Em geral, eles são irreversíveis: embora exatamente a mesma sequência possa, em teoria, ser restaurada por uma inserção, elementos transponíveis capazes de reverter uma deleção muito curta (digamos 1–2 bases) em algum localização é altamente improvável de existir ou não existe de todo. , muitas vezes causada por produtos químicos ou mau funcionamento da replicação do DNA, troca um único nucleotídeo por outro. [45] Essas mudanças são classificadas como transições ou transversões. [46] Mais comum é a transição que troca uma purina por uma purina (A ↔ G) ou uma pirimidina por uma pirimidina, (C ↔ T). Uma transição pode ser causada por ácido nitroso, pareamento incorreto de bases ou análogos de bases mutagênicas, como BrdU. Menos comum é a transversão, que troca uma purina por uma pirimidina ou uma pirimidina por uma purina (C / T ↔ A / G). Um exemplo de transversão é a conversão de adenina (A) em citosina (C). Mutações pontuais são modificações de pares de bases simples de DNA ou outros pequenos pares de bases dentro de um gene. Uma mutação pontual pode ser revertida por outra mutação pontual, na qual o nucleotídeo é alterado de volta ao seu estado original (reversão verdadeira) ou por reversão no segundo local (uma mutação complementar em outro lugar que resulta na funcionalidade do gene recuperada). Conforme discutido abaixo, as mutações pontuais que ocorrem na região de codificação da proteína de um gene podem ser classificadas como substituições sinônimas ou não sinônimas, as últimas das quais, por sua vez, podem ser divididas em mutações sem sentido ou sem sentido.

    Por impacto na sequência de proteínas Editar

    O efeito de uma mutação na sequência da proteína depende em parte de onde ela ocorre no genoma, especialmente se é em uma região codificadora ou não codificadora. Mutações nas sequências regulatórias não codificantes de um gene, como promotores, potenciadores e silenciadores, podem alterar os níveis de expressão do gene, mas são menos propensas a alterar a sequência da proteína. Mutações dentro de íntrons e em regiões sem função biológica conhecida (por exemplo, pseudogenes, retrotransposons) são geralmente neutras, não tendo efeito no fenótipo - embora mutações de íntron possam alterar o produto da proteína se afetarem o splicing de mRNA.

    As mutações que ocorrem nas regiões codificantes do genoma são mais propensas a alterar o produto da proteína e podem ser categorizadas por seu efeito na sequência de aminoácidos:

    • Uma mutação frameshift é causada pela inserção ou deleção de um número de nucleotídeos que não é divisível por três de uma sequência de DNA. Devido à natureza tripla da expressão gênica por códons, a inserção ou deleção pode interromper o quadro de leitura ou o agrupamento dos códons, resultando em uma tradução completamente diferente do original. [47] Quanto mais cedo na sequência ocorre a exclusão ou inserção, mais alterada é a proteína produzida. (Por exemplo, o código CCU GAC UAC CUA codifica para os aminoácidos prolina, ácido aspártico, tirosina e leucina. Se o U em CCU fosse excluído, a sequência resultante seria CCG ACU ACC UAx, que, em vez disso, codificaria para prolina, treonina, treonina e parte de outro aminoácido ou talvez um códon de parada (onde x representa o seguinte nucleotídeo).) Por outro lado, qualquer inserção ou deleção que seja igualmente divisível por três é denominada um mutação in-frame.
    • Uma mutação de substituição pontual resulta em uma mudança em um único nucleotídeo e pode ser sinônima ou não-sinônima.
      • Uma substituição sinônima substitui um códon por outro códon que codifica o mesmo aminoácido, de forma que a sequência de aminoácidos produzida não seja modificada. Mutações sinônimas ocorrem devido à natureza degenerada do código genético. Se essa mutação não resultar em nenhum efeito fenotípico, ela é chamada de silenciosa, mas nem todas as substituições de sinônimos são silenciosas. (Também pode haver mutações silenciosas em nucleotídeos fora das regiões de codificação, como os íntrons, porque a sequência de nucleotídeos exata não é tão crucial quanto nas regiões de codificação, mas essas não são consideradas substituições sinônimas.)
      • Uma substituição não-sinônima substitui um códon por outro códon que codifica um aminoácido diferente, de modo que a sequência de aminoácidos produzida é modificada. Substituições não-sinônimas podem ser classificadas como mutações sem sentido ou sem sentido:
        • Uma mutação missense altera um nucleotídeo para causar a substituição de um aminoácido diferente. Isso, por sua vez, pode tornar a proteína resultante não funcional.Essas mutações são responsáveis ​​por doenças como epidermólise bolhosa, doença falciforme e ALS mediada por SOD1. [48] ​​Por outro lado, se uma mutação missense ocorre em um códon de aminoácido que resulta no uso de um aminoácido diferente, mas quimicamente semelhante, então, às vezes, pouca ou nenhuma mudança é processada na proteína. Por exemplo, uma mudança de AAA para AGA codificará arginina, uma molécula quimicamente semelhante à lisina pretendida. Neste último caso, a mutação terá pouco ou nenhum efeito no fenótipo e, portanto, será neutra.
        • Uma mutação sem sentido é uma mutação pontual em uma sequência de DNA que resulta em um códon de parada prematuro, ou um códon absurdo no mRNA transcrito, e possivelmente um produto de proteína truncado e freqüentemente não funcional. Esse tipo de mutação tem sido associada a diversas doenças, como a hiperplasia adrenal congênita. (Veja códon de parada.)

