As mutações

O que é uma mutação? Explica a diferença entre uma mutação génica (ou pontual) e uma mutação cromossómica, dando um exemplo de cada uma.

No esquema, a sequência A é um fragmento de ARNm normal e as sequências B e C sofreram uma mutação. Indica que tipo de mutação (substituição, inserção ou deleção) ocorreu em cada uma delas e justifica qual provoca um desfasamento da grelha de leitura e porquê.

O que é uma mutação cromossómica estrutural? Dá dois exemplos de alterações estruturais dos cromossomas (delação, duplicação, inversão ou translocação) e explica brevemente em que consiste uma delas.

Classifica 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 codão num codão de terminação. Indica qual das três é habitualmente mais grave e porquê.

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

Num gene ocorre a deleção de um único nucleótido na região codificante. Explica o que acontece à grelha de leitura a partir desse ponto, por que motivo podem alterar-se todos os aminoácidos posteriores e justifica se será mais prejudicial uma deleção deste tipo situada no início do gene ou no final.

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

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

Após a deleção dos três nucleótidos 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, justifica por que razão esta mutação não altera a grelha de leitura posterior e qual é a única alteração que sofre a estrutura primária da proteína CFTR.
2. b) Noutro doente deteta-se a deleção de um único nucleótido nessa mesma região (a perda do 'C' no tripleto 507). Fundamenta que consequências terá esta mutação sobre a grelha 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 careça de um aminoácido. Prevê fundamentadamente qual dos dois doentes poderia beneficiar desta terapia e por que razão no outro resultará totalmente ineficaz.

Indica dois agentes mutagénicos, um físico e um químico, e explica sumariamente como danificam o ADN.

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

As células possuem sistemas de reparação do ADN que corrigem muitos dos danos que escapam à ADN polimerase. Explica o que acontece quando um dano não é reparado e justifica por que razão os indivíduos com xerodermia pigmentosa, cujo sistema de reparação dos dímeros de timina causados pela radiação ultravioleta é deficiente, apresentam um risco tão elevado de cancro de pele.

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

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

Durante a replicação do ADN de uma bactéria, a ADN polimerase incorpora por erro um desoxirribonucleótido de guanina (G) em frente a uma timina (T) do molde, originando um emparelhamento erróneo G-T numa das cadeias recém-sintetizadas que não é detetado pela atividade corretora imediata.

1. a) Deduz que percentagem das moléculas de ADN bicatenário descendentes portará uma mutação permanente e fixada em ambas as cadeias após duas rondas sucessivas de replicação a partir dessa molécula inicial.
2. b) Justifica como se distribuem os pares de bases resultantes em cada uma das quatro moléculas de ADN finais, assumindo que o par de partida era A-T e não atua nenhum sistema de reparação posterior.
3. c) O sistema de reparação de emparelhamentos incorretos (mismatch repair) só é eficaz se atuar antes de a cadeia recém-sintetizada ser metilada. Justifica que consequência teria para a estabilidade do genoma que este sistema reparasse a cadeia molde metilada em vez da cadeia-filha recém-formada.

Todas as mutações são prejudiciais? Justifica a tua resposta e apresenta um exemplo de mutação que tenha sido vantajosa para uma espécie.

Explica o que é a taxa de mutação e justifica por que razão os seres vivos mantêm taxas de mutação baixas, mas não nulas, relacionando este facto com o equilíbrio entre estabilidade genética e variabilidade.

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

Numa região onde a malária é endémica, a frequência do alelo mutante $Hb^S$ (responsável pela anemia falciforme em homozigotia) mantém-se estável em torno de 0,12 devido à vantagem seletiva que confere aos heterozigóticos face à infeção por Plasmodium.

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

Para estudar a origem da resistência a antibióticos, desenhou-se uma experiência inspirada na de flutuação de Luria e Delbrück: inocularam-se 20 tubos independentes com um número idêntico e muito baixo de bactérias sensíveis à ampicilina, deixando-as crescer até à saturação. Simultaneamente, cultivou-se um balão grande com um volume equivalente ao dos 20 tubos juntos. Em seguida, semearam-se alíquotas iguais em placas com ampicilina:

• As amostras provenientes do balão grande produziram um número de colónias resistentes muito semelhante entre si (média de 24 colónias, com variância muito baixa).

• As amostras dos 20 tubos independentes mostraram uma enorme flutuação: a maioria dos tubos deu 0 ou 1 colónia resistente, enquanto alguns poucos deram mais de 300 colónias.

1. a) Interpreta estes resultados: demonstram que a resistência é induzida pelo contacto com o antibiótico ou que se deve a mutações espontâneas preexistentes? Justifica a tua resposta explicando a causa da grande variância entre os tubos independentes.
2. b) Prevê que resultado se teria observado nas placas dos 20 tubos se a presença do antibiótico fosse o estímulo direto que provoca a mutação numa pequena fração constante de bactérias.

Desafio do tema. Como conselheiro genético, deves analisar o impacto molecular de uma mutação real no gene humano $HBB$ (responsável pela anemia falciforme) e propor uma solução biotecnológica.

1. Obtenção de dados: Acede à base de dados pública NCBI ClinVar ou Ensembl, localiza o gene $HBB$ e extrai o tripleto original do codão 6 em comparação com a variante patogénica da hemoglobina S (c.20A>T, p.Glu7Val no ClinVar; Glu6Val na numeração clássica).

2. Fluxo da informação genética: Elabora uma tabela comparativa onde representes a replicação do fragmento de ADN (cadeia-molde e complementar), a sua transcrição para ARNm e a tradução para o péptido resultante. Classifica a mutação a nível molecular e prevê como esta alteração de aminoácido afeta a conformação tridimensional da hemoglobina.

3. Regulação e relatório terapêutico: Redige um relatório fundamentado (1,0-1,5 páginas) explicando por que razão durante a fase fetal a patologia não se manifesta (silenciamento e regulação génica de $HBB$ face a globinas fetais). Formula uma hipótese fundamentada sobre como reativar a expressão da globina fetal mediante edição génica para tratar a doença.

Será valorizado:

• Rigor e exatidão ao deduzir os processos de replicação, transcrição e tradução a partir de dados reais do NCBI.

• Adequada classificação da mutação e a sua correlação com a estrutura proteica.

• Integração crítica dos mecanismos de regulação da expressão génica na proposta terapêutica.