Biologia,Genética

Mutação: o que é, tipos e quando ocorre

Modificações no material genético (DNA [1]) da célula são chamadas mutações. Elas podem ocorrer em células somáticas ou em células germinativas. Neste último caso, podem ser transmitidas ao longo das gerações, de pais para filhos.

As mutações somáticas ficam restritas ao indivíduo em que ocorrem e não são transmitidas aos descendentes. As mutações podem ser pontuais, afetando apenas um nucleotídeo e levando a pequenas alterações na sequência ou no número de nucleotídeos. Isso pode acontecer no momento da duplicação do DNA.

Há nas células, no entanto, todo um sistema de reparo dessas alterações, o que reduz drasticamente a quantidade de mutações pontuais que persistem.

As mutações pontuais podem afetar uma ou mais sequências de bases nitrogenadas, tanto nas regiões não codificantes de DNA, tendo efeitos, em geral, não perceptíveis; como nas regiões codificantes (mutações gênicas), que podem levar a modificação do produto do gene.

O que são as mutações?

Cadeia de DNA

Mutações são modificações no material genético (DNA) da célula (Foto: depositphotos)

Embora, na maior parte dos casos, as mutações gênicas sejam deletérias, isto é, causam prejuízo ao organismo, elas são muito importantes em termos evolutivos e são a fonte primária da variabilidade genética em uma população.

Quanto maior a variabilidade genética em uma população, maior a chance de sobrevivência dessa população a alterações nas condições ambientais. Mutações de maior porte, que afetam o número ou a forma dos cromossomos [9], são chamadas mutações ou aberrações cromossômicas e, assim, como as mutações gênicas, são em geral deletérias. 

Foram os trabalhos de Morgan, a partir de 1909, que introduziram no meio científico a expressão “alteração genética”. Posteriormente, com a elaboração de um modelo de gene correspondente a um trecho da molécula de DNA, a mutação pôde ser explicada como uma alteração na sequência de bases nitrogenadas do DNA.

Assim, a mutação mostrou-se como a matéria-prima para a seleção natural, originando novos alelos e produzindo variações fenotípicas.

Mutações gênicas

Cadeia de DNA na lousa

Algumas mutações podem ser preservadas no DNA e passadas como herança genética (Foto: depositphotos)

As mutações gênicas podem ocorrer por substituição, perda ou adição de nucleotídeos na molécula de DNA durante sua duplicação. Quando essas modificações ocorrem nos íntrons, geralmente os efeitos não são perceptíveis pois, após o processo de transcrição em moléculas de RNA, os íntrons são removidos durante a maturação do RNA.

Já quando ocorrem nos éxons, os efeitos diferem dependendo do caso. Quando há substituição de um nucleotídeo por outro, as mutações podem alterar ou não o aminoácido da cadeia polipeptídica.

Quando elas não provocam alterações no polipeptídeo chamamos de mutações do tipo silenciosas e são responsáveis por uma variabilidade genética que é sempre maior do que a diversidade de características.

Contudo, quando há alteração do aminoácido, e consequentemente da proteína sintetizada, as consequências podem variar muito. Essa nova proteína pode trazer vantagens adaptativas, ser neutra ou trazer prejuízos, inclusive ocasionando doenças.

A substituição de um ou mais aminoácidos nem sempre resulta na perda ou alteração da função da proteína. Certas regiões de uma molécula podem não ser essenciais ao seu funcionamento.

Mutações funcionalmente neutras

A insulina, por exemplo, é um hormônio presente em todos os vertebrados, mas a molécula não é idêntica em todas as espécies. Quando comparamos a sequência de aminoácidos da insulina de duas ou mais espécies diferentes, observamos alterações que não prejudicam sua forma e sua função.

Dizemos então que ocorreram mutações funcionalmente neutras conservadas no DNA dos indivíduos ao longo das gerações.

Doenças

Algumas doenças causadas por mutações são: anemia falciforme, progeria, doença de Alzheimer, adrenoleucodistrofia, entre outras.

O ácido glutâmico

Quando a mutação corresponde à troca de uma única base, pode ocorrer a formação de um novo códon responsável pelo mesmo aminoácido. Por exemplo, o ácido glutâmico pode ser codificado tanto por GAA como por GAG.

Se a mutação trocar a terceira base original A por uma nova base G, não haverá modificação nos aminoácidos da proteína. Essas mutações “silenciosas” não afetam o organismo e, por isso, muitos cientistas acham que o código degenerado (mais de um códon para o mesmo aminoácido) teria a vantagem de proteger o organismo contra um excesso de defeitos provocados por mutações.