        Por efeito na função Editar

        • Mutações de perda de função, também chamadas de mutações de inativação, resultam no produto do gene tendo menos ou nenhuma função (sendo parcial ou totalmente inativado). Quando o alelo tem uma perda completa de função (alelo nulo), é freqüentemente chamado de mutação amorfa ou amorfa no esquema de morfologia de Muller. Os fenótipos associados a essas mutações são, na maioria das vezes, recessivos. As exceções são quando o organismo é haploide ou quando a dosagem reduzida de um produto genético normal não é suficiente para um fenótipo normal (isso é chamado de haploinsuficiência). mutações, também chamadas de mutações ativadoras, alteram o produto do gene de tal forma que seu efeito fica mais forte (ativação intensificada) ou mesmo é substituído por uma função diferente e anormal. Quando o novo alelo é criado, um heterozigoto contendo o alelo recém-criado, bem como o original, expressará o novo alelo geneticamente, o que define as mutações como fenótipos dominantes. Vários dos morfos de Muller correspondem ao ganho de função, incluindo hipermorfia (aumento da expressão gênica) e neomorfo (nova função). Em dezembro de 2017, o governo dos EUA suspendeu uma proibição temporária implementada em 2014 que proibia o financiamento federal para quaisquer novos experimentos de "ganho de função" que aumentassem os patógenos ", como a gripe aviária, SARS e a síndrome respiratória do Oriente Médio ou vírus MERS." [49] [50]
        • As mutações negativas dominantes (também chamadas de mutações antimórficas) têm um produto do gene alterado que age de forma antagônica ao alelo de tipo selvagem. Essas mutações geralmente resultam em uma função molecular alterada (muitas vezes inativa) e são caracterizadas por um fenótipo dominante ou semidominante. Em humanos, mutações negativas dominantes foram implicadas no câncer (por exemplo, mutações nos genes p53, [51] ATM, [52] CEBPA [53] e PPARgamma [54]). A síndrome de Marfan é causada por mutações na FBN1 gene, localizado no cromossomo 15, que codifica a fibrilina-1, uma glicoproteína componente da matriz extracelular. [55] A síndrome de Marfan também é um exemplo de mutação negativa dominante e haploinsuficiência. [56] [57], após a classificação Mulleriana, são caracterizados por produtos gênicos alterados que atuam com expressão gênica diminuída em comparação com o alelo do tipo selvagem. Normalmente, as mutações hipomórficas são recessivas, mas a haploinsuficiência faz com que alguns alelos sejam dominantes. são caracterizados pelo controle da síntese de novos produtos proteicos. são mutações que levam à morte dos organismos que carregam as mutações.
        • Uma mutação reversa ou reversão é uma mutação pontual que restaura a sequência original e, portanto, o fenótipo original. [58]

        Por efeito na aptidão (mutações prejudiciais, benéficas e neutras) Editar

        Em genética, às vezes é útil classificar as mutações como prejudicial ou benéfico (ou neutro):

        • Uma mutação prejudicial ou deletéria diminui a aptidão do organismo. Muitas, mas nem todas as mutações em genes essenciais são prejudiciais (se uma mutação não alterar a sequência de aminoácidos em uma proteína essencial, ela é inofensiva na maioria dos casos).
        • Uma mutação benéfica ou vantajosa aumenta a aptidão do organismo. Os exemplos são mutações que levam à resistência aos antibióticos em bactérias (que são benéficas para as bactérias, mas geralmente não para os humanos).
        • Uma mutação neutra não tem efeito prejudicial ou benéfico para o organismo. Essas mutações ocorrem em um ritmo constante, formando a base para o relógio molecular. Na teoria neutra da evolução molecular, as mutações neutras fornecem a deriva genética como base para a maioria das variações no nível molecular. Em animais ou plantas, a maioria das mutações é neutra, visto que a grande maioria de seus genomas não é codificante ou consiste em sequências repetitivas sem função óbvia ("DNA lixo"). [59]

        Telas de mutagênese quantitativa em larga escala, em que milhares de milhões de mutações são testadas, invariavelmente descobrem que uma fração maior de mutações tem efeitos prejudiciais, mas sempre retorna uma série de mutações benéficas também. Por exemplo, em uma tela de todas as deleções de genes em E. coli, 80% das mutações foram negativas, mas 20% foram positivas, embora muitas tivessem um efeito muito pequeno no crescimento (dependendo da condição). [60] Observe que o gene exclusões envolvem a remoção de genes inteiros, de modo que as mutações pontuais quase sempre têm um efeito muito menor. Em uma tela semelhante em Streptococcus pneumoniae, mas desta vez com as inserções de transposon, 76% dos mutantes de inserção foram classificados como neutros, 16% tiveram uma adequação significativamente reduzida, mas 6% foram vantajosos. [61]

        Essa classificação é obviamente relativa e um tanto artificial: uma mutação prejudicial pode rapidamente se transformar em mutações benéficas quando as condições mudam. Por exemplo, as mutações que levaram à pele mais clara em brancos são benéficas em regiões menos expostas ao sol, mas prejudiciais em regiões próximas ao equador. Além disso, há um gradiente de prejudicial / benéfico para neutro, já que muitas mutações podem ter efeitos pequenos e principalmente negligenciáveis, mas sob certas condições se tornarão relevantes. Além disso, muitas características são determinadas por centenas de genes (ou loci), de modo que cada locus tem apenas um efeito menor. Por exemplo, a altura humana é determinada por centenas de variantes genéticas ("mutações"), mas cada uma delas tem um efeito muito menor na altura, [62] além do impacto da nutrição. A altura (ou tamanho) em si pode ser mais ou menos benéfico, como mostra a enorme variedade de tamanhos em grupos de animais ou plantas.

        Distribuição de efeitos de aptidão (DFE) Editar

        Têm sido feitas tentativas para inferir a distribuição dos efeitos de aptidão (DFE) usando experimentos de mutagênese e modelos teóricos aplicados a dados de sequência molecular. DFE, conforme usado para determinar a abundância relativa de diferentes tipos de mutações (ou seja, fortemente deletérios, quase neutros ou vantajosos), é relevante para muitas questões evolutivas, como a manutenção da variação genética, [63] a taxa de decadência genômica, [64] a manutenção da reprodução sexual cruzada em oposição à consanguinidade [65] e a evolução do sexo e da recombinação genética. [66] O DFE também pode ser rastreado rastreando a assimetria da distribuição de mutações com efeitos supostamente graves em comparação com a distribuição de mutações com efeito supostamente leve ou ausente. [67] Em resumo, o DFE desempenha um papel importante na previsão da dinâmica evolutiva. [68] [69] Uma variedade de abordagens tem sido usada para estudar o DFE, incluindo métodos teóricos, experimentais e analíticos.

