Variações genéticas ou mutações em peixes

Neste artigo vamos discutir sobre: - 1. Conceito de Genética 2. Variações Genéticas e suas Causas 3. Mutações de Genes.

Conceito de Genética:

Com o advento de pesquisas nos últimos 56 anos após a descoberta do modelo de DNA de dupla hélice (Fig. 37.1).

A genética é dividida em ramos seguintes, que são áreas de pesquisa interligadas e sobrepostas:

(a) Genética da Transmissão (algumas vezes referida como Genética Mendeliana).

(b) Genética Molecular e

Todas essas genéticas juntas são responsáveis pela compreensão do processo e transmissão de variações genéticas de geração em geração.

Finalmente, está estabelecido que o DNA é o material genético. O aparecimento de caráter ou fenótipo no organismo é devido à variação genética, ou seja, as mudanças na seqüência da região codificante do gene e na formação de novas proteínas.

As mudanças também ocorrem na parte não-codificadora do DNA / RNA também. Agora está claro que as variações genéticas são a única causa até mesmo para a evolução. As variações genéticas também desempenham um papel importante na genética da população.

Variações genéticas e suas causas

Mutações são as fontes originais de toda a diversidade genética. Está agora provado, sem sombra de dúvida, que os materiais genéticos são DNA ou RNA. Assim, as mudanças no DNA (pequenas ou grandes) em um organismo são as razões para as variações genéticas.

Essas alterações podem ser produzidas por mecanismos internos ou externos ou por determinados agentes e são denominadas mutações. A diferença aguda entre a mutação verdadeira e outras modificações em um organismo é a sua herdabilidade. As mutações da linhagem germinativa são importantes, pois são hereditárias e passadas para a próxima geração.

Mutações são raras e ocorrem quando um gene se altera sem razão aparente. As mutações podem ser prejudiciais, neutras ou úteis. Mutações prejudiciais impedem a sobrevivência do organismo ou causam a morte. Neste caso, o indivíduo geralmente morre antes de poder se reproduzir e, assim, o gene mutante é eliminado.

Alguns mutantes são neutros, o que significa que eles não ajudam nem impedem a sobrevivência individual. Neste caso, o organismo pode sobreviver para reproduzir e passar o gene mutante neutro para a geração seguinte. Às vezes, a mutação acaba sendo útil, o que significa que a mutação ajuda o indivíduo a sobreviver no ambiente.

Neste caso, o organismo pode sobreviver para reproduzir e passar o gene mutante neutro para a geração seguinte. Às vezes, a mutação acaba sendo útil, o que significa que a mutação ajuda o indivíduo a sobreviver no ambiente.

Mutações são classificadas como mutações genéticas e mutações cromossômicas. A singularidade dos indivíduos dentro de uma espécie é devida a dois fatores; um é o DNA (Fig. 37.1) e outro é a reprodução sexual. A característica importante do DNA é que um filamento de DNA poderia servir de modelo para a síntese de novos filamentos.

Em segundo lugar, uma formação de mRNA, que codifica a proteína (aminoácidos), é gerada a partir de uma cadeia de DNA de sentido único. Este é o processo pelo qual o material genético poderia ser perpetuado dos pais para os filhos. O código genético consiste em uma longa série de códons consecutivos. Cada códon é um trio de três nucleotídeos, que codificam um aminoácido (20 aminoácidos que formam proteínas).

Os nomes desses aminoácidos com suas abreviaturas são dados na Fig. 37.2. A proteína é formada pela região codificadora do DNA. A estrutura primária da proteína é determinada por sequências de nucleotídeos ou bases que codificam sequências de aminoácidos. Também é importante notar que diferentes combinações de três nucleotídeos frequentemente codificam aminoácidos similares (Fig. 37.3).

O “dogma central da biologia molecular” afirma que a informação genética flui do DNA para o RNA para a proteína (Fig. 37.4).

Mutações Genéticas:

As mutações genéticas são ainda classificadas da seguinte forma:

(A) mutações espontâneas.

(B) Mutações de inserção e deleção ou mutações de deslocamento de quadro

(A) Mutações Espontâneas:

As mutações espontâneas ou mutações de fundo resultam devido a fatores internos, como um erro de replicação do DNA, erro na recombinação, mau acoplamento de danos no DNA, depurinação, desaminação das bases e movimento dos transposons. Eles ocorrem não por acaso, mas devido a mudanças bioquímicas definidas.

Estes são ainda classificados da seguinte forma:

(1) Substituição de par de bases

(2) mutações silenciosas

(3) mutações neutras

(4) mutações missense

(5) Mutações sem sentido (mutações Âmbar).

