Aula 4 -Mutação gênica e reparo

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Universidade Federal de Uberlândia 
Instituto de Genética e Bioquímica 
Profa. Msc. Bruna Barbosa de Sousa 
MUTAÇÃO GÊNICA E REPARO DO DNA 
Podem ocorrer erros 
que são ou não 
reparados 
Frequência de erros Gravidade 
Replicação 
Transcrição e Tradução 
Repassado para 
as demais células 
Erro durante a 
replicação 
Não é corrigido Mutação no DNA 
Síntese de uma 
proteína diferente 
Variações 
no fenótipo 
Maléficas 
Evolução das espécies 
Mutações são fundamentais para 
evolução e diversidade das espécies. 
1- Mutagênese 
2- Reparo do DNA 
CONTEÚDO
Conceito: Qualquer alteração no DNA durante ou após a replicação. 
 
 
Consequência: A mutação pode levar à formação de uma proteína variante, passível de ter 
propriedades distintas em consequência de sua estrutura alterada. 
 
 
Fonte primária da Variabilidade Genética e do Processo Evolutivo. Sem a mutação os genes existiriam 
apenas em uma forma. 
MUTAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES
Quanto ao nível 
 
• Gênicas 
 Substituição de base 
 Deleções e adição de bases 
 
• Cromossômicas 
 Alterações numéricas 
 Alterações estruturais 
 
Quanto às causas 
 
• Espontâneas 
• Induzidas (agentes mutagênicos: álcool, cigarro, 
inseticidas, fungicidas...) 
 
Quanto ao tipo celular 
 
• Somáticas (doenças genéticas) 
• Germinativas (doenças hereditárias) 
 
 
 
 
Quanto às consequências 
 
• Morfológicas, bioquímicas, condicionais, 
reversas, perda de função, ganho de 
função, letais, deletérias, neutras, 
benéficas. 
Quanto ao nível 
 
• Gênicas 
Apenas em um gene ou poucos nucleotídeos 
 - Substituição de base 
 - Deleção de bases 
 - Adição de bases 
 
• Cromossômicas 
Segmento do cromossomo ou cromossomo inteiro 
 - Alterações numéricas; 
 - Alterações estruturais; 
GÊNICAS ou MUTAÇÕES DE PONTO 
 
 
• Substituição de base 
 
 
 
 
 
 
 
• Adição de base 
 
 
 
• Deleção de base 
 
 
Quanto ao nível 
Transição: purina  purina ou pirimidina  pirimidina 
Transversão: pirimidina purina C  A 
C  G 
T  A 
T  G 
A  C 
A  T 
G  C 
G  T 
A  G 
G  A 
C  T 
T  C 
A T C C A A G T A G A T 
A T C A C A A G T A G A T 
 
A T C C A A G T A G A T 
A T C A A G T A G A T 
 
GÊNICAS 
 
• Substituição de base 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Adição de bases 
 
 
• Deleção de bases 
 
 
Quanto ao nível 
Consequências... 
Mutação silenciosa (código 
degenerado) aaX aaX 
Exemplo mutação silenciosa: 
• ocorre quando a mutação é no terceiro nucleotídeo do códon; 
• não afeta a sequência de aminoácidos; 
• não origina fenótipo mutante. 
Oscilação 
GÊNICAS 
 
• Substituição de base 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Adição de bases 
 
 
• Deleção de bases 
 
 
Quanto ao nível 
Consequências... 
Mutação silenciosa (código 
degenerado) aaX aaX 
Mutação de troca de sentido 
“Mutação missense” 
aaX aaY 
Substituição conservativa: 
aaX e aaY quimicamente similares 
Substituição não-conservativa: 
aaX e aaY quimicamente diferentes 
Exemplo de mutação “missense”: 
• mutação é, principalmente, no primeiro ou segundo nucleotídeo do códon; 
• muda a sequência de aminoácidos; 
• pode causar fenótipo mutante. 
Conservativa: 
Não-conservativa: 
Mutação “missense”  Anemia Falciforme 
SINTOMAS: Cansaço, fraqueza e palidez. 
Hemácia em foice 
Hemoglobina S 
GÊNICAS 
 
