Trabalhos de Estudantes  

Trabalhos de Biologia - 11º Ano

 

Ficha do trabalho:

Erros Celulares

Autores: Diana Costa

Escola: [Escola não identificada]

Data de Publicação: 15/01/2006

Resumo do Trabalho: Trabalho sobre erros nos mecanismos de síntese proteica, tipos, causas e consequências das mutações, realizado no âmbito da disciplina de Biologia (11º ano). Ver Trab. Completo

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Erros Celulares

Introdução

Com o passar dos tempos, o interesse pela origem do ser e consequentemente fenómenos a que a “ele” se associam, fizeram com que suscitasse o interesse de muitos cientistas, que através de muita pesquisa, descobriram o ADN, um dos aspectos que explicam muitas das características do ser Humano.

Ao ADN estão associados erros genéticos e suas implicações, temas que abordaremos neste trabalho, com o objectivo de perceber em que consistem, a sua aplicação, e as suas consequências.

DNA

O que é o ADN?

A sigla ADN é a abreviatura de Ácido Desoxirribonucleico. É no ADN que está contida toda a nossa informação genética, sob a forma de genes. A forma como cada um de nós é resulta da interacção dos nossos genes com o ambiente que nos rodeia, desde o momento em que somos concebidos até à morte.

Como é constituído o ADN?

O ADN é constituído por quatro tipos de “tijolos” básicos (nucleótidos) que se associam de uma forma específica, formando uma cadeia dupla: adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). É possível ler a cadeia de ADN, obtendo-se uma sequência de letras, como por exemplo, ATGATTCTGTAGCCTGATCCC. À sequência completa do ADN de cada célula chama-se o genoma.

Cada conjunto de três nucleótidos (também chamados bases) codifica um aminoácido, a unidade constituinte das proteínas. Quando existem erros na cadeia do ADN (mutações), poderão são incorporados aminoácidos errados na proteína, e esta deixará de funcionar correctamente – daqui resultam as doenças, como, por exemplo, o cancro. Muitas vezes os erros no ADN são transmitidos de pais para filhos – daqui resultam as doenças hereditárias.

Qual a estrutura do ADN?

O ADN tem a forma de um escadote enrolado, ou seja, de uma hélice dupla em que os degraus são formados por pares de bases ligadas entre si. A sua estrutura foi proposta há precisamente 50 anos por James Watson e Francis Crick em Cambridge, Inglaterra. A descoberta da estrutura do ADN abriu o caminho para se compreender como é que a informação genética é transmitida de pais para filhos, ou de uma célula para outra, isto é, como funciona a hereditariedade. Hoje em dia, esta descoberta tem um impacto em muitas áreas da vida moderna, tais como a saúde e a medicina, a reprodução, a alimentação, a longevidade, o ambiente e a indústria. A imagem da dupla hélice do ADN tornou-se também num ícone, utilizada por cientistas, artistas e organizações políticas, de tal modo que hoje é considerada a Mona Lisa da ciência.

Mutações

Uma transformação dos genes determina o aparecimento de novos caracteres. É esse fenómeno que resulta da alteração do ADN obtida sem interacção com outra molécula de ADN e que é responsável pela modificação hereditária das características do ser vivo onde ocorreu que se chama mutação. Ela actua do mesmo modo, em planos morfológicos, fisiológicos, bioquímicos, bem como psíquicos.

As mutações, conhecidas há muito tempo como monstruosidades hereditárias, foram estudadas primeiro pelo botânico holandês de Vries e sobretudo pelo geneticista americano Thomas Morgan,

Existem inúmeras mutações que por sua vez, se subdividem em mutações genéticas (mutações pontuais), mutações cromossómicas estruturais (mutações estruturais) e mutações cromossómicas numéricas .

A maior parte das mutações são invisíveis. Os genes mutados recessivos não se manifestam quando em presença dos alelos dominantes. Só se manifestam na sua ausência, em geral quando dois gâmetas portadores de um gene recessivo se reúnem pela fecundação. Alguns genes mutados apenas determinam pequenas modificações na composição química do organismo, provocando alterações diminutas e bastante difíceis de observar.

