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Aqui fica um artigo que achei interessante, acerca das mutações génicas.
(para ver melhor, carregue nas duas imagens)

Mecanismo das mutações

Como sabemos, a informação genética está codificada na sequência de nucleótidos dos genes, mas podem ocorrer erros no material genético. É a isso a que chamamos de mutações, e as pessoas em que as manifestam-se designam-se de mutantes.

As mutações podem ser de origem genica (ocorrem ao nível dos genes), e são as alterações no código genético do DNA, e podem ser mutações cromossómicas, que como o nome indica, ocorrem ao nível dos cromossomas.
As mutações cromossómicas, podem ser devido a alterações estruturais dos cromossomas (deleção, duplicação, inversão e translocação) e podem ser também devido a alterações no número destes.

A alteração na sequência de bases na molécula de DNA pode provocar alterações inevitáveis ao nível da proteína sintetizada. A função desta proteína no organismo do indivíduo pode ser muito afectada. As mutações podem passar de geração em geração, se estas se desenvolverem ao nível das células germinais, apesar de existirem mutações que apenas se desenvolvem em células somáticas.

Estas podem-se desenvolver espontaneamente, na Natureza ou então podem ser induzidas sendo expostas a agentes mutagénicos:
Biológicos - por exemplo os vírus e bactérias;
Físicos - Exposição a raios X, radiações ultravioleta e gama;
Químicos - Fumo do tabaco (nicotina) e as drogas;

Erros que contribuem para a ocorrência de mutações genicas:

• Mutações por substituição: acontece quando uma ou mais bases azotadas, são substituídas por outras;
• Mutações por deleção: uma ou mais bases do DNA são removidos (deleção de bases);
• Mutações por inserção: adição de uma ou mais bases azotada na cadeia;
  

Figura 1 - Mutação por deleção

Figura 2 - Mutação por substituição

Nas mutações cromossómicas numéricas também se originam erros por deleção, inversão (inversão das bases azotadas, na cadeia) e duplicação (as bases azotadas duplicam-se inserindo-se no meio da cadeia de DNA).

Existem ainda as mutações ditas de mutações silenciosas. As mutações silenciosas ocorrem quando o codão mutado pode codificar o mesmo aminoácido, logo, a proteína não irá sofrer alteração. Isto acontece devido à redundância do código genético.


· Apesar das mutações serem vistas apenas pelo lado negativo, estas quando eram manifestadas nas espécies mais antigas, provocaram a sua evolução. Estas alterações contribuem mesmo, para o acréscimo da variabilidade da população.

Algumas imagens sobre mutações, mais especificamente mutantes (pessoas em que se manfifestam as mutações). As imagens podem chocar a sensibilidade de algumas pessoas.

http://www.dominiosfantasticos.xpg.com.br/alhybrid.jpg;

http://www.acreditesequiser.net/wp-content/uploads/2007/07/gato.jpg

http://english.pravda.ru/img/2005/09/sirena2.jpg

http://www.assis.unesp.br/egalhard/imagens3/mps2.jpg (nanismo)

Video de um trabalho realizado por um grupo de alunos, sobre as mutações génicas (ao nivel dos genes) e as mutações cromossómicas (ao nivel dos cromossomas), (falado em português do Brasil):

Mecanismo da síntese de proteínas

A síntese de proteínas envolve duas etapas:

• Transcrição:
  A transcrição é um processo que ocorre no núcleo da célula, no qual a informação contida no DNA é transcrita para o RNA mensageiro, por complementaridade de bases, com ajuda da enzima RNA polimerase, que se fixa numa certa sequência de DNA e provoca a sua abertura, iniciando-se a transcrição da informação. A molécula de DNA é reconstituída, estabelecendo-se pontes de hidrogénio entres as bases azotadas que se complementam. Esta transcrição como ocorre no núcleo experimenta o processamento, em que o RNA atinge a maturação, passando a chamar-se de RNA funcional. O processamento é o nome dado à ligação entre os exões após e exclusão dos intrões. Ou seja, existem sequências de nucleótidos que não codificam informação, chamados de intrões, estes são eliminados, e como se encontram ligados a exões (codificam a informação), são estes, os exões que se irão unir entre si. Estas transformações, conduzem à formação do RNA funcional, que, posteriormente, fixa-se nos ribossomas, quando migra do núcleo para o citoplasma.
  
