Variantes Genéticas

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Variantes Genéticas 
 Como a análise genética é o estudo das 
 diferenças herdadas, essa análise não seria 
 possível sem variantes, do mesmo modo, a 
 diversidade da vida na Terra é decorrente 
 dessa variação. Até o momento temos visto 
 que no mesmo locus gênico podem estar 
 presentes distintos alelos decorrentes dessa 
 variação. 
 Dois processos importantes são responsáveis 
 pela variação genética: mutação e 
 recombinação. 
 ● Mutação é a fonte primária da 
 variação; 
 ● Recombinação é o resultado dos 
 processos celulares que fazem com 
 que os alelos de diferentes genes se 
 agrupem em novas combinações. 
 Para usar uma analogia, a mutação 
 ocasionalmente produz uma nova carta no 
 baralho e a recombinação as embaralha e 
 distribui de maneiras diferentes. 
 Mutações 
 - O que são mutações? 
 Há várias de�nições para mutação. A mais 
 abrangente é esta: 
 Uma alteração na sequência de nucleotídeos 
 ou, mas especi�camente, das bases 
 nitrogenadas do genoma celular de um 
 organismo vivo ou um vírus e, que pode ser 
 transmitida à descendência. 
 São denominadas mutações gênicas quando 
 alteram a estrutura do DNA de um 
 determinado gene ou cromossômica quando 
 alteram a estrutura e o número de 
 cromossomos,nesses casos, pode representar 
 apenas uma simples troca de um par de bases 
 por outro, até o desaparecimento de um 
 cromossomo inteiro. 
 Mutações Espontâneas 
 Todos os organismos sofrem um certo 
 número de mutações como resultado das 
 operações celulares ou devido às interações 
 ao acaso com o ambiente. Tais mutações são 
 chamadas espontâneas e a maioria dos loci 
 gênicos apresenta uma taxa de mutação de 
 a por geração. 1 0 − 5 1 0 − 6 
 No entanto, essa taxa pode ser muito 
 aumentada no caso das mutações serem 
 induzidas. 
 Agentes químicos ou físicos podem também 
 ser os responsáveis por mutações. 
 - Quando e como ocorrem? 
 Podem ocorrer por erros durante a replicação 
 do DNA que antecede a divisão celular (a 
 mitose ou meiose) e durante o crossing-over : 
 por não disjunção dos cromossomos ou 
 cromátides e por crossing-over desigual. Elas 
 também podem resultar de falhas nos 
 mecanismos de reparo ao DNA. 
 ● Nas células somáticas, quando 
 ocorrem, afetam apenas as células do 
 indivíduo, por exemplo, podemos citar 
 o surgimento dos tumores; 
 ● Nas células germinativas, afetam os 
 gametas formados e podem ser 
 transmitidas hereditariamente. 
 Mutações Gênicas 
 Vamos começar analisando os eventos no 
 mutacionais que ocorrem em genes 
 individuais, chamaremos esses eventos de 
 mutações gênicas e, dentre esses eventos, 
 vamos analisar as chamadas mutações de 
 ponto ou pontuais. 
 A mutação de ponto pode ser de�nida como 
 sendo a alteração de um único par de bases do 
 DNA ou de um pequeno número de bases 
 adjacentes. Os dois tipos principais de 
 mutações de ponto do DNA são: substituições 
 de bases e inserções ou deleções. 
 Mutações por Substituição de Bases 
 Como o próprio nome diz, as mutações por 
 substituição de base são aquelas em que um 
 par de bases é substituído por outro. 
 A mutação por substituição pode ser 
 classi�cada em dois subtipos: transições e 
 transversões. 