Uma mesma mutação pode reaparecer periodicamente.

Se for nociva, o gene mutado perder-se-á mais cedo ou mais tarde, visto que o organismo pode ser pouco viável ou ocorrer morte prematura.

O facto de se falar em genes normais e genes mutados não significa que os primeiros não provenham igualmente de mutações. A sua persistência deve-se ao facto de serem factores que determinam as características mais favoráveis, sendo possivelmente o produto de uma longa acção de selecção natural que conduziu à sua relativa estabilidade.

As mutações ocorrem correntemente em núcleos intercinéticos, isto é, numa fase em que não estão em divisão mitótica.

As mutações são sempre alterações bruscas e imprevistas do material hereditário.

Erros nos mecanismos de síntese proteica

Durante o processo de divisão celular e diferenciação celulares, ocorrem, por vezes, erros que conduzem à produção de células anormais, ou seja, a maior quantidade de erros ocorre aquando da divisão celular, devido à necessidade de duplicar cada cromossoma, de modo a que cada célula filha tenha uma cópia. Exemplos de processos onde ocorrem esses erros são na Replicação, na Transcrição e na Tradução.

Replicação

No decorrer da vida, o DNA sofre alterações denominadas de mutações, causadas por erros que ocorrem durante a duplicação do DNA, necessária para a divisão celular. O aparecimento de mutações no DNA ocorre em todos os seres vivos, um processo que é fundamental para a evolução e diversidade das espécies.

O DNA polimerase pode corrigir erros de replicação.

Durante a replicação tem-se cerca de 1 erro em cada 109 ou 1010 nucleotídeos. Como este número é muito pequeno pensou-se que não seria possível tanta fidelidade de replicação dada pelo pareamento de bases, mesmo porque estudos relataram que se os erros derivassem única e exclusivamente do pareamento de bases a frequência de erros seria muito maior. Estes dados levaram pesquisadores a desconfiar da existência de outro factor ou factores que estariam agindo para diminuir os erros da replicação. A resposta a esta dúvida veio a ser esclarecida através da observação da existência de uma das acções das enzimas DNA polimerases I e III, na sua acção exonucleásica de 3’ para 5’, retirando nucleotídeos em direcção oposta àquela em que funciona a polimerase. Se um nucleotídeo errado é inserido na cadeia, a enzima polimerase reconhece, pois os nucleotídeos não irão formar pontes de hidrogénio, e retorna ao ponto onde ocorreu o erro hidrolisando o nucleotídeo errado a partir da extremidade 3’. Depois de removido o nucleotídeo a enzima polimerase continua agindo, agora com actividade polimerásica. Esta revisão e a capacidade de correcção são muito importante pelo facto de que erros na replicação comprometem toda a espécie enquanto que erros na transcrição ou na tradução comprometem apenas uma proteína de determinada célula.

Actualmente, sabe-se que a replicação do DNA é um processo com alguma complexidade que envolve a acção de algumas enzimas (Helicase e a Primase).

Existe erros tanto na replicação como na transcrição do DNA para RNA. A única diferença é que existe maior probabilidade de erros na transcrição do que na replicação. O mecanismo de replicação é descrito da seguinte maneira:

 

Transcrição

Aquando da transcrição de informação de DNA a RNA, as duas cadeias de DNA separam-se parcialmente. A cadeia sense, (aquela que ocorre no sentido: 5’ para 3’), separa-se da cadeia antisense (que ocorre de 3’ para 5’). A cadeia de DNA antisense é usada como molde pelas enzimas da transcrição para a produção do mRNA. Este processo é designado de transcrição. A figura seguinte pretende representar, de forma simplificada, o mecanismo de replicação do DNA.