  
• Tradução:
  Este processo ocorre no citoplasma da célula, em que a informação do RNA mensageiro é traduzida numa sequência de aminoácidos. Neste processo o RNA de transferência (RNAt) tem um papel fundamental: interpreta a mensagem, selecciona os aminoácidos e transfere-os para os ribossomas. Cada um destes RNA tem uma sequência com três nucleótidos que é complementar a cada um dos codões do RNA mensageiro. A esta sequência de nucleótidos do RNAt dá-se o nome de anticodões.
  Os outros intervenientes neste processo são: as enzimas que têm a função de catalisar as reacções da síntese e o ATP que transfere energia para o sistema.

Figura 1 - Processo de transcrição e tradução do RNA

O processo de tradução envolve ainda outras três etapas:

Iniciação – A subunidade pequena liga-se ao RNAm em AUG (codão de iniciação). O RNAt transporta a metionina que se ligará ao codão de iniciação. A subunidade grande liga-se à pequena e o ribossoma fica então operacional.

Alongamento – o anticodão de RNAt, que transporta um aminoácido, liga-se ao segundo codão, por complementaridade. Estabelece-se uma ligação peptídica entre este aminoácido e a metionina. O ribossoma em seguida avança três bases. E o processo repete-se ao longo do RNA mensageiro.

Finalização – O ribossoma chega a um codão de finalização, e por complementaridade reconhece-o, e termina assim a síntese. Os restantes componentes do complexo, separam-se. As subunidades podem vir a ser utilizadas para formar um novo complexo de iniciação com uma molécula de RNAm.

Figura 2 - RNA mensageiro

Figura 3 - RNA de transferência

Figura 4 - RNA ribossómico

Decidi pôr este vídeo porque apesar de ser curto, explica bastante bem e simplificadamente o processo da síntese proteica:

O código genético

O DNA que se encontra no núcleo, tem como função produzir proteínas em que a sua síntese ocorre no núcleo. O código genético é assim considerado um código que resulta de uma sequência de nucleótidos, cuja esta sequência tem também correspondência com a sequência de aminoácidos. Estabelece então, um código de correspondência entre os quatro tipos de nucleótidos diferentes, e os cerca de 20 aminoácidos. É importante referir também que o conjunto de três nucleótidos no DNA designa-se de tripleto ou codogene, mas no RNA, mais especificamente no RNAm passa a ser designado de codão.

Quantos nucleótidos seriam então necessários para codificar 20 aminoácidos?

- Se 1 nucleótido codificasse um aminoácido existiriam 4 diferentes tipos de aminoácidos;

- Se 2 nucleótidos codificassem um aminoácido existiriam apenas 16 tipos de aminoácidos;

- Se 3 nucleótidos codificassem um aminoácido seria possível existir 64 tipos diferentes de aminoácidos logo, era mais do que suficiente para codificar os 20 aminoácidos.

Figura 1 - Código genético

· O código genético pode ser considerado redundante ou degenerado, isto é, vários codões podem codificar o mesmo aminoácido. (Exemplo: ACU, ACC, ACA, ACG codificam o aminoácido Treonina [Tre]);
· É também universal porque o mesmo codão pode codificar o mesmo aminoácido, em qualquer organismo, visto que há uma linguagem comum em quase todas as células;
· Porém o código genético não é ambíguo, ou seja, a cada codão corresponde somente um aminoácido;
· O terceiro nucleótido pertencente a cada codão não é tão específico como os outros dois primeiros;
· O tripleto AUG não codifica só o aminoácido metionina, como ainda tem outra função, que é o facto de ser o codão de iniciação, isto é, o que dará inicio à síntese proteica. Existem ainda os codões, desta vez, de finalização que dão por terminada a cadeia de síntese, e não codificam qualquer aminoácido.

