Em Biologia, mutações são mudanças na sequência dos nucleotídeos do material genético de um organismo. Mutações podem ser causadas por erros de cópia do material durante a divisão celular, por exposição a radiação ultravioleta ou ionizante, mutagênicos químicos, ou vírus. A célula pode também causar mutações deliberadamente durante processos conhecidos como hipermutação. Em organismos multicelulares, as mutações podem ser divididas entre mutação de linhagem germinativa, que pode ser passada aos descendentes, e mutações somáticas, que não são transmitidas aos descendentes em animais. Em alguns casos, plantas podem transmitir mutações somáticas aos seus descendentes, de forma assexuada ou sexuada (em casos em que as gemas de flores se desenvolvam numa parte que sofreu mutação somática). Assim, essa classificação é pouco eficiente para plantas, se ajustando melhor a animais. Uma nova mutação que não foi herdada de nenhum dos pais é chamada de mutação de novo. A fonte da mutação não se relaciona com seus efeitos, apesar de seus efeitos estarem relacionados com quais células são afetadas pela mutação.
Mutações geram variações no conjunto de genes da população. Mutações desfavoráveis (ou deletérias) podem ter sua frequência reduzida na população por meio da seleção natural, enquanto mutações favoráveis (benéficas ou vantajosas) podem se acumular, resultando em mudanças evolutivas adaptativas. Por exemplo, uma borboleta pode produzir uma prole com novas mutações. A maioria dessas mutações não terá efeito. No entanto, uma delas pode mudar a cor dos descendentes desse indivíduo, tornando-os mais difíceis (ou fáceis) de serem vistos por predadores. Se essa mudança de cor for vantajosa, a chance dessa borboleta sobreviver e se reproduzir será um pouco maior, e com o tempo o número de borboletas com essa mutação irá formar uma maior proporção da população.
Mutações neutras são definidas como mutações cujos efeitos não influenciam a aptidão dos indivíduos. Essas mutações podem se acumular ao longo do tempo devido à deriva genética. Acredita-se que a imensa maioria das mutações não tem efeito significativo na aptidão dos organismos. Essa teoria neutralista foi desenvolvida por Motoo Kimura em seu livro "The Neutral Theory of Molecular Evolution". Além disso, mecanismos de reparo de DNA são capazes de corrigir a maior parte das mudanças antes que elas se tornem mutações permanentes, e muitos organismos têm mecanismos para eliminar células somáticas que sofreram mutações.
As mutações são consideradas o mecanismo que permite a ação da seleção natural, já que insere a variação genética sobre a qual ela irá agir, fornecendo as novas características vantajosas que sobrevivem e se multiplicam nas gerações subsequentes ou as características deletérias que desaparecem em organismos mais fracos.
Contexto histórico
Mutacionismo é um mecanismo de evolução proposto pelo geneticista pioneiro Hugo de Vries, em 1901, onde considerava que as mutações genéticas fossem, sozinhas, o principal mecanismo dirigindo a evolução das espécies. Essa é uma das várias alternativas à evolução por seleção natural que existiram antes e depois da publicação do livro de Charles Darwin, de 1859, sobre a origem das espécies. Na teoria, a mutação era o que criava novas formas e novas espécies, instantaneamente, como um salto repentino. Isso foi encarado como uma evolução motriz, limitada pelo suprimento de mutações.