Tradução 

A tradução é um processo em que utiliza a informação genética proveniente da transcrição para sintetizar proteínas. Essa informação desloca-se para o citoplasma coordenando a sequência de aminoácidos. Para além  do mRNA estão envolvidos o tRNA e o rRNA.

Neste processo o erro que pode ocorrer é na leitura feita através do mRNA que , se engana, a tradução da cadeia é transferida erradamente para o tRNA, passa para o rRNA até ao aminoácido. Logo, se acontece algum erro ele assim irá para a síntese de proteínas.

Na síntese de RNA não ocorre o fenómeno de reparo, fenómeno que ocorre na replicação do DNA, mas como o RNA não sofre replicação os possíveis erros não são passados para futuras gerações. Durante a transcrição, apenas um gene de cada fita de DNA é transcrita. Logo, se ocorrer um erro dentro do gene, ele vai ser transcrito para o DNA. Em alguns organismos uma cadeia é molde para alguns genes e a outra para outros genes, em outros organismos todos os genes transcritos estão na mesma cadeia de DNA.

Tipos de Mutações

Existem dois tipos de mutações genéticas: as mutações cromossómicas e as mutações génicas.

Mutações Génicas

As mutações génicas são as que alteram a informação de um gene através da adição, substituição ou perda de bases, alterando ou não uma sequência de aminoácidos codificada pelo gene, ou impedindo que essa sequência seja produzida.

As mutações génicas são a de substituição (troca de um nucleotídeo por outro), a adição (introdução de um nucleotídeo suplementar) e a deleção (perda de um nucleotídeo).

Substituição: Ocorre a troca de um ou mais pares de bases. Chama-se transição a substituição de uma purina por outra ou de uma pirimidina por outra e transversão a substituição de uma purina por uma pirimidina ou vice-versa.

Adição: Acontece quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA, modificando a ordem de leitura da molécula durante a replicação ou a transcrição.

5’ ATT CGA TAT TCA 3’   ----»     5’ ATT CGC ATA TTC A 3’

 

Deleção: Acontece quando uma ou mais bases são retiradas do DNA, modificando a ordem da leitura, durante a replicação ou a transcrição.

Quando o número de bases envolvidas não é múltiplo de três, a mutação altera a leitura da tradução a partir do ponto de mutação resultando numa uma proteína com sequência de aminoácidos diferentes.

Quando o número de bases envolvidas é múltiplo de três, a mutação resulta numa proteína com a adição ou falta de aminoácidos.

 

Mutações Cromossómicas

As mutações cromossómicas podem ser estruturais ou numéricas.

As estruturais derivam de duplicação, deleção, translocação e inversão.

Como as mutações cromossómicas alteram trechos inteiros de cromossomas, elas podem ser detectadas por técnicas histológicas como o bandeamento. 

- Duplicação: quando ocorre a presença de um pedaço duplicado do cromossoma, acarretando uma dupla leitura de genes

- Deleção: quando ocorre a perda de um pedaço do cromossoma, com a consequente perda de genes.

- Translocação: quando ocorre a troca de pedaços entre cromossomas não homólogos, provocando erros na leitura.

- Inversão: Não altera a proteina em termos genéticos. Ainda assim, é menos provável ocorrer justamente numa trinca de éxon.

Aspectos gerais

Origem de novos alelos

A mutação proporciona o aparecimento de novas formas de um gene e, consequentemente, é responsável pela variabilidade genética. Entretanto, o processo de melhoramento, via mutação, não é muito usado por ser caro, trabalhoso e de resultado incerto. Em caso de necessidade, é mais fácil fazer uso da variabilidade genotípica obtida pelos processos meióticos, do que tentar gerar variabilidade genética.

Podem ser reversíveis

As mutações podem se reverterem, mas a mutação nos dois sentidos não ocorrem com a mesma taxa. A reversão requer uma mudança específica, mas a mudança original pode ocorrer em qualquer um dos nucleotídeos da estrutura do gene. Em mutações espontâneas tem sido verificado que u (taxa de mutação) é aproximadamente 10 vezes superior a v (taxa de retromutação).