        • Experimento de mutagênese: O método direto para investigar o DFE é induzir mutações e, em seguida, medir os efeitos da aptidão mutacional, o que já foi feito em vírus, bactérias, leveduras e Drosófila. Por exemplo, a maioria dos estudos do DFE em vírus usou mutagênese dirigida ao local para criar mutações pontuais e medir a aptidão relativa de cada mutante. [70] [71] [72] [73] Em Escherichia coli, um estudo usou mutagênese de transposon para medir diretamente a adequação de uma inserção aleatória de um derivado de Tn10. [74] Na levedura, uma abordagem combinada de mutagênese e sequenciamento profundo foi desenvolvida para gerar bibliotecas mutantes sistemáticas de alta qualidade e medir a aptidão em alto rendimento. [75] No entanto, dado que muitas mutações têm efeitos pequenos demais para serem detectados [76] e que os experimentos de mutagênese podem detectar apenas mutações de efeito moderadamente grande, a análise de dados de sequência de DNA pode fornecer informações valiosas sobre essas mutações.
        • Análise de sequência molecular: com o rápido desenvolvimento da tecnologia de sequenciamento de DNA, uma enorme quantidade de dados de sequência de DNA está disponível e ainda mais está disponível no futuro. Vários métodos foram desenvolvidos para inferir o DFE a partir de dados de sequência de DNA. [77] [78] [79] [80] Ao examinar as diferenças de sequência de DNA dentro e entre as espécies, podemos inferir várias características do DFE para mutações neutras, deletérias e vantajosas. [24] Para ser mais específico, a abordagem de análise de sequência de DNA nos permite estimar os efeitos de mutações com efeitos muito pequenos, que são dificilmente detectáveis ​​por meio de experimentos de mutagênese.

        Um dos primeiros estudos teóricos da distribuição dos efeitos da aptidão foi feito por Motoo Kimura, um influente geneticista teórico de populações. Sua teoria neutra da evolução molecular propõe que a maioria das novas mutações será altamente deletéria, com uma pequena fração sendo neutra. [81] [25] Hiroshi Akashi propôs mais recentemente um modelo bimodal para o DFE, com modos centrados em mutações altamente deletérias e neutras. [82] Ambas as teorias concordam que a grande maioria das novas mutações são neutras ou deletérias e que mutações vantajosas são raras, o que foi apoiado por resultados experimentais. Um exemplo é um estudo feito no DFE de mutações aleatórias no vírus da estomatite vesicular. [70] De todas as mutações, 39.6% foram letais, 31.2% foram não letais deletérias e 27.1% foram neutras. Outro exemplo vem de um experimento de mutagênese de alto rendimento com levedura. [75] Neste experimento, foi demonstrado que o DFE geral é bimodal, com um grupo de mutações neutras e uma ampla distribuição de mutações deletérias.

        Embora relativamente poucas mutações sejam vantajosas, aquelas que o são desempenham um papel importante nas mudanças evolutivas. [83] Como as mutações neutras, mutações vantajosas fracamente selecionadas podem ser perdidas devido à deriva genética aleatória, mas mutações vantajosas fortemente selecionadas têm maior probabilidade de serem corrigidas. Conhecer o DFE de mutações vantajosas pode levar ao aumento da capacidade de prever a dinâmica evolutiva. O trabalho teórico sobre o DFE para mutações vantajosas foi realizado por John H. Gillespie [84] e H. Allen Orr. [85] Eles propuseram que a distribuição de mutações vantajosas deveria ser exponencial sob uma ampla gama de condições, o que, em geral, foi apoiado por estudos experimentais, pelo menos para mutações vantajosas fortemente selecionadas. [86] [87] [88]

        Em geral, é aceito que a maioria das mutações são neutras ou deletérias, com mutações vantajosas sendo raras, no entanto, a proporção dos tipos de mutações varia entre as espécies. Isso indica dois pontos importantes: primeiro, a proporção de mutações efetivamente neutras provavelmente varia entre as espécies, resultando da dependência do tamanho efetivo da população; segundo, o efeito médio das mutações deletérias varia dramaticamente entre as espécies. [24] Além disso, o DFE também difere entre regiões codificantes e regiões não codificantes, com o DFE de DNA não codificador contendo mutações selecionadas mais fracamente. [24]

        Por herança Editar

        Em organismos multicelulares com células reprodutivas dedicadas, as mutações podem ser subdivididas em mutações da linha germinativa, que podem ser transmitidas aos descendentes por meio de suas células reprodutivas, e mutações somáticas (também chamadas de mutações adquiridas), [89] que envolvem células fora do grupo reprodutivo dedicado e que geralmente não são transmitidos aos descendentes.

        Organismos diplóides (por exemplo, humanos) contêm duas cópias de cada gene - um alelo paterno e outro materno. Com base na ocorrência de mutação em cada cromossomo, podemos classificar as mutações em três tipos. Um organismo de tipo selvagem ou homozigoto não mutado é aquele em que nenhum dos alelos sofre mutação.

        • Uma mutação heterozigótica é uma mutação de apenas um alelo.
        • Uma mutação homozigótica é uma mutação idêntica dos alelos paternos e maternos. mutações ou um composto genético consiste em duas mutações diferentes nos alelos paternos e maternos. [90]

        Edição de mutação germinativa

        Uma mutação germinativa nas células reprodutivas de um indivíduo dá origem a um mutação constitucional na prole, ou seja, uma mutação que está presente em todas as células. Uma mutação constitucional também pode ocorrer logo após a fertilização ou continuar a partir de uma mutação constitucional anterior em um dos pais. [91] Uma mutação germinativa pode ser transmitida por gerações subsequentes de organismos.

        A distinção entre mutações germinativas e somáticas é importante em animais que possuem uma linha germinativa dedicada à produção de células reprodutivas. No entanto, é de pouco valor para a compreensão dos efeitos das mutações em plantas, que carecem de uma linha germinativa dedicada. A distinção também é obscura naqueles animais que se reproduzem assexuadamente por mecanismos como o brotamento, porque as células que dão origem aos organismos filhos também dão origem à linha germinativa desse organismo.

        Uma nova mutação germinativa não herdada de nenhum dos pais é chamada de de novo mutação.

