Alterações do material genético

Mutações

Uma mutação é uma modificação casual ou induzida na informação genética. A mutação só é passada para os descendentes de organismos complexos se ocorrer em células germinativas.
Para que haja mutação, é primeiro necessário que ocorra um dano na seqüência de nucleotídeos do DNA. As células possuem um arsenal de mecanismos de reparação do DNA encarregados de anular o possível dano, mas ocasionalmente pode ocorrer uma falha nesses mecanismos (ou o dano é simplesmente irreparável), e as células replicam-se nestas condições. Ainda, as células replicadas com danos no DNA raramente persistem. Apenas uma pequena proporção de células sobrevivem carregando os danos genéticos da célula-mãe, passando a apresentar estas novas características: enfim ocorre uma mutação.

Mutações génicas

Alteram a sequência de nucleótidos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases.

- substituição-existe uma substituição de uma só base de DNA, podendo ser :
- mutações silenciosas-substituição de uma base de DNA por outra, mas que resulta num codão que codifica o mesmo aminoácido.Não tem efeito sobre o fenótipo.

- mutações com perda de sentido-substituição de uma base de DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na protaína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada.

- mutações sem sentido-substituição de uma base de DNA por outra, de tal modo que, no mRNA, um codão que especifica um aminoácido é alterado para um codão de STOP, ou o contrário. Origina uma protaína mais cuta ou mais longa do que a proteína normal.

-delecção-remoção de uma ou mais bases de DNA.

-inserção-adição de uma ou mais bases ao DNA.

Mutações cromossómicas
Traduzem-se numa alteração da estrutura ou do número de cromossomas.

Mutações cromossómicas estruturais

Causas:

- delecção - perda de um segmento cromossómico em que parte do material genético é removido. A causaé o cruzamento de cromossomas e a quebra nos pontos de cruzamento, a que se segue uma reconstituição em que um segmento é eliminado.

- duplicação - existência de duas cópias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à delecção no correspondente cromossoma homólogo.

- inversão - remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossoma.

- translocação - transferência de segmentos entre cromossomas não homólogos.

Mutações cromossómicas numéricas

Tipo de mutação:

-poliploidia- existe pelo menos um conjunto completo de cromossomas a mais.

-aneuploidia-existem cromossomas a mais ou a menos em relação ao número normal. Geralmente, envolve apenas um único par de cromossomas, e pode ser heterossómica ou autossómica. São principalmente causadas pela não disjunção dos cromossomas homólogos ou dos cromatídeos na anafase da meiose I ou II.

As aneuploidias podem ser classificadas em:

-nulissomia- é a ausência de um par de cromossomas homólogos, não sendo viável no Homem.

-monossomia- ausência de um dos cromossomas homólogos num dado par. Exemplo: Síndrome de Turner (45, x0).

-trissomia-ocorrência de um cromossoma extra num dado par de cromossomas homólogos. Exemplo: trissomia 21 (47,XX + 21 ou 47, XY + 21)

síndrome de Klinefelter (47,XXY)

síndrome de Edwards ( 47, XX + 18 ou 47,XY + 18)

síndrome de Patau (47,XX + 13 ou 47,XY +13)

As mutações podem ser:

-mutações somáticas- são mutações que ocorrem nas células não sexuais do organismo, durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica. Estas mutações não são transmitidas à descendência, excepto em seres vivos que se reproduzem assexuadamente.

-mutações nas células germinativas-ocorrem nas células que originam os gâmetas, durante a replicação de DNA que precede a meiose. A mutação afecta os gâmetas e todas as células que deles descendem após a fecundação.

As mutações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagénico.

-mutações espontâneas-podem ocorrer em qualquer gene e em qualquer local do gene, sem que haja qualquer influência externa.Pode ocorrer devido:

- ao facto da cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação;

- erros na meiose pela não disjunção dos cromossomas homólogos;

- erros na replicação de DNA motivados pela DNA polimerase;

- mutações induzidas-podem ocorrer provocadas por agentes mutagénicos externos que causam alterações pemanentes no DNA. Pode ocorrer devido:

- à danificação do material genético por exposição a agentes mutagénicos como raios X, raios UV, gás mostarda,etc;

- alterações de bases nucleotídicas por agentes químicos como ácido nítrico;

Mutações e cancro

Caso a mutação ocorra a nível das células somáticas, pode ocorrer uma das diversas formas de cancro.

