Genetica aula 8

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Genética
Aula 8: Mutação gênica
Apresentação
A mutação corresponde a uma alteração no material genético (o genoma) de uma célula de um organismo vivo ou de um
vírus que é mais ou menos permanente e que pode ser transmitido aos descendentes da célula ou do vírus. Os genomas
dos organismos são compostos de DNA, enquanto os genomas virais podem ser de DNA ou RNA. 
A mutação no DNA de uma célula do corpo de um organismo multicelular (mutação somática) pode ser transmitida a
células descendentes por replicação de DNA e, portanto, resultar em um setor ou patch de células com função anormal,
um exemplo sendo câncer.
 
Mutações no óvulo ou espermatozoides (mutações germinativas) podem resultar em uma descendência individual cujas
células carregam a mutação, o que muitas vezes confere um sério mau funcionamento, como no caso de uma doença
genética humana como a �brose cística.
 As mutações resultam de acidentes durante as transações químicas normais do DNA, muitas vezes durante a replicação,
ou da exposição à radiação eletromagnética de alta energia (por exemplo, luz ultravioleta ou raios X) ou radiação de
partículas ou substâncias químicas altamente reativas no ambiente. Como as mutações são mudanças aleatórias, espera-
se que sejam em grande parte deletérias, mas algumas podem ser bené�cas em certos ambientes. Em geral, a mutação é
a principal fonte de variação genética, que é a matéria-prima para a evolução pela seleção natural.
Objetivos
Identi�car os mecanismos de geração de mutações;
Explicar a in�uência dos fatores físicos e químicos nas taxas de mutação;
Reconhecer a origem das síndromes associadas a pequenas deleções e duplicações de regiões do cromossomo.
Genoma
 Fonte: Shutterstock Por Yurchanka Siarhei
Toda a família humana é uma espécie com os mesmos genes. A mutação cria versões ligeiramente diferentes dos mesmos
genes, chamados alelos. Essas pequenas diferenças na sequência do DNA tornam cada indivíduo único. Os genes são
responsáveis pela variação que vemos na cor do cabelo humano, na cor da pele, na altura, na forma, no comportamento e na
suscetibilidade à doença. Indivíduos de outras espécies também variam, tanto na aparência física quanto no comportamento.
A variação genética é útil porque ajuda as populações a mudar com o
tempo. Variações que ajudam um organismo a sobreviver e se reproduzir
são passadas para a próxima geração. Variações que impedem a
sobrevivência e a reprodução são eliminadas da população. Esse processo
de seleção natural pode levar a mudanças signi�cativas na aparência,
comportamento ou �siologia dos indivíduos de uma população em apenas
algumas gerações.
Quando surgem novos alelos, a meiose e a reprodução sexual combinam diferentes alelos em novas maneiras de aumentar a
variação genética.
O genoma é composto de uma a várias moléculas longas de DNA, e a mutação pode ocorrer potencialmente em qualquer lugar
nessas moléculas a qualquer momento. As mudanças mais sérias ocorrem nas unidades funcionais do DNA, os genes. Uma
forma mutada de um gene é chamada de alelo mutante.
Um gene é tipicamente composto de uma região reguladora, que é responsável por ligar e desligar a transcrição do gene nos
momentos apropriados durante o desenvolvimento, e uma região codi�cadora, que carrega o código genético para a estrutura
de uma molécula funcional, geralmente uma proteína. Uma proteína é, geralmente, uma cadeia de várias centenas de
aminoácidos.
 
As células produzem 20 aminoácidos comuns, e é o número e a sequência únicos destes que conferem a uma proteína sua
função especí�ca. Cada aminoácido é codi�cado por uma sequência única, ou códon, de três dos quatro possíveis pares de
bases no DNA (A – T, T – A, G – C e C – G, as letras individuais referentes às quatro bases adenina, timina, guanina e citosina).
Assim, uma mutação que altera a sequência de DNA pode alterar a sequência de aminoácidos e, potencialmente, reduzir ou
inativar a função de uma proteína.
Uma alteração na sequência de DNA da região reguladora de um
gene pode afetar negativamente o tempo e a disponibilidade da
proteína do gene e também levar a um sério mal funcionamento
celular. Entretanto, muitas mutações são silenciosas, não mostrando
nenhum efeito óbvio no nível funcional. Algumas mutações
silenciosas estão no DNA entre os genes, ou são de um tipo que não
resulta em mudanças signi�cativas de aminoácidos.