        Edição de mutação somática

        Uma mudança na estrutura genética que não é herdada de um dos pais, e também não é passada para a prole, é chamada de mutação somática. [89] Mutações somáticas não são herdadas pelos descendentes de um organismo porque não afetam a linha germinativa. No entanto, eles são transmitidos a toda a progênie de uma célula mutante dentro do mesmo organismo durante a mitose. Uma seção importante de um organismo, portanto, pode carregar a mesma mutação. Esses tipos de mutações são geralmente causados ​​por causas ambientais, como radiação ultravioleta ou qualquer exposição a certos produtos químicos prejudiciais, e podem causar doenças, incluindo câncer. [92]

        Com as plantas, algumas mutações somáticas podem ser propagadas sem a necessidade de produção de sementes, por exemplo, por enxertia e estacas de caule. Esse tipo de mutação deu origem a novos tipos de frutas, como a maçã "Deliciosa" e a laranja de umbigo "Washington". [93]

        As células somáticas humanas e de camundongo têm uma taxa de mutação dez vezes maior do que a taxa de mutação da linha germinativa para ambas as espécies. Os camundongos têm uma taxa mais alta de mutações somáticas e germinativas por divisão celular do que os humanos. A disparidade na taxa de mutação entre a linha germinativa e os tecidos somáticos provavelmente reflete a maior importância da manutenção do genoma na linha germinativa do que no soma. [94]

        Classes especiais Editar

        • Mutação condicional é uma mutação que possui fenótipo de tipo selvagem (ou menos grave) sob certas condições ambientais "permissivas" e um fenótipo mutante sob certas condições "restritivas". Por exemplo, uma mutação sensível à temperatura pode causar morte celular em alta temperatura (condição restritiva), mas pode não ter consequências deletérias em uma temperatura mais baixa (condição permissiva). [95] Essas mutações são não autônomas, pois sua manifestação depende da presença de certas condições, ao contrário de outras mutações que aparecem de forma autônoma. [96] As condições permissivas podem ser temperatura, [97] certos produtos químicos, [98] luz [98] ou mutações em outras partes do genoma. [96]Novivo mecanismos como interruptores transcricionais podem criar mutações condicionais. Por exemplo, a associação do Domínio de Ligação de Esteróide pode criar um switch transcricional que pode alterar a expressão de um gene com base na presença de um ligante de esteroide. [99] As mutações condicionais têm aplicações em pesquisas, pois permitem o controle sobre a expressão gênica. Isso é especialmente útil no estudo de doenças em adultos, permitindo a expressão após um certo período de crescimento, eliminando assim o efeito deletério da expressão do gene observado durante os estágios de desenvolvimento em organismos modelo. [98] Os sistemas de recombinação de DNA, como a recombinação Cre-Lox, usados ​​em associação com promotores que são ativados sob certas condições, podem gerar mutações condicionais. A tecnologia Dual Recombinase pode ser usada para induzir múltiplas mutações condicionais para estudar as doenças que se manifestam como resultado de mutações simultâneas em vários genes. [98] Certos inteins foram identificados que se unem apenas em certas temperaturas permissivas, levando à síntese de proteínas inadequada e, portanto, mutações de perda de função em outras temperaturas. [100] As mutações condicionais também podem ser usadas em estudos genéticos associados ao envelhecimento, pois a expressão pode ser alterada após um determinado período de vida do organismo. [97]
        • Os loci de características quantitativas do tempo de replicação afetam a replicação do DNA.

        Edição de Nomenclatura

        Para categorizar uma mutação como tal, a sequência "normal" deve ser obtida do DNA de um organismo "normal" ou "saudável" (em oposição a um "mutante" ou "doente"), deve ser identificada e relatado idealmente, deve ser disponibilizado ao público para uma comparação direta de nucleotídeo por nucleotídeo, e acordado pela comunidade científica ou por um grupo de geneticistas e biólogos especialistas, que têm a responsabilidade de estabelecer o padrão ou a assim chamada sequência de "consenso". Esta etapa requer um tremendo esforço científico. Uma vez que a sequência de consenso é conhecida, as mutações em um genoma podem ser identificadas, descritas e classificadas. O comitê da Human Genome Variation Society (HGVS) desenvolveu a nomenclatura de variante de sequência humana padrão, [101] que deve ser usada por pesquisadores e centros de diagnóstico de DNA para gerar descrições de mutações inequívocas. Em princípio, essa nomenclatura também pode ser usada para descrever mutações em outros organismos. A nomenclatura especifica o tipo de mutação e alterações de base ou aminoácidos.

        • Substituição de nucleotídeo (por exemplo, 76A & gtT) - O número é a posição do nucleotídeo da extremidade 5 ', a primeira letra representa o nucleotídeo de tipo selvagem e a segunda letra representa o nucleotídeo que substituiu o tipo selvagem. No exemplo dado, a adenina na 76ª posição foi substituída por uma timina.
          • Se for necessário diferenciar entre mutações no DNA genômico, DNA mitocondrial e RNA, uma convenção simples é usada. Por exemplo, se a 100ª base de uma sequência de nucleotídeos sofreu mutação de G para C, seria escrita como g.100G & gtC se a mutação ocorreu no DNA genômico, m.100G & gtC se a mutação ocorreu no DNA mitocondrial, ou r.100g & gtc se a mutação ocorreu no RNA. Observe que, para mutações no RNA, o código do nucleotídeo é escrito em letras minúsculas.

          As taxas de mutação variam substancialmente entre as espécies, e as forças evolutivas que geralmente determinam a mutação são objeto de investigação contínua.

          No humanos, a taxa de mutação é de cerca de 50-90 de novo mutações por genoma por geração, ou seja, cada ser humano acumula cerca de 50-90 novas mutações que não estavam presentes em seus pais.Esse número foi estabelecido sequenciando milhares de trios humanos, ou seja, dois pais e pelo menos um filho. [102]

          Os genomas dos vírus de RNA baseiam-se no RNA e não no DNA. O genoma viral de RNA pode ser de fita dupla (como no DNA) ou de fita simples. Em alguns desses vírus (como o vírus da imunodeficiência humana de fita simples), a replicação ocorre rapidamente e não há mecanismos para verificar a precisão do genoma. Esse processo sujeito a erros geralmente resulta em mutações.

