MUTAÇÃO GÊNICA

E

REPARO DO DNA

Mutação:Mudança no material genéticoFonte de variabilidade genética necessária para evoluçãoRecombinação: novas combinações → SELEÇÃO NATURAL: preserva combinações mais bem adaptadas ao ambiente

Ausência de mutações:•Todos os genes em apenas uma forma•Ausência de alelos•Não adaptação à mudanças ambientais →mutação necessária à variabilidade genética

Mutações em alta frequência:•Impede transmissão fiel da informação genética de geração a geração

TIPOS:-mudança no número (aneuploidia) e estrutura dos cromossomos (deleções, inversões, translocações)-mudanças na estrutura do gene → sequência do DNA

MUTAÇÕES GÊNICAS

1- Erros durante duplicação do DNA-nt incorreto a cada 10 milhões de pb

2- Falhas no reparo do DNA após lesão

MUTAÇÃO:

1) SOMÁTICA: células somáticas-fénotipo mutante apenas nos descendentes desta célula-mutação não transmitida pelos gametas para a prole

2) GERMINATIVA: células germinativas (originam gametas) → se separam de outras linhagens celulares no início do desenvolvimento

-efeitos expressos na prole

MUTAÇÃO:

1) ESPONTÂNEA: sem causa conhecida-ocorrem raramente

2) INDUZIDA: resultantes da exposição a agentes físicos/químicos que causam mudanças no DNA

-mutágenos→ irradiação ionizante, luz ultravioleta, algumas substâncias

Exemplo : Resistência a antibióticos

(SELEÇÃO NATURAL)

• infecção bacteriana → introdução de antibiótico →grande mortalidade (organismos sensíveis) e mutantesmultiplicam-se para produção de populaçõesresistentes

•Tratamento inadequado: seleciona as bactériasresistentes ao antibiótico

•Consequências: para o paciente e para a bactéria

MUTAÇÕES de PONTO

2 tipos gerais:

1) Substituição de base: troca um par por outro

-Transições:

purina purina (A→ G ou G→A)

pirimidina pirimidina (T → C ou C→ T)

-Transversões:

purina→ pirimidina

pirimidina→ purina

2) Deleção / Inserção

- Mudança de matriz de leitura → mudanças das trincas de DNA(códons)

Tipos de mutações de substituição de base

Tipos de mutações de substituição de base

Mutação sem sentido e seu efeito na tradução

1- Erros na duplicação do DNA

2- Ineficiência dos mecanismos de reparo

3- Exposição a agentes mutagênicos

desconhecidos no ambiente

Mutações Espontâneas(Causas desconhecidas/acidentais)

RELEMBRANDO.....duplicação DNA

Mecanismo para explicar mutação espontânea:

Mudanças tautoméricas: estrutura do DNA não é estática, átomos de hidrogênio podem mover-se na molécula transitoriamente-bases permanecem em suas formas tautoméricas em curtos períodos de

tempo-formas tautoméricas mudam a estrutura de ligação da molécula, permitindo a formação de pontes de hidrogênio entre bases não complementares-problema: se uma base existe na forma rara no momento da duplicação (ao ser incorporada na nova fita de DNA) →MUTAÇÃO

alteração do pareamento de bases

A – CG – T

Pares de base com pontes de hidrogênio A-C e G-T que se formam quando citosina e guanina estão em suas

formas tautoméricas

Mecanismos pelos quais as mudanças tautoméricas causam mutações:

Exemplo:•Guanina sofre mudança tautomérica para forma rara enol (G*) na replicação•G* pareia com T•Próxima replicação G volta a sua forma estável•T pareia com A•Resultado: G-C → A-T

Mecanismo para explicar mutação espontânea:Depurinação: perda de uma base nitrogenada (purina – adenina e guanina)- Se sítio apurínicos não forem reparados não haverá uma base para servir como molde durante a replicação → DNA polimerase insere nucleotídeo aleatoriamente

Desaminação: perda do grupo amino da citosina ou adenina

Mecanismo para explicar mutação espontânea:

DANOS OXIDATIVOS:

DNA danificado por subprodutos dos processos celulares normais → respiração aeróbica

•Superóxidos (O2-)

•Radicais hidroxila (.OH)

•Peróxido de hidrogênio (H2O2)

Mais de 100 tipos de modificações no DNA incluindo mal pareamento na replicação

Mecanismo para explicar mutação espontânea:

Deslize da replicação (slippage):•Replicação pode levar a introdução de pequenas inserções / deleções•Ocorre em regiões com repetições de sequência•Ex. Doença de Huntington e Síndrome do X Frágil

Slippage

Consequências;Doenças humanas;

• Mecanismo de mutações:

– Mutações Splicing

• Retenção do Intron

• Eliminação de Exon

• Ativação de sítios crípticos de splice

Consequências

Mecanismo para explicar mutação espontânea:

TRANSPOSONS:

•Elementos transponíveis de DNA que podem se movimentar no genoma

•Mudança para região codificadora: interrupção do gene

Inserção de sequencias (IS) elemento transponível, IS1

Esquema da integração de um elemento IS no DNA cromossômico

Consequências

1- substâncias químicas

2- radiações

Mutações Induzidas

Análogos de base:

•Compostos que podem substituir as purinas ou pirimidinas durante biossíntese de ác. Nucleicos•Substância utilizada como mutágeno em experimentos•Possuem estruturas similares às bases normais•São incorporados à cadeia de DNA no lugar das bases normais durante replicação → levam a pareamentos errados

Corantes acridina:

Ex. acridina-laranja (corante para determinação de ciclo celular) e proflavina (antisséptico)

•Intercalantes de DNA: conferem rigidez à molécula•Alteração da conformação da dupla-hélice: dobras na molécula•Induzem mudanças de matriz de leitura → adições / deleções

- Agentes intercalares = são capazes de se

intercalar entre as bases de DNA;

- Intercaladas essas bases podem gerar deleções

ou duplicações;

Mutações geradas por agentes intercalares

Danos as bases

- Mutágenos que danificam uma ou mais bases

de modo a não realizar pareamento correto;

Luz UV estimula a formação do anel ciclobutil (dímero de pirimidina);

Luz UV: fotoproduto 6-4;

Aflatoxina B1 se liga aposição N-7 da guaninaresultando na formação deum sítio apurínico;

Alteração de bases

- Alguns mutágenos que não são incorporados no

DNA, mas alteram uma base;

Alquilação da Guanina = mau pareamento com Timina

Alquilação da Timina = mau pareamento com Guanina

Agentes alquilantes:

Ex. gás mostarda e metil/etil metano sulfonato

•1ª substância química tida como mutagênica →Uso na 1ª Guerra Mundial (arma química)•Doam grupos alquila (CH3 ou CH3-CH2) aos nucleotídeos•Transferência de grupos etil ou metil para as bases → pareamentos alterados•Irritação nos olhos, feridas na pele, pode levar as asfixia, carcinogênico

Ácido nitroso (HNO2):

•Potente mutágeno que atua no DNA replicantee não replicante•Desaminação de grupos amina em adenina, guanina e citosina

MUTAÇÕES INDUZIDAS POR RADIAÇÃO

Espectro eletromagnético

Ondas com comprimentos mais curtos que o da luz visível são mais energéticos → potencial para desordenar moléculas orgânicas

Radiação ionizante (raios X, gama e cósmicos):

-menores comprimentos de onda-alta energia-Raios X: usados em diagnósticos pois penetram nos tecidos vivos a longas distâncias causando ionização das moléculas encontradas

1) Raios colidem com átomos nas células → liberação de elétrons, íons positivos e radicais livres

2) Íons colidem com outras moléculas → liberação de elétrons adicionais → formação de cone de íons ao longo de cada raio de alta energia à medida que passa pelos tecidos

Consequências: formação de radicais livres (moléculas com elétrons alterados) causam mutações pontuais ou aberrações cromossômicas

Radiação não-ionizante (raios UV):

•menos energia que raios X

•Dissipam energia para átomos → excitação de elétrons →mutagenicidade

•UV: penetram apenas levemente nos tecidos (células da epiderme)

•UV: absorvida pelos nucleotídeos que entram em um estado mais reativo →formação de DÍMEROS DE TIMINA (influencia estrutura e replicação do DNA)

MECANISMOS DE

REPARO DO DNA

Os organismos possuem enzimas que

percorrem o DNA à procura de erros e iniciam

seu reparo

Categorias:

-Prevenção de erros;

-Reversão de danos;

-Reparo de excisão;

-Reparo pós-replicação;

-A maioria dos mecanismos de reparo ocorrem

em procariotos e eucariotos. Somente os

mecanismos dependentes de fotoreativação

ocorrem somente em bactérias;

Mecanismos de Reparo Biológico

1. Prevenção de erros:

Sistemas enzimáticos que neutralizam compostos

danificantes;

Ex. superóxido dismutase

Superóxido dismutase catalisa

radicais superóxido em

peróxido de hidrogênio;

Catalase converte em H e água;

Reversão de Danos

2. Reversão do Dano

2. Reversão do Dano

Alciltransferases:

- Removem alguns grupos

alcil que foram adicionados a

posições O-6 de guanina.