1. Substituição de Pares de Base:

As mutações de DNA mais comuns (mutações genéticas) são causadas devido ao par de bases (purina para purina, pirimidina para pirimidina e pirimidina para purina ou vice-versa) substituição na região codificadora do DNA. Como regra geral, se em um filamento de DNA, G (nucleotídeo) estiver presente, então em outro filamento automaticamente C (nucleotídeo) estará presente como eles são complementares.

Se em um filamento de DNA um par de bases, por exemplo G, for substituído por A, então a antiga combinação do GC será substituída por AT. Isto pode ser ainda classificado como mutações de transição ou mutações transversais. Na mutação de transição, a purina é substituída por outra purina na mesma cadeia de ADN ou uma pirimidina é substituída por pirimidina na mesma cadeia de ADN, isto é, a GC é substituída por AT e AT é substituído por GC.

Na transversão, a purina é substituída por pirimidina na mesma cadeia de ADN ou uma pirimidina é substituída por purina na mesma cadeia de ADN, ou seja, GC para CG ou TA e AT para AT para TA ou GC.

2. Mutações silenciosas:

É interessante notar que a substituição de sequências ou a mutação genética não produzirá alterações fenotípicas visíveis sempre. Esses tipos de mutações são conhecidos como mutações silenciosas. Por exemplo, se em um codon CUU devido à mutação agora se torna CUA ou CUG ou CUC codificará o aminoácido, leucina.

A partir do gráfico, fica claro que códigos diferentes codificam o mesmo aminoácido (Fig. 37.3). Por exemplo, existem seis combinações de codões que codificam a leucina. A razão é que, embora tenha ocorrido uma mudança de par de bases no codão de um alelo devido à mutação, mas devido à formação do mesmo aminoácido como produto final, não há alteração nas sequências de aminoácidos na proteína.

O código genético é degenerado e, em segundo lugar, porque muitos códons são responsáveis pela codificação dos mesmos aminoácidos. A anilina possui quatro códons (GCU, GCC, GCA, GCG), enquanto a histidina possui dois códons (CAU, CAC).

3. Mutação Neutra:

Mutaes neutras s tamb substituio de pares de bases no cod de alelos. Embora o códon produza um aminoácido diferente, a mudança de alguns aminoácidos na estrutura primária não altera a função da proteína. Por exemplo, se no códon do alelo original for CUU, o codon CUU codificará a leucina.

Mas se CUU for substituído devido a mutação e for alterado para AUU, o aminoácido isoleucina será codificado. Os dois aminoácidos, leucina e isoleucina, são quimicamente semelhantes, portanto, a alteração no aminoácido não alteraria a função da proteína, portanto, não haverá alteração fenotípica. O outro exemplo é o hormônio da insulina.

A insulina humana é uma proteína heterodimérica, composta por uma cadeia α com 21 aminoácidos e uma cadeia β com 30 aminoácidos (Fig. 37.5). A insulina de outros animais também é um dimmer semelhante à insulina humana. No entanto, a insulina do porco é diferente da insulina humana apenas em um aminoácido na posição 30 da cadeia β, em vez de Thr é Ala.

Caso contrário, não há mudança nas seqüências de aminoácidos nas cadeias α e β. A insulina da vaca é diferente da humana em três aminoácidos nas posições α8 (Ala em vez de Thr), α10 (Val em vez de IIe) e β-30 (Ala em vez de Thr).

Embora alguns aminoácidos são alterados, mas a mudança nesses aminoácidos não é crítica na função da insulina. Estas insulinas estão disponíveis no mercado para uso humano. Eles são fabricados pela tecnologia rDNA.

4. Missense Mutação:

Outra classe de mutação é conhecida como mutação missense, onde há uma substituição em apenas um par de bases, resultando na formação de um novo aminoácido. Às vezes causa algumas doenças.

A cardiomiopatia hipertrófica em seres humanos é causada devido a mutações de sentido errado no exon 13 da cadeia β do MHC (cadeia pesada de miosina), resultando na mudança de adenina para guanina e resultando na formação de gluatamina em vez de arginina (Fig. 37.6). Esta mutação missense causa o aumento do coração (ventrículo esquerdo).

5. Mutação Nonsense (Mutações Âmbar):

É uma forma de mutação na qual a substituição de pares de bases resulta no códon UGA, UAA ou UAG. Esses códons são códons sem sentido. Em tal mutação nenhum outro aminoácido é formado exceto a produção da proteína original. Ao contrário da mutação missense, as mutações sem sentido raramente exibem atividade parcial porque o produto proteico dos alelos é alterado de forma tão radical.