          Mudanças no DNA causadas por mutação em uma região codificadora do DNA podem causar erros na sequência da proteína que podem resultar em proteínas parcial ou completamente não funcionais. Cada célula, para funcionar corretamente, depende de milhares de proteínas para funcionar nos lugares certos na hora certa. Quando uma mutação altera uma proteína que desempenha um papel crítico no corpo, pode ocorrer uma condição médica. Um estudo sobre a comparação de genes entre diferentes espécies de Drosófila sugere que se uma mutação muda uma proteína, a mutação provavelmente será prejudicial, com cerca de 70 por cento dos polimorfismos de aminoácidos tendo efeitos prejudiciais e o restante sendo neutro ou fracamente benéfico. [8] Algumas mutações alteram a sequência de bases do DNA de um gene, mas não alteram a proteína produzida pelo gene. Estudos demonstraram que apenas 7% das mutações pontuais no DNA não codificador de levedura são deletérias e 12% no DNA codificador são deletérias. O resto das mutações são neutras ou ligeiramente benéficas. [103]

          Transtornos hereditários Editar

          Se uma mutação estiver presente em uma célula germinativa, ela pode dar origem a uma descendência que carrega a mutação em todas as suas células. Esse é o caso das doenças hereditárias. Em particular, se houver uma mutação em um gene de reparo de DNA dentro de uma célula germinativa, os seres humanos portadores dessas mutações na linha germinativa podem ter um risco aumentado de câncer. Uma lista de 34 dessas mutações germinativas é fornecida no artigo transtorno de deficiência de reparo de DNA. Um exemplo é o albinismo, uma mutação que ocorre no gene OCA1 ou OCA2. Os indivíduos com esse transtorno são mais propensos a muitos tipos de câncer, outros transtornos e têm problemas de visão.

          Danos no DNA podem causar um erro quando o DNA é replicado, e esse erro de replicação pode causar uma mutação genética que, por sua vez, pode causar um distúrbio genético. Os danos ao DNA são reparados pelo sistema de reparo do DNA da célula. Cada célula possui várias vias através das quais as enzimas reconhecem e reparam danos no DNA. Como o DNA pode ser danificado de várias maneiras, o processo de reparo do DNA é uma forma importante de o corpo se proteger de doenças. Uma vez que o dano ao DNA deu origem a uma mutação, a mutação não pode ser reparada.

          Papel na carcinogênese Editar

          Por outro lado, uma mutação pode ocorrer em uma célula somática de um organismo. Essas mutações estarão presentes em todos os descendentes desta célula dentro do mesmo organismo. O acúmulo de certas mutações ao longo de gerações de células somáticas faz parte da causa da transformação maligna, de célula normal para célula cancerosa. [104]

          As células com mutações de perda de função heterozigótica (uma cópia boa do gene e uma cópia mutada) podem funcionar normalmente com a cópia não mutada até que a cópia boa tenha sido espontaneamente mutada somaticamente. Esse tipo de mutação ocorre frequentemente em organismos vivos, mas é difícil medir a taxa. Medir essa taxa é importante para prever a taxa em que as pessoas podem desenvolver câncer. [105]

          As mutações pontuais podem surgir de mutações espontâneas que ocorrem durante a replicação do DNA. A taxa de mutação pode ser aumentada por agentes mutagênicos. Os mutagênicos podem ser físicos, como radiação de raios ultravioleta, raios-X ou calor extremo, ou químicos (moléculas que perdem os pares de bases ou interrompem a forma helicoidal do DNA). Os mutagênicos associados ao câncer são frequentemente estudados para aprender sobre o câncer e sua prevenção.

          Edição de mutações de príon

          Os príons são proteínas e não contêm material genético. No entanto, foi demonstrado que a replicação do príon está sujeita à mutação e seleção natural, assim como outras formas de replicação. [106] O gene humano PRNP codifica a principal proteína príon, PrP, e está sujeito a mutações que podem dar origem a príons causadores de doenças.

          Embora mutações que causam alterações nas sequências de proteínas possam ser prejudiciais a um organismo, às vezes o efeito pode ser positivo em um determinado ambiente. Nesse caso, a mutação pode permitir que o organismo mutante resista a estresses ambientais específicos melhor do que os organismos do tipo selvagem, ou se reproduza mais rapidamente. Nesses casos, uma mutação tende a se tornar mais comum em uma população por meio da seleção natural. Os exemplos incluem o seguinte:

          Resistência ao HIV: uma deleção específica de 32 pares de bases no CCR5 humano (CCR5-Δ32) confere resistência ao HIV aos homozigotos e retarda o início da AIDS em heterozigotos. [107] Uma possível explicação da etiologia da frequência relativamente alta de CCR5-Δ32 na população europeia é que ele conferiu resistência à peste bubônica em meados do século 14 na Europa. Pessoas com essa mutação eram mais propensas a sobreviver à infecção, portanto, sua frequência na população aumentou. [108] Essa teoria poderia explicar por que essa mutação não foi encontrada na África do Sul, que permaneceu intocada pela peste bubônica. Uma teoria mais recente sugere que a pressão seletiva na mutação CCR5 Delta 32 foi causada pela varíola em vez da peste bubônica. [109]

          Resistência à malária: Um exemplo de mutação prejudicial é a doença das células falciformes, uma doença do sangue em que o corpo produz um tipo anormal de hemoglobina, substância transportadora de oxigênio nas células vermelhas do sangue. Um terço de todos os habitantes indígenas da África Subsaariana carrega o alelo, porque, em áreas onde a malária é comum, há um valor de sobrevivência em carregar apenas um único alelo falciforme (traço falciforme). [110] Aqueles com apenas um dos dois alelos da doença falciforme são mais resistentes à malária, desde a infestação da malária Plasmodium é interrompido pela falcização das células que infesta.

          Resistência a antibióticos: Praticamente todas as bactérias desenvolvem resistência aos antibióticos quando expostas aos antibióticos. Na verdade, as populações bacterianas já têm essas mutações que são selecionadas por meio da seleção de antibióticos. Obviamente, essas mutações são benéficas apenas para as bactérias, mas não para as infectadas.

          Persistência de lactase. Uma mutação permitiu que os humanos expressassem a enzima lactase após serem naturalmente desmamados do leite materno, permitindo que os adultos digerissem a lactose, que é provavelmente uma das mutações mais benéficas na evolução humana recente. [112]

          Mutacionismo é uma das várias alternativas à evolução por seleção natural que existiram antes e depois da publicação do livro de Charles Darwin de 1859, Na origem das espécies. Na teoria, a mutação era a fonte da novidade, criando novas formas e novas espécies, potencialmente instantaneamente, [113] em um salto repentino. [114] Isso foi considerado como impulsionando a evolução, que foi limitada pelo fornecimento de mutações.

