Mutação e Reparo

Prévia do material em texto

Mutação e Reparo
Prof. Fabricio Fernandes
Mutação
• Conceito: processo que produz um gene ou um conjunto de cromossomos
diferente do tipo selvagem.
• A mutação é especialmente significativa porque é fonte primaria da
mudança evolutiva; novos alelos surgem em todos os organismos, alguns
espontaneamente e outros resultantes de exposição à radiação ou
substâncias químicas no ambiente.
• Nosso foco será em eventos mutacionais que ocorrem dentro de genes
individuais.
• Chamaremos esses eventos de mutações gênicas.
Mutações de ponto
• O termo mutação de ponto (mutação pontual) refere-se tipicamente à
alteração de um único par de bases do DNA ou de um pequeno número de
pares de bases adjacentes.
• Os dois principais tipos de mutação de ponto no DNA são substituições de
bases (Transição ou transversão) e inserções ou deleções (Indel).
– Indel: adição ou deleção de um único par de bases.
– Transição: é a substituição de uma base por outra da mesma categoria química.
– Transversão: substituição de uma base de uma categoria química por uma base
de outra categoria.
Mutações de ponto dentro de genes
Mutações de ponto alterando recomposição
• É importante ter em mente a distinção entre a ocorrência de uma mutação
gênica – isto é, uma mudança na sequência de DNA de determinado gene –
e a detecção de tal evento no nível fenotípico.
Consequências das mutações de ponto
Mutações espontâneas
• As mutações gênicas podem surgir espontaneamente ou ser induzidas.
• As mutações espontâneas são aquelas de ocorrência natural e surgem em
todas as células.
A mutação é um processo aleatório. Qualquer alelo em qualquer célula pode 
sofrer mutação a qualquer momento.
Mecanismos de mutações espontâneas
Erros na replicação do DNA
• Embora a replicação do DNA seja um processo muito acurado, são
cometidos erros na cópia de milhões (e mesmo bilhões) de pares de bases
em um genoma.
• Um erro na replicação do DNA pode ocorrer quando se forma um par
errado de nucleotídeos (digamos, A–C) na síntese de DNA, levando a uma
substituição de bases que pode ser uma transição ou uma transversão.
Outros erros podem adicionar ou subtrair pares de bases, de modo que é
criada uma mudança de matriz de leitura.
Mecanismos de mutações espontâneas
Transições
• Cada base no DNA é capaz de
aparecer em uma ou várias
formas, chamadas de
tautômeros, que são isômeros
que diferem nas posições de
seus átomos e nas ligações
entre os átomos, podendo
parear de forma indevida.
Mecanismos de mutações espontâneas
Transversões
• A criação de uma transversão por um erro de replicação exigiria, em algum
ponto no curso da replicação, o pareamento errado de uma purina com uma
purina, ou uma pirimidina com uma pirimidina.
Mecanismos de mutações espontâneas
Mudanças de matriz de leitura
• O modelo que prevalece sugere que as indels surgem quando são
estabilizadas alças nas regiões unifilamentares por “pareamento deslocado”
(slipped) de sequências repetidas no curso da replicação. Esse mecanismo
às vezes é chamado de replicação deslocada.
Mecanismos de mutações espontâneas
Mudanças de matriz de leitura
Mecanismos de mutações espontâneas
Lesões espontâneas
• São danos de ocorrência natural no DNA, podendo gerar mutações. Duas
das mais frequentes lesões espontâneas resultam de depurinação e
desaminação.
• Depurinação: consiste na interrupção da ligação glicosídica entre a base e a
desoxirribose e a perda subsequente de uma guanina ou uma adenina do
DNA. Se essas lesões persistissem, resultariam em um dano genético
significativo porque, na replicação, os sítios apurínicos resultantes não
conseguem especificar uma base complementar à purina original.
Mecanismos de mutações espontâneas
Lesões espontâneas
• Desaminação: a desaminação de citosina produz uracila. Resíduos de
uracila não reparados irão parear-se com adenina na replicação, resultando
na conversão de um par G.C em um par A.T (uma transição G.C para A.T).
As mutações espontâneas podem ser geradas por processos diferentes. Os erros de 
replicação e as lesões espontâneas geram a maioria das substituições de bases 
espontâneas. Os erros de replicação podem causar também deleções que levam a 
mudanças de matriz de leitura.
Mutações induzidas
• As mutações induzidas surgem pela ação de alguns agentes, chamados de
mutagênicos, que aumentam a taxa de ocorrência das mutações.
• Eles podem substituir uma base no DNA, alterar uma base de modo que ela
faça um pareamento especificamente errado com outra base, ou danificar
uma base de modo que ela não possa mais parear com qualquer base em
condições normais.
• Provocar mutações em genes e observar as consequências fenotípicas é
uma das estratégias experimentais primárias usadas pelos geneticistas.