Vídeo que mostra a origem do código genético:

Composição e estrutura do RNA

O RNA significa ácido ribonucleico, um nome muito semelhante ao já estudado DNA. Este ao nível da sua constituição também apresenta um grupo fosfato, uma pentose (a ribose) e uma base azotada, que no RNA podem variar entre citosina, guanina, adenina e uracilo (que no caso do DNA é a timina). O uracilo é considerada uma base de anel simples, que estabelece duas ligações de hidrogénio com a adenina.

Figura 1 - Estrutura do RNA

• Fluxo de informação genética – Biossíntese de proteínas

A sequência dos aminoácidos, de cada proteína encontra-se nos segmentos de DNA, designados de genes. Numa proteína o que determina a ordem dos aminoácidos, é a ordem dos próprios nucleótidos. A sequência de aminoácidos numa proteína é considerada, a expressão da mensagem genética do DNA.

Apesar de ser a sequência de bases no DNA que determina a sequência de aminoácidos na proteína, é o ácido ribonucleico que estabelece a transferência da informação.

Foram realizadas pesquisas que comprovaram que a célula utiliza moléculas de RNA formadas no núcleo que migram para o citoplasma, transportam assim a mensagem que estava contida num gene e procedem à leitura entre o DNA e os ribossomas, para que se dê a síntese proteica. Esse RNA tem o nome de RNA mensageiro (RNAm).
Existe ainda o RNA de transferência que tem como função, conduzir os aminoácidos da síntese proteica até às subunidades do ribossoma.
O RNA ribossómico (RNAr) que ainda não tem uma função bem definida, mas sabe-se que se entra na constituição dos ribossomas.

Figura 2 - RNA mensageiro e RNA transferência

Como ocorre a replicação do DNA

A descoberta da estrutura do DNA foi crucial para o estudo da sua hereditariedade, já que antes desta, nada tinha sido proposto relativamente ao processo de replicação do DNA, ou seja, ao modo como este se duplica antes da divisão celular.

Watson e Crick para além de terem proposto o modelo de dupla hélice para o DNA, sugeriram também uma possível forma desta molécula de replicar. Segundo estes investigadores, o facto das bases do DNA serem consideradas complementares, esta molécula pode-se autoduplicar de forma conservativa. É assim, que “nasce” a hipótese semiconservativa.
Esta hipótese semiconservativa diz que, cada uma das cadeias da molécula irá servir de molde para uma nova cadeia complementar. Assim, a molécula ao se replicar, originará duas moléculas filhas idênticas à molécula mãe original, mas cada uma delas contem uma das cadeias da molécula mãe antiga, e uma nova cadeia, recém-formada.

Alguns anos depois, o investigador Arthur Kornberg admitiu que a molécula de DNA podia-se replicar em laboratório. Mas outros investigadores defendiam que esta apresentava grandes dimensões para que o desenvolvimento da hélice ocorresse eficazmente. Foi então que surgiram mais dois modelos, que poderiam explicar a replicação da molécula de DNA.

- Hipótese conservativa: a molécula mãe não era alterada, e servia de molde para a construção da molécula filha, que seria formada por duas novas cadeias de nucleótidos;
- Hipótese dispersiva: cada molécula filha seria formada por fragmentos da molécula inicial, a partir de nucleótidos presentes na célula.

Matthew Meselson e Franklin Stahl, após tanta polémica em torno deste assunto, realizaram experiências que vieram comprovar a hipótese semiconservativa da replicação do DNA.

