LISTA GENÉTICA - MUTAÇÃO, REPARO E RECOMBINAÇÃO

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Mutação, Reparo e Recombinação
1. Qual a diferença entre mutações espontâneas e mutações induzidas?
● As mutações espontâneas ocorrem quando células que já haviam mutações resistentes de maneira
espontânea passam o gene para frente. Os erros espontâneos que causam tais mutações ocorrem a
partir de um pareamento errado com base tautomérica (transições), que pode passar para a
próxima geração, tendo, assim, a primeira geração mutada e a segunda normal. Há também erros a
partir de mudança na matriz de leitura e erros espontâneos físicos como depurinação e
desaminação.
● As mutações induzidas possuem mutágenos, como incorporação de análogos de base que são muito
similares às bases, causando uma replicação errada caso peça uma base diferente da original. Há o
pareamento específico onde agentes alquilantes podem se posicionar mal, tendo uma troca na
forma química da base e na base que esta pareia, além de danos às bases por meio de raios UV,
torção do DNA, toxina aflatoxina B1 e agentes intercalantes.
2. Qual a diferença entre transição e transversão?
Transição ocorre a troca de pirimidina por pirimidina e purina por purina.
Já na transversão ocorre troca de pirimidina por purina e purina por pirimidina.
3. Como alterações tautoméricas acarretam transições?
Na replicação de DNA, quando uma base assume uma forma rara, sendo uma base tautomérica, ela
pode se parear erroneamente com outra base. Por exemplo, uma guanina se parea com uma citosina,
porém após a replicação, essa guanina assume ocasionalmente uma forma enol-rara e se parea com
uma timina.
Logo, numa segunda geração de replicação, a guanina volta a sua forma normal e se parea
normalmente com uma citosina, mas a timina vai se parear com uma adenina, que vai ser diferente do
pareamento da fita-mãe que inicialmente era guanina e citosina, ou seja, resultou em uma transição
(troca de bases de mesma categoria química).
4. Como erros de replicação acarretam mudança na fase de leitura?
Devido a mutações INDEL, havendo falha na leitura das três bases para aminoácidos. As fitas da fita
dupla se separam e ambas servem como molde, podendo assim ter alteração em ambas ou só em uma,
que polimeriza com a mutação.
5. Conceitue e diferencie mutação sinônima, mutação de sentido trocado (conservativa e não
conservativa), mutação sem sentido e mutação “indel”.
● Na mutação sinônima, não há uma alteração na sequência de aminoácidos produzida pelo gene
modificado, permanecendo sua função.
● Já na mutação de sentido trocado, ocorre a substituição de um único nucleotídeo em uma
sequência de DNA, alterando o código em uma trinca de bases, causando assim a substituição de
um aminoácido por outro.
● Na conservativa, não há alteração da função da proteína pela troca de aminoácidos, já na não
conservativa a função da proteína é alterada.
● Em uma mutação sem sentido, há a geração de um dos 3 códons de parada, indicando o término da
cadeia, fazendo assim com que a informação a ser produzida fique “sem sentido”. ● E por fim, numa
mutação indel há inserção(ões) ou deleção(ões) de pares de base de uma sequência.
6. Que lesões espontâneas podem ocorrer no DNA? Quais suas conseqüências?
● Pareamento errado de nucleotídeos, causadas por tautômeros. Podem acarretar em transições, pois
o DNA é mais estável para transação. Esse tipo de mutação pode ser passada para a próxima
geração.
● Falha na matriz de leitura, onde há erro ao ler três bases para aminoácido e, como consequência,
essa mutação pode ser polimerizada quando a fita alterada servir como molde.
● Depurinação, em que uma base púrica é perdida por causas naturais aleatórias que quebram a
ligação.
● Desaminação, em que um grupo amina (NH2) da citosina é perdido, gerando uma uracila. Assim,
ao final, acaba tendo dupla fita A-T no lugar de C-G. Porém, há um stress oxidativo entre
Timidina glicol, que possui 2 OH e 8-oxo d6, que possui radical de H, podendo então serem
separadas pelo sistema de reparo. Nesse processo ocorre a transversão.
7. De que maneiras podem agir os agentes mutagênicos? Esquematize os diferentes mecanismos e dê
exemplos.
Os agentes mutagênicos podem agir das seguintes formas:
● Substituindo as bases nucleotídicas por agentes químicos, como as bases análogas, que são
compostos com estrutura semelhante à das bases nitrogenadas e que, se estiverem presentes na
célula, podem se incorporar à síntese de DNA. Um exemplo é a 5 bromouracila, que é
análogo a timina, diferindo da mesma por possuir um átomo de Bromo na posição 5 em lugar do
CH3. Em sua forma cetogênica, se pareia com adenina, porém em sua forma ionizada, pode
se parear com guanina.
