Como as mutações podem interferir na sequência de aminoácidos de uma proteína?

 ORIGEM DAS FORMAS AL�LICAS

            As formas al�licas surgem atrav�s do processo de muta��o. Esse termo foi criado para designar toda e qualquer altera��o do material gen�tico que fosse transmitida para a descend�ncia. Essa defini��o inclui as muta��es nas c�lulas germinativas e nas c�lulas som�ticas e, em rela��o ao tamanho, pode se referir tanto a grandes altera��es na informa��o gen�tica (muta��es gen�micas e cromoss�micas) quanto a altera��es em um n�mero menor de pares de bases (muta��es g�nicas).

CLASSIFICA��O DAS MUTA��ES

A) EM RELA��O � QUANTIDADE DE DNA ALTERADO

            A classifica��o mais antiga divide as muta��es em tr�s grupos (gen�micas, cromoss�micas e g�nicas), segundo a quantidade de DNA envolvido. Essa classifica��o foi proposta muito antes de se conhecer quais eram exatamente as altera��es que ocorriam no material gen�tico e quais os mecanismos moleculares que originavam essas altera��es.

             Para que seja detectada uma altera��o na estrutura de um cromossomo (por exemplo, aumento ou redu��o no tamanho de um bra�o cromoss�mico) � necess�rio que um fragmento de DNA com aproximadamente 5MB (uma MB = 106pb ou 1000 kb)  seja inserido ou removido. Devido a grande quantidade de DNA envolvido, as dele��es e duplica��es cromoss�micas correspondem a ganhos ou perdas de v�rios locos g�nicos simultaneamente e possuem efeitos fenot�picos not�veis.

            Atualmente, o termo muta��o � usado apenas para pequenas altera��es no DNA que n�o podem ser detectadas atrav�s da an�lise citogen�tica e correspondem �s muta��es g�nicas.

B) QUANTO AO TIPO DE C�LULA AFETADA

            As muta��es que ocorrem nas c�lulas gam�ticas criam a possibilidade de se observar fen�tipos diferentes do esperado se manifestando em novos indiv�duos (nascimento de mutantes).

            As muta��es som�ticas t�m express�o mais limitada, apenas criam, dentro de um tecido, linhagens celulares diferentes da inicial (aquela estabelecida durante a forma��o do zigoto). 

            Embora sem ter efeitos nas prog�nies (por n�o afetar os gametas), as muta��es som�ticas s�o muito importantes para os indiv�duos. O ac�mulo de muta��es nas c�lulas som�ticas est� relacionado com a modifica��o do funcionamento celular, sendo a base para o desenvolvimento do c�ncer e para o processo normal de envelhecimento.

MUTA��ES G�NICAS  M�NIMAS (MUTA��ES DE PONTO)

            As menores muta��es que podem ocorrer e originar formas al�licas s�o altera��es que envolvem um �nico par de bases. Essas muta��es s�o denominadas de muta��es de ponto ou muta��es puntuais e incluem os tr�s tipos de modifica��es que uma seq��ncia de nucleot�deos pode sofrer: as substitui��es; as dele��es e as inser��es de nucleot�deos.

            Considere um loco hipot�tico (loco B) que possua seis alelos (B1, B2, B3, B4, B5, B6), com as seguintes seq��ncias de nucleot�deos:

A) SEQ��NCIA DE NUCLEOT�DEOS ENCONTRADA NO ALELO B1

            Vamos considerar que esse � o alelo mais comum na popula��o e, por isso, a seq��ncia de nucleot�deos desse alelo ser� usada como padr�o para compara��o com as outras formas al�licas.

