As mutações

Explica o que é uma mutação e quando costumam surgir (erros na replicação do ADN ou ação de agentes externos).

Distingue uma mutação que ocorre numa célula somática (por exemplo, da pele) de outra que ocorre numa célula germinativa: qual delas pode ser transmitida à descendência?

Distingue os termos mutação e agente mutagénico, e apresenta um exemplo de cada um.

As mutações podem ser prejudiciais, neutras ou benéficas. Explica o que significa cada caso e dá um exemplo de uma mutação benéfica do ponto de vista do organismo que a possui.

A maioria das mutações não tem consequências. Explica duas razões pelas quais muitas mutações passam despercebidas (sistemas de reparação do ADN e características do código genético).

As mutações génicas podem ser substituições (troca de uma base por outra), inserções (adição de uma base) ou deleções (perda de uma base). Ilustra os três tipos alterando a palavra PATO e explica cada um deles.

Raciocina sobre por que razão inserir ou perder uma base é geralmente mais grave para a proteína do que trocar uma base por outra, usando a frase de palavras de três letras «UMA AVE VOA» como modelo da grelha de leitura dos codões.

Num laboratório analisam-se duas variantes mutantes de um gene que codifica uma enzima essencial de 320 aminoácidos. No ARNm, a sequência normal que codifica os aminoácidos 10, 11 e 12 é 5'-AUG GCU UUA-3' (metionina-alanina-leucina):

• Variante 1: sofre a deleção de um único nucleótido (o C do codão GCU).

• Variante 2: sofre a deleção do tripleto GCU completo (perdem-se três nucleótidos de uma vez).

1. a) Sabendo que na Variante 1 o novo codão que se forma ao unirem-se os nucleótidos contíguos é GUU (valina), explica o que significa ter-se alterado a grelha de leitura (frameshift) e como afetará isto a sequência de aminoácidos desde esse ponto até ao final da proteína.
2. b) Justifica qual das duas variantes tem maior probabilidade de conservar parte da atividade funcional da enzima e qual dará origem quase de certeza a uma proteína não funcional ou truncada prematuramente.

Além das mutações que alteram uma base, existem mutações cromossómicas que afetam segmentos de cromossomas ou cromossomas inteiros. Explica a diferença usando a analogia de um livro: mudar uma letra face a perder ou duplicar uma página inteira.

A síndrome de Down deve-se à presença de três cópias do cromossoma 21 em vez de duas (trissomia 21). Explica por que razão não é uma mutação de um gene específico, mas sim uma alteração no número de cromossomas, e em que momento da formação dos gâmetas pode originar-se.

Uma criança apresenta uma mutação dominante que nenhum dos seus progenitores possui. Explica como é possível que surja «de novo» (mutação de novo) se a mutação tiver ocorrido no óvulo ou no espermatozoide que deram origem a essa criança, e se ela a poderá transmitir aos seus filhos.

Indica três agentes mutagénicos, físicos ou químicos, e explica resumidamente como atuam sobre o ADN.

Explica que relação existe entre a acumulação de mutações em genes que controlam o ciclo celular e o aparecimento do cancro.

O tabaco, a radiação ultravioleta e alguns vírus aumentam o risco de desenvolver cancro, mas nem todas as pessoas expostas adoecem. Explica por que razão o cancro é considerado uma doença multifatorial em que intervêm as mutações acumuladas, o acaso e a predisposição genética de cada pessoa.

Um doente a quem foi extirpado com sucesso um melanoma nas costas coloca duas dúvidas na consulta médica:

1. «Preocupa-me ter transmitido esta mutação ao meu filho recém-nascido».

2. «Como já me retiraram o tumor e a minha pele está bronzeada e curtida, agora estou imune e já não preciso de pôr protetor solar».

Refuta de forma fundamentada ambas as afirmações:

1. a) Justifica por que razão o seu filho não herdará este melanoma, diferenciando entre mutações em células somáticas e em células germinativas.
2. b) Explica por que razão é biologicamente falso que a pele fique «imune» ao cancro, detalhando a relação entre radiação ultravioleta acumulada, mutações em proto-oncogenes ou genes supressores de tumores e o descontrolo do ciclo celular.

