As mutações

O que é uma mutação? Explique a diferença entre uma mutação gênica (ou pontual) e uma mutação cromossômica, dando um exemplo de cada uma.

No esquema, a sequência A é um fragmento de RNAm normal e as sequências B e C sofreram uma mutação. Indique que tipo de mutação (substituição, inserção ou deleção) ocorreu em cada uma delas e justifique qual provoca uma mudança no quadro de leitura e por quê.

O que é uma mutação cromossômica estrutural? Dê dois exemplos de alterações estruturais dos cromossomos (deleção, duplicação, inversão ou translocação) e explique brevemente em que consiste uma delas.

Classifique as seguintes mutações pontuais de acordo com o seu efeito na proteína: uma substituição que não altera o aminoácido, uma substituição que o troca por outro e uma substituição que converte um códon em um códon de terminação. Indique qual das três é geralmente mais grave e por quê.

Uma mutação altera o códon GAA para GAG, codificando ambos os códons o mesmo aminoácido (ácido glutâmico). Como se denomina esse tipo de mutação e por que razão ela não altera a proteína resultante?

Em um gene ocorre a deleção de um único nucleotídeo na região codificante. Explique o que acontece com a janela de leitura a partir desse ponto, por que motivo todos os aminoácidos posteriores podem ser alterados e justifique se uma deleção desse tipo será mais prejudicial no início do gene ou no final.

No gene CFTR, a mutação mais frequente causadora de fibrose cística (ΔF508) consiste na perda de três nucleotídeos: CTT. A sequência da cadeia codificante de DNA entre os códons 506 e 509 é:

5'-... ATC ATC TTT GGT ...-3' (Ile506 - Ile507 - Phe508 - Gly509).

Após a deleção dos três nucleotídeos centrais CTT (a última base de ATC 507 e as duas primeiras de TTT 508), a sequência resultante fica: 5'-... ATC ATT GGT ...-3'.

1. a) Sabendo que tanto ATC como ATT codificam isoleucina, justifique por que razão esta mutação não altera a matriz de leitura posterior e qual é a única alteração que sofre a estrutura primária da proteína CFTR.
2. b) Em outro paciente detecta-se a deleção de um único nucleotídeo nessa mesma região (a perda do 'C' no tripleto 507). Fundamente que consequências terá esta mutação sobre a matriz de leitura, sobre a sequência de aminoácidos a jusante e sobre a probabilidade de a proteína resultar truncada.
3. c) Existem fármacos em desenvolvimento ('corretores') que conseguem fazer com que a proteína CFTR chegue à membrana celular se conservar o seu tamanho completo, ainda que lhe falte um aminoácido. Preveja de forma fundamentada qual dos dois pacientes poderia se beneficiar desta terapia e por que razão no outro ela resultará totalmente ineficaz.

Indique dois agentes mutagênicos, um físico e um químico, e explique resumidamente como danificam o DNA.

As mutações podem ser espontâneas ou induzidas. Explique a diferença entre ambas e apresente um exemplo de causa para cada tipo.

As células possuem sistemas de reparo do DNA que corrigem muitos dos danos que escapam à DNA polimerase. Explique o que acontece quando um dano não é reparado e justifique por que os indivíduos com xeroderma pigmentoso, cujo sistema de reparo dos dímeros de timina causados pela radiação ultravioleta é deficiente, apresentam um risco tão elevado de câncer de pele.

Os retrovírus, como o HIV, copiam seu genoma por meio da transcriptase reversa, uma enzima desprovida de atividade de correção de erros. Justifique por que esses vírus apresentam taxas de mutação muito elevadas e explique que consequências esse fato acarreta para o tratamento das infecções que eles causam e para o desenvolvimento de vacinas.

Explique a diferença, quanto às suas consequências e à sua transmissão à descendência, entre uma mutação que ocorre em uma célula somática e outra que ocorre em uma célula da linha germinativa.

A síndrome de Down deve-se à presença de uma cópia extra do cromossomo 21 (trissomia do 21). Explique que tipo de mutação é, como ela pode se originar por uma não disjunção durante a meiose e justifique por que razão as mutações desse tipo afetam simultaneamente muitas características.

Uma mutação situada na região reguladora de um gene impede que ele seja transcrito, ainda que a sua sequência codificante seja completamente normal. Explique como isso é possível e compare o efeito dessa mutação com o de uma substituição em um éxon do mesmo gene.