Existem vários tipos de mutações:
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Alterações nos genes são chamadas de mutações pontuais. Os tipos mais simples são mudanças em pares de bases
simples, chamados de substituições de pares de bases. Muitos destes substituem um aminoácido incorreto na posição
correspondente na proteína codi�cada, e uma grande proporção resulta em função proteica alterada.
Mutações pontuais 
Algumas substituições de pares de bases produzem um códon de parada. Normalmente, quando um códon de parada
ocorre no �nal de um gene, ele para a síntese de proteínas, mas, quando ocorre em uma posição anormal, pode resultar
em uma proteína truncada e não funcional.
Códon de parada 
A deleção ou inserção de pares de bases simples, geralmente, têm um profundo efeito sobre a proteína, porque a síntese
da proteína, que é realizada pela leitura de códons tripletos de forma linear de uma extremidade do gene para a outro, é
jogada fora. Essa mudança leva a um desvio na leitura do gene de tal forma que todos os aminoácidos estão incorretos a
partir da mutação em diante.
Deleção ou inserção 
Combinações mais complexas de substituições de bases, inserções e deleções também podem ser observadas em alguns
genes mutantes.
Mutação pontual
A mutação pontual corresponde a uma mudança dentro de um gene no qual um par de bases na sequência de DNA é alterado.
As mutações pontuais são frequentemente o resultado de erros cometidos durante a replicação do DNA, embora a modi�cação
do DNA, como a exposição aos raios X ou à radiação ultravioleta, também possa induzir mutações pontuais.
Existem dois tipos de mutações pontuais, de acordo com as bases substituídas:
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Mutações de transição ocorrem quando uma base de pirimidina (isto é, timina [T] ou citosina [C]) substitui outra base de
pirimidina ou quando uma base de purina (isto é, adenina [A] ou guanina [G]) substitui outra base de purina. No DNA de
cadeia dupla, cada um dos pares de bases com um parceiro especí�co na cadeia correspondente, pares com pares T e C
com G. Assim, um exemplo de uma mutação de transição é um par de bases GC que substitui um tipo selvagem (ou
naturalmente ocorrendo) par de bases AT.
Mutações de transição 
Mutações de transversãoocorrem quando uma base de purina substitui uma base de pirimidina, ou vice-versa; por
exemplo, quando um par TA ou CG substitui o par AT do tipo selvagem.
Mutações de transversão 
No nível da tradução, quando o RNA copiado do DNA é convertido em uma sequência de aminoácidos durante a síntese da
proteína, as mutações pontuais, geralmente, se manifestam como alterações funcionais no produto proteico �nal.
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Mutações silenciosas resultam em um novo códon (uma sequência de nucleotídeos tripletos no RNA) que codi�ca o
mesmo aminoácido que o códon de tipo selvagem nessa posição. Em algumas mutações silenciosas, o códon codi�ca
um aminoácido diferente que, por acaso, possui as mesmas propriedades que o aminoácido produzido pelo códon do tipo
selvagem.
Mutações silenciosas 
Mutações sem sentido envolvem substituições que resultam em aminoácidos funcionalmente diferentes; estes podem
levar a alteração ou perda da função da proteína. Mutações sem sentido, que são um tipo grave de substituição de base,
resultam em um códon de parada em uma posição em que não havia um antes, o que causa o término prematuro da
síntese de proteínas e, mais do que provável, uma perda completa de função na proteína �nal.
Mutações sem sentido 
Mutação frameshift são reconhecidas por alguns cientistas. Mutaçõesde mudança de quadro podem levar a perda
drástica de função e ocorrer através da adição ou deleção de uma ou mais bases de DNA. Em um gene codi�cador de
proteínas, a sequência de códons que começam com AUG (em que U é a uracil de base de RNA, que substitui T durante a
transcrição) e que termina com um códon de terminação é denominada fase de leitura.
Mutação frameshift 
Se um par de nucleótidos é adicionado ou subtraído da sequência, o quadro de leitura a partir desse ponto será deslocado por
um par de nucleótidos e todos os códons a jusante serão alterados. O resultado será uma proteína cuja primeira secção (antes
do local da mutação) é a da sequência de aminoácidos do tipo selvagem, seguida por uma cauda de aminoácidos
funcionalmente sem sentido.