Para verificar se um novo aditivo alimentar é seguro, um laboratório realiza o teste de Ames utilizando bactérias Salmonella incapazes de sintetizar histidina (estirpe his⁻), as quais não conseguem dividir-se num meio sem este aminoácido a menos que sofram uma mutação que reverta o defeito genético.

Inocula-se o mesmo número de bactérias em três placas de cultura com meio desprovido de histidina e obtêm-se os seguintes resultados após 48 horas:

• Placa 1 (controlo: bactérias his⁻ + água destilada): surgem 3 colónias.

• Placa 2 (bactérias his⁻ + aditivo a baixa concentração, 0,1 %): surgem 4 colónias.

• Placa 3 (bactérias his⁻ + aditivo a alta concentração, 5 %): surgem 395 colónias.

1. a) Interpreta os dados: por que razão surgem algumas colónias na Placa 1 se não há histidina nem aditivo? O que indica o resultado da Placa 3 sobre o efeito do aditivo no ADN bacteriano?
2. b) Justifica por que razão um resultado positivo em bactérias leva as agências de saúde a rejeitar ou restringir a utilização desta substância em alimentos para consumo humano, explicando a relação biológica entre poder mutagénico e risco cancerígeno.

A uma doente diagnosticada com um tumor sólido é prescrito um tratamento de radioterapia fracionada (doses calculadas de radiação ionizante administradas diariamente durante 5 semanas, com pausas aos fins de semana), em vez de se aplicar uma única sessão de radiação maciça.

1. a) Resolve o aparente paradoxo médico: como se pode utilizar a radiação (um agente mutagénico que pode induzir cancro) para tratar e erradicar um tumor? Baseia a tua explicação na taxa de proliferação celular, na acumulação de lesões letais no ADN e na indução de apoptose.
2. b) Justifica biologicamente por que razão a radioterapia é administrada em doses fracionadas com pausas periódicas, comparando a capacidade dos pontos de controlo e dos sistemas de reparação do ADN nas células saudáveis circundantes face às células tumorais.

Diz-se que as mutações são «a matéria-prima da evolução». Raciocina sobre por que razão sem mutações não existiria nova variabilidade genética sobre a qual atuar.

Numa população de bactérias, as mutações tornam-se visíveis muito mais depressa do que numa população de elefantes. Relaciona este facto com a sua reprodução assexuada muito rápida (uma bactéria pode dividir-se a cada $20$ minutos) e com o enorme número de indivíduos.

O vírus da gripe altera-se ligeiramente todos os anos. Relaciona este facto com a sua elevada taxa de mutação ao copiar o seu material genético e explica por que razão a vacina da gripe tem de ser atualizada a cada época, enquanto outras vacinas duram anos.

Observa o esquema que ilustra a alteração genética e celular na anemia falciforme. Imagina que num rastreio genético são identificadas duas pessoas com mutações nesse mesmo codão (GAA):

• Pessoa A: sofre uma mutação pontual silenciosa na qual GAA passa a GAG (que também codifica ácido glutâmico).

• Pessoa B: sofre a deleção da primeira base (perde-se o G), alterando a grelha de leitura.

1. a) Prevê fundamentadamente o fenótipo da pessoa A a nível celular, explicando que característica do código genético evita que desenvolva anemia falciforme.
2. b) Compara o impacto celular e funcional expectável na pessoa B face ao caso de anemia falciforme apresentado no esquema. Justifica por que razão uma deleção de um único nucleótido costuma ser biologicamente mais destrutiva para a proteína do que a substituição pontual representada.

Um doente com amigdalite bacteriana suspende o tratamento com antibiótico ao terceiro dia dos sete prescritos porque já não tem febre nem queixas. A sua justificação é: «Se continuar a tomar o antibiótico, as bactérias vão aprender a combatê-lo e sofrerão mutações para se tornarem resistentes; é melhor parar já para não as forçar a sofrer mutações».

