Mutações Genéticas: Variação e Consequências

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Semana 4- Mutações
Introdução: Variação genética: depende de dois mecanismos: mutação (mudança na sequencia de DNA de um gene e representa a fonte primária da mudança evolutiva) e recombinação (é o resultado de processos celulares que fazem com que alelos de genes diferentes se tornem agrupado em novas combinações). 
Mutação de ponto: refere-se tipicamente à alteração de um único par de bases do DNA ou um pequeno número de pares de bases adjacentes. 
Tipos de mutação de ponto: 
Substituição de bases: são mutações nas quais um par de bases é substituído por outro. Podem ser divididas em: transições- é a substituição de uma base por outra base da mesma categoria química e transversões- substituição de uma base de categoria química por uma base de outra.
Inserções ou deleções: são na verdade inserções ou deleções de pares de nucleotídeos, mas o convencional é chamar de inserções ou deleções de pares de bases. Coletivamente, são chamadas de mutações de indel (Podem gerar mudanças de matriz de leitura, visto que a leitura é feita de 3 em 3 códons). A mais simples dessas mutações é a adição ou deleção de um único par de bases. 
Consequências moleculares em uma região codificante:
Mutações sinônimas ou silenciosas: a mutação muda um códon de um aminoácido por outro códon desse mesmo aminoácido. Essas nunca alteram a sequencia de aminoácidos da cadeia polipeptídica. 
Mutações de sentido trocado ou não sinônima: o códon para um aminoácido é trocado por um códon de outro aminoácido. Essas podem substituir um aminoácido por um aminoácido quimicamente similar, chamada de substituição conservativa, além de poder substituir um aminoácido por outro aminoácido quimicamente diferente, na chamada substituição não conservativa. 
Mutações sem sentido: o códon para um aminoácido é mudado para um códon de terminação (UAA, UAG, UGA). Essas levam a um término imaturo na tradução. Quanto mais perto estiver uma mutação sem sentido da ponta 3’, mais plausível é que a proteína resultante possa ter alguma atividade biológica.
 
Consequências moleculares em uma região não codificante ou reguladoras: essas partes não codificam diretamente uma proteína. Essas são mais difíceis de prever do que as mutações nos segmentos codificantes. Mutações reguladoras irão alterar a quantidade do produto expresso em determinado momento ou em determinado tecido ou alterando a resposta a alguns estímulos ambientais. Ou seja, essas irão alterar a quantidade do produto proteico, mas não a estrutura da proteína. Logo, essas mutações podem ser funcionalmente irrelevantes ou outros sítios dentro do gene podem duplicar sua função. 
Mutações: As mutações gênicas podem ser espontâneas, as quais ocorrem naturalmente e surgem em todas as células. Ou podem ser induzidas, as quais surgem pela ação de alguns agentes, chamados de mutágenos, que aumentam a taxa com a qual as mutações ocorrem. 
Mecanismos de mutações espontâneas: surgem de uma variedade de fontes, em que a fonte é o processo de replicação de DNA. Essas surgem também porque o DNA é uma molécula muito frágil e o próprio ambiente celular pode danifica-la. 
Erros na replicação do DNA: Pode ocorrer quando se forma um par errado de nucleotídeos, por exemplo, A-C, na síntese de DNA, levando a uma substituição de bases que pode ser uma transição ou uma transversão. Outros erros podem adicionar ou subtrair pares de bases de modo que é criada uma mudança de leitura. 
Transições: cada uma das bases do DNA apresenta-se em uma ou várias formas, chamadas de tautômeros, que são isômeros que diferem nas posições de seus átomos e nas ligações entre eles. Podem ocorrer alguns maus pareamentos que resultam da mudança de um tautômero para outro, a chamada mudança tautomérica.
OBS: A DNA polimerase II bacteriana tem uma capacidade de edição que reconhecem tais maus pareamentos e os removem. Outro sistema de reparo corrigem muitas das bases mal pareadas que escapam à correção pela função de edição da polimerase.
Transversões: essas não podem ser geradas pelos pareamentos errados. Assim, a criação de uma transversão por um erro de replicação requer um pareamento errado de uma purina com uma purina e de uma pirimidina com uma pirimidina. 
Mudança na matriz de leitura: isso ocorre quando as mutações adicionam ou subtraem um número de bases não divisível por 3, o que altera a leitura.
