Aula 5 - Mutações gênicas

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Mutações gênicas 
Aula 5 – Biologia Molecular 
Introdução – variação genética 
 Todos os organismos apresentam variações em alguma 
porção do genoma. 
 Os mecanismos que geram essas variações genéticas 
podem ser agrupadas em 4 categorias: 
 Mutação gênica 
 Mutação cromossômica 
 Recombinação 
 Transposição 
 
Mutações gênicas 
 Mutação gênica - definição 
Alteração na seqüência de um gene, gerando uma nova forma 
alélica (alelo) 
 Alelos 
 Cada forma levemente modificada de um gene é considerado 
um alelo. 
 O alelo mais encontrado, geralmente é adotado como 
referência, é chamado de alelo selvagem. 
 O outros alelos gerados por mutação do alelo selvagem, são 
chamados de alelos mutantes. 
 
 
2ª Rodada 
de 
replicação 
gênica 
1ª Rodada 
de 
replicação 
gênica 
reparo 
Mutações gênicas 
 Como as mutações gênicas são geradas? 
 
 
Alelo 
selvagem 
Alelo 
mutante 
Porque as mutações ocorrem? 
Mutações espontâneas e induzidas 
 Algumas mutações ocorrem espontaneamente por erros 
na replicação do DNA 
 Outras mutações são induzidas por agentes externos 
 Estes agentes externos são chamados de agentes 
mutagênicos 
Mutações espontâneas 
Bases tautoméricas 
 As bases nitrogenadas padrão podem apresentar 
isômeros raros (tautoméricas) 
 Os isômeros padrão das base nitrogenadas são as formas ceto e 
amino 
 Os átomos de H podem trocar de posição dentro da molécula, 
gerando as formas imino e enol 
 Estas alterações podem alterar o padrão de pareamento normal 
das bases gerando mutações 
Tautomeria de bases nitrogenadas 
T 
C 
Tautomeria de bases nitrogenadas 
A 
G 
Pareamentos anômalos raros 
C* – A 
Pareamentos anômalos raros 
T – G* 
Adição e perda de bases 
 Adição e perdas de bases são comuns em regiões de 
bases repetidas 
 Nestas regiões podem se formar alças 
 Dependendo de onde se forma a alça ocorre adição ou 
deleção de bases 
 Se a alça ocorre no DNA molde: deleção de bases 
 Se a alça ocorre na fita nova: adição de bases 
 Como o pareamento se mantém correto a replicação segue 
Adição e perda de bases 
 
Depurinações 
 São quebras espontâneas das ligações entre a base 
nitrogenada (purina) e a desoxiribose 
 Ocorre apenas em Adeninas e Guaninas 
 A perda da base nitrogenada pode ter dois destinos 
 A própria célula reconhece o nucleotídeo defeituoso e o 
substitui (mais comum) 
 Uma base nitrogenada qualquer pode ser adicionada no local, 
gerando a mutação (mais raro) 
Desaminações 
 São perdas de grupos amino da molécula de citosina 
 A molécula resultante é uma uracila 
 As bases no DNA são frequentemente metiladas 
 A metilação do DNA é uma forma de regulação gênica 
 Quando uma Citosina metilada (5-metilcitosina) sofre uma 
desaminação ela se transforma numa timina 
 Estas desaminações são alterações quimícas simples, logo este é 
tipo de mutação mais comum no DNA 
 
Desaminações 
Danos oxidativos 
 Espécies de oxigênio ativas são comuns nas células e 
podem gerar lesões no DNA formando bases defeituosas 
 As principais espécies de oxigênio ativas são: 
 Peróxido de hidrogênio 
 Radicais superóxido 
 Radicais hidroxila 
 As bases defeituosas podem fazer pareamentos errados ou 
bolquear a replicação do DNA 
 
 
Agentes mutagênicos 
Análogos de base 
 São moléculas que têm estrutura muito parecida com as 
bases nitrogenadas normais 
 Fazem pareamentos específicos com bases normais 
 Os mais comuns são: 
 5-Bromouracil (5-BU) 
 2-Aminopurina (2-AP) 
 
Agentes mutagênicos 
Análogos de base 
Agentes mutagênicos 
Ácido nitroso 
 Age causando desaminações em adeninas, guaninas e 
citosinas 
 Isto faz com que estas bases passem da forma amino 
para a forma ceto 
Agentes mutagênicos 
Ácido nitroso 
 
Agentes mutagênicos 
Agentes intercalantes 
 Estas moléculas se intercalam entre as bases do DNA, 
alterando a conformação da dupla hélice 
 Estas alterações levam à adição e deleção de bases 
durante a replicação 
Agentes mutagênicos 
Agentes alquilantes 
 São moleculas que doam grupos alquila à outras 
moléculas (bases) 
Agentes mutagênicos 
Raios ultravioleta 
 Dissipam sua energia para as moléculas de DNA 
 Os átomos do DNA excitado são mais reativos, podendo 
interagir com moléculas vizinhas 
Consequências das mutações 
 As mutações podem ser classificadas sob três aspectos: 
Em nível de alteração do DNA 
Em nível de alteração da proteína codificada 
Em nível fenotípico 
 
Mutações em nível de DNA 
Em nível de DNA, as mutações podem ser de dois tipos: 
 Adição ou deleção de bases (indels) 
 Mutações de ponto 
Substituição de um nucleotídeo por outro nucleotídeo 
As mutações de ponto podem ser: 
Transições 
(purinas por purinas ou pirimidinas por pirimidinas) 
Transversões 
(purinas por pirimidinas ou pirimidinas por purinas) 
 
Mutações em nível de DNA 
 As transições são mais freqüentes que as transversões 
 Apesar de existirem mais formas de transversões, as 
transições formam um arranjo mais estável. 
 