A análise genômica de um recém-nascido completamente saudável revela que ele é portador de aproximadamente 70 mutações pontuais de novo ausentes no genoma dos seus progenitores. Os seus familiares temem que essas mutações provoquem o desenvolvimento de doenças graves no futuro.

1. a) Utilizando a organização do genoma humano e as características do código genético, justifique por que razão a imensa maioria dessas 70 mutações pontuais não tem efeito fenotípico apreciável.
2. b) Suponha que uma dessas mutações pontuais se localiza no dinucleotídeo conservado que marca o local de corte e emenda (splicing) do primeiro íntron de um gene essencial. Preveja e justifique as consequências moleculares sobre o mRNA maduro e sobre a proteína traduzida.
3. c) Pode uma mutação pontual situada em uma região intergênica não codificante alterar a quantidade de proteína sintetizada por um gene contíguo? Justifique a sua resposta propondo um mecanismo molecular concreto.

Todas as mutações são prejudiciais? Justifique a sua resposta e apresente um exemplo de mutação que tenha sido vantajosa para uma espécie.

Explique o que é a taxa de mutação e justifique por que os seres vivos mantêm taxas de mutação baixas, mas não nulas, relacionando esse fato com o equilíbrio entre estabilidade genética e variabilidade.

Afirma-se que as mutações são a fonte primária de variabilidade genética. Explique que relação existe entre as mutações, a evolução das espécies e a biodiversidade.

Em uma região onde a malária é endêmica, a frequência do alelo mutante $Hb^S$ (responsável pela anemia falciforme em homozigose) se mantém estável em torno de 0,12 devido à vantagem seletiva que confere aos heterozigotos diante da infecção por Plasmodium.

1. a) Após uma campanha sanitária intensiva, consegue-se erradicar completamente a malária nessa região. Preveja, de forma fundamentada, como evoluirá a frequência do alelo $Hb^S$ ao longo das gerações seguintes.
2. b) Justifique por que o alelo $Hb^S$ não desaparecerá imediatamente da população, apesar de ser letal ou gravemente prejudicial em homozigose.
3. c) Uma pessoa afirma: «Tendo desaparecido a malária, a mutação $Hb^S$ deixou de existir na população». Refute essa afirmação distinguindo com clareza entre a origem de uma mutação e o seu valor adaptativo em função do ambiente.

No gene de uma enzima metabólica essencial, analisam-se dois mutantes independentes que apresentam alterações no códon número 45, cujo tripleto original no RNAm é GGU (glicina):

• Mutante 1: apresenta o códon AGU (serina).

• Mutante 2: apresenta o códon UGU (cisteína).

1. a) Se o resíduo 45 se encontra na superfície da enzima, exposto ao meio aquoso e longe do centro catalítico, preveja de forma fundamentada qual das duas substituições terá menor probabilidade de alterar a conformação ativa da proteína.
2. b) Comprova-se que, ao oxidar ligeiramente o meio, o mutante 2 forma agregados moleculares gigantes e inativos constituídos por dímeros covalentes da enzima, fenômeno ausente no tipo selvagem e no mutante 1. Justifique, em nível químico, esse comportamento.
3. c) Se uma terceira linhagem mutante apresentar nesse mesmo códon o tripleto GGA, que consequência fenotípica haverá sobre a atividade enzimática? Justifique sua resposta indicando a propriedade do código genético que explica esse fato.

Em um ensaio de evolução experimental em laboratório, submetem-se duas populações bacterianas (linhagem padrão com taxa de mutação normal e linhagem mutadora com uma taxa de mutação 150 vezes superior por defeito no reparo do DNA) a doses letais crescentes de um novo fármaco tóxico.

1. a) Durante os primeiros ciclos de exposição, a linhagem mutadora gera clones viáveis resistentes com uma rapidez significativamente maior do que a linhagem padrão. Interprete este resultado em termos de variabilidade genética e seleção natural.
2. b) Após mil gerações em um meio ótimo e constante, sem presença de qualquer tóxico, a linhagem mutadora sofre uma queda acentuada em sua eficácia biológica (fitness) e um declínio populacional em relação à linhagem padrão. Justifique esse declínio com base na natureza da maioria das mutações e no conceito de carga mutacional.
3. c) A partir dos resultados anteriores, formule uma hipótese que explique por que razão a seleção natural favoreceu taxas de mutação muito reduzidas, mas não estritamente iguais a zero, nos seres vivos.