Mutações espontâneas vs induzidas

As mutações serão ditas espontâneas quando as causas que deram origem à alteração no DNA são desconhecidas. Quando se conhece a causa diz-se que a mutação foi induzida. Em geral, as mutações espontâneas ocorrem em proporção de 1/10^6 a 1/10^5. Através da indução pode-se aumentar a frequência da mutação, mas, de maneira geral, não se pode orientá-la, no sentido desejado.

Um exemplo de uma mutação espontânea vantajosa é o cultivar de soja "Viçoja" mutante originado de plantações de soja. Nestas plantações surgiu uma planta mais alta, tardia e que não segregou dando origem, posteriormente, ao cultivar "UFV - 1"

Podem ser recorrentes

Como as mutações se repetem tanto no tempo como no espaço, podemos associá-las a determinadas taxas, e deduzirmos teoricamente o seu efeito como agente de alterações da frequência genética de uma população.

Podem ser hereditárias

A mutação será hereditária quando atingir uma estrutura gamética ou qualquer órgão que venha contribuir para a formação da geração descendente. Uma mutação germinativa poderá ser transmitida de geração após geração, quando a espécie em consideração contar com algum processo que permita a multiplicação da mutação na área somática. Este facto é frequente quando a espécie contar com qualquer processo de propagação vegetativa. As mutações germinativas são consideradas as “verdadeiras mutações.

Podem afectar apenas o indivíduo onde ocorrem

As mutações que afectam apenas o indivíduo onde ocorrem chamam-se mutações somáticas. Têm como destino serem reparadas pelos mecanismos próprios do DNA, não têm efeito nem originam cancro, quando houver alterações na regulação ou na morfologia da célula. Afectam células somáticas e portanto não são passadas hereditariamente.

Causas de mutações

As mutações podem ocorrer espontaneamente ou serem induzidas por agentes mutagênicos. substancias químicas, tais como por exemplo, cafeína; álcool; inseticidas e fungicidas, presentes em vegetais e frutas, são responsáveis por uma parte daquilo que julgamos serem mutações espontâneas.

Os agentes mutagenicos dividem-se em três grupos: fisicos, quimicos e biológicos.

Fisicos

- Radiação: - A radiação de alta energia (raios gama, beta e alfa) causa mutações. A radiação do som é pouco concentrada em energia, porém, absorvida pelos tecidos vivos, converte-se em calor. Por sua vez, este pode aumentar a taxa de mutações. As radiações ionizantes (urânio) são naturais, mas responsáveis por grande parte das mutações.

- Temperatura: Em determinados organismos a variação de ºC pode duplicar a taxa de mutação

Químicos

- Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos: os hidrocarbonetos como aqueles presentes em qualquer tipo de fumo (tabaco principalmente), causam mutações no X.

- Outros químicos: como por exemplo arilaminas (corante industrial) no cancro da bexiga, aflatoxina (toxina de fungo presente em alguma comida bolorenta).

- Irritação crónica: a irritação crónica com morte e divisão celulares constantes leva a uma maior taxa de mutações devido à maior probabilidade de erros no X quando a sua replicação durante a divisão celular. Como exemplos disso temos, a Hepatite crónica por alcoolismo, a pancreatite crónica por alcoolismo ou a cistite crónica por infecção.

- Cafeína: é um derivado da purina; várias purinas foram indicadas como substâncias que causam quebras nos cromossomas de plantas e bactérias. Por este motivo, sempre houve grande interesse pela cafeína por causa da grande quantidade que o homem civilizado ingere através do chá ou café.

Biológicos

- Vírus: alguns vírus causam mutações no X. Alguns exemplos são o vírus Epstein-Barr, que causa a doença do beijo, Papilomavirus que causa a verruga e o condiloma acuminado (cancros do pénis e colo do útero), vírus da Hepatite B e C. 