Mutações silenciosas
São mutações no DNA que não alteram o aminoácido que produzem e, geralmente, não alteram o fenótipo daquele indivíduo.
Os transtornos mentais podem ser causados por mutações silenciosas. Uma mutação silenciosa faz com que o gene do
receptor dopaminérgico D2 seja menos estável e se degrade mais rápido, subexpressando o gene.
Uma mutação silenciosa no multirresistente gene 1 (MDR1), que codi�ca para uma bomba de membrana celular que expele
drogas da célula, pode retardar a tradução em um local especí�co para permitir que a cadeia peptídica se dobra em uma
conformação incomum. Assim, a bomba mutante é menos funcional.
Dica
É importante considerar que as mutações silenciosas não são totalmente inofensivas. Nem todos os códons sinônimos usam o
mesmo tRNA e, em muitas células, alguns tRNAs são muito mais comuns do que outros. Se o novo códon precisar de um tRNA
raro, pode demorar mais tempo para uma cópia do tRNA carregado entrar no local A, retardando a síntese da proteína. Isso pode
levar a um padrão de dobra diferente para a proteína nascente e alterar ou mesmo eliminar a função da proteína.
Em um processo semelhante, os genes transferidos entre
espécies podem ser menos e�cazes do que o esperado.
Viés do códon, a preferência por um códon sobre outro,
pode levar ao mesmo tipo de resultado. Em casos extremos,
pode ser necessário projetar o gene para coincidir com o
viés do códon do hospedeiro.
Mutações cromossômicas
Mutações que abrangem mais de um gene são chamadas de mutações cromossômicas porque afetam a estrutura, a função e
a herança de moléculas de DNA inteiras (microscopicamente visíveis em um estado enrolado como cromossomos).
Frequentemente, essas mutações cromossômicas resultam de uma ou mais quebras coincidentes nas moléculas de DNA do
genoma (possivelmente da exposição à radiação energética), seguidas em alguns casos por falha na junção. Alguns resultados
são exclusões, duplicações, inversões e translocações em grande escala.
Em uma espécie diploide (uma espécie, como seres humanos, que possui um conjunto duplo de cromossomos no núcleo de
cada célula), deleções e duplicações alteram o equilíbrio gênico e geralmente resultam em anormalidade.
Inversões e translocações não envolvem perda ou ganho e são
funcionalmente normais, a menos que ocorra uma quebra dentro de
um gene. No entanto, na meiose (as divisões nucleares especializadas
que ocorrem durante a produção de gametas - ou seja, óvulos e
espermatozoides), o emparelhamento defeituoso de um conjunto de
cromossomos invertido ou translocado com um conjunto normal pode
resultar em gametas e, portanto, progênie com duplicações e
deleções.
Perda ou ganho de cromossomos inteiros resulta em uma condição chamada aneuploidia. Um resultado conhecido da
aneuploidia é a síndrome de Down, um distúrbio cromossômico no qual os seres humanos nascem com um cromossomo 21
extra (e, portanto, suportam três cópias desse cromossomo em vez dos dois habituais).
Outro tipo de mutação cromossômica é o ganho ou a perda de conjuntos cromossômicos completos. O ganho de conjuntos
resulta em poliploidia, isto é, a presença de três, quatro ou mais conjuntos de cromossomos em vez dos dois habituais. A
poliploidia tem sido uma força signi�cativa na evolução de novas espécies de plantas e animais.
A maioria dos genomas contém elementos móveis de DNA que se movem de um local para outro. O movimento desses
elementos pode causar mutação, seja porque o elemento chega em alguma localização crucial, como dentro de um gene, ou
porque promove mutações cromossômicas em grande escala por meio da recombinação entre pares de elementos móveis em
diferentes locais.
No nível de populações inteiras de organismos, a mutação pode ser
vista como uma torneira constantemente pingando, introduzindo
alelos mutantes na população, um conceito descrito como pressão
mutacional.
Atenção
A taxa de mutação difere para diferentes genes e organismos.