Mutações graves

Uma mutação pode apenas adicionar ou retirar uma base da sequência. O efeito de uma mutação desse tipo é muito mais grave, pois as bases estão arrumadas continuamente, sem interrupções e, se for acrescentada ou retirada uma delas, a sequência de códons ficará completamente alterada a partir desse ponto.

A proteína será totalmente diferente e incapaz de realizar sua função. A retirada ou a entrada de um códon inteiro (três nucleotídeos) pode ser menos grave, pois altera apenas um aminoácido na sequência.

Mutações neutras

A maioria das mutações é neutra e origina proteínas que não alteram o funcionamento do organismo. Há mutações prejudiciais, pois alteram ao acaso um sistema vivo altamente organizado, que se formou após milhões de anos de evolução; outras, contudo, podem torná-lo mais adaptado ao ambiente em que vive.

Estas últimas podem, por seleção natural [10], aumentar de número ao longo das gerações, provocando a evolução das espécies.

O acaso das mutações

Menina com síndrome de Down

A Síndrome de Down é uma consequência da alteração da cadeia de cromossomos (Foto: depositphotos)

Em razão da existência de um mecanismo de reparo de DNA, as mutações são um acontecimento raro, portanto, em princípio, sua frequência é muito baixa na população. Elas ocorrem ao acaso. Isso significa que, apesar delas poderem ser provocadas pelo ambiente, a mudança na frequência das adaptações depende da seleção natural.

Por exemplo, se um organismo vive em um lugar frio, esse ambiente não favorece o aparecimento de mutações que aumentem a defesa contra o frio. Qualquer mutação relacionada a qualquer função, pode ocorrer.

Se, por acaso, aparecer uma mutação que resulte em um fenótipo favorável, ela será selecionada positivamente e, com isso, o número de indivíduos portadores dessa mutação aumentará com o tempo.

Em resumo, a mutação ocorre independentemente de seu valor adaptativo. A chance de uma mutação aparecer não está relacionada à vantagem que ela poderá conferir ao seu portador. Mas não devemos esquecer que, se por acaso aparecer alguma mutação favorável, ela será selecionada positivamente e o número de indivíduos que a apresentam aumentará.

Isso significa que, ao contrário da mutação, a seleção natural não é um processo aleatório: não é por acaso que os insetos resistem a inseticidas ou as bactérias resistentes a antibióticos aumentam de número em ambientes com esses produtos. Por isso, não se pode dizer que a evolução como um todo ocorra ao acaso.

Mutações em moscas

Um exemplo de mutação que ocorre em drosófilas (moscas) atinge um grupo de genes especiais. O desenvolvimento das partes de um embrião é controlado pelos chamados genes homeóticos, que ativam outros genes para a construção de diversos órgãos.

Um grupo desses genes, chamados genes Hox, determina, por exemplo, que um segmento do corpo forme uma perna em vez de uma antena ou vice-versa. Mutações nesses genes podem fazer, por exemplo, com que surja uma mosca com quatro asas em vez de duas ou pernas no lugar de antenas.

Aberrações cromossômicas

Aberrações ou mutações cromossômicas podem ser classificadas em numéricas ou estruturais.

Fatores mutagênicos

Raios do sol

Os raios ultravioleta podem desencadear mutações (Foto: depositphotos)

Ao longo da vida, o DNA é exposto a diversos fatores externos que podem danificar sua molécula e modificar a mensagem genética inicial. Durante a duplicação, cada novo nucleotídeo que entra na cadeia é conferido pela DNA polimerase.

Ela examina a molécula e pode detectar emparelhamentos errados, como A-C em vez de A-T. O nucleotídeo errado é retirado e o DNA polimerase acrescenta o nucleotídeo correto.

A falha do mecanismo de verificação de erros acarreta uma modificação no código genético inicial. O gene modificado poderá alterar alguma função da célula e provocar até mesmo uma doença. A mutação caracteriza-se quando uma alteração na sequencia de bases nitrogenadas de um segmento de DNA não é corrigida.

A chance de ocorrerem mutações aumenta quando a célula é exposta aos chamados fatores mutagênicos, entre os quais estão:

Esses fatores podem quebrar a molécula de DNA, acrescentando ou retirando nucleotídeos, ou alterar o pareamento normal das bases.

Certas substâncias químicas ambientais, com estrutura molecular semelhante à das bases do DNA, podem ser incorporadas a ele durante a duplicação, aumentando a chance de ocorrerem pareamentos impróprios. Outras substâncias podem se ligar às bases, causando também pareamento errados.

Referências

» ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. Artmed Editora, 2010.

» FRIDMAN, Cintia et al. Alterações genéticas na doença de Alzheimer. Archives of Clinical Psychiatry (São Paulo), v. 31, n. 1, p. 19-25, 2004.

» SUZUKI, David T. Introdução à genética. Guanabara Koogan, 1989.