• Substituição de base 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Adição de bases 
 
 
• Deleção de bases 
 
 
Quanto ao nível 
Consequências... 
Mutação silenciosa (código 
degenerado) aaX aaX 
Mutação de troca de sentido 
“Missense” 
aaX aaY 
Substituição conservativa : 
aaX e aaY quimicamente similares 
Substituição não- conservativa: 
aaX e aaY quimicamente diferentes 
Mutação sem sentido “Nonsense” 
(término prematuro da tradução) Códon códon de parada 
Exemplo de mutação “nonsense”: 
• mutação altera para códon de parada; 
• síntese da cadeia é interrompida; 
• gera fenótipo mutante (proteína inativa - interfere no peptídeo inteiro).
 
Substituição de base: 
Fenótipo Selvagem X Fenótipo Mutante 
GÊNICAS 
 
• Substituição de base 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Adição de bases 
 
 
• Deleção de bases 
 
 
Quanto ao nível 
Consequências... 
Mutação silenciosa (código 
degenerado) aaX aaX 
Mutação de troca de sentido 
“Missense” 
aaX aaY 
Substituição conservativa: 
aaX e aaY quimicamente similares 
Substituição não- conservativa: 
aaX e aaY quimicamente diferentes 
Mutação sem sentido “Nonsense” 
(término prematuro da tradução) Códon códon de parada 
Consequências além do sítio de mutação: 
Alteração na leitura do DNA a partir do ponto de mutação  Mutação de matriz de leitura 
 “Mutação frame shift” A T C C A A G T A G A T 
A T C A C A A G T A G A T 
 
Exemplo de adição ou deleção de bases  Mutação “frame shift” 
• Pode causar fenótipo mutante (perda total da função normal da proteína) , quando o número de bases inseridas ou 
deletadas não é múltiplo de 3. 
 
Adição de base 
Deleção de base 
Essas consequências ocorrem quando a mutação está em 
uma região codificante do gene! 
 
Mutação em região regulatória altera quantidade do 
produto gênico. 
Quanto às causas 
 
Ocorrem ao acaso, sem causa aparente (fatores 
endógenos). 
Ocorrem quando o organismo é exposto a um agente 
mutagênico (agentes exógenos). Ocorrem com maior 
frequência. 
Espontâneas
Induzidas
Ocorrem em qualquer local do gene  regiões repetitivas (pontos quentes) 
Erros na replicação Lesões espontâneas 
Espontâneas
GGGGGTGGGGGT 
CCCCCACCCCCCA 
Espontâneas
Erros na replicação: 
Pareamento incorreto das bases nitrogenadas  TAUTÔMEROS 
 
Isômeros: mesma fórmula molecular, 
mas ligações entre átomos estão 
distribuídos de forma diferente 
Formas tautoméricas das bases nitrogenadas: 
• Ceto 
• Amino 
• Iminol 
• Enol 
 
Pareamentos não usuais 
Formas usuais e tautoméricas das bases: 
Pareamentos usuais das bases: 
Amino 
Amino Ceto 
Ceto 
Pareamentos não-usuais das bases: 
As mudanças tautoméricas 
produzem mutação de 
transição: 
 
purina  purina 
pirimidina  pirimidina 
A G 
C T 
A* – C 
G* – T 
A – C* 
G – T* 
Mutação AT GC 
Mutação GC AT 
Mutação por mudança tautomérica nas bases do DNA 
Mutação GC AT 
Espontâneas
Lesões espontâneas: 
• Depurinação 
• Desaminação 
• Danificação de bases por oxidação 
 