Nos vírus RNA, como o vírus da imunode�ciência humana (HIV), a replicação do genoma ocorre dentro da célula hospedeira
usando um mecanismo que é propenso a erros. Portanto, as taxas de mutação em tais vírus são altas.
Em geral, no entanto, o destino dos alelos mutantes individuais nunca é certo. A maioria é eliminada por acaso. Em alguns
casos, um alelo mutante pode aumentar em frequência por acaso e, em seguida, os indivíduos que expressam o alelo podem
ser submetidos à seleção, seja positiva ou negativa.
Assim, para qualquer gene, a frequência de um alelo mutante em uma população é determinada por uma combinação de
pressão, seleção e acaso mutacionais.
Tipos de mutações
Como as mutações ocorrem?
A resposta a essa pergunta está intimamente ligada aos detalhes
moleculares de como o DNA e todo o genoma são organizados. As menores
mutações são mutações pontuais, nas quais apenas um único par de bases
é transformado em outro par de bases. Outro tipo de mutação é a mutação
não sinônima, na qual uma sequência de aminoácidos é alterada. Tais
mutações levam à produção de uma proteína diferente ou à terminação
prematura de uma proteína.
Ao contrário de mutações não sinônimas, mutações sinônimas não alteram uma sequência de aminoácidos, embora elas
ocorram, por de�nição, apenas em sequências que codi�cam aminoácidos. Existem mutações sinônimas porque muitos
aminoácidos são codi�cados por múltiplos códons. Os pares de bases também podem ter diversas propriedades reguladoras
se estiverem localizados em introns, regiões intergênicas ou mesmo na sequência codi�cadora de genes.
Por algumas razões históricas, todos esses grupos são frequentemente substituídos por mutações sinônimas sob o rótulo de
mutações silenciosas. Dependendo de sua função, tais mutações silenciosas podem ser qualquer coisa, desde
verdadeiramente silenciosas até extraordinariamente importantes, que implicam que sequências de trabalho são mantidas
constantes pela seleção puri�cadora.
Essa é a explicação mais provável para a existência de elementos não
codi�cadores ultraconservados que sobreviveram por mais de 100
milhões de anos sem mudanças substanciais, como foi encontrado
comparando os genomas de vários vertebrados.
As mutações podem também tomar a forma de inserções ou deleções, que juntas são conhecidas como indels.
Os indels podem ter uma grande variedade de comprimentos.
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Na extremidade curta do espectro, os indels de um ou dois pares de bases dentro das sequências de codi�cação têm o
maior efeito, porque eles inevitavelmente causarão um deslocamento de quadros (somente a adição de um ou mais
códons de três pares de bases manterá uma proteína aproximadamente intacta).
Extremidade curta do espectro 
No nível intermediário, os indels podem afetar partes de um gene ou grupos inteiros de genes.
Nível intermediário 
No maior nível, cromossomos inteiros ou até mesmo cópias inteiras do genoma podem ser afetadas por inserções ou
deleções, embora tais mutações não sejam mais incluídas sob o rótulo indel. Nesse alto nível, também é possível inverter
ou translocar seções inteiras de um cromossomo, e os cromossomos podem até se fundir ou quebrar.
Maior nível 
Se um grande número de genes é perdido como resultado de um desses processos,as consequências geralmente são muito
prejudiciais. Naturalmente, sistemas genéticos diferentes reagem diferentemente a tais eventos.
Finalmente, outras fontes de mutações ainda são os muitos tipos diferentes de elementos transponíveis, que são pequenas
entidades de DNA que possuem um mecanismo que lhes permite circular dentro do genoma.
Alguns desses elementos copiam e colam em novos locais, enquanto outros usam um método de recortar e colar. Tais
movimentos podem:
Romper as funções gênicas existentes (por inserção no meio de outro gene);
Ativar funções genéticas dormentes (por excisão perfeita de um gene que foi desativado por uma inserção anterior);
Ocasionalmente, levar à produção de novos genes (por colando material de diferentes genes juntos).
Mutação e variação
É útil pensar em mutação como um processo que cria variação genética. Muitas vezes nos referimos a uma mutação como um
processo aberrativo, no entanto, representa a própria variação genética. Essa abordagem pode ser útil quando se trata de um
gene associado a uma doença, o alelo da doença traz uma mutação, uma alteração do DNA que compromete a função da
proteína. No entanto, essa abordagem é denotada de modo ruim à mutação.