Mutações induzidas
Incorporação de análogos de bases
• Alguns compostos químicos são suficientemente similares às bases
nitrogenadas normais do DNA, de modo que são ocasionalmente
incorporados ao DNA no lugar das bases normais.
• Podem produzir mutações fazendo com que nucleotídeos incorretos sejam
inseridos em oposição a eles na replicação.
• Ex.: um análogo da adenina
Mutações induzidas
Mal pareamento específico
• Alguns mutagênicos não são
incorporados no DNA, mas alteram
uma base de tal modo que se
forma um mal pareamento
específico. Alguns agentes
alquilantes, como o
etilmetanossulfato (EMS) e a
amplamente usada nitrosoguanidina
(NG), operam por essa via.
• Tais agentes adicionam grupos
alquila (um grupo etila em EMS e
um grupo metila em NG).
Mutações induzidas
Agentes intercalares
• Esses agentes são moléculas que mimetizam pares de bases e são capazes
de inserir-se (intercalar-se) entre bases nitrogenadas empilhadas no cerne
da dupla hélice de DNA. Nessa posição intercalada, tal agente pode causar
uma inserção ou deleção de um único par de nucleotídeos.
Mutações induzidas
Danos a bases
• Um grande número de
mutagênicos danifica uma ou mais
bases, e, assim, não é possível um
pareamento específico de bases.
O resultado é um bloqueio da
replicação.
• Luz ultravioleta: As mutações com
maior probabilidade de serem
causadas por esses produtos são
lesões que unem resíduos de
pirimidinas adjacentes no mesmo
filamento.
Mecanismos de Reparo
• Após o levantamento dos numerosos modos pelos quais o DNA pode ser
danificado, você deve estar imaginando como a vida conseguiu superar
todos esses obstáculos e evoluir por bilhões de anos.
• A sobrevivência de um indivíduo está diretamente relacionada à sua
estabilidade genética.
• O fato é que os organismos, de bactérias a seres humanos ou plantas,
conseguem reparar eficientemente seu DNA.
Mecanismos de Reparo
Reversão direta de DNA danificado
• Um exemplo é o dano causado por luz UV. Uma enzima chamada CPD
fotoliase liga-se ao fotodímero e o divide para regenerar as bases originais.
Mecanismos de Reparo
Reparo por excisão de base
• Após a revisão do DNA pela DNA
polimerase, o reparo por excisão de
base é o mecanismo mais importante
usado para remover bases incorretas
ou danificadas.
• Como esses sistemas dependem de
complementaridade, ou homologia, do
filamento-molde com o filamento que
está sendo reparado, eles são
chamados de sistemas de reparo
dependentes de homologia.
Desoxirribofosfodiesterase (dRpase)
Mecanismos de Reparo
Reparo por excisão de nucleotídeo
• O reparo por excisão de nucleotídeo é uma via versátil que reconhece e
corrige o dano do DNA consequente sobretudo a danos causado por UV e,
ao fazer isso, alivia forquilhas de replicaçãoe complexos de transcrição
parados.
• É um processo complexo, que requer dúzias de proteínas. Apesar dessa
complexidade, o processo de reparo pode ser dividido em quatro fases:
1. Reconhecimento da(s) base(s) danificada(s).
2. Montagem de um complexo multiproteico no local.
3. Corte do filamento danificado alguns nucleotídeos antes e depois do sítio
danificado e remoção dos nucleotídeos (cerca de 30) entre os cortes.
4. Uso do filamento não danificado como molde para a DNApolimerase,
seguido de ligação do filamento.
Mecanismos de Reparo
Reparo pós-replicação: reparo de mal pareamento
• Os sistemas de reparo de mal pareamento
devem agir pelo menos de três maneiras:
1. Reconhecer pares de bases mal pareadas.
2. Determinar que base é a incorreta no mal
pareamento.
3. Remover a base incorreta e fazer a síntese de
reparo.
O sistema de reparo de mal pareamento corrige erros na 
replicação que não são corrigidos pela função de revisão da 
DNA polimerase replicativa. O reparo é restrito ao filamento 
recém sintetizado, que é reconhecido pela maquinaria de 
reparo em procariotos porque não tem um marcador de 
metilação.
Mecanismos de Reparo
Reparo de quebras bifilamentares
• O que ocorreria se ambos os filamentos da dupla hélice fossem danificados
de tal modo que a complementaridade não pudesse ser explorada?
• Por exemplo, a exposição aos raios X geralmente faz com que ambos os
filamentos da dupla hélice sejam quebrados em sítios bem próximos. Esse
tipo de mutação é chamado de quebra bifilamentar.
• Se não for reparada, a quebra bifilamentar pode causar inúmeras anomalias
cromossômicas, que resultam em morte celular ou estado pre ́-canceroso.
Mecanismos de Reparo
Reparo de quebras bifilamentares