1. ADENINA (A) + TIMINA (T)
2. 1A REPLICAÇÃO -> (A) + 5BU e (T) + (A)
3. 2A REPLICAÇÃO -> 5BU + (G) e (T) + (A)
4. 3A REPLICAÇÃO -> (G) + (C) e (A) + 5BU
● Alterando uma base de tal modo que se forma um mau pareamento específico, como alguns
agentes alquilantes, que adicionam grupos etila e metila em posições em todas as 4 bases
nitrogenadas.
1. Guanina + agente alquilante => 0-6 etil guanina + timina
2. Resultado: Transição
● Por danos às bases, como radiação ultravioleta, que induz a dimerização de bases pirimídicas
adjacentes, resultando em ciclos de ciclo-butil. As radiações ionizantes geram a ionização de
compostos químicos celulares, moléculas reativas que são os responsáveis diretos pelas
mutações. Nesses casos, a taxa de mutação induzida é diretamente proporcional à base de
radiação à qual o organismo foi submetido.
8. Quais são os mecanismos de reparo biológico?
1. Reversão direta de DNA danificado
Reparo por excisão de base (BER)
Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
NER acoplado à transcrição (TC-NER)
2. Reparo pós-replicação
3. Reparo propenso a erro: síntese de DNA translesão
4. Reparo de quebras bifilamentares
Junção dos pontos não homólogos (NHEJ)
Recombinação homóloga
9. Uma cadeia polipeptídica teve os seguintes aminoácidos substituídos por
mutação: Cadeia original Cadeia mutante
ácido aspártico ––––––––––––––––––––––––––––––> glicina
metionina ––––––––––––––––––––––––––––––> isoleucina
prolina ––––––––––––––––––––––––––––––> treonina
Em cada um dos três casos indique se é provável ter ocorrido uma transição, uma transversão ou se as
duas são possíveis.
● ácido aspártico: GAU GAC glicina: GGU GGC GGA GGG
GAU e GGU - Transição
GAC e GGC - Transição
● Metionina: AUG isoleucina: AUU AUC AUA
AUG e AUA - Transição
AUG e AUC - Transversão
● Prolina: CCU CCC CCA CCG treonina: ACU ACC ACA ACG
CCC e ACC - transversão
CCG e ACG - transversão
10. Uma célula é tratada com ácido nitroso e em decorrência disso uma molécula de citosina é
transformada em uracila. Considerando-se que não ocorreu reparo, haverá quatro moléculas de DNA após
duas gerações. Quais serão suas composições de base neste ponto?
C-G
T-A
C-G
C-G
11. 5-bromouracil (5-BU) é um análogo de Timina (T). Use o diagrama para mostrar como este
composto pode resultar numa transição durante a replicação do DNA.
12. As taxas de mutações espontâneas publicadas para humanos são geralmente mais altas que aquelas
para bactérias. Isto indica que os genes individuais humanos mutam mais freqüentemente que os de
bactérias? Explique.
Não, pois o genoma humano é consideravelmente maior do que o de uma bactéria, pois a quantidade de
genes é expressamente também maior, logo essa afirmação da pergunta é uma inverdade.
13. Os produtos que resultam de mutações somáticas, tais como a laranja de umbigo e a maçã Delicious,
tornaram-se generalizados na citricultura e em plantios de maçãs. Entretanto, as características que
resultam de mutações somáticas raramente são mantidas em animais. Por quê?
Devido a diferença da complexidade evolutiva dos seres: nos animais, que são mais complexos, uma
mutação gerada pode levar a várias mudanças bioquímicas, físico-químicas, genéticas e etc. Já nas
plantas, que são seres menos complexos, uma mutação pode não ser tão deletéria ou maléfica a esse
organismo como pode ser nos animais, logo as mutações podem ser toleradas.
14. Observe osresultados apresentados pelos seguintes ascos lineares com relação ao locus
arg-2:
a) Esquematize o pareamento de homólogos no diplóide que poderia ter dado origem a
todos esses arranjos.
b) Determine o que a ordem de ascósporos em cada asco sugere que tenha ocorrido na
meiose em cada um dos ascos:
asco causa do arranjo
1 Não houve crossing over, logo não houve troca genética.
2 Na proporção 2:4:4, houve crossing over de uma cromátide interna
com outra externa.
3 Na proporção 5:3, houve crossing over de cromátides internas e
formou-se heteroduplex com 1 reparo feito no pareamento
errado,
gerando no final da mitose, 5 duplas fitas arg e 3 duplas fitas +.