(B) Mutações de Deslocamento de Quadro / Mutações de Inserção e Exclusão:

Nestas mutações, há inserção ou deleção de um ou dois pares de bases (não múltiplos de três) no DNA. Isso resulta em quadro de leitura alterado de mRNA. Por exemplo, se a cadeia de codificação de ADN CAT CAT CAT CAT CAT tiver uma deleção de um único par de bases no par de bases 6, o ARNm lerá CAU CAC AUC AUC AUC, e assim por diante. A mutação de deslocamento de quadro geralmente tem efeito radical sobre o produto de proteína.

Erros de replicação de DNA podem causar mutações (Tautomerism):

Todas as bases (A, G, T, C) podem existir na natureza em duas formas tautoméricas ou a forma ceto ou enol se ela tiver um grupo hidroxilo, ou as formas imino e amino tem um grupo amino. O deslocamento tautomérico causa mutação porque as formas incomuns das bases nem sempre se encaixam adequadamente durante a replicação do DNA.

Tais mutações existem na natureza em uma em 10.000 bases ou 10 x 10. Essas estruturas alternativas não combinam adequadamente com suas bases complementares (Fig. 37.7a e b).

(C) Inserção do Transposon:

Estes são elementos móveis presentes no genoma e podem pular e inserir no DNA. Afirma-se que o DNA de 1-10 kb é capaz de se movimentar dentro do genoma. Sabe-se também que 50 a 80% das mutações são causadas pelo rompimento do gene. Estes também são responsáveis pela variação genética.

As aberrações cromossômicas são responsáveis pela origem das espécies:

A diferença entre as mutações cromossômicas e genéticas é que o rearranjo envolve longos segmentos de DNA, em vez de bases únicas. Geralmente ocorre no momento da replicação do DNA. Eles podem ser vistos no quadro microscópico na prófase no momento da formação do quiasma.

Recombinação adicional envolve em cromátides irmãs não homólogas (molécula única de DNA a partir de cromátides não homólogas) em vez de cromátides irmãs.

A teoria cromossômica da herança sugere que os genes (DNA) estão fisicamente localizados nos cromossomos e que a herança mendeliana pode ser explicada em termos do comportamento dos cromossomos durante a divisão celular. As chances de mutações são maiores e podem ser explicadas pelo exemplo a seguir.

Se o número de cromossomos no organismo diplóide é de 10 pares, então 10 são provenientes de machos (espermatozóides) e 10 são provenientes de óvulos femininos. Então as combinações possíveis seriam (2) ¹⁰ = 1024 (Beaumont & Hoare, 2003). Tais combinações aleatórias são possíveis segundo o principal da variedade de independência de Mendel. Isso significa que um grande número de variações genéticas é possível.

Embora as variações dos cromossomos não sejam mais usadas como marcadores em estudos populacionais, elas desempenham um papel importante na evolução e formação de novas espécies. Os exemplos da fusão de cromossomos resultando na formação de novas espécies estão disponíveis no gênero Drosophila.

A mutação cromossômica é uma alteração visível na estrutura dos cromossomos. Os próprios cromossomos sofrem mutação e evoluem e, antes do advento dos marcadores de alozyme, alguns geneticistas passavam grande parte do tempo esquadrinhando microscópios seguindo a herança de rearranjos cromossômicos.

As aberrações cromossômicas são classificadas como abaixo:

(a) Translocação

b) Inversão

c) Supressão

(d) Duplicação

O número de cromossomos para cada espécie é fixo se o número de cromossomos muda normalmente; no sentido mais amplo, seria uma nova espécie. A reprodução sexual desempenha um papel primordial na criação de variações genéticas.

A maioria dos rearranjos cromossômicos surge como resultado do erro durante a meiose. A teoria cromossômica da herança sugere que os genes (DNA) estão fisicamente localizados nos cromossomos e que a herança mendeliana pode ser explicada em termos do comportamento dos cromossomos durante a divisão celular.

Para os seres humanos, o número de cromossomos é 46 (23 pares; 22 autossomos e um par de XX ou XY), mas no óvulo ou no espermatozóide o número é de apenas 23 (haplóide). Em Drosophila melanogaster, o número de cromossomos é 8 (4 pares; 3 pares de autossomos e um par de XX ou XY).

uma. Papel de Translocação e Formação de Novas Espécies:

Os exemplos da fusão de cromossomos resultando na formação de novas espécies estão disponíveis no gênero Drosophila. Existem cinco espécies de Drosophila, a saber: subobscura, psuedoobscura, melanogaster, ananassae e willistoni.

Eles são derivados pela fusão de cromossomos e translocação entre cromossomos não homólogos. A fusão do cromossomo ocorre quando dois cromossomos não homólogos se fundem em um.