TRANSIÇÕES TRANSVERSÕES 
Purinas 
Pirimidinas 
Mutações em nível de DNA 
 Mutações diretas e reversas: 
Mutações do alelo selvagem são chamadas mutações 
diretas. 
Mutações do alelo mutante que o revertem para a 
condição selvagem são chamadas de mutações 
reversas ou retromutações. 
 Mutação direta 
Mutação reversa 
Mutações em nível protéico 
As mutações em nível de DNA podem gerar 4 grupos de 
efeitos: 
 Mutações silenciosas 
 Mutações de sentido trocado 
 Mutações sem sentido 
 Mudança de matriz de leitura 
 
Mutações em nível protéico 
Mutações silenciosas 
 A mutação altera um códon para outro códon do mesmo 
aminoácido 
 Não há alteração da proteína 
 Pode ocorrer diminuição na expressão da proteína devido a 
preferência por códon pela espécie (codon usage) 
 
Mutações em nível protéico 
Mutação de sentido trocado 
 A mutação altera ó códon de um aminoácido para o códon de 
outro aminoácido. 
 Se o aminoácido substituído é do mesmo grupo funcional do 
original, a função da proteína geralmente não é comprometida 
(mutação sinônima) 
 Se o aminoácido substituído é de grupo diferente, a função da 
proteína é comprometida (mutação não-sinônima) 
Mutações em nível protéico 
Mutações em nível protéico 
Mutação sem sentido 
 A mutação gera a substituição de um códon de aminoácido por 
um códon de parada. 
 As conseqüências para a proteína dependerá de quão precoce 
foi o término prematuro da cadeia. 
 
Mutações em nível protéico 
Mudança de matriz de leitura 
 Adições e deleções de pares de bases levam a um arranjo de 
códons alterado. 
 
Mutações em nível protéico 
Mudança de matriz de leitura 
 Adições ou deleções em múltiplos de 3 nucleotídeos 
apenas adicionam ou removem aminoácidos são menos 
danosas 
Mutações reversas 
Podem ser de dois tipos 
 Reversão exata 
Coloca a mesma base do alelo selvagem 
 AAA GAA AAA 
 A → G G → A 
 Reversão equivalente 
Mutação coloca uma base que resulta num códon do 
aminoácido selvagem ou do mesmo grupo funcional 
AGG ACG TCG 
 (Ser) G → C (Cis) A → T (Ser) 
 
Mutações em regiões não-codificantes 
 Mutações em seqüências regulatórias (promotoras) 
podem alterar a expressão do gene regulado 
Mutações em regiões não-codificantes 
 Mutações em sítios de reconhecimento de splicing 
podem alterar o padrão de remoção de íntrons 
Mutações em nível fenotípico 
Mutações morfológicas 
 Alteram características externas (visíveis) de um organismo 
Mutações letais 
 Mutações que geram alelos letais 
 Alelos letais: alelos que comprometem a vida do indivíduo ou a 
fertilidade do indivíduo 
Mutações condicionais 
 Mutações onde o efeito fenotípico só é percebido em condiçõesambientais específicas (condição restritiva) 
 
Mutações somáticas e germinativas 
Mutações somáticas 
 São mutações que ocorrem em células do tecido somático 
 Suas conseqüências dependerão de dois fatores: 
 Se o gene é um proto-oncogene (genes do ciclo celular) 
 Estágio do desenvolvimento no qual a mutação ocorreu 
 Se mutação ocorre numa célula que não irá se dividir mais, a 
mutação não é percebida 
 
Mutações somáticas e germinativas 
Mutações germinativas 
 São mutações que ocorrem em células formadoras de gametas 
 São mutações herdáveis, pois os gametas gerarão indivíduos 
mutados 
 As conseqüências da mutação são evidenciadas na prole 
 Mutações germinativas são detectadas em indivíduos afetados 
sem histórico da alteração na família (geralmente dominantes). 
 Se são recessivas, aparecem fenotipicamente quando há 
endogamia. 
 Mutações no cromossomo X são mais facilmente detectadas 
(hemizigose em homens) 
 
Mecanismos de reparo 
 Existem várias formas pelas quais uma célula pode 
corrigir uma mutação gênica 
Mecanismos de reparo 
 Os mecanismos mais comuns são a excisão de base e a 
excisão de nucleotídeos 
 Excisão de bases 
Mecanismos de reparo 
Excisão de nucleotídeo