4 Proporção denominada teórica, pois é muito rara. Houve crossing
over de cromátides internas, formou-se heteroduplex, mas não
houve nenhuma ação do sistema de reparo.
5 Houve crossing over entre as cromátides internas, que levou ao
padrão 2:2:2:2
6 Na proporção 2:6, houve crossing over de cromátides internas e
formou-se heteroduplex com 2 reparos feitos nos pareamentos
errados, gerando no final da mitose, duas fitas + e 6 fitas arg.
c) Como o modelo de
recombinação de
Holliday explica a
conversão gênica?
Ele explica
porque houve
pareamento de
homólogos,
crossing-over e a
formação de
heteroduplex,
que é quando há
um pareamento
de fitas que não
são
complementares.
15. Observe os fenótipos
dos ascósporos dos seguintes ascos lineares:
Determine que ascos sofreram conversão gênica, em que direção ocorreu (+ -> m ou m-> +) e
se há algum resultante de heteroduplexes que não sofreu reparo.
GD Polimorfismos
1. Compare um polimorfismo de SNP, RFLP e VNTR.
● SNP - polimorfismo de nucleotídeo único ou simples; são as diferenças (polimorfismos)
envolvendo um único nucleotídeo (ou o par de nucleotídeos quando considera a dupla fita
de
DNA). Sua maioria não produz fenótipos visíveis ou não estão relacionados com uma
característica mendeliana simples, pois estão localizados fora dos genes ou de suas regiões
regulatórias. Pode ser detectado ao sequenciar um segmento de DNA em cromossomos
homólogos e comparar as sequências para localizar as diferenças, ou então na utilização de
enzimas de restrição, que reconhecem uma sequência específica no DNA e irão cortá-la.
● RFLP - polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição; quando um polimorfismo de
nucleotídeo único ou simples (SNP) é identificado pela metodologia das enzimas de restrição.
● VTNR - polimorfismo de comprimento de sequência simples ou repetições em tandem de número
variável; são arranjos de sequências repetidas com variação no comprimento devido diferentes
números de unidades repetidas (multi-alélicos). É identificado ao isolar o fragmento de DNA
através da técnica de PCR utilizando iniciadores (primers) que flanqueiam a região que contem o
SSPL.
/
2. Qual a vantagem de utilização de um polimorfismo de DNA sobre o de proteínas?
O DNA tem a possibilidade de visualizar onde a alteração do nucleotídeo ocorre, mas nas
proteínas, devido ao código genético ser degenerado, pode haver erros na visualização da alteração,
pois há mais de um códon para o mesmo aminoácido.
3. Você está investigando a razão de uma doença rara ocorrer em uma família
belohorizontina. Após o seqüenciamento de DNA de um indivíduo normal e outro doente,
você detectou uma única mutação de ponto, de G para A, dentro do intron 2 do gene
candidato à doença, conforme indicado abaixo:
intron 2 sítio aceptor de splicing exon 3
Alelo normal 5’...CCTCTTGGGCTATTTTCCACCCTTAG GCT GCT GGG ...3’
Alelo mutante 5’... CCTCTTAGGCTATTTTCCACCCTTAG GCT GCT GGG ...3’
mutação Ala Ala Gli
a) Como poderia esta mutação no intron 2 ser responsável pela doença?
b) Qual seria a conseqüência desta mutação para a proteína mutante em termos de
seqüência de aminoácidos?
c) Suponha que você disponha de pouco material biológico para fazer análise de
polimorfismos de DNA, de que maneira você identificaria precocemente outros indivíduos
com esta doença?
4. O
mapeamento de restrição de um trecho linear de DNA revela os seguintes sítios de
restrição de EcoRI.
a) Esse pedaço de DNA é cortado por EcoRI, os fragmentos resultantes são separados por
eletroforese em gel, e o gel é corado com brometo de etídio. Faça um desenho das bandas que
vão aparecer no gel.
b) Se uma mutação que altera o sítio 1 de EcoRI ocorrer nesse trecho de DNA, como o padrão
de bandeamento no gel difere do que você desenhou na parte a?
Sem o sítio 1, que separa o 2kb do 4kb, somam-se eles resultando em uma banda de 6kb, que
no desenho, vai ficar posicionado superiormente à banda de 5kb.
c) Se uma mutação altera os sítios 1 e 2 de EcoRI ocorrer nesse trecho de DNA, como o padrão
de bandeamento no gel difere do que você desenhou na parte a?
