Mutações Genéticas e suas Características

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Mutações genéticas 
Profa. Marilene 
marilene.ufrrj@gmail.com 
Instituto de Biologia 
Departamento de Genética 
Disciplina: Genética molecular 
Introdução 
• Variabilidade genética 
– Mutação 
– Recombinação 
• Mutação - mudança na sequência de DNA 
– Variando de uma troca de pb até o 
desaparecimento de cromossomos inteiros 
• Mecanismos de reparo do DNA 
 
• Fonte de primária da mudança evolutiva 
• Novos alelos surgem 
• Variabilidade genética 
 
Introdução 
• Mutações germinativas ou somáticas 
Mutações – características básicas 
• Mutações germinativas – linhagem germinativa 
– Célula primordial da linhagem germinativa – toda a prole 
vai ser afetada 
– Gametas 
– Dominância – efeito expresso imediatamente na prole 
– Recessiva – efeito obscurecido nos diplóides 
 
• Mutação somática – células somáticas 
– Laranja umbigo 
Mutações – características básicas 
• Mutações induzidas – resultantes da 
exposição a agentes mutágenos 
– Físicos e químicos 
 
Mutações – características básicas 
Como ocorrem as mutações? 
Mutações induzidas e mutações espontâneas 
 
Mutações induzidas 
• Ambiente 
• Laboratório 
– Substituir uma base no DNA, alterar pra que o 
pareamento seja feito de maneira errada e danificar 
de modo que não possa mais parear. 
– Mutar genes e observar as consequências fenotípicas 
• Físicos e químicos 
Mutações – características básicas 
• Agente mutagênico físico 
• Ex.: Radiação Ultravioleta 
Dímeros de timina 
Mutações – características básicas 
• Mutação - “geralmente um processo 
aleatório e não adaptativo.͟ 
Entretanto... 
• Resistência 
– Ex.: Microorganismos patogênicos estão se 
tornando cada vez mais resistentes a 
antibióticos 
Mutações – características básicas 
 
Bactérias que possuem 
genes de resistência 
podem transferi-los a 
outras não resistentes 
Bactérias não resistentes 
se tornam resistentes. Na 
presença do antibiótico 
apenas as resistentes 
sobreviverão. 
• Mutações espontâneas – ocorrem sem causa 
conhecida 
• Procariontes – 10-8 a 10-10 
• Eucariontes - 10-7 a 10-9 
 
• Salvador Luria e Max Delbruck (1943) (Nobel 1967) 
• Bactérias E. coli 
• Resistentes a agentes ambientais 
– Fago T1 infectam e matam a E. coli 
– Raramente, mas regularmente, foram vistas colônias 
resistentes 
 
Mutantes espontâneos ou 
induzidos pela presença do 
fago? 
Base molecular das mutações espontâneas 
• Hipóteses: 
1. Se... espontânea 
Então ... deveriam ocorrer em tempos e culturas diferentes 
e o número de colônias resistentes deveriam apresentar 
alta taxa de variação 
 
2. Se... Ocorrem em resposta a presença do fago 
Então... O número de células resistentes por placa deveria 
seria uniforme 
 
Mutações espontâneas 
Mutantes espontâneos ou induzidos pela presença do fago? 
O quê Luria e Delbrück fizeram? 
• Teste de flutuação 
 
Mutações espontâneas 
Sabemos que a mutação é um processo aleatório. 
Qualquer alelo em qualquer célula pode mutar qualquer 
momento. 
Mutações espontâneas 
Concluíram que: 
Mecanismos de mutações espontâneas 
• Mudanças tautoméricas 
• Erros na replicação do DNA 
• Danos causados pelo próprio ambiente celular 
• Inserção de um elemento de transposição 
• Eficiência dos mecanismos de reparo do DNA 
 
A Base molecular da mutação 
• Os atómos de hidrogênio podem-se mover nas bases 
nitrogenadas 
– Mudanças tautoméricas 
 
 
 
• Raras e menos 
estáveis 
• Durante a replicação 
• Mal pareamento 
– Adenina-citosina 
– Guanina-timina 
 
A Base molecular da mutação 
• Mutação de ponto – alteração aleatória de um único 
par de bases ou um pequeno número de pares de 
bases adjacentes 
• Substituição 
– Transições 
– Transversões 
• Inserção 
• Deleção 
 
Mutação de ponto 
 
• Substituição 
– Transições 
– Transversões 
• Transição – substituição de uma base por outra da 
mesma categoria química 
– Purina por purina - de A para G ou de G para A 
• Transversão – substituição de bases de categoria química 
diferentes 
– Pirimidina por purina ou purina por pirimidina 
Mutação de ponto 
• Exemplos de substituição: 
– Transição 
• G . C -> A . T 
– Transversão 
– G . C -> T . A 
 
 
Mutação de ponto 
Gene 
mutado 
• Inserção - de pares de bases 
• Deleção – de pares de bases 
– Mutação indel – mutações que surgem pela deleção e 
adição simultânea de vários pares de bases. 
 
