Alterações do material genético 07-04-2017 Alterações do material genético

Sumário 1 - Mutações 2 - Fundamentos da Engenharia Genética 07-04-2017 Sumário 1 - Mutações 1.1 - O que são? 1.2 - Como/ Quando/ Onde / ocorrem? 1.3 - Tipos de mutações e exemplos: 1.3.1.- génicas; 1.3.2.- cromossómicas. 1.4 - Causas das mutações. 2 - Fundamentos da Engenharia Genética 2.1. - “Ferramentas” e metodologia dos processos biotecnológicos envolvidos na manipulação do DNA. 2.2. - OGM ou seres transgénicos - Aplicações e Implicações. 2.3. - Outras aplicações – saúde e justiça

1 - Mutações 1.1. O que são? São alterações ou modificações súbitas, espontâneas, em genes ou cromossomas, podendo acarretar variação hereditária. As mutações podem ser génicas quando alteram a estrutura do DNA, num determinado gene, ou cromossómicas quando alteram a estrutura ou o número de cromossomos.

1 - Mutações 1.1. Como ocorrem? 07-04-2017 1 - Mutações 1.1. Como ocorrem? As mutações podem ocorrer espontâneamente ou ser induzidas. Podem ser silênciosas, não alterar a proteína ou a sua acção, ser letais, quando provocam a morte, ou ainda acarretar doenças ou anomalias. As mutações também promovem a evolução já que determinam aumento na variabilidade genética. Agentes internos ou externos causam alterações nos genes ou nos cromossomas – MUTAÇÕES (ex: anemia falciforme, trissomia 21) Tecnologia permite alterar o genoma dos indivíduos – ENGENHARIA GENÉTICA (ex: gene da insulina é inserido em bactéria - OGM)

1 - Mutações 1.2. Quando ocorrem? Quando da divisão celular (mitose ou meiose), por erros da replicação de DNA . Quando da separação de cromossomas ou de cromatídeos, durante uma divisão celular (meiose ou mitose), devido a erros relacionados com a individualização dos cromossomas, por exemplo no crossing-over.

1 - Mutações 1.2. Onde ocorrem? 07-04-2017 1 - Mutações 1.2. Onde ocorrem? Nas células somáticas (durante a mitose) reflectindo-se nas células, desse indivíduo, descendentes da que sofreu a mutação (ex: tumores). Na formação dos gâmetas (meiose) - células da linhagem germinativa - e serão transmitidas hereditariamente.

1 - Mutações 1.3.1. Mutações génicas  As mutações génicas são responsáveis por alterações nos genes e consequentemente nas proteínas, determinando, muitas vezes, a formação de novas proteínas ou alterando a acção de enzimas importantes no metabolismo.

1 - Mutações 1.3.1. Mutações génicas Alteram a sequência de nucleótidos de um gene (alteram uma ou mais bases do DNA), o que afectará a leitura durante a replicação ou durante a transcrição. Constitui-se assim um alelo, uma nova versão, do gene alterado.

1.3.1. Mutações génicas Substituição  ocorre a troca de um ou mais pares de bases.

07-04-2017 1.3.1. Mutações génicas ● O alelo para a hemoglobina S (cadeia β ) é recessivo. ● Os indivíduos heterozigóticos (HbAHbS), portadores, são resistentes à malária.

1.3.1. Mutações génicas Inserção e delecção 07-04-2017 1.3.1. Mutações génicas Inserção e delecção  acontece quando um ou mais nucleótidos são adicionados ou removidos, respectivamente, ao DNA, modificando a sequência de leitura da molécula durante a replicação ou a transcrição.

1.3.2. Mutações cromossómicas Também chamadas de aberrações cromossómicas, são alterações na estrutura ou no número de cromossomas normal da espécie. Podem ocorrer nos autossomas ou em cromossomas sexuais. Podem provocar anomalias e mal formações no organismo ou até a inviabilidade dele.