- bactérias: a infecção do estômago crónica com Helicobacter pylori predispõe ao desenvolvimento de cancro do estômago e a linfomas associados à mucosa (Mal Tomas).

Exemplos de mutações

No Ser Humano podem ocorrer muitas mutações das quais passamos de seguida a enumerar algumas:

Exemplos de Mutações que podem causarem deficiências:

- Trissomia 21 – é uma representação em triplicado de um cromossomo.;

- Sindroma do grito de gato – é uma perturbação do desenvolvimento que tem por causa uma deficiência.;

- Anemia Falciforme – é uma das muitas mutações descritas da hemoglobina;

- Fenilcetonúria,

- Idiotice fenilpirúvica;

- Depranocitose;

- Trissomia XYY;

- Trisomia XXY;

- Monossomia X;

- Hiperploidia.

Exemplo de Mutações que podem levar à morte:

- Cancro (tumor) – é o nome de um tumor maligno que se refere geneticamente às doenças em que determinado grupo de células do corpo se divide de forma descontrolada, invadindo os tecidos. É causada por mutações no DNA, que podem ser hereditárias, mas mais frequentemente são adquiridas ao longo da vida.

- Fibrose cística – esta doença ataca os mais novos, danifica os órgãos digestivos e os pulmões levando à morte prematura

As mutações têm algum efeito positivo?

Com a série de doenças humanas causadas por mutações, o que dizer dos efeitos positivos? Com milhares de exemplos de mutações prejudiciais, seguramente seria possível descrever algumas mutações positivas se a macro-evolução fosse verdade.

Estas seriam necessárias não apenas para a evolução em direcção a uma maior complexidade, mas também para compensar os danos de muitas mutações prejudiciais. Porém, quando se menciona a identificação de mutações positivas, os cientistas evolucionistas ficam estranhamente silenciosos.

Mutações e o melhoramento

O processo evolutivo consiste basicamente em concentrar em uma população indivíduos com maior frequência de genes favoráveis. Um organismo evoluído é resultante de um processo de selecção, no qual as mutações que lhe eram vantajosas foram preservadas. Portanto, para estes indivíduos é pouco provável que alterações aleatórias nos genes possam contribuir para melhorias, uma vez que o organismo já se encontra em estágio avançado de selecção. Assim, de maneira geral, considera-se que a maioria das mutações são prejudiciais.

A mutação é responsável pela variabilidade genética e por extensão pela variabilidade genotípica. Ela fornece a matéria-prima para o processo evolutivo e, em algumas situações é fundamental para o melhoramento, cujo sucesso depende da existência de variabilidade. Entretanto, os organismos mais evoluídos apresentam uma grande diversidade de germoplasma (conjunto de DNA), que associado ao processo meiótico tem fornecido materiais adequados às exigências dos programas de melhoramento.

O uso de agentes mutagênicos é caro, trabalhoso e de resultado incerto. Seu uso tem se justificado quando não mais existe variabilidade no germoplasma.

Mutacismo

A ideia de que alguma informação acerca de ambientes antigos era armazenada em unidades que denominamos genes foi apresentada pela primeira vez por Gregor Johann Mendel em 1860. As suas ideias não foram aceites pela comunidade científica até que foram redescobertas por três biólogos no início do século XX.

Hugo de Vries, um dos três re-descobridores da natureza específica da informação genética, propôs que as mutações, por si sós, na ausência de selecção natural, podiam originar novas espécies. Esta hipótese foi denominada teoria mutacionista ou teoria da "saltação" ou mutacionismo.

Nem de Vries nem nenhum dos outros dois cientistas que defendiam o mutacionismo supunham que as interacções ente os organismos e o meio poderiam ser capazes de alterar a informação genética de uma população. Explicavam que as novas espécies ocorriam somente quando as mutações tinham efeitos drásticos nos indivíduos, de tal maneira que a formação de uma espécie era instantânea. Os mutacionistas consideravam que a selecção natural era estritamente uma força negativa, capaz da manutenção da carga genética da espécie por remoção da carga genética inapta. Hugo de Vries defendia que "a selecção natural pode explicar a sobrevivência do ajustamento mas não explica a chegada do ajustamento". De Vries desconhecia a selecção estabilizadora e rejeitava a hipótese da selecção direccionada como contributos para a evolução de novas espécies.