 ● A transição ocorre quando uma base é 
 substituída por outra de mesma 
 categoria química, ou seja, uma purina 
 substituída por outra purina, por 
 exemplo, uma adenina por uma 
 guanina ou vice-versa, ambas bases de 
 dois anéis. Também ocorre transição 
 na troca de uma pirimidina por outra, 
 assim, uma citosina por uma timina ou 
 vice-versa; 
 ● Já a transversão é o oposto: a 
 substituição de uma base de uma 
 categoria química por outra de outra 
 categoria, ou seja, quando uma base de 
 dois anéis é substituída por outra de 
 apenas um anel ou vice-versa. 
 Para descrever a mudança no nível 
 bi�lamentar do DNA, devemos representar 
 ambos os membros de um par de bases na 
 mesma posição relativa, ou seja, é exemplo de 
 transição a substituição de 
 G . C → A . T e de uma transversão G . C → 
 T . A . 
 Formas Tautoméricas das Bases 
 Watson e Crick ao desvendaram a estrutura 
 da molécula de DNA, destacaram que as 
 estruturas das bases nitrogenadas não são 
 estáticas, podendo sofrer modi�cações. 
 Os átomos de hidrogênio podem passar de 
 uma posição para outra em uma purina ou em 
 uma pirimidina, as chamadas modi�cações 
 tautoméricas. O esperado é que as formas 
 tautoméricas, que são menos estáveis, 
 existissem durante um curto período de 
 tempo, mas se estiverem presentes no 
 momento da replicação do DNA, poderiam ser 
 incorporadas na cadeia à nascente do DNA, 
 gerando uma mutação. 
 Nota: As formas tautoméricas são raras e menos 
 estáveis. 
 Na imagem, à esquerda temos as formas 
 comuns: ceto e amino das quatro bases 
 nitrogenados e à direita as formas 
 tautoméricas raras: enol e imino. Dessas 
 mesmas quatro bases, as transferências dos 
 átomos de hidrogênio entre a terceira e 
 quarta posição nas pirimidinas e entre as 
 primeiras e as sextas posições das purinas, 
 modi�cam o potencial de pareamento das 
 bases. 
 Quando estão nos estados raros, ao invés do 
 pareamento normal, as bases na forma em 
 imino ou enol, podem formar pares G . T e A . 
 C. 
 No esquema abaixo, uma guanina sofre 
 modi�cação tautomérica para sua forma enol 
 rara no momento da replicação, representada 
 pelo asterisco ( * ) e emparelha- se com a 
 timina. Na rodada seguinte de replicação, a 
 guanina retorna sua forma aceto mais estável 
 e ao ocorrer a desnaturação da molécula de 
 DNA, ocorrerá o seu pareamento com a 
 citosina normalmente. A timina, na outra �ta, 
 guia a incorporação da adenina. O resultado é 
 uma mutação por substituição do par de bases 
 G . C → A . T. 
 Mutações por Inserções ou Deleções 
 Ainda em mutações de ponto, podemos citar 
 as que ocorrem por inserções ou deleções de 
 nucleotídeos, porém, convencionalmente, são 
 referidas como inserções ou deleções de 
 pares de base pela análise de sequenciamento 
 do genoma; coletivamente são denominadas 
 indels. 
 A mais simples dessas mutações é adição ou 
 deleção de um único par de bases, embora 
 possa ocorrer adição ou deleção 
 simultaneamente de múltiplos pares de bases. 
 Consequências Funcionais 
 Consequências Funcionais das Mutações de Ponto 
 em uma Região Codi�cadora ou Mutações Gênicas 
 Considerando que a mutação ocorra na região 
 codi�cadora de um polipeptídeo, as 
 consequências resultam basicamente de duas 
 características: a redundância do código 
 genético e a existência de códigos de término 
 de tradução. As mutações na região 
 codi�cadora podem ser classi�cadas em 
 mutações silenciosas, mutações de sentido 
 trocado, mutações sem sentido e mutação de 
 matriz de leitura. 
 - O que representam e quais as 
 consequências das mutações de ponto 
 nas regiões codi�cadoras do DNA? 