          Antes de Darwin, os biólogos geralmente acreditavam no saltacionismo, a possibilidade de grandes saltos evolutivos, incluindo especiação imediata. Por exemplo, em 1822, Étienne Geoffroy Saint-Hilaire argumentou que as espécies poderiam ser formadas por transformações repentinas, ou o que mais tarde seria chamado de macromutação. [115] Darwin se opôs à saltação, insistindo no gradualismo na evolução como na geologia. Em 1864, Albert von Kölliker reviveu a teoria de Geoffroy. [116] Em 1901, o geneticista Hugo de Vries deu o nome de "mutação" a formas aparentemente novas que surgiram repentinamente em seus experimentos com a prímula da noite Oenothera lamarckiana, e na primeira década do século 20, mutacionismo, ou como De Vries o chamou mutationstheorie, [117] [113] tornou-se um rival do darwinismo apoiado por um tempo por geneticistas incluindo William Bateson, [118] Thomas Hunt Morgan e Reginald Punnett. [119] [113]

          A compreensão do mutacionismo é obscurecida pelo retrato de meados do século 20 dos primeiros mutacionistas por defensores da síntese moderna como oponentes da evolução darwiniana e rivais da escola de biometria que argumentaram que a seleção operava em variação contínua. Nesse retrato, o mutacionismo foi derrotado por uma síntese da genética e da seleção natural que teria começado mais tarde, por volta de 1918, com o trabalho do matemático Ronald Fisher. [120] [121] [122] [123] No entanto, o alinhamento da genética mendeliana e da seleção natural começou já em 1902 com um artigo de Udny Yule, [124] e foi construído com trabalhos teóricos e experimentais na Europa e na América. Apesar da controvérsia, os primeiros mutacionistas já haviam em 1918 aceito a seleção natural e explicado a variação contínua como resultado de vários genes agindo sobre a mesma característica, como a altura. [121] [122]

          O mutacionismo, junto com outras alternativas ao darwinismo como o lamarckismo e a ortogênese, foi descartado pela maioria dos biólogos quando eles perceberam que a genética mendeliana e a seleção natural podiam trabalhar prontamente juntas a mutação tomou seu lugar como uma fonte da variação genética essencial para que a seleção natural funcionasse sobre. No entanto, o mutacionismo não desapareceu totalmente. Em 1940, Richard Goldschmidt novamente defendeu a especiação em uma única etapa por macromutação, descrevendo os organismos assim produzidos como "monstros esperançosos", ganhando o ridículo generalizado. [125] [126] Em 1987, Masatoshi Nei argumentou controversamente que a evolução era frequentemente limitada por mutação. [127] Biólogos modernos como Douglas J. Futuyma concluem que essencialmente todas as alegações de evolução impulsionadas por grandes mutações podem ser explicadas pela evolução darwiniana. [128]


          Variação e mutação de amplificação

          No decorrer replicação , a composição genética de um organismo (DNA) pode mudar ou sofrer mutação. Mudanças nos genes são chamadas de mutações. Mutações podem ser espontâneos (simplesmente acontecem). Eles também podem acontecer devido a:

          Se a mutação for ampla então o organismo provavelmente não sobreviverá para se reproduzir

          Se a mutação for pequena então a mudança pode ser benéfica. A prole vai florescer, se saindo melhor do que outros nessa espécie. Muitos mais descendentes herdarão esta mutação benéfica e serão mais adequados para esse ambiente

          Assim continua seleção natural

          As mutações podem não ter efeito. Por exemplo, a proteína produzida por um gene mutado pode funcionar tão bem quanto a proteína do gene não mutado.

          Às vezes, as mutações podem ser úteis, mas costumam ser prejudiciais. Por exemplo, a hemofilia é uma doença hereditária que impede o sangue de coagular adequadamente. É causado por um gene mutado.

          Os genes podem ser ligados e desligados. Em qualquer célula, apenas alguns do conjunto completo de genes disponíveis são usados. Diferentes tipos de células produzem diferentes gamas de proteínas. Isso afeta as funções que eles podem realizar. Por exemplo, apenas as células do pâncreas ativam o gene para a produção do hormônio insulina.

          Mutações em genes podem alterar a produção de certas proteínas ou mesmo impedir que sejam feitas por uma célula.


          Mutação associada ao câncer e além: a biologia emergente de isocitrato desidrogenases em doenças humanas

          Isocitrato desidrogenases (IDHs) são enzimas metabólicas críticas que catalisam a descarboxilação oxidativa de isocitrato em α-cetoglutarato (αKG), NAD (P) H e CO2. Os IDHs controlam epigeneticamente a expressão gênica por meio de efeitos nas dioxigenases dependentes de αKG, mantêm o equilíbrio redox e promovem a anaplerose ao fornecer às células NADPH e substratos precursores para a síntese macromolecular e regulam a respiração e a produção de energia por meio da geração de NADH. Mutações associadas ao câncer em IDH1 e IDH2 representam um dos mecanismos mais amplamente estudados do efeito patogênico da IDH. As enzimas mutantes produzem (R) -2-hidroxiglutarato, que por sua vez inibe a função da dioxigenase dependente de αKG, resultando em um fenótipo de hipermetilação global, aumento da multipotência de células tumorais e malignidade. Estudos recentes identificaram IDHs de tipo selvagem como reguladores críticos da fisiologia do órgão normal e, quando induzidos transcricionalmente ou regulados negativamente, como contribuintes para o câncer e neurodegeneração, respectivamente. Descrevemos como enzimas mutantes e de tipo selvagem contribuem em níveis moleculares para a patogênese da doença e discutimos os esforços para direcionar farmacologicamente a religação metabólica controlada por IDH.

          Bonecos

          Fig. 1. Localização subcelular e reações químicas ...

          Fig. 1. Localização subcelular e reações químicas catalisadas por IDH de tipo selvagem e IDH derivado de tumor mutante ...

          Fig. 2. Desregulação da atividade enzimática de IDH ...

          Fig. 2. A desregulação da atividade enzimática de IDH está associada a doenças humanas.

          Fig. 3. Compensação para perda de IDH1 de tipo selvagem ...

          Fig. 3. Compensação para perda de função de IDH1 de tipo selvagem em tumores GBM caracterizados por ...