Depurinação 
- Mais comum; 
- Interrupção da ligação glicosídica entre a base e a 
desoxirribose, com perda de uma guanina e uma adenina 
do DNA (purinas)  sítio apurínico; 
Sítio apurínico 
Mutação tipo 
transversão 
Desaminação 
- Grupo amina (-NH2) da base nitrogenada é removido; 
- Bases desaminadas fazem pareamento errôneo. 
Mutação tipo transição: 
pirimidina  pirimidina 
C  U 
C  T 
Danificação de bases por oxidação 
- Espécies reativas de oxigênio (radical superóxido, peróxido de 
hidrogênio, radical hidroxila) provocam danos oxidativos ao DNA. 
Guanina Timina 
Pode ser pareado com Adenina 
8-oxodG  Timina 
Mutação tipo transversão: 
purina  pirimidina 
G  T 
Mutação comum em 
câncer 
Causadas por agentes mutagênicos ou mutágeno: substâncias químicas ou 
físicas que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações 
Agentes químicos: 
- Análogos de bases 
- Agentes alcilantes 
- Agentes intercalantes 
 
Agentes físicos: 
- Radiação ionizante 
- Radiação não-ionizante 
Induzidas
Análogo de bases 
• Similares às bases nitrogenadas  incorporadas ao DNA (substituem as bases); 
• Apresentam propriedades de pareamento diferentes 
 
EXEMPLO: 5-bromouracila (análogo da timina) 
Altera a 
distribuição 
de elétrons 
Mutação tipo transição: 
pirimidina  pirimidina 
T  5-BU 
C  5-BU 
Agentes químicos 
Análogo de bases 
EXEMPLO: 2-aminopurina (análogo da adenina) 
Mutação tipo transição: 
purina  purina 
A  2-AP 
G  2-AP 
Agentes químicos 
Agentes alcilantes 
• Provocamalteração de uma base  adicionam grupo alcila (CnH2n+1) 
• Provoca malpareamento 
 
• EXEMPLO: etilmetanossulfonato (EMS)  etila (C2H5) 
 nitrosoguanidina (NG)  metila (CH3) 
 
Agentes químicos 
Mutação tipo transição: 
Purina  purina 
G A 
GC  AT 
Mutação tipo transição: 
Pirimidina  pirimidina 
T  C 
AT  CG 
Agentes químicos 
Agentes intercalantes 
• Moléculas planas capazes de intercalar entre as bases nitrogenadas do DNA; 
• Aumentam a rigidez e altera conformação da dupla hélice, distorcendo a molécula e rompendo o 
alinhamento e pareamento das bases; 
• Deleções ou adições de pares de bases durante replicação. 
 
• EXEMPLOS 
• Proflavina; 
• Acridina laranja; 
• Brometo de etídio. 
Agentes químicos 
A T C A G T T A C T 
T A G T C A A T G A 
Brometo de Etídeo: 
 
• Corante vermelho escuro; 
• Utilizado na Biologia Molecular em eletroforese de gel de agarose; 
• Sob luz UV emite fluorescência; 
• Agente mutagênico e carcinogênico. 
As adições e deleções no DNA também podem ser causadas por um alinhamento incorreto da fita molde ou da fita 
recém-sintetizada em uma região com regiões repetitivas... 
Agentes Físicos Radiação ionizante 
• Radiações que contêm energia suficiente para ionizar moléculas. 
• Exemplos: raios X e gama 
Glicosídica 
As radiações ionizantes podem causar: 
 
- Formação de tautômeros raros; 
- Substituição de uma base por outra; 
- Deleção ou adição de uma base em uma das fitas de DNA; 
- Inversão da sequência de pares de bases de nucleotídeos dentro da molécula de DNA; 
- Formação de peróxidos; 
- Formação de sítios apurínicos e apirimidínicos (quebra ligação glicosídica).; 
- Quebra de filamentos (letal). 
Agentes Físicos Radiação não-ionizante 
• Radiações com baixa energia, incapazes de formar íons. 
• Mas podem provocar outros efeitos biológicos como aquecimento e alteração de ligações químicas; 
• Exemplos: luz ultravioleta, luz visível, radiação infravermelha, microondas. 
LUZ ULTRAVIOLETA: 
forma dímeros de pirimidina (anel de ciclobutano ou fotoproduto 6-4) 
 
 perturba a estrutura de dupla hélice inibindo a replicação. 
A luz UV pode causar: 
 