 Lembre- se que nos eucariontes o gene é 
 composto por sequências codi�cantes, os 
 éxons, e não codi�cantes, os íntrons. Nesse 
 caso, estamos falando das consequências das 
 mutações nos éxons para estrutura e função 
 da proteína. Já nos procariotos, toda 
 sequência gênica é codi�cadora. 
 Mutação Silenciosa 
 Quando a mudança dabase altera o códon 
 correspondente, porém codi�ca para o mesmo 
 aminoácido, a mutação é denominada sinônimo 
 ou silenciosa, em geral, ocorre quando há 
 substituição da base na terceira posição do 
 códon. 
 Nesse esquema, temos a sequência de bases 
 da �ta codi�cante do DNA 5’ - 3’, que é a 
 mesma do RNA com exceção da presença de 
 timina, onde no RNA, teremos uracila. Nesse 
 caso, a mudança na terceira posição do códon 
 não modi�cou o aminoácido correspondente 
 que continua sendo o ácido glutâmico ou 
 glutamato, não havendo, assim, alteração do 
 fenótipo correspondente: a mutação é dita 
 conservativa. 
 Mutações de Sentido Trocado 
 Outro tipo de consequência é visto na 
 Mutação de Sentido Trocado, muitas vezes 
 designada pelo termo inglês Missense ; na 
 substituição da base o códon especi�cador 
 para um aminoácido é trocado por um códon 
 que codi�ca para outro aminoácido, em geral, 
 ocorre quando há substituição da base na 
 primeira ou segunda posição do códon. 
 No esquema, a substituição da base na 
 segunda posição do códon alterou para leucina 
 o aminoácido correspondente. Se a 
 substituição for por um aminoácido 
 quimicamente similar, ela é conservativa; se 
 for substituído por um aminoácido 
 quimicamente distinto, a probabilidade é 
 maior de alterar a estrutura e função da 
 proteína e, nesse caso, é dita 
 não-conservativa. 
 Anemia Falciforme 
 Um exemplo de mutação de sentido trocado, 
 podemos citar a Anemia Falciforme. 
 A sequência CTC da �ta molde 3’ - 5’ do DNA 
 ao ser transcrita gera o códon GAG que 
 corresponde ao ácido glutâmico. Este, é 
 inserido na cadeia polipeptídica da β
 hemoglobina, gerando uma hemácia saudável. 
 Em indivíduos com anemia falciforme é uma 
 mutação de sentido trocado no DNA que gera 
 substituição de timina por adenina na segunda 
 posição do códon e esse trecho é transcrito 
 em um códon GUG, alterando o aminoácido 
 correspondente para valina. Este, é 
 incorporado à cadeia da hemoglobina, β
 tornando-a mutata e alterando toda 
 conformação da hemácia que �ca no formato 
 de foice, não tão e�caz no transporte de 
 oxigênio. 
 Mutação Sem Sentido 
 Na Mutação Sem Sentido ou Mutação 
 Nonsense , o códon especi�cador de um 
 aminoácido é mudado para um códon de 
 término da tradução (UAA, UAG ou UGA), 
 interrompendo prematuramente a síntese 
 proteica. O polipeptídeo �ca incompleto, 
 resultando em alteração ou perda da função. 
 Nesta imagem temos a �ta codi�cante do DNA 
 normal acima e abaixo com substituição de 
 citosina por timina, o que gerou um códon de 
 parada na molécula de RNA mensageiro, 
 ocasionando uma proteína incompleta. 
 Quanto mais próximo a mutação sem sentido 
 ocorrer da extremidade 3’ da matriz de 
 leitura aberta, maior a probabilidade da 
 proteína manter alguma atividade biológica. 
 Hemo�lia A 
 Como exemplo de mutação sem sentido 
 podemos citar a Hemo�lia A, causada por 
 vários tipos de mutações no gene F8 que 
 codi�ca para o fator VIII de coagulação, 
 ocasionando a sua insu�ciência para 
 coagulação sanguínea, o que pode levar a 
 hemorragias graves e morte, mesmo em 
 casos de injúrias leves. O gene F8 está 
 localizado no cromossomo X e os casos mais 
 graves são decorrentes da mutação sem 
 sentido, levando a ocorrência de um códon de 
 parada prematuro. 