          Tornando-se molecular e celular

          A genética é geralmente bastante abstrata na maneira como revela como as coisas funcionam. Fenômenos e processos biológicos são descritos em termos de nomes de genes, mas não fornecem explicações mecanicistas que descrevam a natureza das moléculas e os processos bioquímicos envolvidos. Para passar de explicações abstratas para mecanismos bioquímicos, é necessário clonar os genes relevantes. Isso é possível mapeando geneticamente os genes e determinando sua posição dentro do genoma, seguido do sequenciamento da região, uma metodologia amplamente auxiliada pela disponibilidade de sequências do genoma inteiro. Outra abordagem pode ser usada quando procedimentos eficientes de transformação de DNA estão disponíveis. Bibliotecas de genes podem ser construídas e transformadas em células mutantes para selecionar clones que resgatam a função mutante. Esta é a clonagem por complementação (Fig. 4), e foi a abordagem usada para clonar genes nas leveduras (Beach et al. 1982 Nasmyth e Reed 1980). (Caixa 5 - É um contaminante?).

          UMA cdc2 O mutante ts é capaz de crescer à temperatura restritiva quando as células carregam o gene CDC2 humano em um plasmídeo. Este gene é capaz de complementar a levedura cdc2 A função mutante ts e as células podem crescer e se dividir para formar colônias (pontas de setas brancas). As células que perdem o plasmídeo não são mais capazes de se dividir, mas continuam a crescer e a formar células alongadas (pontas de seta preta)

          Na complementação de levedura de fissão, a clonagem foi combinada com o sequenciamento do genoma completo e mapeamento posicional para gerar as sequências da maioria dos genes do ciclo celular (Kohli et al. 1977 Wood et al. 2002) (Box 6 — Cottage Industry). Com a disponibilidade de sequências de genes, é possível prever suas funções moleculares putativas. As investigações bioquímicas dessas funções moleculares são facilitadas pela purificação dos produtos gênicos, por exemplo, marcando os genes ou aumentando os anticorpos por meio da expressão de proteínas em bactérias e purificação de proteínas, ou por síntese de peptídeos. Com a purificação do produto gênico, vem a capacidade de realizar ensaios bioquímicos, fornecendo a ligação entre a genética e o mecanismo molecular. O uso de genes marcados ou anticorpos específicos contra produtos gênicos também permite que as localizações celulares e o comportamento dos produtos gênicos de interesse sejam determinados. Muitos genes do ciclo celular em diferentes organismos foram marcados e os locais e níveis das proteínas marcadas foram monitorados à medida que as células prosseguem no ciclo celular. A combinação de informações moleculares e celulares leva ao desenvolvimento de explicações mecanicistas de processos biológicos, ligando moléculas a fenótipos.

          Uma das vantagens de alternar entre dados genéticos, celulares e moleculares é que aumenta a robustez das explicações. Cada uma dessas esferas de investigação possui potencialidades e fragilidades que podem se complementar, gerando diferentes tipos de explicações, tanto abstratas quanto mecanicistas, fortalecendo assim a compreensão dos fenômenos e processos biológicos. Isso é considerado mais adiante na próxima seção.

          Caixa 5 É um contaminante?

          A capacidade de transformar levedura de fissão com DNA exógeno foi necessária para clonar genes do ciclo celular por complementação (Beach e Nurse 1981). Foi desenvolvido em laboratório cerca de um ou dois anos depois que a técnica demonstrou funcionar para a levedura em flor (Beggs, 1978). Os ensaios iniciais basearam-se na produção de protoplastos, que tiveram de ser semeados após suspensão em um osmótico contido em ágar mole. Infelizmente, o ágar mole errado foi usado pela PN, o que levou à solidificação parcial nos tubos antes do plaqueamento. Somente sacudindo o ágar fixo e esmagando-o na placa com a tampa da placa o experimento poderia ser concluído. O resultado foi uma bagunça completa sujeita à contaminação, e todo o experimento deveria ter sido jogado fora. No entanto, as placas foram colocadas na incubadora "por precaução". Surpreendentemente, colônias cresceram dentro dos pedaços quebrados de ágar, embora não pudessem ser examinados microscopicamente. Supunha-se que fossem contaminantes, mas na verdade eram leveduras de fissão transformadas, as primeiras a serem preparadas.

          Caixa 6 Indústria caseira

          A levedura de fissão nunca esteve na "lista quente" para a comunidade de sequenciamento genômico, ao contrário da levedura de brotamento, o verme e a mosca, por exemplo, e nenhum financiamento poderia ser levantado para obter o organismo sequenciado. Felizmente, PN conheceu Bart Barrell, que havia trabalhado com Fred Sanger, e Bart tinha recursos de uma agência de financiamento para contribuir com o sequenciamento da levedura em crescimento. BB tinha suporte demais para o sequenciamento da levedura de brotamento, então ele e PN arquitetaram a ideia de usar o excesso de financiamento para sequenciar a levedura de fissão. A agência financiadora notaria? Infelizmente eles fizeram! Cerca de metade da sequência do genoma foi feita em 6 meses, mas quando fomos à agência de financiamento para obter o resto do dinheiro para fazer a levedura de fissão o segundo eucarioto a ser totalmente sequenciado, a agência não gostou e não forneceu os recursos extras. Isso significava que tínhamos que ir para a UE e financiar cerca de uma dúzia de laboratórios em toda a Europa como uma indústria caseira para terminar a sequência. Isso levou mais um ano, mas a sequência foi concluída e concluída em um alto padrão, o que não foi surpreendente, dados os altos padrões e pedigree de BB. A levedura de fissão acabou sendo o quarto eucarioto de vida livre a ser totalmente sequenciado.


          O Código Genético

          Todas as nossas informações genéticas são armazenadas e transmitidas no arranjo simples de 4 bases nitrogenadas básicas & ndash Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) e Citosina (C). No RNA, a timina é substituída pelo uracila (U). A adenina e a guanina são chamadas de purinas, enquanto a timina, a citosina e o uracil são pirimidinas.

          O arranjo dessas 4 bases em várias combinações eventualmente dá origem a proteínas. As bases de nitrogênio são lidas em conjuntos de 3, chamados códons. Os códons determinam a ordem de arranjo dos aminoácidos que sofrem dobramento e mais dobramento para criar proteínas.

          (Crédito da foto: Wikimedia Commons)

          Há um total de 64 códons & ndash 4 3 = 64 (quatro bases lidas em conjuntos de três). Destes, há um códon START e 3 códons STOP.