- Mutação tipo transição e transversão; 
- Mudança de matriz de leitura. 
Acidentes Radioativos (Chernobyl, Fukushima) e Bombas Radioativas 
Agentes Físicos 
Agente causador Tipo de mutação 
Erros de pareamento (tautômeros) Mutação de ponto 
Lesões espontâneas Mutação de ponto 
Análogos de bases Mutação de ponto 
Agente alcilante Mutação de ponto 
Agentes intercalantes Deleção e inserção 
Radiação ionizante (Mutação de ponto, deleção e adição) 
Radiação não-ionizante (Mutação de ponto, deleção e adição) 
Agente causador X Tipo de mutação 
Transversões  sítios AP 
Quanto ao tipo celular 
 
 
• CÉLULAS GERMINATIVAS 
 
 
 
 
 
 
 
• CÉLULAS SOMÁTICAS 
Se a mutação ocorre em uma célula em divisão mitótica  mutação repassada para demais células (clones mutantes) 
Cedo Clones mutantes 
Células que formam os gametas  gametas mutantes 
Quanto ao tipo celular 
 
 
• CÉLULAS SOMÁTICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplo... 
Heterocromia de íris: 
 
- Duas íris são de cores distintas  mutação ocorreu na primeira célula que originou as demais. 
- Apenas uma porção da íris é de cor diferente do restante  mutação surgiu em um estágio 
mais avançado do desenvolvimento da íris. 
Quanto ao tipo celular 
 
 
• CÉLULAS SOMÁTICAS 
 
 
 
• CÉLULAS GERMINATIVAS 
 
 Doenças hereditárias: repassadas de geração em geração. 
Doenças genéticas: Câncer 
Consequências... 
DOENÇA HEREDITÁRIA 
(de geração em geração) 
 
 
 
DOENÇA GENÉTICA 
(alterações no DNA) 
 
 
 
DOENÇA 
GENÉTICA 
DOENÇA 
HEREDITÁRIA 
Tumor 
 
O que é? 
É uma alteração celular, na qual um conjunto de células do organismo passam a se replicar de maneira desordenada 
dando origem a uma neoplasia (massa anormal de tecido). 
 
O que causa? 
Mutação nos proto-oncogenes e 
genes supressores de tumor (p53) 
 
Benigno – as células crescem lentamente e semelhante às do tecido normal 
(TUMOR BENIGNO). 
Maligno - as células multiplicam-se rapidamente, são atípicas e têm a 
capacidade de “invadir” outros órgãos (TUMOR MALIGNO - CÂNCER). 
genes responsáveis pelo crescimento celular 
controlado e genes que evitam que as células 
se repliquem descontroladamente (reparo do 
DNA e morte celular). 
Alguns proto-oncogenes conhecidos (em preto) 
Substituição de base  Câncer de bexiga 
Quanto às consequências 
 