Perder a função de um gene nem sempre afeta a saúde.
Por exemplo, a maioria dos mamíferos tem centenas de genes que codi�cam receptores olfativos, proteínas que nos ajudam a
cheirar. Perder um desses genes provavelmente não faz muita diferença.
Em contraste com variações que causam doenças, há muitos outros
exemplos de variações que não são boas nem ruins, mas apenas diferentes,
como tipos sanguíneos e cor dos olhos. Assim como nos alelos de doenças,
o processo de mutação cria essas variações mais neutras. Mas com
variações neutras, pode ser impossível dizer qual alelo é o normal que
existiu primeiro e qual é o mutante e a distinção é muitas vezes sem
sentido.
Proteínas e interruptores
A mutação cria variações nas porções codi�cadoras de genes que podem afetar a própria proteína. Mas, ainda mais
frequentemente, cria variações nos interruptores que controlam quando e onde uma proteína está ativa e quanta proteína é
produzida.
A lactase é uma enzima que ajuda os lactentes a quebrar a lactose, um açúcar presente no leite. Normalmente, o gene que
codi�ca a lactase é ativo em bebês e desligado aos quatro anos.
Quando as pessoas que não produzem lactase consomem leite, elas
sentem gases, náuseas e desconforto. Mas, algumas pessoas têm
uma variação em um interruptor genético que mantém o gene da
lactase ativo. Essa variação é chamada de persistência da lactase e as
pessoas que a possuem podem manter o leite em suas dietas, mesmo
quando adultos.
Outros condutores de mutação: agentes ambientais
Radiação, produtos químicos, subprodutos do metabolismo celular, radicais livres, raios ultravioleta do sol são agentes que
dani�cam milhares de nucleotídeos em cada uma de nossas células todos os dias. Eles afetam os próprios nucleotídeos,
convertendo uma base em outra, retirando uma base de sua cadeia, ou até mesmo causando uma quebra na cadeia de DNA.
Reparo de DNA
Na maioria das vezes, a mutação é revertida. As máquinas de reparo de DNA estão constantemente trabalhando em nossas
células, consertando nucleotídeos incompatíveis e juntando �tas quebradas de DNA. No entanto, algumas alterações no DNA
permanecem. Se uma célula acumula muitas mudanças, se seu DNA está tão dani�cado que a maquinaria de reparo não pode
consertá-la, ela para de se dividir ou se autodestrói. Se algum desses processos der errado, a célula pode se tornar cancerosa.
Quando colocamos o protetor solar, estamos nos protegendo contra a
mutação nas células somáticas, as células que compõem o corpo e não
estão envolvidas na reprodução, somente quando as mudanças do DNA são
transportadas no óvulo e os espermatozoides passam para a próxima
geração. Acredite ou não, uma certa quantidade de desleixo está embutida
no sistema. Sem mutação não haveria variação e sem variação não haveria
evolução.
Estimando taxas de mutação
Muitos métodos diretos e indiretos foram desenvolvidos para ajudar a estimar taxas de diferentes tipos de mutações em vários
organismos. A principal di�culdade em estimar taxas de mutação envolve o fato de que as mudanças no DNA são eventos
extremamente raros e só podem ser detectadas em um fundo de DNA idêntico.
Como os sistemas biológicos são geralmente in�uenciados por muitos
fatores, estimativas diretas das taxas de mutação são desejáveis.
Estimativas diretas normalmente envolvem o uso de um pedigree conhecido
no qual todos os descendentes herdaram uma sequência de DNA bem
de�nida.
Para medir as taxas de mutação usando esse método, primeiro é preciso sequenciar muitos pares de bases dentro dessa
região do DNA de muitos indivíduos no pedigree, contando todas as mutações observadas. Essas observações são então
combinadas com o número de gerações que conectam esses indivíduos para calcular a taxa de mutação geral.
Essas estimativas diretas não devem ser confundidas com taxas de substituição estimadas em períodos de tempo
�logenéticos.