Lesões espontâneas: os danos de ocorrência natural ao DNA podem gerar mutações. As duas mais frequentes são a depurinação, é a mais comum e ocorre por perda de uma base purina, o que interrompe a ligação glicosídica entre a base e a desoxirribose e a perda subsequente de uma guanina ou uma adenina do DNA e a desaminação, essa produz uma mudança de uma citosina por uma uracil. Uracil não reparado irá parear com a adenina na replicação.
OBS: As bases danificadas oxidativamente representam um terceiro tipo de lesão espontânea implicada na mutagênese. Assim, espécies de oxigênio ativo, como superóxido, peróxido de hidrogênio e hidroxila são produzidos como subprodutos do metabolismo e eles podem gerar danos oxidativos ao DNA. 
Mutações espontâneas em humanos: um mecanismo comum responsável por várias doenças é a expansão de uma repetição de três pares de bases, por isso são conhecidas como repetição de trinucleotídeos e é gerada pelo deslizamento de mau pareamento no curso da síntese de DNA. Um exemplo é uma doença chamada de Síndrome do X frágil, a qual se manifesta no sítio do cromossomo X. Assim, muitas doenças dessas incluem a neurodegeneração. 
Mecanismo da mutação induzida: os mutágenos induzem mutações por pelo menos 3 mecanismos: substituir uma base do DNA, alterar uma base de modo que ela faça um pareamento especificamente errado com outra base ou danificar uma base de modo que ela não possa mais parear com qualquer base sob condições normais. 
Incorporação de análogos de bases: Alguns compostos químicos são bem similares às bases nitrogenadas, o que pode causar uma incorporação desses ao DNA. Após ocorrer a incorporação, esses têm propriedades de pareamento diferente das bases normais, assim podem produzir mutações fazendo com que nucleotídeos incorretos sejam inseridos em oposição a eles na replicação. 
5-BU (5-bromo-uracil): é análogo da timina. Porém, quando ionizada, pareia-se com a guanina.
2-AP (2-amino-purina): é análogo da adenina, mas frequentemente pareia-se com a citosina.
Mau pareamento específico: alguns mutágenos não são incorporados no DNA, mas alteram uma base de tal modo que se forma um mau pareamento específico. 
Agentes intercalares: esses mimetizam pares de bases e são capazes de se inserir entre elas. 
Danos a bases: muitos mutágenos danificam as bases e assim, não é possível um pareamento especifico entre elas. O resultado é um bloqueio de replicação porque a síntese de DNA não correrá além de uma base que não possa especificar seu parceiro complementar por pontos de hidrogênio. 
Mecanismos biológicos de reparo: tanto a DNA polimerase I quanto a DNA polimerse II são capazes de remover bases mal pareadas que foram inseridas erradamente.
Reversão direta de DNA danificado: ocorre quando uma lesão é revertida diretamente, regenerando assim a base normal.
Reparo por excisão de base: esse explora as propriedades de complementariedade antiparalela para restaurar os segmentos danificados de DNA. Nesses sistemas, uma base ou um segmento maior da cadeia de DNA é removido e substituído por um segmento de nucleotídeos recém-sintetizados complementares ao filamento molde. Como esses sistemas dependem de complementariedade ou homologia, eles são chamados de sistemas de reparo dependente de homologia. O primeiro sistema é o reparo por excisão de base, o qual é feito pelas DNA glicosidades que cortam ligações base-açúcar liberando as bases alteradas e gerando sítios apurínicos ou apirimidínicos. Logo, uma enzima chamada AP nucleasse corta o filamento danificado antes do sítio apirimidínicos, uma terceira enzima, desoxirribofosfodiesterase limpa o arcabouço removendo um trecho do açúcar-fosfatovizinho, de modo que a DNA polimerase pode preencher o espaço com nucleotídeos complementares. Por fim, a DNA ligase une o novo nucleotídeo ao arcabouço. 
Reparo por excisão de nucleotídeo: a excisão por base não pode corrigir adições volumosas que distorcem a hélice do DNA, nem corrigir danados a mais de uma base. Assim, esse reparo por excisão de nucleotídeo é capaz de desfazer os bloqueios de replicação e transcrição e reparar o dano. O reparo por excisão de nucleotídeos é um processo complexo e pode ser dividido em:
Reconhecimento das bases danificadas
Montagem de um complexo multiproteico no local
Cortar o filamento danificado em local antecedente e posterior ao sítio danificado e remoção dos nucleotídeos entre os cortes
Uso do filamento não danificado como molde para a DNA polimerase seguido de ligação do filamento. 
RESUMO: