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13.10: Mutações
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Mutations
 
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13.10: Mutations

13.10: Mutações

Overview

Mutations are changes in the sequence of DNA. These changes can occur spontaneously or they can be induced by exposure to environmental factors. Mutations can be characterized in a number of different ways: whether and how they alter the amino acid sequence of the protein, whether they occur over a small or large area of DNA, and whether they occur in somatic cells or germline cells.

Consequences of Point Mutations at the Molecular Level

Mutations that occur at a single nucleotide are called point mutations. When point mutations occur within genes, the consequences can vary in severity depending on what happens to the encoded amino acid sequence. A silent mutation does not change the amino acid identity and will have no effect on an organism. A missense mutation changes a single amino acid, and the effects might be serious if the change alters the function of the protein. A nonsense mutation produces a stop codon that truncates the protein, likely rendering it nonfunctional. Frameshift mutations occur when one or more nucleotides are inserted into or deleted from a protein-coding DNA sequence, affecting all of the codons downstream of the location of the mutation.

Chromosomal Alterations Are Large-Scale Mutations

The most drastic type of mutation, chromosomal alteration, changes the physical structure of a chromosome. Chromosomal alterations can include deletion, duplication, or inversion of large stretches of DNA within a single chromosome, or integration of a portion of a different chromosome. These mutations are typically far more serious than point mutations because they encompass many genes and regulatory elements. Chromosomal alterations can be detected by karyotyping the affected cell.

Only Germline Mutations Are Inherited

Mutations can occur in any cell, but only germline mutations—those present in egg and sperm cells—can be transmitted to offspring. For instance, hereditary diseases are a subtype of genetic disorder that are caused by deleterious germline mutations. They can be autosomal, occuring on chromosomes one through 22, or sex-linked, occurring on the X or Y chromosome. One example of a hereditary disease is cystic fibrosis (CF), a disease that primarily affects the lungs. It is caused by a deletion within the gene CFTR that removes a single amino acid from the CFTR protein. CF is an autosomal recessive disease, meaning that a person with one mutated copy of the gene and one normal copy will not develop the disease; other diseases, like Huntington’s disease, a neurodegenerative disorder, are autosomal dominant, meaning that only one mutated copy of the gene is necessary for the disease to develop.

Some Mutations Are Caused by Environmental Factors

Both somatic mutations—those that occur outside the germline—and germline mutations can arise spontaneously during DNA replication, but they can also be caused by exposure to radiation or chemicals in the environment. External factors that damage DNA and cause mutations are called mutagens. One well-characterized environmental mutagen is ultraviolet (UV) radiation. UV radiation carries more energy than visible light and damages DNA by breaking the bonds between base pairs, causing thymine bases on the same strand of DNA to pair with one another in characteristic thymine dimers. The sun is a natural source of UV radiation. The most damaging wavelengths, UV-C, are intercepted high in the atmosphere, but UV-A and UV-B rays reach the surface of the Earth. Artificial sources of UV exposure include tanning beds, which transmit primarily UV-A rays with smaller amounts of UV-B. Fortunately, cells have mechanisms to repair damaged DNA, but sometimes the damage is not repaired before cell division in rapidly-dividing cells, such as skin cells. If the DNA damage occurs in a genomic region that is important for regulation of cell growth and division, it can lead to cancer if it is not repaired.

Visão geral

Mutações são mudanças na sequência do DNA. Essas alterações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas pela exposição a fatores ambientais. Mutações podem ser caracterizadas de várias maneiras diferentes: se e como alteram a sequência de aminoácidos da proteína, se ocorrem em uma pequena ou grande área do DNA, e se ocorrem em células somáticas ou células germinais.

Consequências de mutações pontuais no nível molecular

Mutações que ocorrem em um único nucleotídeo são chamadas mutações pontuais. Quando mutações pontuais ocorrem dentro dos genes, as consequências podem variar em gravidade, dependendo do que acontece com a sequência codificada de aminoácidos. Uma mutação silenciosa não altera a identidade do aminoácido e não terá efeito em um organismo. Uma mutação missense altera um único aminoácido, e os efeitos podem ser graves se a mudança alterar a função da proteína. Uma mutação sem sentido produz um códon de parada que trunca a proteína, provavelmente tornando-a não funcional. Mutações de mudança de quadro ocorrem quando um ou mais nucleotídeos são inseridos ou excluídos de uma sequência de DNA codificadora de proteínas, afetando todos os códons a jusante da localização da mutação.

Alterações cromossômicas são mutações em larga escala

O tipo mais drástico de mutação, alteração cromossômica, altera a estrutura física de um cromossomo. Alterações cromossômicas podem incluir exclusão, duplicação ou inversão de grandes trechos de DNA dentro de um único cromossomo, ou integração de uma porção de um cromossomo diferente. Essas mutações são tipicamente muito mais graves do que mutações pontuais porque englobam muitos genes e elementos regulatórios. Alterações cromossômicas podem ser detectadas por karyotipagem da célula afetada.

Apenas mutações germinas são herdadas

Mutações podem ocorrer em qualquer célula, mas apenas mutações germinais — aquelas presentes em células de óvulos e espermatozoides — podem ser transmitidas à prole. Por exemplo, doenças hereditárias são um subtipo de desordem genética que são causadas por mutações germinas deletérios. Eles podem ser autossômicos, ocorrendo em cromossomos de um a 22 anos, ou ligados ao sexo, ocorrendo no cromossomo X ou Y. Um exemplo de doença hereditária é a fibrose cística (CF), doença que afeta principalmente os pulmões. É causada por uma exclusão dentro do gene CFTR que remove um único aminoácido da proteína CFTR. CF é uma doença recessiva autossômica, o que significa que uma pessoa com uma cópia mutada do gene e uma cópia normal não desenvolverá a doença; outras doenças, como a doença de Huntington, uma doença neurodegenerativa, são autossômicas dominantes, o que significa que apenas uma cópia mutante do gene é necessária para que a doença se desenvolva.

Algumas mutações são causadas por fatores ambientais

Ambas as mutações somáticas — aquelas que ocorrem fora da linha germinal — e mutações germinárias podem surgir espontaneamente durante a replicação do DNA, mas também podem ser causadas pela exposição à radiação ou produtos químicos no ambiente. Fatores externos que danificam o DNA e causam mutações são chamados de mutagens. Um mutagênico ambiental bem caracterizado é a radiação ultravioleta (UV). A radiação UV carrega mais energia do que a luz visível e danifica o DNA, quebrando as ligações entre pares de base, fazendo com que as bases de timina no mesmo fio de DNA se emparelhem entre si em dimers característicos de timina. O sol é uma fonte natural de radiação UV. Os comprimentos de onda mais prejudiciais, UV-C, são interceptados no alto da atmosfera, mas os raios UV-A e UV-B atingem a superfície da Terra. Fontes artificiais de exposição uv incluem camas de bronzeamento, que transmitem principalmente raios UV-A com quantidades menores de UV-B. Felizmente, as células têm mecanismos para reparar o DNA danificado, mas às vezes o dano não é reparado antes da divisão celular em células que se dividem rapidamente, como células da pele. Se o dano de DNA ocorrer em uma região genômica que é importante para a regulação do crescimento e divisão celular, pode levar ao câncer se não for reparado.

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