1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais Numéricas Deleção Duplicação Inversão Translocação Aneuploidias Poliploidias

1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais Provocam alterações na estrutura dos cromossomas, podendo ocasionar a perda de genes, a leitura duplicada ou erros na leitura de um ou mais genes. Podem acontecer por delecção, duplicação, translocação ou inversão de partes de cromossomas.

1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais Delecção / duplicação / inversão

1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais 07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais Translocação

1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais 07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Estruturais Síndroma do “Grito do gato” – exemplo de delecção

1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas 07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas Provocam alterações no número típico de cromossomos da espécie (cariótipo). Aneuploidias - os erros envolvem apenas determinado par de cromossomos. Formam-se indivíduos cujas células possuem: um cromossoma a menos (monossomia); um cromossoma a mais (trissomia), dois ou mais cromossomas a mais (polissomia) ou sem os dois cromossomas de um determinado par (nulissomia). Poliploidias – os erros multiplicam o conjunto de todos os cromossomas. Formam-se indivíduos cujas células possuem múltiplos de n cromossomas: 3n (triplóides), 4n (tetraplóides), (…).

07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas - Como se originam as aneuploidias? * A figura corresponde à formação de gâmetas masculinos. As mesmas situações pode envolver a formação de gâmetas femininos (grande % dos casos de trissomia 21 têm origem em erros na formação dos gâmetas femininos). * A não-disjunção pode envolver tanto os autossomas como os heterossomas

07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas Trissomia 21 (Síndroma de Down) – Aneuploidia autossómica  É a mais comum entre os nados-vivos. A carga genética superior ao normal conduz a várias modificações fenotípicas – síndroma: forma dos olhos muito característica, baixa estatura, boca pequena, atraso mental c/ grau variável, malformações cardíacas, esterilidade habitual nos rapazes, …. Têm também uma esperança de vida inferior ao normal. A ocorrência aumenta com a da idade da mãe: - 0,5 - 1 caso / 1000 nascimentos qdo a mãe tem entre 20-29 anos a - 15 - 17,5 casos / 1000 nascimentos qdo a mãe tem 46 ou mais anos.

07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas Outras Aneuploidias autossómicas: ● Trissomia 18 (47, XX +18 ou 47, XY +18) – Síndroma de Edwards - elevado nº de anomalias, morrendo, a maioria, antes do ano de vida; - ocorrência: 1 / 10.000 nascimentos ● Trissomia 13 (47, XX +13 ou 47, XY +13) – Síndroma de Patau - elevado nº de anomalias, morrendo, a maioria, antes do ano de vida; - ocorrência: 1 / 20.000 nascimentos 01/2010

07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas Síndroma de Klinefelter (47, XXY) – Aneuploidia (Trissomia) heterossómica Testiculos pouco desenvolvidos e com nenhuma ou reduzida produção de esperma. Estatura elevada, por vezes um ligeiro desenvolvimento dos seios e as ancas alargadas. Alguns apresentam ligeiro atraso mental.  Ocorrência : 1 / 1000 indivíduos do sexo masculino

07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas Síndroma de Turner (45,X0)– Aneuploidia (monossomia) heterossómica Desenvolvem características femininas apresentando contudo: - pequena estatura e reduzido desenvolvimento do pescoço; - caracteres sexuais pouco desenvolvidos e normalmente estéreis; - por vezes manifestam atraso mental.  Ocorrência: 1 / 10.000 indivíduos do sexo feminino

07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas Anomalias gaméticas que justificam algumas Aneuploidias heterossómicas

1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas 07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas  POLIPLOIDIA - Na espécie humana a poliploidia é letal. Nas plantas, não só é viável como pode conduzir a fenómenos de especiação. Como surge? 1-Em qual das situações a poliploidia resulta da alterações ao nível da meiose, envolvendo um único indivíduo? 2- Na situação II, quantos cromossomas apresenta o híbrido interespecífico estéril? 3- Explique a razão pela qual estes híbridos são estéreis. 4- Refira o mecanismo capaz de explicar o aparecimento do híbrido fértil. 5- Qual o nº de cromossomas dos descendentes resultantes da autofecundação do híbrido fértil? 6- Os indivíduos 4n constituem novas espécies. Porquê?