 Mutações por Mudança de Matriz de Leitura 
 As mutações em indels tem repercussão na 
 sequência de polipeptídeos que se estendem 
 muito além do sítio da própria mutação. A 
 inserção ou deleção de um único par de bases 
 do DNA muda a matriz de leitura do restante 
 do processo de tradução até o próximo códon 
 de terminação. Por isso, é denominada 
 Mutação por Mudança de Matriz de Leitura ou 
 Frameshift Mutation . 
 Na imagem, o alelo do tipo selvagem gera 
 essa sequência de RNA mensageiro cujo 
 códons ao serem traduzidos, resulta nessa 
 sequência de aminoácidos que representam o 
 fenótipo selvagem. Devido a inserção de um 
 par de bases A . T, todos os códons seguintes 
 são alterados, modi�cando toda matriz de 
 leitura, o que resulta em uma sequência de 
 aminoácidos totalmente diferentes e gera o 
 fenótipo mutante que, tipicamente, implicará 
 na perda completa da estrutura e função 
 normal da proteína. 
 Como exemplo de uma mutação de ponto em 
 uma região codi�cadora e quanto 
 não-codi�cadora e que pode gerar grandes 
 inserções ou deleções, alterando ou inativando 
 a proteína; podemos citar aquelas que 
 ocorrem nos sítios de corte para 
 recomposição do RNA mensageiro dos 
 eucariontes, ou seja, nas sequências 
 conservadas no início e �nal do intron. 
 No esquema, temos dois exemplos. 
 A. Uma mutação por transição de C para 
 T, leva a um dinucleotídeo G . T no 
 éxon, formando um novo sítio de 
 corte. Como resultado, 64 nucleotídeos 
 no �nal deste éxon são removidos. 
 B. Neste outro exemplo, uma mutação 
 por transversão de G para T, elimina o 
 sítio de corte em 5’ e, logo, o íntron 
 será retido no RNA mensageiro. 
 Mutações Induzidas 
 Como dito anteriormente, as mutações 
 também podem ser induzidas, por exemplo, 
 por agentes físicos ou químicos, o que 
 aumenta em muito a frequência de sua 
 ocorrência. 
 AGENTES FÍSICOS 
 Em relação aos agentes físicos, será abordado 
 as decorrentes das radiações ionizantes e 
 não-ionizantes. Em relação ao espectro 
 eletromagnético, as radiações ionizantes e 
 não-ionizantes têm menor comprimento de 
 onda e maior energia que a luz visível. 
 As ionizantes como raios , raios (gama) e χ γ
 raios cósmicos têm alta energia e são muitos 
 no diagnóstico médico, porque penetram nos 
 tecidos vivos em profundidade. Já as 
 radiações não-ionizantes, a luz ultravioleta, 
 por exemplo, por ter menos energia, penetra 
 menos nas camadas super�ciais das células 
 vegetais e animais superiores. 
 Radiações Ionizantes 
 No processo de penetração no organismo, as 
 radiações ionizantes colidem com átomos, 
 causando a liberação de elétrons, criando 
 radicais livres ou íons de carga elétrica 
 positiva, ou seja, criam um cone de íons ao 
 longo do trajeto de cada raio de alta energia 
 ao atravessar tecidos vivos. Essas moléculas 
 ionizadas causam dano ao DNA; devido à 
 presença de água nos sistemas biológicos, 
 esses danos são ainda maiores. 
 Um dos efeitos: 
 ● Rompimento de ligações n-glicosídicas , 
 gerando sítios apurínicos e 
 apirimidínicos. 
 ● Quebras dos �lamentos de DNA. 
 As quebras dos �lamentos são responsáveis 
 pela maior parte dos efeitos letais das 
 radiações ionizantes. 