            A T G A T T C T T T T T C G T

            T A C T A A G A A A A A G C T            (Fita Molde)

            A U G  A U U  C U U  U U U  C G A    (mRNA)

                10       20        30        40         50       (C�dons)

              MET   ILEU    LEU    PHE     ARG    (Seq��ncia de amino�cidos)

B) SEQ��NCIA DE NUCLEOT�DEOS ENCONTRADA NO ALELO B2

            Comparado com o alelo B1, esse alelo possui substitui��o de um par de bases (troca do par TA por um par AT) na posi��o que corresponder�, no mRNA, ao terceiro nucleot�deo do segundo c�don)

            A T G A T A C T T T T T C G T

            T A C T A T G A A A A A G C T            (Fita Molde) 

             A U G  A U A  C U U  U U U  C G A          (mRNA)

                  10         20          30        40        50             (C�dons)

                MET     ILEU      LEU     PHE     ARG (Seq��ncia de amino�cidos)

            Apesar da substitui��o de bases no DNA, a prote�na produzida � exatamente igual � codificada pelo alelo B1, pois os c�dons AUU e AUA s�o sin�minos. Nesse caso, a exist�ncia do alelo B2 s� pode ser constatada pela altera��o na seq��ncia de bases do DNA e a muta��o � chamada de silenciosa. O polimorfismo gen�tico nesse tipo de muta��o fica restrito ao DNA, sem ser acompanhado de polimorfismo prot�ico

C) SEQ��NCIA DE NUCLEOT�DEOS ENCONTRADA NO ALELO B3

            Em rela��o ao alelo B1, esse alelo tamb�m apresenta substitui��o de um par de bases (troca do par AT por um par GC), na posi��o que corresponder�, no mRNA, ao primeiro nucleot�deo do segundo c�don.

           A T G G T T C T T T T T C G T

            T A C C  A  A  G A A A  A  A G C A            (Fita Molde)

           A U G  G U A  C U U  U U U  C G A     (mRNA)

              10        20           30        40         50        (C�dons)

              MET   VAL      LEU      PHE      ARG            (Seq��ncia de amino�cidos)

            A substitui��o de um par de bases nesse alelo resultou na substitui��o de um amino�cido na cadeia polipept�dica (no lugar da isoleucina � introduzida uma valina). As muta��es que causam substitui��o de amino�cido s�o chamadas de muta��es de sentido trocado. O efeito desse tipo de muta��o sobre o funcionamento do polipept�dio pode ser:

 # NULO

A atividade do polipept�dio continua a mesma, embora a estrutura prim�ria tenha sido alterada. Pode-se supor nesse caso, que:

            1) o amino�cido substitu�do (no exemplo � uma isoleucina) n�o era importante para a conforma��o final da prote�na (estrutura terci�ria ou quatern�ria) e conseq�entemente n�o alterou o funcionamento nem as intera��es com outras mol�culas;

            2) o amino�cido novo (no exemplo � uma valina) desempenha a mesma fun��o para produ��o da conforma��o final da prote�na e/ou interage da mesma forma com os outros elementos celulares;

            3) a regi�o do polipept�dio onde ocorreu a substitui��o de amino�cidos n�o tem fun��o biol�gica importante, podendo ser alterada sem causar modifica��o no funcionamento da mol�cula.

            Em qualquer uma dessas situa��es o desempenho da prote�na � o mesmo e a presen�a do alelo B3 certamente n�o modifica o funcionamento das c�lulas. A presen�a desse alelo s� pode ser detectada atrav�s de m�todos especiais de estudo de prote�nas .

# REDU��O OU ELIMINA��O DA ATIVIDADE PROT�ICA 

Se a substitui��o ocorrer:

-  em uma regi�o cr�tica para forma��o da estrutura secund�ria, terci�ria ou quatern�ria,

- interferir na forma��o de um s�tio ativo,

- em uma regi�o de intera��o com outras mol�culas ou estruturas celulares,

 Poder� ocorrer redu��o na atividade celular que depende desse polipept�dio. Essa redu��o pode ser m�nima ou corresponder a aus�ncia total de atividade da prote�na. 

            Dependendo da fun��o exercida pela prote�na, as conseq��ncias podem ser leves ou graves, a redu��o na atividade prot�ica pode ou n�o ser causa de desempenho celular anormal. Se a c�lula manifestar altera��o de funcionamento, o alelo B3 poder� ser identificado atrav�s de altera��o no fen�tipo dos indiv�duos portadores. 