Mutação de ponto 
Importante! 
• Os efeitos dessas mutações se estendem além do 
sítio da própria mutação 
 
• A inserção ou deleção de um único par de bases 
muda a matriz de leitura. 
 
– Mudanças de matriz de leitura – resulta na perda 
completa da estrutura e função normal de uma proteína 
Mutação de ponto 
Mutação de ponto - Consequências fenotípicas 
Inserção 
Fita de DNA original 
Bases 
 
Aminoácidos Deleção de um único 
nucleotídeo. 
Sequência incorreta de 
aminoácidos cuja proteína pode ser 
não-funcional 
Mutação de ponto - Consequências fenotípicas 
Deleção 
Aminoácidos Inserção de um único 
nucleotídeo. 
Sequência incorreta de 
aminoácidos cuja proteína pode ser 
não-funcional 
Bases 
 
Fita de DNA original 
• Mutações sinônimas ou silenciosas 
• Mutações de sentido trocado 
• Mutações sem sentido 
 
Mutação de ponto 
Quais são as consequências moleculares das mutações 
em regiões codificantes? 
• Mutações sinônimas, silenciosas ou neutras – envolvem a 
troca de bases , mas não causam a troca de aminoácidos 
– Sem efeito aparente 
– Não afeta a atividade da proteína 
 
Mutação em nível molecular 
Mutação de ponto - Consequências fenotípicas 
 
Fenilalanina 
 
Fenilalanina 
 
• Mutações de sentido trocado (missense) ou não-
sinônimas – o códon é trocado por outro que 
codifica outro aminoácido 
– Troca por outro aminoácido quimicamente similar – 
substituição conservativa 
– Troca por outro aminoácido quimicamente diferentes 
- substituição não-conservativa 
 
Mutação de ponto 
Mutação em nível molecular 
Ex.: Mutação de sentido trocado (missense) 
Fita de DNA original 
Bases 
 
Aminoácidos 
Códon incorreto - 
interrompeu a síntese 
da proteína 
• Mutações sem sentido (nonsense) – o códon é 
mutado para um códon de término de tradução 
Mutação de ponto 
Fita de DNA original 
Bases 
 
Aminoácidos 
Substituição de um 
único nucleotídeo. 
Proteína 
Códon incorreto - 
interrompeu a síntese 
da proteína 
Mutação em nível molecular 
• Mutação de um gene tipo selvagem para um 
fenótipo mutante – mutação direta 
• Mutação: processo reversível 
• Mutação reversa – uma segunda mutação no 
mesmo ponto 
• Mutação supressora – uma segunda mutação 
em um ponto diferente 
– No mesmo gene ou até em cromossomos 
diferentes 
Mutações - efeitos fenotípicos 
• Pode produzir um novo alelo 
• Alelos nulos – não funcionais 
• Letais recessivos – os homozigotos não 
sobreviverão 
• A maioria são recessivas deletérias 
– Cada etapa de uma rota metabólica – um enzima 
– codificada por um ou mais genes 
 
 
 
E quando as mutações ocorrem em uma 
região não-codificante? 
– Regiões reguladoras 
– Não-codificantes 
– Sítios de ligação da RNA polimerase 
– Sítios de proteínas reguladoras da transcrição 
São mais difíceis de prever que aquelas que ocorrem 
em regiões codificantes. 
Mutação de ponto - Consequências fenotípicas 
Mutaçõesem regiões não-codificantes 
• Torna-se perceptível quando a mutação perturbar 
um sítio de ligação 
• Mudando o padrão de expressão 
• Alterando a quantidade do produto gênico, mas não 
a estrutura da proteína 
 
Mutações em regiões não-codificantes 
Mutação de ponto - Consequências fenotípicas 
• Inserção de elementos de transposição 
• Elementos do DNA que podem mover-se de 
um local para o outro no genoma 
• A inserção de um transposon em um gene 
geralmente o torna não funcional 
Mecanimos lesões espontâneas 
• Depurinação – perdas de purinas 
• E desaminação da citosina gerando uracil 
 
Desaminação 
Uracil 
Alguns mecanismos de reparo do DNA 
– E.coli 
• 1. dependente da luz ou fotorreativação 
• 2. reparo por excisão 
• 3. reparo de pareamento errado 
• 4. reparo após a replicação 
• 5. sistema de reparo propenso a erro 
• 1. dependente da luz ou 
fotorreativação – enzima ativa 
por luz – DNA – fotoliase 
• UV – dímeros de timina são 
produzidos – erros na 
replicação 
• DNA fotoliase liga-se no 
escuro, mas só quebra os 
dímero na presença da luz 
(região azul) 
Mecanismos de reparo do DNA 
• 2. reparo por excisão 
Etapa 1. endonuclease de reparo reconhece 
a base danificada, liga-se a ela e excisa 
Etapa 2. DNA pol. III preenche o espaço 
Etapa 3. DNA ligase fecha a falha para 
completar o reparo 
 