Atividades
1. Um dos fatores mais importantes para que a evolução ocorra é a mutação, uma vez que esse processo está relacionado com
mudanças no material genético do indivíduo. As mutações garantem que:
a) A seleção natural escolha os organismos mutantes.
b) A variabilidade genética aumente em uma população.
c) As características sejam passadas de um descendente para outro.
d) Os organismos adquiram apenas características vantajosas para sua sobrevivência.
e) Os organismos consigam sobreviver no ambiente.
2. Nem toda mudança no DNA é bené�ca. Algumas são neutras e até mesmo prejudiciais para um organismo. Levando em
consideração essa característica das mutações, dizemos que elas são:
a) Especiais
b) Estratégicas
c) Aleatórias
d) Evolutivas
e) Direcionais
3. Denominamos mutação as alterações que ocorrem na estrutura do material genético. Uma dessas alterações é a troca de uma
base nitrogenada por outra, uma alteração estrutural no cromossomo conhecida por:
a) Deleção
b) Inserção
c) Adição
d) Substituição
e) Inversão
4. As mutações podem ocorrer naturalmente quando o DNA não se replica de maneira adequada. Entretanto, algumas in�uências
externas também podem causar mutações, como é o caso da radiação. As radiações podem ocasionar a perda de trechos de
DNA, um tipo de mutação conhecido por:
a) Adição
b) Inserção
c) Deleção
d) Substituição
e) Inversão
5. (Adaptado de FUVEST-SP) O fungo Neurospora crassa é capaz de crescer sobre substrato pobre em nutrientes (substrato
mínimo), pois consegue produzir a maioria dos nutrientes de que precisa. Em um experimento realizado nos anos 1940, a
exposição de esporos a raios X produziu uma linhagem de fungo que não conseguia se desenvolver em substrato mínimo.
O quadro a seguir mostra como foram feitos os testes de crescimento dessa linhagem de fungo em diferentes substratos e
parte dos resultados observados:
Agora, analise os seguintes questionamentos:
I. O experimento mostrou que a nova linhagem de fungo deixou de produzir o nutriente C, mas que produzia os nutrientes A e B.
Quais foram os resultados observados nos tubos 3, 4 e 5 que levaram a essa conclusão?
II. Que alterações os raios X devem ter provocado nos esporos para levar ao surgimento de uma linhagem de fungo incapaz de
sobreviver em substrato mínimo?
Assinale a opção que responde corretamente essas perguntas:
a) Em relação à pergunta I, nos tubos 3 e 4, o fungo não cresceu e, no tubo 5, o fungo cresceu. Em relação à pergunta II, os raios X
provocaram mutações, inativando genes que codificam as enzimas necessárias para a produção do nutriente C.
b) Em relação à pergunta I, nos tubos 1 e 4, o fungo não cresceu e, no tubo 5, o fungo cresceu. Em relação à pergunta II, os raios X
provocaram mutações, ativando genes que codificam as enzimas necessárias para a produção do nutriente C.
c) Em relação à pergunta I, nos tubos 2 e 5, o fungo não cresceu e, no tubo 4, ofungo cresceu. Em relação à pergunta II, os raios X
provocaram mutações, inativando genes que codificam as enzimas necessárias para a produção do nutriente B.
d) Em relação à pergunta I, nos tubos 4 e 5, o fungo não cresceu e, no tubo 3, o fungo cresceu. Em relação à pergunta II, os raios X
provocaram adaptação, inativando genes que codificam as enzimas necessárias para a produção do nutriente A.
e) Em relação à pergunta I, nos tubos 3 e 4, o fungo cresceu e, no tubo 5, o fungo não cresceu. Em relação à pergunta II, os raios X
provocaram adaptação, ativando genes que codificam as enzimas necessárias para a produção do nutriente C.
Notas
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Referências
MICAS, A. Genética. 1. ed. Rio de Janeiro: SESES, 2015.
SANTOS, Vanessa Sardinha dos. Exercícios sobre mutação. Disponível em:
https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-biologia/exercicios-sobre-mutacao.htm Acesso em 9 set. 2019.
SANTOS, Vanessa Sardinha dos. Exercícios sobre mutação gênica. Disponível
emhttps://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-biologia/exercicios-sobre-mutacao-genica.htm . Acesso em 9 set. 2019.
Próxima aula
Mutações cromossômicas;
Alterações cromossômicas e doenças genéticas;
Origem das anormalidades gonadais entre homens e mulheres.
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