D) SEQ��NCIA DE NUCLEOT�DEOS ENCONTRADA NO ALELO B4

            Em rela��o ao alelo B1, esse alelo tamb�m apresenta substitui��o de um par de bases (troca do par CG por um par TA)  na posi��o que corresponder�, no mRNA, ao primeiro nucleot�deo do quinto c�don)

            A T G A T A C T  T T  T T T G T

            T A C T A T G A A A A A A C A            (Fita Molde)

            A U G  A U A  C U U  U U U  U G A      (mRNA)

                10       20        30         40        50       (C�dons)

              MET    ILE    LEU    PHE     FIM         (Seq��ncia de amino�cidos)

            No mRNA produzido a partir desse alelo ocorre substitui��o de um c�don CGA (para arginina) por um c�don UGA que corresponde a FIM de s�ntese de prote�na. As substitui��es desse tipo (que originam c�don de FIM) s�o chamadas de muta��es sem sentido. Se o c�don de FIM aparecer bem no in�cio do mRNA, apenas alguns amino�cidos ser�o unidos e essa pequena cadeia polipept�dica provavelmente n�o ter� condi��es de exercer a fun��o da prote�na completa. Por�m, se esse c�don surgir muito pr�ximo da regi�o onde a tradu��o realmente deve acabar, � poss�vel que a prote�na produzida, embora seja de tamanho menor, mantenha pelo menos em parte sua atividade normal.

            As substitui��es tamb�m podem causar o efeito contr�rio, ou seja, eliminar o c�don de FIM de sua posi��o normal no mRNA. Nesse caso, a prote�na sintetizada ter� tamanho maior, pois as liga��es pept�dicas continuar�o ocorrendo at� que surja um novo c�don de FIM ou at� que a fita de mRNA acabe. 

E) SEQ��NCIA DE NUCLEOT�DEOS ENCONTRADA NO ALELO B5

            Em rela��o ao alelo B1, esse alelo apresenta um par de bases a mais (inser��o de um par  CG entre os pares AT e TA) na posi��o que corresponder�, no mRNA, ao segundo nucleot�deo do segundo c�don.

            A T G AC T T C  T T T T  T C G T

            T A C T GA A G A A A A A G C T                (Fita Molde)

          A U G  A C U   UC U  U U U   UC G   A X X         (mRNA)

                10        20          30         40          50        60         (C�dons)

              MET    THR      PHE     PHE       SER      (Seq��ncia de amino�cidos)

            A introdu��o de um par de bases (ou a remo��o ) em uma seq��ncia de DNA tem grande efeito sobre o processo de tradu��o. A partir do ponto onde foi introduzido (ou removido) um nucleot�deo, a leitura da fita de mRNA pelo ribossomo originar� c�dons diferentes do esperado. O segundo c�don a ser traduzido nos ribossomos deveria ser AUU, mas pela introdu��o de um nucleot�deo (G) , o segundo c�don passou a ser AGU. Com a inser��o, o segundo nucleot�deo do c�don original (U) passou a ser o terceiro; o terceiro nucleot�deo (tamb�m U) desse c�don se transformou em primeiro nucleot�deo do terceiro c�don (UCU), ou seja ocorre um deslocamento do quadro de leitura do mRNA. Esse tipo de muta��o, por modificar a seq��ncia em que os nucleot�deos ser�o traduzidos � chamada de altera��o de quadro ou de matriz de leitura.

           A mudan�a na matriz de leitura executada pelo ribossomo resulta na produ��o de cadeias polipept�dicas muito diferentes do esperado. A diferen�a ser� maior para inser��es ou dele��es que ocorrem no in�cio da regi�o  traduzida e  menor se ocorrer no fim da regi�o a ser traduzida. De qualquer forma, � quase certo que esse tipo de muta��o ter� efeitos not�veis no funcionamento do polipept�dio, em fun��o da grande altera��o que provoca na estrutura prim�ria dos polipept�dios.

OBS.:  As dele��es ou inser��es que envolvam tr�s nucleot�deos ou n�meros m�ltiplos de tr�s causam apenas um deslocamento tempor�rio do quadro ou matriz de leitura. (Porque ....)

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