A condição ancestral existe em Drosophila subobscura, que possui cinco pares de acrocêntricos (forma de bastonete) e um par de pontos como cromossomos (Fig. 37.8). Drosophila pseudoobscura contém 4 pares de autossomos e um par de pontos como cromossomos. Diz-se que 4 pares em vez de cinco se originaram devido à fusão de um par de autossomo com cromossomos X da sub-ocular.

Os 4 pares de autossomos acêntricos são fundidos em dois pares de metacêntricos em Drosophila melanogaster e D. ananassae, mas nas últimas espécies uma inversão pericêntrica transformou o cromossomo X descêntrico em um pequeno metacêntrico.

Em Drosophila willistoni existem apenas três pares de cromossomos, sendo o cromossomo ancestral dot-like incorporado ao cromossomo X. A evolução do cariótipo em muitos outros grupos foi trabalhada.

b. Inversão:

Na inversão não há exclusão ou adição de material hereditário. Um fragmento de um cromossomo se rompe e se anexa à sua posição original em orientação invertida.

O cromossomo original pode conter o centrômero (inversão pericêntrica) ou não (paracêntrico). As inversões de heterozigotos cromossômicos podem ser reconhecidas pela presença de alças nas preparações citológicas de células no estágio paquíteno da meiose.

c. Eliminação:

As deleções cromossômicas ocorrem quando o filamento de DNA se rompe, mas não conserta. Os fragmentos ou pedaços de cromossomo (DNA) que não contêm centrômero (fragmentos acêntricos) serão perdidos durante a divisão celular subsequente. Uma doença conhecida como Cri devido à síndrome do Bate-papo, na qual o retardo do metal, a restrição do crescimento e o choro semelhante ao gato ocorrem no ser humano, é devido à deleção no cromossomo.

d. Duplicação:

A duplicação cromossómica fornece uma cópia adicional de um bloco de ADN (pedaços de cromossoma) com uma sequência genética completa. Quando a duplicação contém uma sequência genética completa, a seleção natural pode operar independentemente na seqüência nova e antiga para produzir variantes divergentes.

Sequências de DNA altamente repetitivas:

O DNA que é capaz de codificar proteínas no ser humano é muito pequeno. Apenas 3% do DNA é funcional e o resto é DNA lixo. Alguns deste DNA lixo contém pseudogenes, gene devido a razões desconhecidas não são funcionais.

Ainda outras partes do ADN não codificante compostas de sequências repetidas dispersas ou agrupadas de comprimento variável, de um par de bases (pb) a milhares de bases (kilo-bases, kb) de comprimento. Eles estão espalhados pela região do genoma chamados números variáveis de repetição em tandem (VNTR).

Estes são classificados da seguinte forma:

(1) Repetição simples em série (STR)

(2) Polimorfismo de comprimento de seqüência simples (SSLP), que contém tandem (ou seja, cadeias ligadas). Estas sequências podem ser curtas (1 a 10 pares de bases) ou muito mais longas. A principal característica dessas repetições em tandem é que o número de repetições pode variar entre os indivíduos. É relatado que o aumento e a diminuição no número de repetições ocorrem durante a cópia pela recombinação ou escorregamento da replicação.

Eles não são mutações pontuais, mas ocorrem em ritmo muito mais rápido. Variações no número de repetições nesses satélites (repete 100 a 5000 pb), minissatélite (5 a 100 pb) ou microssatélites (2 a 5 pb).

Muitas doenças humanas podem agora ser reconhecidas ou diagnosticadas com base em repetições de nucleótidos triplos (DNA).

É agora demonstrado que os tipos sanguíneos ABO em humanos são controlados por um gene com múltiplos alelos. No momento em transfusão de sangue humano para evitar a reação do anticorpo antígeno, o teste de grupo sanguíneo é feito, que não é senão conhecer múltiplos alelos.

Segregação e testes complementares são usados para saber se diferentes mutações são alelos do mesmo gene ou genes diferentes.

Poliploidia:

O aumento no número de cromossomos é conhecido como poliploidia. É uma condição em que os indivíduos têm mais de duas cópias de cada cromossomo. Por exemplo, o triplóide tem três conjuntos de cromossomos e o tetraploide tem quatro. A poliploidia ocorre naturalmente em algumas plantas. O melhor exemplo é o trigo, que é hexaplóide.

A tetraploidia ocorreu na história recente de peixes salmonóides. A poliploidia pode ser induzida artificialmente em espécies normalmente diploides para processos de aquicultura. Os organismos mudam ao longo do tempo e podem evoluir para novos organismos através do processo de evolução. A causa mais importante da evolução é a variação genética.