• Reparo pós-replicação – reparação por desvio 
• Não remove a lesão, mas permite a 
continuação da replicação 
• DNA pol. III encontra um dímero de timina –
reinicia a síntese em outro ponto 
• RecA – media a recombinação entre 
filamentos homólogos nessa região 
• DNA ligase 
 
 
• Propenso ao erro 
• Utilizado em casos extremos 
• Uma das quatro bases é inserida 
aleatoriamente no local lesado para garantir a 
replicação - genes UmuC e UmuD – sintetiza 
subunidade das DNA pol. V 
 
Aberrações cromossômicas 
• Citogenética - É a parte da genética que 
estuda os cromossomos. 
• Análise dos cromossomos – principal atividade 
dessa área de conhecimento 
– Origem: Diversos biólogos Europeus do século XIX 
• Demonstração que os genes estão nos 
cromossomos aumentou o interesse 
• Análise citológica – células em divisão 
• Embriões e pontas de raízes 
• Substância que destrói os fusos mitóticos 
 
 
 
Cariótipo feminino 
normal 
Cariótipo masculino 
normal 
* Cariótipo – representação do 
conjunto de cromossomos 
presentes no núcleo celular de um 
organismo. 
Variações numéricas 
• Variações na ploidia ;do gƌego Ƌue significa ͞vezes͟Ϳ 
• Euplóides – organismos com conjuntos completos ou 
normais 
• Poliplóides – levam conjuntos extras de 
cromossomos 
• Aneuplóides – organismos nos quais um 
determinado cromossomo está menos representado 
– mudança numérica em parte do genoma 
 
• Poliploidia – comum em plantas, mas muito raro em 
animais 
Variações numéricas 
Triticum aestivum (L.) Thell – 
hexaplóide – 2n=6x=42 AABBDD 
Coffea arabica– tetraplóide – n=11 
Conceitos 
• Genoma - número básico de cromossomos da 
espécie, ou o conjunto completo de cromossomos 
diferentes 
• X = número básico de cromossomos 
• n = número gamético 
 
• 2n=2x=46 
• Alguns poliplóides são estéreis 
• Conjuntos extras de cromossomos se segregam 
irregularmente na meiose - resultando em gametas 
desproporcionais 
 
• Ex.:Triplóides 
• Reprodução assexuada 
• Entretanto, alguns poliploides podem ser férteis... 
• Tetraplóides 
• Dois conjuntos duplicados 
Triticum aestivum (L.) Thell – 
hexaplóide – 2n=6x=42 AABBDD 
• Alopoliplóides – ;pƌefixo do gƌego ͞outƌo͟Ϳ – 
hibridização entre espécies diferentes 
• Autopoliplóide – duplicação cromossômica 
dentro de uma espécie 
 
• Hipóteses: 
– a célula entra em mitose sem passar por citocinese 
– Meiose sem redução 
 
Como surgiram os poliplóides? 
Aneuploidias 
• Mudança numérica em parte do genoma 
• Indivíduos com cromossomo extra, falta de 
um... – são ditos aneuplóides 
 
– Hipoplóide – organismo no qual o cromossomo, 
ou trecho de um cromossomo é sub-representado 
– Hiperplóide – trecho ou cromossomo é super-
representado 
• Em Plantas 
• Estramônio – Datura stramonium 
• Blakeslee e Belling 
• 2n=24 
• Avaliou mutantes 
• Cada mutante possuía um cromossomo extra 
Aneuploidias 
• 12 mutantes diferentes 
• Triplicata de um dos 
cromossomos – 
trissomias 
 
Aneuploidias 
• Monossomia – um 
cromossomo está 
faltando 
Aneuploidias 
Rearranjos da estrutura cromossômica 
• Rearranjo interno ou ainda se unir a outros 
cromossomos 
• Mudar a posição de um segmento de 
cromossomo ou juntar segmentos de 
cromossomos diferentes 
 
• Inversões e translocações 
• Inversões – segmento cromossômico é 
destacado, gira (cerca de 180º) e é religado ao 
resto do cromossomo. 
– Ordem dos genes é alterada, ou seja, revertida 
Rearranjos da estrutura cromossômica 
• Inversão 
– Pericêntrica 
– paracêntrica 
• Translocações – quando um segmento de um 
cromossomo é destacada e religado a um 
cromossomo diferente 
 
– Translocação recíproca – quando não há perda de 
material genético 
• Cromossomos compostos – um cromossomo 
se funde com o seu homólogo 
• Translocações robertsoniana – fusão de 
cromossomos não homólogos