          Considere a seguinte sequência: AUGCCAGCA

          Se a leitura começar em A, os códons ficarão assim: AUG CCA GCA

          Se a leitura começar em U, os códons ficarão assim: A UGC CAG CA

          Se a leitura começar em G, os códons ficarão assim: AU GCC AGC A

          O mesmo arranjo de bases dá origem a diferentes aminoácidos. Portanto, o códon START é um códon universal de onde a leitura começa. Da mesma forma, o códon STOP faz o inverso, ou seja, determina onde a leitura de uma proteína terminará e a próxima começará. O códon START é AUG e os códons STOP são UAG, UAA, UGA.


          Mutações deletérias

          Como mencionado anteriormente, essas mutações reduzem a aptidão de um indivíduo. Mas o que significa aptidão? Refere-se à capacidade e habilidade de um indivíduo de realizar atividades normais de vida, de viver uma existência relativamente livre de doenças e de passar seu material genético para a próxima geração por meio da reprodução. Isso se aplica a todos os seres vivos, de plantas a animais, de microorganismos a pássaros e de insetos a humanos. A aptidão do indivíduo permite que ele atinja a maturidade, onde sua constituição saudável é propícia à reprodução, por meio da qual seu legado genético é passado para a próxima geração.

          Porém, em caso de mutação deletéria, qualquer um ou todos esses estágios podem ficar comprometidos, tornando o indivíduo inapto. A mutação pode causar problemas de saúde, falha reprodutiva e até morte prematura, dependendo do gene em que ocorre. No que diz respeito aos humanos, esses três efeitos podem ser explicados pelos exemplos a seguir.

          Problema de saúde

          Uma mutação no gene LMNA que produz laminina, uma proteína que fornece suporte ao núcleo celular, dá origem a uma condição chamada & # 8216progeria & # 8217. É uma doença que causa envelhecimento acelerado e é caracterizada por pele esclerótica, calvície, anormalidades ósseas, deficiência de crescimento, etc. Quase todas as doenças genéticas são causadas pela presença de mutações deletérias.

          Insuficiência Reprodutiva

          Uma mutação no gene AZF (fator azoospermia) ou SRY (região determinante do sexo Y) dá origem a um produto gênico não funcional, resultando em infertilidade no caso dos homens, inibindo assim aquele homem em particular para ser capaz de passar seu genes para a próxima geração.

          No caso de animais como pavões, que atraem parceiros pela exibição de suas penas brilhantes da cauda, ​​qualquer mutação que afete negativamente esse fenótipo resultaria na falha do pavão em atrair um parceiro (pavão) e se reproduzir.

          Morte prematura

          Mutações que dão origem a condições como espinha bífida, distúrbios genéticos metabólicos e síndrome de Marfan reduzem muito a qualidade e a duração da vida do indivíduo afetado, fazendo com que essa pessoa morra prematuramente. Além disso, algumas mutações que ocorrem nos genes de desenvolvimento do embrião resultam na morte prematura do embrião, levando a abortos espontâneos ou natimortos.


          Atividade de mutação de DNA

          Esta atividade usa uma simulação do Consórcio Concord que mostra como o DNA é transcrito em RNA e, em seguida, transformado em uma proteína. É uma animação muito clara e pode ser usado sozinho como parte de uma palestra sobre síntese de proteínas.

          A simulação então permite que você edite o DNA que criará uma nova proteína. A planilha pede aos alunos que revisem os termos e rotulem uma imagem mostrando tRNA, mRNA, códons, aminoácidos e ribossomos.

          Os alunos, então, editam o DNA de uma maneira específica para que possam observar os efeitos de um Mutação pontual, uma frameshift mutação, e um mutação silenciosa. Na mutação pontual, uma única base é alterada, o que leva a um aminoácido diferente. Os alunos não precisam de um gráfico de códons para concluir esta atividade.

          Você também pode fazer esta atividade com a classe se tiver um projetor. Isso também permitiria mais discussão sobre por que algumas mutações pontuais alteram a proteína de saída e por que algumas são silenciosas.

          Tempo necessário: 15-20 minutos

          HS-LS1-1 Construa uma explicação baseada em evidências de como a estrutura do DNA determina a estrutura das proteínas que realizam as funções essenciais da vida por meio de sistemas de células especializadas

          HS-LS3-1 Faça perguntas para esclarecer as relações sobre o papel do DNA e dos cromossomos na codificação das instruções para traços característicos passados ​​de pais para filhos.


          Mutações e mutantes * - Biologia

          Ao longo da vida, nosso DNA pode sofrer mudanças ou mutações na seqüência de bases: A, C, G e T. Isso resulta em mudanças nas proteínas que são feitas. Isso pode ser bom ou ruim.

          Uma mutação é uma alteração que ocorre em nossa sequência de DNA, seja devido a erros na cópia do DNA ou como resultado de fatores ambientais, como luz ultravioleta e fumaça de cigarro. As mutações podem ocorrer durante a replicação do DNA se os erros forem cometidos e não corrigidos a tempo. As mutações também podem ocorrer como resultado da exposição a fatores ambientais, como fumo, luz solar e radiação. Freqüentemente, as células podem reconhecer qualquer dano potencialmente causador de mutação e repará-lo antes que se torne uma mutação fixa.

          As mutações contribuem para a variação genética dentro das espécies. As mutações também podem ser herdadas, principalmente se tiverem um efeito positivo. Por exemplo, o distúrbio da anemia falciforme é causado por uma mutação no gene que instrui a construção de uma proteína chamada hemoglobina. Isso faz com que os glóbulos vermelhos adquiram um formato anormal, rígido e em forma de foice. No entanto, em populações africanas, ter essa mutação também protege contra a malária.

          No entanto, a mutação também pode interromper a atividade normal do gene e causar doenças, como o câncer. O câncer é a doença genética humana mais comum, causada por mutações que ocorrem em vários genes que controlam o crescimento. Às vezes, genes defeituosos e causadores de câncer podem existir desde o nascimento, aumentando a chance de uma pessoa ter câncer.

          Uma ilustração para mostrar um exemplo de uma mutação de DNA. Crédito da imagem: Genome Research Limited


          Assista o vídeo: BIO Mutação e Reparo do DNA - Genética Molecular (Dezembro 2022).