Na experiência A:
A1 – Cultivaram bactérias em meios de cultura distintos: um com isótopo pesado de azoto (15N) e outro com azoto normal (14N);
A2 - Deu-se a extracção do DNA das bactérias que se encontravam em cada um dos diferentes meios de cultura, e procedeu-se à sua centrifugação;
A3 - Verificou-se então que as cadeias de DNA das bactérias cultivada no meio com 15N eram mais densas que as do meio com azoto normal (15N).

Figura 1 - Experiência A

Na experiência B:
B1 - As bactérias foram cultivadas num meio de cultura com azoto pesado (15N);
B2 - Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido neste meio, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal (14N). Algumas bactérias foram retiradas deste meio (o seu DAN foi extraído e centrifugado), logo após a transferência, ou seja, no tempo zero (Geração 0). A percentagem de 15N era de 100%, e as bactérias encontravam-se no fundo do tubo da centrífuga.
B3 - Passados cerca de 20 minutos (tempo necessário para que estas se dividam e originem uma nova geração), foram novamente retiradas algumas bactérias, em que o DNA foi extraído e centrifugado. A percentagem da densidade intermédia é de 100% mas desta vez, de moléculas de DNA híbridas, ou seja, cadeias de 15N com cadeias de 14N (Geração 1)
B4 - Ao fim de 40 minutos, foi novamente retirada uma amostra, que sofreu o mesmo procedimento. Mas desta vez, a percentagem da densidade intermédia é de 50%/50%, ou seja, 50% de moléculas de azoto normal (14N) e 50% de moléculas híbridas (moléculas de 14N + moléculas de 15N).

Figura 2 - Experiência B

Chegou-se à conclusão, com esta experiências, que estes resultados apoiam sem qualquer tipo de dúvida, a hipótese semiconservativa. Isto porque, as bactérias do meio 15N quando são transferidas para o meio com 14N, este azoto é utilizado para produzir novas cadeias de DNA. Sendo assim, a molécula de DNA apresenta uma cadeia de nucleótidos com azoto pesado (15N) que fazia parte da cadeia antiga, e outra com azoto normal (14N) que era originária da cadeia recém-formada.

Estes video podem ajudar à compreensão da replicação do DNA. Infelizmente, nenhum video, em que se falasse bem o português. Espero que consigam entender:

A estrutura do DNA

James Watson e Francis Crick, com base em experiências realizadas anteriormente, apresentaram um modelo de estrutura tridimensional do DNA: o modelo de dupla hélice do DNA.

A molécula de DNA, segundo este modelo é constituída por duas cadeias polinucleotídicas, que se denominam de antiparalelas, porque se dispõem em sentidos contrários, como irei explicar mais à frente.
O DNA em si, é formado por milhões de nucleótidos, que estabelecem ligações uns com os outros. Estes mesmos nucleótidos têm designações de acordo com a base azotada que entra na sua constituição. Os nucleótidos são estruturas bastante simples, constituído cada um por três componentes: uma base azotada, um grupo fosfato e uma pentose.

As quatro bases azotadas são: a guanina (G), a citosina (C), a adenina (A) e a timina (T).
A adenina e a guanina são consideradas bases de anel duplo (ou púricas), e a citosina e a timina são consideradas bases de anel simples (ou pirimidicas).
Quanto às ligações, a guanina e a citosina estabelecem ligações entre si, por três ligações de hidrogénio (G=C), enquanto que a timina e a adenina, estabelecem ligações uma com a outra, por duas ligações de hidrogénio (A=T).

Figura 1 - Estrutura do DNA

A desoxirribose é a pentose do DNA, e é um açúcar composto por cinco carbonos. O considerado primeiro carbono é o 1’ (um linha) e o segundo é o 2’ (dois linha), e assim sucessivamente. Deste modo, a base azotada liga-se ao carbono 1’ da pentose, e o grupo fosfato liga-se ao carbono 5’ também da pentose. O nucleótido seguinte ligar-se-á pelo grupo fosfato, ao carbono 3’ da pentose do nucleótido anterior. Podemos concluir que a extremidade 3’ livre de uma cadeia corresponde à extremidade 5’ livre da outra, o que explica o facto das cadeias complementares da molécula de DNA serem consideradas antiparalelas.