Transfere o grupo metila para

uma cisteína da proteína;

Remoção

3. Reparo por excisão

Reparo por excisão de base:

Reparo por excisão de nucleotídeos:HUMANOS:•~15 proteínas diferentes participam do processo•Mutações em genes que codificam proteínas de reparo levam à doenças

Reparo por excisão de nucleotídeos:HUMANOS:•~15 proteínas diferentes participam do processo•Mutações em genes que codificam proteínas de reparo levam à doenças

4. Reparo pós-replicação

4. Reparo pós-replicação

Reparo Acoplado à transcrição

Sistema SOS

Ex. XERODERMA PIGMENTOSO

•Defeito em uma das enzimas que faz reparo por excisão de nucleotídeo

•Extremamente sensíveis à luz do sol (UV)

•Alta frequência de câncer de pele

•Deficientes em enzimas que fazem o reparo de DNA mutado induzido pela UV → DÍMEROS DE TIMINA

•Características:-sintomas 1-2 anos de idade (sensibilidade para queimaduras de

sol, sardas, fotofobia)-envelhecimento precoce da pele, câncer-Algumas anomalias neurológicas: morte prematura de neurônios

(surdez, retardo mental, dano ocular)

Algumas consequências

das mutações

As mutações alteram as sequências de nucleotídeos no genes, os quais causam mudanças nas sequências de aminoácidos,

causando mudanças no funcionamento das proteínas

•Metabolismo ocorre por sequências de reações químicas → cada etapa catalisada por uma enzima específica codificada por vários genes•Mutações nestes genes produzem bloqueios em vias metabólicas

Mutações resultam em formas alteradas da enzima → atividade reduzida ou ausente

As mutações alteram as sequências de nucleotídeos no genes, os quais causam mudanças nas sequências de aminoácidos,

causando mudanças no funcionamento das proteínas

NORMAL ANEMIA FALCIFORME

Algumas substituições de aminoácidos que

foram documentadas nas cadeias de

globinas humana

ANEMIA FALCIFORME:

•Doença hereditária que causa malformações nas hemácias (forma de foice)•Formação da hemoglobina mutada (cromossomo 11) →moléculas da Hb se aglutinam e distorcem as hemácias•Deficiência no transporte de oxigênio•Diminui vida útil da hemácia → anemia•Sintomas: fadiga, palidez, aumento da viscosidade sanguínea (aglomeração de hemácias comprometidas que podem formar coágulos), dor•Heterozigotos possuem vantagem na África: regiões com altos índices de malária•Tratamento: transplante de medula óssea

Double Strand Breaks (DSBs)Quebras de dupla fita

Reparos de DSBs

Non-Homologous End Joining (NHEJ)Junção de extremidades não homólogas

Homologous RecombinationRecombinação Homóloga

Algumas consequências

das DSBs

Conversão Gênica

Envolvimento do telômero

DSB em regiões subterminaisou proximais;

Prófase meiótica

Cromossomos acrocêntricos;Mesma sequência in tandem;DSB;Recombinação não homóloga;Dispersão de sequênciasFusão??

Formação em bouquetPrófase I

RecombinaçãoNão homóloga

(evolução em concerto)e

End-to-end fusion

Par 1 de Ancistrus sp.

5S.2 + ITS

Migraçãopara membrana

rDNA(q) Proximal

(p)Subterminal

LEMBRAR:

•Mutações podem ocorrer em células somáticas e germinativas (passadas para a prole)•Mutações podem ser espontâneas ou induzidas•Mutação como um processo não adaptativo: ambiente seleciona organismos com mutações preexistentes de ocorrência aleatória •Vários sistemas de reparo do DNA desenvolveram-se para garantir a integridade da informação genética•Alguns tipos de cânceres estão ligados a defeitos nas vias de reparo do DNA