1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas 07-04-2017 1.3.2. Mutações cromossómicas Numéricas  POLIPLOIDIA – Origem do Trigo do pão Os botânicos admitem que: - 95% das gimnospérmicas e 70% das angiospérmicas sejam poliplóides; - a maioria tenha surgido da hibridização seguida de autofecundação. Muitas características dos poliplódes são vantajosas para a nova espécie e de utilidade para o Homem. Porque razão os híbridos assinalados são estéreis? Complete o diagrama.

07-04-2017 1.4. Causas ● As mutações podem ocorrer espontaneamente na Natureza ou serem induzidas por exposição a agentes físicos e químicos (agentes mutagénicos) Físicos - raios X, radiação alfa, beta e gama e raios ultravioleta Químicos - colquicina, gás mostarda, nitrosaminas, constituintes do fumo do tabaco, etc. ● Agentes mutagénicos ● As células possuem a capacidade de reparar muitos dos erros do DNA causados pelos agentes mutagénicos. Qdo o equilíbrio entre a mutagénese e a reparação se rompe surge a mutação.

1.4. Causas ● As mutações espontâneas ocorrem com freqª muito reduzida 07-04-2017 1.4. Causas ● As mutações espontâneas ocorrem com freqª muito reduzida ● Qdo a exposição é prolongada ou a intensidade dos agentes mutagénicos é elevada, aumenta a frequência das mutações. ● A exposição a agentes mutagénicos é, em alguns casos, natural e inevitável, como a exposição a fontes naturais de radiação solar, radioactividade de minerais, (…) mas, a intensidade com que atingem os organismos provoca baixo nº de mutações. ● A exposição a agentes mutagénicos pode ser deliberada: - para fins médicos (Ex: raios X); - por hábitos (alimentares ou outros); - com fins bélicos (Ex: gás mostarda, armas nucleares) Freqª mutações espontâneas humanas: 1 gene /100.000 A maioria dos erros ocorridos durante a replicação do DNA são reparados.

1.4. Causas - mutação e cancro 07-04-2017 1.4. Causas - mutação e cancro ●Alguns agentes mutagénicos provocam mutações em genes envolvidos no controlo da divisão celular sendo responsáveis pelo aparecimento de cancro (tumor ou neoplasia maligna). São pois, também, agentes carcinogénicos.

1.4. Causas - mutação e cancro 07-04-2017 1.4. Causas - mutação e cancro PROTO-ONCOGENES (genes envolvidos na síntese de proteínas que estimulam e controlam o crescimento e divisão celular. Estão inactivos em células que não se dividem.) Agentes mutagénicos ONCOGENES (gene mutado responsável pela síntese de proteínas com maior actividade estimulando anormalmente a divisão celular) Cancro

1.4. Causas - mutação e cancro 07-04-2017 1.4. Causas - mutação e cancro GENES SUPRESSORES TUMORAIS / anti-oncogenes (genes envolvidos na síntese de proteínas que bloqueiam e controlam a divisão celular. Estão normalmente activos.) Agentes mutagénicos Gene mutado incapaz de bloquear a divisão celular que se realiza descontroladamente Cancro

07-04-2017 Biotecnologia

Adaptado ( Adriano Cardoso ESNA – Dez. 2005) Jan. 2010 07-04-2017 Adaptado ( Adriano Cardoso ESNA – Dez. 2005) Jan. 2010 Utilizei este Powerpoint para as mutações cromossómicas e o designado por “mutações” das Ed. Asa, para as mutações génicas