Ainda relativamente ao DNA é importante saber que:
- A percentagem de citosina no DNA é semelhante à da Guanina, e a percentagem de adenina é semelhante à de timina.

Figura 2 - Francis Crick (em cima) e James Watson (em baixo)

Video que pode ajudar a perceber melhor a estrutura do DNA:

Descoberta da molécula de DNA (Investigações) - continuação

No ano de 1952, os investigadores Alfred Hershey e Martha Chase, realizaram várias experiências com vírus que infectam bactérias, designados mais propriamente de bacteriófagos. Os vírus são constituídos por uma cabeça, que apresenta invólucro proteico e que contém no seu interior o DNA, e ainda é constituído pela cauda, que permite a sua fixação à bactéria.

Figura 1 - Bacteriófago (vírus que infectam bactérias

Estes investigadores quando deram início às suas experiências, consideraram que os vírus não penetram nas células, ficando a sua cápsula no exterior; as proteínas da cápsula possuem enxofre e não fósforo; e o DNA possui fósforo e não tem enxofre na sua constituição.

Foram isolados dois lotes de bacteriófagos, que marcaram radioactivamente, para seguirem o trajecto das moléculas no interior das células:
- No lote 1, marcaram só o enxofre das proteínas;
- No lote 2, marcaram só o fósforo do DNA.


LOTE 1 – As proteínas ficaram radioactivas e foram infectar bactérias não radioactivas. A radioactividade permaneceu no exterior da célula, ou seja, a cápsula não entrou para dentro das bactérias.
LOTE 2 – O DNA ficou reactivo, visto que foi cultivado num meio com fósforo. Este foi infectar as bactérias não radioactivas. A radioactividade encontrava-se no interior das células. Originando a formação de novos vírus no interior das bactérias.
Passados 30 minutos a parede da bactéria rompe e libertam-se para o exterior os novos vírus acabados de serem formados.

Com esta experiência, concluiu-se que apenas o DNA viral penetra nas bactérias e não as proteínas, logo é o DNA o que contém a informação necessária para a produção de novos vírus, reforçando assim a ideia de que é o DNA o suporte da informação genética.

Figura 2 - Resultados obtidos por Hershey e Chase

Descoberta da molécula de DNA (Investigações)

Um ser humano é constituído por biliões de células. Mas apenas uma contém toda a informação genética, ou seja, a informação precisa para o nosso desenvolvimento e esta tem o nome de ovo ou zigoto (célula inicial).

Na primeira metade do século passado, os cientistas acreditavam que a informação necessária para o desenvolvimento de cada organismo estaria contida nas proteínas. Esta crença devia-se ao facto das proteínas serem macromoléculas com grande heterogeneidade e especificidade funcional. Apesar disto, foram realizadas várias investigações que vieram a comprovar que um outro grupo de moléculas é que era responsável pelo armazenamento de moléculas, o grupo dos ácidos nucleicos. Contudo, esta descoberta teve pouco impacto nos cientistas porque se sabia muito pouco acerca destes, e eram consideradas moléculas com propriedades simples para conseguirem transportar a informação genética, ou seja, codificar todas as características genéticas diferentes.

As investigações que irão ser apresentadas em seguida, foram um passo muito importante para a descoberta do DNA, como local de armazenamento do material genético:

Experiência realizada por Griffith
Em 1928, o cientista Frederick Griffith, realizou as primeiras experiências relativas ao ADN, utilizando uma bactéria que causava a pneumonia (pneumococos). Existiam dois tipos de bactérias:

• Bactérias do tipo S – consideradas patogénicas, com um aspecto liso, e possuíam uma cápsula que lhes conferia uma resistência à fagocitose;
• Bactérias do tipo R – consideradas não patogénicas, tinham um aspecto rugoso e não apresentavam cápsula, daí serem vulneráveis à fagocitose.
  