Antes de Darwin, os biólogos geralmente acreditavam no saltacionismo, na possibilidade de grandes saltos evolutivos, incluindo especiação imediata. Por exemplo, em 1822, Étienne Geoffroy Saint-Hilaire argumentou que as espécies poderiam ser formadas por transformações repentinas, ou o que mais tarde seria chamado de macromutação. Darwin se opôs à saltação, insistindo no gradualismo na evolução e na geologia. Em 1864, Albert von Kölliker reviveu a teoria de Geoffroy. Em 1901, o geneticista Hugo de Vries deu o nome "mutação" a formas aparentemente novas que surgiram repentinamente em seus experimentos na prímula Oenothera lamarckiana e, na primeira década do século 20, mutacionismo, ou como de Vries a denominou teoria das mutações. Esta tornou-se um rival do darwinismo apoiado durante um tempo por geneticistas, incluindo William Bateson, Thomas Hunt Morgan e Reginald Punnett. Apesar da controvérsia, os primeiros mutacionistas já haviam aceitado em 1918 a seleção natural e explicado a variação contínua como resultado de múltiplos genes que agiam com a mesma característica, como a altura. O mutacionismo, com alternativas ao darwinismo, como o lamarckismo e a ortogênese, foi descartado pela maioria dos biólogos, ao ver que a genética mendeliana e a seleção natural podiam trabalhar prontamente juntas; a mutação tomou seu lugar como fonte da variação genética essencial para a seleção natural trabalhar. No entanto, o mutacionismo não desapareceu completamente. Em 1940, Richard Goldschmidt novamente defendeu a especiação em um passo por macromutação, descrevendo os organismos assim produzidos como "monstros esperançosos", ganhando ridículo generalizado. Em 1987, Masatoshi Nei argumentou controversamente que a evolução era frequentemente limitada por mutações. Biólogos modernos, como Douglas J. Futuyma, concluem que essencialmente todas as reivindicações da evolução impulsionadas por grandes mutações podem ser explicadas pela evolução darwiniana.
Classificação Por efeito na estrutura thumb|Ilustração de cinco tipos de mutação cromossômica. A sequência de um gene pode ser alterada de diversas maneiras. Mutações genéticas têm diferentes efeitos na saúde, dependendo de onde ocorrem e se alteram a função de proteínas essenciais. Estruturalmente, mutações podem ser classificadas em: Mutações de pequena escala, como aquelas que afetam um pequeno gene em um ou poucos nucleotídeos, incluindo: Mutação pontual: geralmente causada por substâncias mutagênicas ou erros na replicação do DNA, há a troca de um único nucleotídeo por outro. A mais comum, conhecida por transição, ocorre quando há a troca de uma purina por outra purina (A ↔ G) ou uma pirimidina por outra pirimidina (C ↔ T). Transições podem ser causadas por Ácido Nítrico, erro de pareamento entre as bases, ou mutagênicos análogos, como 5-bromo-2-desoxiuridina (BrdU). Um tipo de mutação pontual menos comum é a transversão, em que há a troca de uma purina por uma pirimidina, ou vice-versa (A/G ↔ C/T). Uma mutação pontual pode ser revertida por outra mutação pontual em que o nucleotídeo é mudado de volta ao seu estado original (reversão verdadeira) ou por ou por uma reversão a partir de outra mutação (uma mutação complementar em outro local que resulta no retorno do gene à função anterior). Mutações pontuais que ocorrem dentro da região codificadora da proteína podem ser classificadas em três tipos, dependendo do tipo de expressão apresentado pelo códon mutado: Mutação silenciosa: O códon codifica para o mesmo aminoácido; Mutação "Missense": Codifica para um aminoácido diferente; Mutação sem sentido: Codifica para um códon de parada, que interrompe a proteína antes de seu término. Inserção: ocorre pela adição de um ou mais nucleotídeos na sequência de DNA. Geralmente, esse tipo de mutação é causado por transposons ou erros durante a replicação de elementos repetitivos (sequências AT, por exemplo). Inserções na região codificadora de um gene podem alterar o corte (splicing) do mRNA, ou causar mudança no quadro de leitura dos códons. Ambas alterações podem alterar significativamente o produto gênico; Deleção: Há a remoção de um ou mais nucleotídeos da sequência de DNA. Assim como inserções, essas mutações podem modificar