Esta teoria foi muito criticada, dizendo-se que, na reprodução sexual, as espécies necessitavam de dois indivíduos para se reproduzir e como tal a mesma mutação deveria ocorrer não só num indivíduo mas em dois - uma no macho e outra na fêmea - e os genes teriam que transportar o "esperançoso monstro" para as gerações seguintes.

Função das proteínas nas Características dos seres vivos

O DNA é um polímero com quatro tipos diferentes de bases: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) e Citosina (C). A série de bases é traduzida em sequências proteicas de acordo com os tipos de bases (cada aminoácido corresponde a uma série de três bases). Diferentes sequências de aminoácidos com diferentes propriedades químicas levam a diferentes comportamentos das proteínas. A substituição ou eliminação de uma única base pode levar a proteínas diferentes, mais quantidade produzida de uma proteína ou silenciamento do gene.

As proteínas não são simplesmente substâncias benéficas que obtemos da carne de outros alimentos. São sequências formadas nos genes de onde têm informações para determinadas características espalhadas por todo o corpo e são, também, moléculas complexas que apresentam um conjunto extraordinário de propriedades e funções, sendo componentes de elementos estruturais transportadores de oxigénio e anticorpos, além de serem enzimas essenciais e catalizadoras na própria molécula de DNA.

As proteínas compõem-se unicamente de aminoácidos. Embora existem apenas vinte variedades de aminoácidos, longas repetições de sequências múltiplas permitem dezenas de milhares de combinações de aminoácidos para formar uma grande variedade de proteínas. De facto, existem cerca de 50 mil tipos de diferentes proteínas no nosso corpo em que cada uma dessas combinações de codões é um gene.

As proteínas são uma parte muito importante de qualquer ser vivo. Elas entram na composição do nosso corpo e são essenciais para que a máquina humana trabalhe a todo vapor. Conhecer a função de uma proteína ajuda-nos a entender como essa máquina funciona.

Quando apanhamos sol sem protector solar, por exemplo, o DNA das nossas células tem que ser reparado. Porquê? Por que os raios ultravioleta, ou raios UV, podem quebrar o DNA. Se o DNA for danificado, essa célula pode morrer ou tornar-se cancerosa. Para que isso não aconteça as proteínas fazem uma reparação e consertam o DNA.

Existem várias proteínas que corrigem os erros nas cadeias do DNA e podem ser essas proteínas que reduzem a taxa de erros ou mutações a um mínimo. Se os genes destas proteínas sofrerem mutações, elas podem ser inutilizadas, ocorrendo maior taxa de mutações subsequente – fenómeno denominado instabilidade genética.

Proteínas que no momento de origem são inúteis podem vir a assumir alguma função no futuro, devido a mudanças de ambiente, mutação de outras estruturas ou adaptação do organismo.

Isso leva-nos de volta à principal função do DNA: produzir proteínas. Por isso é que as proteínas são importantes num ser vivo pois têm a capacidade de reparar e consertar o DNA através da produção de aminoácidos.

Conclusão

Com este trabalho, podemos concluir que a nível dos genes podem surgir erros que consequentemente provocam mutações e possíveis deficiências (físicas, mentais, etc.)

Podemos ainda acrescentar que é devido principalmente a uma “falha” na cópia do código genético do DNA para o mRNA que surgem erros, que por sua consequência darão origem às mutações.

Bibliografia

Livros:

- Manual de Biologia do 11º ano de Osório Matias e Pedro Martins, da Areal Editores;

Enciclopédias:

- Enciclopédia Encarta, Microsoft Home;

- Diciopédia O Poder do Conhecimento, Porto Editora Multimédia

Sites:

- www.google.com

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