 As células que se reproduzem mais 
 rapidamente por estar em intensa atividade 
 de replicação do material genético, entre 
 outras transformações, são as mais sensíveis 
 aos efeitos mutagênicos da radiação ionizante 
 e, por esse motivo, tumores são expostos à 
 radiação para que as células cancerosas 
 morreram. 
 Pelo mesmo motivo, mulheres gestantes não 
 devem ser expostas à radiação ionizante, 
 devido a intensa atividade de reprodução 
 celular no feto em desenvolvimento. 
 Radiações Não-Ionizantes 
 Em relação aos efeitos mutagênicos da luz 
 ultravioleta, na radiação não-ionizante, são 
 gerados vários tipos de fotoprodutos. Eles 
 penetram levemente nos tecidos e são 
 absorvidos ao nível de pele pelas purinas e 
 pirimidinas, que �cam mais reativas; o 
 principal efeito da luz UV, parece ser a 
 formação de dímeros de timina, promovendo 
 uma distorção da hélice do DNA o que 
 interfere, portanto, na sua replicação. 
 AGENTES QUÍMICOS 
 Em relação aos agentes químicos, 
 simpli�cando, será abordado os análogos de 
 base e dos agentes intercalantes. 
 Análogos de Base 
 A 5-bromodeoxiuridina é um composto 
 químico su�cientemente similar às bases 
 nitrogenadas normais para serem 
 incorporados DNA ao invés dessas, porém tem 
 propriedades de pareamento diferentes, 
 fazendo com que os nucleotídeos incorretos 
 sejam inseridos durante a replicação. 
 ● Na sua forma estável, a estrutura é 
 análoga timina e pareia com adenina; 
 ● Na sua forma tautomérica pareia com 
 guanina, ocasionando mutação por 
 transição. 
 Agentes Intercalantes 
 O brometo de etídio é um agente intercalante 
 entre as bases do DNA e, por esse motivo, é 
 um corante muito utilizado nos laboratórios 
 de genética. Tem a�nidade pelo DNA e ao ser 
 excitado pela luz UV, permite a visualização 
 do DNA em gel de agarose. 
 O brometo é uma molécula de quatro anéis 
 cujas dimensões são similares às de um par 
 de bases purinas-pirimidinas, de modo que, 
 esse composto ao intercalar na dupla-hélice, 
 aumenta o espaço entre as bases adjacentes, 
 favorecendo as inserções de base outras 
 bases. 
 Na imagem, está representado, 
 esquematicamente, o modo como esse 
 corante intercala entre as bases. O mesmo 
 ocorre para o laranja de acridina ( acridine 
 orange ), um corante também muito utilizado 
 em laboratórios de análise genética. 
 Mecanismos Biológico de Reparo 
 - Após analisarmos vários modos pelos 
 quais o DNA pode ser dani�cado, nos 
 perguntamos como a maioria dos 
 organismos consegue superar esses 
 obstáculos? 
 O fato é que os mecanismos de reparo 
 evoluíram também ao longo dos mesmos 
 bilhões de anos de vida no planeta. Ao que se 
 sabe, o DNA é a única molécula que os 
 organismos reparam ao invés de substituir. 
 Vejamos como acontecem esses mecanismos 
 de reparo. 
 Nota: Lembre-se, o mecanismo de reparo mais 
 importante é a função de revisão das DNA 
 polimerase I e III , mencionada no resumo sobre a 
 replicação do DNA. O motivo da precisão da 
 replicação do DNA é que tanto a DNA polimerase 
 I, quanto a III, exercem a função exonucleásica 3’ 
 - 5’, podendo remover as bases adicionadas 
 erroneamente. 
 Nessa imagem, o pareamento incorreto A . C 
 é removido usando esta atividade, ou seja, 
 removendo nucleotídeo que já foi adicionado à 
 �ta nascente. Em seguida, a base correta é 
 adicionada, o que pode ser feito por ambas, 
 pois possuem atividade polimerasica 5’ - 3’. 