o quadro de leitura do gene. Geralmente elas são irreversíveis; apesar de teoricamente a mesma sequência poder ser restaurada por inserção, elementos de transposição capazes de reverter uma deleção muito curta (com uma ou duas bases) em um dado local são muito improváveis ou mesmo inexistentes. É importante notar que uma deleção não é o oposto exato de uma inserção. Enquanto deleções são aleatórias, inserções consistem de uma sequência específica sendo inserida em locais que não são completamente aleatórios. Mutações de grande escala da estrutura do cromossomo, incluindo: Amplificação (ou duplicação gênica): Criação de várias cópias de uma região cromossômica, aumentando a dosagem dos gênes dentro dela; Deleção de regiões cromossômicas, levando à perda dos genes presentes nessas regiões; Mutações cujo efeito é unir partes do DNA anteriormente separadas, potencialmente unindo genes de tal forma que surjam genes fundidos funcionalmente distintos. (por exemplo, bcr-abl). Esse tipo de mutação inclui: Translocação cromossômica: ocorre a troca de porções de cadeias de DNA entre cromossomos não homólogos; Deleção do interstício: Há a deleção de um segmento de DNA de um cromossomo, agrupando, assim, genes anteriormente distantes. Por exemplo, células isoladas de um astrocitoma, um tipo de tumor cerebral, têm uma deleção cromossômica que remove as sequências entre entre os genes "fundido em glioblastoma" (fig) e "receptor da tirosina kinase" (ros). O resultado da união entre esses genes é uma proteína de fusão, denominada FIG-ROS. Essa proteína tem uma atividade de kinase que causa transformação oncogênica (a transformação de células normais en cancerígenas). Inversão cromossômica: Ocorre a inversão da orientação de um segmento do cromossomo. Perda de heterozigozidade: Há a perda de um alelo por deleção ou recombinação num organismo que originalmente possuía dois alelos.
Por função genética de DNA Mutações de perda de função: são aquelas que resultam num produto gênico que tem menos ou nenhuma função, em comparação ao gene não mutado. Quando o alelo perde completamente a função, (alelo nulo), denomina-se uma mutação amórfica. Fenótipos associados a essas mutações geralmente são recessivos, exceto quando o organismo é haplóide, ou quando a dosagem reduzida do gene normal não é suficiente para produzir um fenótipo normal (este fenômeno é denominado haploinsuficiência). Mutações de ganho de função: mudam o produto gênico de forma que este ganhe uma nova função. Essas mutações geralmente tem fenótipos dominantes. Esse tipo de mutação pode ser denominado neo-mórfica. Mutações negativas dominantes (também conhecidas por mutações neo-mórficas): Há a produção de um produto gênico alterado que age de forma antagônica ao alelo selvagem. Essas mutações levam a uma ação molecular alterada (geralmente inativa) e são caracterizadas por um fenótipo dominante ou com dominância incompleta. Em humanos, a síndrome de Marfan é um exemplo desse tipo de mutação ocorrendo de forma dominante. Nessa doença, a glicoproteína produzida pelo alelo mutante é antagônica ao produto do alelo normal. Mutações letais: são mutações que levam à morte do organismo que a possui.
Por aspecto do fenótipo afetado Mutação morfológica: geralmente afeta a aparência externa de um organismo. Mutações deste tipo podem mudar a altura de uma planta, ou modificar suas sementes de lisa para rugosa. Mutação bioquímica: resulta em quebras nas rotas bioquímicas de transformação enzimática. Frequentemente, mutantes morfológicos são o resultado direto de modificações em rotas enzimáticas.
Pela herança A grande maioria dos organismos eucarióticos, incluindo o ser humano, contém duas cópias de cada gene em seu genoma - um de origem paterna e outro materna. As mutações podem ser então classificadas quanto à forma como são herdadas nesse sistema diplóide: Selvagem ou Homozigoto não mutado: ocorre quando nenhum dos alelos está mutado; Mutação em heterozigoze: quando apenas um dos alelos está mutado; Mutação em homozigoze: ocorre quando tanto o alelo parental como o maternal têm uma mutação idêntica; Mutação em heterozigoze composta: quando os alelos materno e paterno apresentam mutações diferentes.Medterms.com
Classe especial