Mutações e Sistema de Reparo

“O que não dá prazer não dá proveito. Em resumo, senhor, estude apenas o que lhe agradar.”

William Shakespeare

Mutações: qualquer alteração na estrutura do DNA.

Tipos de Mutações

Quanto ao tecido envolvido:

- Mutações somáticas: surgem nos tecidos somáticos, que não produzem gametas. Ocorre alterações da fisiologia do organismo

- Mutações na linhagem germinativa: surgem nas células que ao final produzem gametas. Uma mutação desse tipo pode ser passada para gerações futuras, produzindo organismos individuais que leva a mutação em todas as suas células somáticas e germinativas.

• Quanto à natureza da mutação:

- Induzidas: causadas por agentes físicos e/ou químicos

- Espontâneas: resultam de mudanças naturais na estrutura do DNA.

• Quanto à localização no genoma:

- Ao nível do genoma

- Ao nível cromossômico

- Ao nível gênico

Tipos de mutações gênicas

Substituições de bases: é a alteração de um único nucleotídeo no DNA. As substituições são de 2 tipos:

-transição: uma purina é substituída por outra purina diferente ou, uma pirimidina é substituída por uma pirimidina diferente.

-transversão: uma piramidina é substituída por uma purina ou, uma purina é substituída por uma pirimidina.

Inserções e deleções: é a adição ou remoção,respectivamente, de um ou mais pares de nucleotídeos. As inserções e deleções dentro de sequências que codificam proteínas podem levar a mudanças de matriz de leitura do gene. As mudanças na matriz de leitura geralmente alteram todos os aminoácidos codificados por nucleotídeos após a mutação. Mas nem todas as inserções e deleções levam a mudanças na matriz de leitura. As inserções e deleções que constem em qualquer múltiplo de três nucleotídeos deixarão a matriz de leitura intacta, embora a adição ou remoção de um ou mais aminoácidos, ainda possam afetar o fenótipo. Essas mutações são chamadas de inserções e deleções in-frame, respectivamente.

Repetições expandidas de trinucleotídeos: mutações nas quais o número de cópias de um trinucleotídeo(um conjunto de 3 nucleotídeos) aumenta em número. As repetições expandidas estão associadas a diversas doenças genéticas. O aumento do número de repetições está relacionado a um aumento na severidade da doença e ainda ao aparecimento mais precoce da mesma com o passar das gerações.

Efeitos fenotípicos das mutações

Mutação de sentido trocado: é uma substituição de bases que resulta em um aminoácido diferente na proteína.

Mutação sem sentido: muda um códon que especifica um aminoácido em um códon de parada(término da tradução). Se uma mutação sem sentido ocorrer no

início da sequência de mRNA, a proteína será muito encurtada e geralmente não será funcional.

Mutação silenciosa: muda um códon para outro códon que especifica o mesmo aminoácido que o códon original, deixando inalterada a sequência de aminoácidos na proteína.

Mutação neutra: é uma mutação de sentido trocado que altera a sequência de aminoácidos da proteína mas não muda a sua função. As mutações neutras quando um aminoácido é substituído por outro que é quimicamente similar, ou quando o aminoácido afetado tem pouca influência na função da proteína.

As mutações de perda de função causam a ausência parcial ou completa da proteína normal. A mutação de ganho de função produz uma característica inteiramente nova ou faz com que uma característica apareça em um tecido impróprio ou na época imprópria do desenvolvimento.

Agentes mutagênicos

Agentes que induzem a aparecimento de mutações.

• Agentes físicos:

– Calor: cliva as ligações entre as bases e seus açúcares, formando sítios apurínicos e apirimidínicos – gera deleções de ponto.

– Luz ultravioleta (UV): forma dímeros de pirimidina (consiste principalmente em duas timinas) que distorcem a configuração do DNA e em geral bloqueiam a replicação.

| | | | | | |A G T A C G A

T C A T G C T| | | | | | |

| | | | | | |A G T A C A

T C T G C T| | | | | | |

calor sítios apurínicos

– Radiações ionizantes (raios-X, radiações a, b, e g): a alta energia nessas emissões quebram as ligações fosfodiéster e alteram as estruturas das bases nitrogenadas.

Agentes químicos

– Análogos de base: similaridade estrutural com determinadas bases nitrogenadas – geram mutações pontuais.

5-bromouracil – derivado da timina por substituição do grupamento metila (-CH3) por bromina (-Br) – pode parear com adenina, mas com mudança tautomérica pode parear com guanina.

Principais sistemas de Reparo do DNA

• Prevenção de erros

Sistemas enzimáticos que neutralizam compostos nocivos antes que eles reajam com o DNA.

Ex: Enzima superóxido dismutase converte radicais superóxido em peróxido de hidrogênio, e a enzima catalase converte o peróxido de hidrogênio em água.

• Reparo direto por fotorreativação

Presente em bactérias, protistas e plantas.

A enzima fotoliase reconhece e se liga a dímeros de pirimidina, mas a enzima não pode atuar no escuro – na presença da luz, a enzima catalisa uma reação que converte o dímero em monômeros de pirimidina, dissociando-se do DNA em seguida.

• Reparo por excisão de nucleotídeos

Remove lesões volumosas de DNA(tais como dímeros de pirimidina) que distorcem a dupla-hélice. É encontrado em células de todos os organismos, de bactérias a humanos.

Primeiro, um complexo de enzimas que escaneiam o DNA, procurando distorções de sua configuração tridimencional. Quando é detectada uma distorção, enzimas adicionais separam os dois filamentos de nucleotídeos na região danificada, e as proteínas de ligação unifilamentar estabilizam os filamentos separados. Em seguida , o arcabouço açúcar-fosfato do filamento danificado é clivado em ambos os lados do dano. Parte do filamento danificado é removida, e o espaço é preenchido pela DNA pol e ligado pela DNA ligase.

• Reparo por excisão de bases

Uma base modificada é primeiro removida e então o nucleotídeo inteiro é substituído. A excisão de bases modificadas é catalisada por um conjunto de enzimas chamadas de DNA glicosilases, cada uma das quais reconhece e remove uma base modificada específica. Após a base ter sido removida, uma enzima chamada AP corta o fosforil diéster e outras enzimas removem o açúcar desoxirribose. A DNA pol estão adiciona novos nucleotídeos, substituindo um trecho de nucleotídeos do filamento danificado. O corte no arcabouço fofodiéster é fechado pela DNA ligase.

• Reparo de pareamento errado.

Nucleotídeos inseridos incorretamente distorcem a estrutura tridimensional do DNA e, as enzimas de reparo de pareamento errado detectam essas

distorções. Após ter sido reconhecido o erro de incorporação, as enzimas de reparo de pareamento eliminam o trecho distorcido do filamento recém-sintetizado e preenchem o espaço com novos nucleotídeos, usando o filamento original como molde. Imediatamente após a replicação, o filamento velho é metilado e o filamento novo não. O complexo de reparo de pareamento errado coloca uma sequência não metilada GATC em íntima proximidade a bases de pareamento errado. Ele corta o filamento não metilado no sítio GATC, e degrada o filamento entre o corte e as bases de pareamento errado. A DNA pol e a DNA ligase preenchem o espaço no filamento não metilado com nucleotídeos corretamente pareados.

Doenças genéticas e Reparo por DNA danificado

Os defeitos no reparo no DNA são a causa subjacente de várias doenças de doenças genéticas. Muitas dessas doenças são caracterizadas por uma predisposição ao câncer.