Griffith realizou quatro diferentes experiências, em cobaias, neste caso, em ratos:

Experiência 1 – São injectadas bactérias vivas do tipo S (com cápsula). O rato contrai pneumonia e acaba por morrer;
Experiência 2 – São injectadas bactérias vivas do tipo R (sem cápsula). O rato sobrevive, ou seja, continua saudável;
Experiência 3 – São injectadas bactérias mortas, devido ao calor, com cápsula (tipo S). O rato sobrevive, ou seja, continua saudável.
Experiência 4 – é injectada uma mistura de bactérias do tipo S (com cápsula), mortas pelo calor, com bactérias vivas do tipo R (sem cápsula). O rato contrai pneumonia e acaba por morrer. São encontradas bactérias vivas do tipo S, no sangue do rato. Pode-se concluir que as bactérias do tipo R, adquiriram a cápsula das bactérias do tipo S, apesar de estas se encontrarem mortas, o que terá provocado a morte do rato.

Figura 1 - Experiência realizada por Griffith

Griffith foi incapaz de explicar a natureza química do agente transformante, daí outros cientistas terem continuado a realizar experiências para chegarem a uma conclusão.
É então que no ano de 1944, Oswald Avery e os seus colaboradores (Maclyn McCarty e Colin MacLeod), realizam experiências e descobrem qual o agente transformante.

Estes obtiveram uma mistura de bactérias do tipo S mortas pelo calor, com bactérias vivas do tipo R. Uma das amostras desta mesma mistura, foi tratada pela enzima protease (degrada as proteínas) e outra amostra foi tratada pela enzima DNAase (enzima que degrada o DNA). Foram assim colocados, dois ratos em lotes distintos, cada um com uma amostra diferente. Na amostra tratada pela enzima protease, os ratos não sobrevivem, enquanto que na amostra tratada pela enzima que degrada o DNA (DNAase) os ratos, conseguem sobreviver.

Figura 2 - Experiência realizada por Avery

De acordo com os resultados das experiências de Griffith e com base nas observações de Avery, conclui-se que: o DNA das bactérias do tipo S, mortas pelo calor, é incorporado nas bactérias do tipo R e deste modo as bactérias do tipo R passam a ter informação para produzirem cápsula, o que as torna virulentas, provocando a morte ao rato.

Logo, é o DNA o agente transformante, ou seja, o que transmite a informação genética de um individuo para o outro.

Extracção do DNA - actividade experimental

Foi realizada uma experiência para explicar a extracção das moléculas de DNA (figado). Os objectivos desta experiência eram:

• Identificação das substâncias responsáveis pela extracção do DNA;
• Estudo as várias etapas e os princípios que as fundamentam;
• Visualização das moléculas de DNA.

Aqui fica um vídeo de como se pode observar o DNA (neste caso, em células epiteliais humanas), depois da experiência já realizada.

Concluiu-se, após a experiência, que: A extracção e observação do ADN contido nas células do fígado ocorreram com sucesso.
Tendo em conta a disposição das moléculas de ADN na proveta (ascenderam, ficando os restantes constituintes celulares no fundo), conclui-se que estas não se dissolvem com facilidade e que são pouco densas. (conclusão do relatório de: Ana Sofia Vitor e Daniela Dias)

DNA - o que é?

O programa genético está presente no ácido desoxirribonucleico (DNA), molécula que é crucial na actividade celular, visto ser esta que comanda. Encontra-se no núcleo da célula. Variam de um tipo celular para outro o número e o tamanho das moléculas, mas sobretudo a informação que contêm. A diferença entre os seres eucariontes e seres procariontes dizem não só respeito à quantidade de DNA mas também à sua organização e localização.

Nas células procariontes, o DNA encontra-se no nucleóide, como demonstra a imagem acima.

Nas células eucariontes, o DNA encontra-se no núcleo. A figura acima é uma célula eucarionte animal.