1. a) Identifica o erro conceptual do seu raciocínio e refuta a sua afirmação, distinguindo claramente entre a origem aleatória e preexistente das mutações e o papel selecionador do antibiótico.
2. b) Prevê o que acontecerá à população bacteriana residual da sua garganta se suspender o tratamento a meio, e fundamenta por que motivo esta má utilização contribui para a proliferação de estirpes multirresistentes.

Analisa a seguinte aparente contradição médica e evolutiva:

1. Durante a Revolução Industrial, os filhos de famílias imigrantes de pele escura que viviam em cidades nevoentas do norte da Europa sofreram elevados índices de raquitismo (deformações ósseas por défice grave de síntese de vitamina D).

2. Na atualidade, as populações de ascendência britânica (pele muito clara) que habitam na Austrália apresentam uma das maiores incidências de melanoma e de degradação de folato no sangue por excesso de radiação ultravioleta.

1. a) A partir destes dados, contesta a ideia popular de que «uma mutação é por si mesma intrinsecamente benéfica ou prejudicial para uma espécie».
2. b) Desenvolve uma hipótese evolutiva que explique por que razão as mutações que reduziram a síntese de melanina foram selecionadas favoravelmente quando os grupos humanos colonizaram latitudes altas, analisando o compromisso biológico entre a proteção contra a radiação UV e a produção de vitamina D.

Em certas zonas rurais da África subsariana, 25 % da população adulta é heterozigótica para o alelo da anemia falciforme (genótipo AS: um alelo normal A e um alelo falciforme S), enquanto os indivíduos homozigóticos falciformes (SS) sofrem de uma doença grave com elevada mortalidade sem assistência hospitalar.

1. a) Se o alelo S é letal ou muito prejudicial em homozigotia, por que razão a seleção natural não o eliminou da população? Justifica a tua resposta comparando a aptidão biológica (eficácia biológica) dos três genótipos possíveis (AA, AS e SS) numa zona com elevada incidência de malária.
2. b) Se numa região isolada se conseguir erradicar totalmente o mosquito transmissor da malária através de medidas de controlo biológico sustentadas no tempo, prevê fundamentadamente o que acontecerá à frequência do alelo S ao longo das gerações seguintes.

Desafio do tema. Imagina que trabalhas para uma agência de biossegurança alimentar e deves realizar uma avaliação preliminar de uma amostra vegetal doméstica. Resolverás este caso mediante um breve relatório bioforense organizado em quatro fases:

1. Extração e medição: Extrai o ADN de $100\text{ g}$ de tomate ou banana utilizando sal, detergente da loiça e álcool muito frio a $96\,\%$. Mede com uma régua milimetrada a altura da interface mucosa precipitada (anotando o teu valor, p. ex. $0,6\text{ cm}$) e explica a função físico-química de cada reagente.

2. Expressão génica: A partir da sequência molde $3'\text{-TAC\,TTC\,AAA\,ACT-}5'$, escreve a molécula de ARNm complementar e deduz a sequência peptídica correspondente usando o código genético, detalhando duas diferenças estruturais entre ADN e ARN.

3. Mutação em bases de dados: Modifica a sequência molde anterior substituindo a sua quarta base, contando a partir da extremidade $3'$, por uma adenina. Consulta o portal científico oficial NCBI (Gene database) para procurar um exemplo de mutação pontual e classifica a mutação simulada segundo o seu efeito na proteína resultante.

4. Parecer bioforense: Redige uma proposta fundamentada que distinga o que indica o rendimento do extrato (quantidade aproximada de material recuperado, que depende sobretudo do tecido e do procedimento) das consequências fenotípicas que as mutações provocam nas culturas, e indica que análises (comparação de sequências ou marcadores com uma amostra de referência) seriam necessárias para verificar a autenticidade e a estabilidade genética.

Será valorizado:

• Rigor no procedimento experimental caseiro e obtenção precisa do dado métrico.

• Exatidão ao modelar a transcrição, a tradução e a tipologia da mutação.

• Argumentação científica coerente que integre estrutura molecular, expressão e fenótipo.