Com essa mutação, haverá uma única banda no gel de 11 mil pares de base, ou de 11kb.
d) Se ocorrer uma inserção de 1.000pb entre os dois sítios de restrição, como o padrão de
bandeamento no gel difere do que você desenhou na parte a?
Haverá uma única banda de 5kb e outra de 2kb, porém na banda de 5kb haverá uma mistura de
fragmentos tanto da banda de 4kb somada a 1kb quanto da banda de 5kb que já estava
presente.
e) Se ocorrer uma deleção de 500pb entre os dois sítios de restrição, como o padrão de
bandeamento no gel difere do que você desenhou na parte a?
A banda de 4kb passará a ter 3,5kb entre as bandas de 2kb e de 5kb.
5. Embora a captura e a comercialização de Grandes Primatas seja proibida, estima-se que
até 1000 chimpanzés são removidos ilegalmente da África a cada ano. Os compradores
ilegais frequentemente forjam certidões de nascimento para burlar a fiscalização. Para
combater isto, novas técnicas vêm sendo desenvolvidas para análise genéticas destes
primatas. Atualmente, amostras de DNA samples são retiradas de bulbos capilares e usado
como molde em reações de PCR. Os primers usados flanqueiam sítios altamente
polimórficos no DNA humano resultado do número variável de repetições tipo
microsatélite (VNTR). Alguns chimpanzés e seus supostos pais foram testados para a
determinação se eram "legítimos" ou "produtos de tráfico ilegal". O gel abaixo representa
uma amostra desta análise.
-
a) Os chimpanzés 3, 4 e 5 são filhos dos chimpanzés 1 e 2? Justifique.
3 - pode ser filho do número 1 e número 2, pois apresenta a mesma banda de 136, presentes
tanto no pai como na mãe.
4 - não pode ser filho do número 1 e nem do número 2, pois apesar de possuir a banda 136 ele
possui a banda de 140, que não está presente nem no chimpanzé número 1 e nem no número 2.
5 - não pode ser filho do número 1 e nem do número 2, pois apresenta uma banda 140 que não é
característica do indivíduo número 1 e nem do número 2.
b) O uso de primers humanos para realizar a PCR pode trazer algum problema para
sua análise?
Não, pois apesar de flanquearem sítios polimórficos, suas regiões (onde os primers
foram desenhados) são altamente conservadas.
c) Por que as repetições tipo microsatélites são tão polimórficas no nosso DNA e
destes primatas? Quantos alelos neste lócus polimórfico estão representados no
estudo acima? Quais são eles?
Justamente porque microsatélites são regiões muito variáveis e polimórficas em si.
São 4 alelos, sendo eles o 148, 140, 136 e 130.
6. Foram feitos
estudos de DNA
numa família
grande que
apresenta
determinada
doença
autossômica
dominante de
manifestação tardia
(aproximadamente
aos 40 anos de
idade). Uma
amostra de DNA
de cada membro da
família é digerida
com a enzima de
restrição TaqI e submetida a eletroforese em gel. Em seguida realiza-se uma transferência de
Southern, usando uma sonda radioativa que consiste em uma parte do DNA humano clonado
num plasmídio bacteriano. O autorradiograma é visto abaixo, junto com o heredograma da
família:
a) Analise as relações entre a variação de DNA, a sonda de DNA e o gene para a doença.
Desenhe as regiões cromossômicas relevantes.
b) Qual a utilidade destes resultados para a informação de pessoas desta família que
venham a se casar?
Que a partir da identificação deque há um alelo o qual tem um sítio de restrição dentro, se
trata de um informativo de que os indivíduos que são afetados são aqueles que possuem o
sítio de restrição dentro deles.
7. A distrofia miotônica (MD), que ocorre em cerca de 1 em cada 8.000 pessoas, é a forma
mais comum de distrofia muscular em adultos. A doença, que é caracterizada por
degeneração muscular progressiva, é causada por um gene mutante dominante que contém
uma região com a repetição CAG expandida. Os alelos normais do gene MD contém de 5 a
30 cópias do trinucleotídeo. Os alelos mutantes contêm 50 a mais de 2.000 cópias da
repetição CAG. A sequência completa de nucleotídeos do gene MD está disponível. Imagine
um teste diagnóstico para o alelo mutante responsável por distrofia miotônica que possa ser
feito usando-se DNA genômica de neonatos, células fetais obtidas por amniocentese e
células únicas de pré-embriões de oito células produzidos por fecundação in vitro.
Pode-se utilizar a técnica de PCR, desenhando primers externos a essa região variável e
amplificando, visualizando ao menos o tamanho dos fragmentos dos alelos. Se for um alelo
muito grande, por exemplo, a pessoa bem provavelmente terá um alelo para a distrofia
miotônica.