O cancro é uma doença genética que resulta da perda de controle do ciclo celular. A divisão de uma célula com mais frequência do que o normal dá origem a uma população de células em proliferação descontrolada e forma uma massa de células, ou tumor. O cancro surge devido a mutações nos proto-oncogenes, que acabam por se transformar em oncogenes, ou em genes supressores de tumores, estes são genes que codificam produtos que controlam o ciclo celular.

Genes relacionados com o aparecimento do cancro:

- proto – oncogenes - são genes normais que codificam protaínas que estimulam o crescimento e a divisão celular.
- oncogenes - resultam da mutação de proto – oncogenes.

A activação de um oncogene resultante de um proto – oncogene pode decorrer durante exposições a factores ambientais de natureza física, química ou biológica (agentes mutagénicos).

- genes supressores de tumores - os produtos destes genes inibem a divisão celular. A perda destes genes ou a diminuição da sua actividade contribui para o aparecimento de um cancro.

- genes que codificam proteínas reparadoras do DNA – as mutações nestes genes permitem a acumulação de outras mutações, algumas das quais em proto – oncogenes ou genes supressores de tumores.


As células cancerosas têm as seguintes características:
- são pouco especializadas e com forma arredondada;
- dividem – se continuamente;
- invadem os tecidos adjacentes;
- podem instalar-se noutros locais do organismo originando novos tumores designados metástases.

Engenharia genética

A engenharia genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos. São várias as aplicações da engenharia genética.

A engenharia genética inclui as técnicas de:
- DNA recombinante (rDNA);
- DNA complementar (cDNA);
- Reacções de polimerase em cadeia (PCR);
- DNA fingerprint.

Tecnologia de DNA recombinante
Esta técnica baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas de restrição, as ligases de DNA e os vectores.
- enzimas de restrição – reconhecem determinadas sequências de DNA e cortam a molécula nesses locais, designadas zonas de restrição.
- ligases de DNA – são enzimas que ligam covalentemente as duas cadeias de DNA, depois de estas se terem emparelhado por complementaridade de bases.
- vectores – fragmento de DNA, que transfere o DNA de uma célula do organismo dador para uma célula ou organismo receptor.

A técnica de DNA recombinante permite obter organismos geneticamente modificados (OGM). E torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.

Tecnologia de DNA complementar
A produção do DNA complementar é obtida a partir de um mRNA pela acção da transcriptase reversa.

O processo de obtenção processa-se da seguinte forma:
- isolamento de uma molécula mRNA funcional das células;
- adição da transcriptase reversa e nucleótidos livres. A transcriptase reversa catalisa a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de mRNA;
- junção da enzima que degrada o mRNA que serviu de molde e do DNA polimerase que catalisou a formação da cadeia complementar do DNA.

Assim, o c DNA pode ser inserido através de um vector contendo o promotor e sequências reguladoras.

Esta técnica permite obter cópias de genes que codificam produtos com interesse, tornando possível a produção de proteínas humanas por procariontes que podem ser cultivados facilmente em biorreactores.

Reacções de polimerase em cadeia (PCR)
Técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.
Nesta técnica necessitamos de:
- fragmentos de DNA a amplificar, para ser aquecido de modo a separar as duas cadeias de dupla hélice;
- adição de nucleótidos livres e DNA polimerase resistentes ao calor. E a DNA polimerase catalisa a formação das cadeias complementares reconstituindo a dupla hélice;
- procedimento repetido inúmeras vezes, e em cada circuito a quantidade de DNA duplica.

É uma técnica que permite obtenção de grandes quantidades de DNA em pouco tempo, a partir de uma quantidade muito pequena.


DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas
É uma técnica submetida á acção de enzimas de restrição, o DNA divide-se em fragmentos cujas dimensões e composição de nucleótidos varia de pessoa para pessoa. Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de diferente modo quando submetidos à electroforese e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.

DNA fingerprint é utilizado em investigação criminal, forense e histórica, permitindo a partir de material biológico deixado num local comparar com a dos suspeitos,
Também é utilizada na determinação da paternidade.