 Reparo Direto 
 Pode ser feito em alguns tipos de dano, por 
 exemplo, no caso da reversão de um 
 fotodímero ou dímero de timina, gerado pela 
 luz UV; a enzima fotoliase liga-se ao 
 fotodímero e o divide para reparar as bases 
 originais, ou seja, remove as ligações entre o 
 dímero de timina na mesma �ta, reparando as 
 ligações com a �ta complementar. Esse 
 mecanismo é denominado fotorreativação, 
 porque requer luz azul para funcionar. 
 Reparo por Excisão de Bases 
 Após a função de revisão pela DNA 
 polimerase, o reparo por excisão de bases é o 
 mecanismo mais importante para remover 
 bases incorretas ou dani�cadas. 
 ● Ela inclui a remoção ou substituição de 
 uma ou mais bases; 
 ● É feita pelas DNA glicosilases, que 
 cortam as ligações entre a base e o 
 açúcar, ligações glicosídicas, 
 liberando, assim, as bases alteradas e 
 gerando sítios AP (apurínicos ou 
 apirimidínicos); 
 ● Uma endonuclease AP, então, corta o 
 fragmento dani�cado antes do sítio AP 
 e, uma terceira enzima, a 
 desoxirribofosfodiesterase, remove 
 um trecho do açúcar fosfato vizinho e 
 a DNA polimerase preenche o espaço 
 com nucleotídeo complementares ao 
 outro �lamento, por �m, a ligase sela o 
 corte. 
 Reparo por Excisão de Nucleotídeo 
 O reparo por excisão de nucleotídeo é um 
 mecanismo ativado quando um grande número 
 de bases uni�cadas são reconhecidas no 
 genoma. É um processo complexo e requer 
 dúzias de proteínas, resumindo: 
 1º. Inicialmente, o reconhecimento das bases 
 dani�cadas. Isso pode ser feito tanto na 
 dupla-hélice do DNA, quanto em um complexo 
 de transcrição parado em decorrência do dano 
 ao DNA; 
 2º. Depois é montado um complexo 
 multiproteico no local onde o dano foi 
 identi�cado, sendo feito um corte no 
 �lamento dani�cado, removendo alguns 
 nucleotídeos - em torno de 30 nucleotídeos 
 entre os cortes; 
 3º. O �lamento não dani�cado serve de molde 
 para a DNA polimerase preencher o intervalo; 
 4º. Ao �nal a ligase solda o �lamento. 
 Reparo de Malpareamento 
 1º. A primeira etapa do reparo de 
 malpareamento é o reconhecimento do dano 
 ao DNA recém replicado pela proteína Muts; 
 2º. Essa proteína liga-se às regiões com 
 distorções na dupla-hélice devido ao mal 
 pareamento; 
 3º. Ela atrai outras três proteínas cuja 
 principal é a MutH, que faz a excisão do 
 �lamento que contém a base incorreta. 
 Sem a capacidade de discriminar qual a base 
 correta e incorreta o sistema não poderia 
 determinar qual base remover para evitar o 
 surgimento de uma mutação. 
 4º. O reconhecimento é feito pela ausência de 
 metilação na nova �ta. 
 - Por exemplo, no malpareamento GT 
 qual é a base incorreta uma vez que 
 ambas são bases do DNA? 
 Os erros ocorridos durante a replicação 
 geram pareamentos errados no �lamento 
 novo e, assim, este é o �lamento que precisa 
 ser reconhecido para ser reparado. Em 
 eucariotos as bases citosina são metiladas 
 logo após a replicação; em procariotos as 
 bases adenina é que são metiladas após a 
 síntese das novas �tas, portanto, a metilação 
 estará presente nas �tas antigas e não na �ta 
 nova, 
 5º. O novo �lamento é cortado ou excisado, é 
 substituído o mal pareamento e, nesse caso, a 
 base incorreta era a base timina; a DNA 
 polimerase preenche intervalo e a ligase sela 
 o �lamento.