• MUTAÇÕES MORFOLÓGICAS 
• Afeta apenas as propriedades 
externas (forma, cor, tamanho). 
• MUTAÇÕES BIOQUÍMICAS 
• Perda ou mudança de alguma 
função bioquímica 
• Exemplo: fenilcetonúria, 
 galactosemia. 
Fenilalanina Tirosina 
Galactose Glicose 
GALT 
Fenilalanina hidroxilase 
• MUTAÇÃO CONDICIONAL 
• Pode provocar fenótipo selvagem (condição permissiva) e fenótipo mutante (condição restritiva). 
• Exemplo: mutação sensível à temperatura (mutações em Drosophila) 
Drosophila selvagem 
20°C (condição permissiva) 
Drosophila mutante 
30°C (condição restritiva) 
• MUTAÇÃO REVERSA 
• O gene mutante pode voltar ao tipo selvagem. 
AAA (Lis) GAA (Glu) AAA (Lis)
 Tipo selvagem Mutante Tipo selvagem 
Direta Reversa 
• MUTAÇÃO COM PERDA DE FUNÇÃO 
• Produto gênico tem menor ou nenhuma função, em comparação ao gene selvagem. 
• Exemplo: hipercolesterolemia (mutação no gene dos receptores de colesterol) 
Mutação reduz em 50% o número de receptores de colesterol  nível de colesterol sérico 
• MUTAÇÃO COM GANHO DE FUNÇÃO 
• Gene mutante adquire uma nova função. 
• Exemplo: mutação no gene da α1-antitripsina 
α1-antitripsina Inibidor de elastase Inibidor de trombina 
• MUTAÇÕES LETAIS 
• Mutação leva à morte do organismo 
• Causa primária da morte; 
• Causa secundária da morte (afeta a viabilidade do organismo). 
Selvagem Mutante 
Mutação afeta a plumagem de cordoniz japonês. 
• MUTAÇÃO NEUTRA 
• Os efeitos da mutação não influenciam na função do gene. 
• MUTAÇÃO BENÉFICA 
• A mutação produz alterações que beneficiam o organismo (contribuem com a adaptação dos organismos 
ao ambiente). 
EVOLUÇÃO DAS 
ESPÉCIES 
• MUTAÇÃO DELETÉRIA 
• O alelo mutante causa prejuízo ao organismo (diminuem a adaptação dos organismos ao meio ambiente). 
A seleção natural elimina as mutações 
deletérias e preserva as mutações benéficas. 
REPARO DO DNA
Reparo do DNA
Mecanismos que ajudam a manter a integridade do genoma. 
Reparam o dano ao DNA, reduzindo a taxa de mutação. 
PRINCIPAL: DNA POLIMERASE I e III 
As vias de reparo podem ser divididas em várias categorias: 
- Via de prevenção de erro; 
- Reversão direta do dano; 
- Vias de reparo por excisão; 
- Sistema de reparo de malpareamento. 
2 O2
• + 2 H2O O2 + H2O2 + 2 OH
− H2O + ½ O2 
 
Via de prevenção de erro
• Sistemas enzimáticos que neutralizam compostos potencialmente danosos antes de reagir com o DNA: 
 
- Neutralização de radicais superóxido 
Superóxido 
dismutase 
Catalase 
Reversão direta do dano
• Repara uma lesão ocorrida, revertendo-a diretamente, regenerando a base normal. 
 
Exemplo: 
- Aciltransferases: 
- Removem grupos alcil inseridos por agentes alcilantes. 
Após remoção a enzima é inativada 
(reparo saturado). 
- Fotoliase (bactérias e eucariotos inferiores, não em humanos): 
- Lise do dímero de pirimidina na presença de luz visível (fotorreativação). 
Vias de reparo por excisão
- Excisão de bases ou nucleotídeos danificados (metilação, desaminação, oxidação); 
- Complexos multienzimáticos que removem uma grande quantidade de lesões no DNA. 
 
1º passo: Enzima reconhece os danos ao DNA; 
2º passo: Quebra de ligação em ambos os lados da lesão e excisão das bases ou nucleotídeos que 
contêm a lesão; 
3º passo: Polimerização da nova sequência pela polimerase de reparo e fechamento das quebras por 
DNAligase de reparo. 
Reparo por excisão de bases 
Citosina Uracila 
DNA glicosilase reconhece a base no DNA e quebra ligação N-glicosídica 
liberando a base alterada  gera sítio apurínico ou apirimidínico (sítios AP) 
Uracil DNA 
glicosidase 
Endonuclease AP 
AP endonulease quebra ligações fosfodiéster nos sítios AP removendo o restante do 
nucleotídeo. 
AP 
endonuclease 
DNA polimerase I 
e DNA ligase 
DNA polimerase I adiciona o novo nucleotídeo 
e a ligase refaz a ligação fosfodiéster 
Reparo por excisão de nucleotídeos 
Endonuclease 
Helicase 
Endonulease quebra ligações fosfodiéster 
Helicase libera os nucleotídeos entre a incisão 
Endonuclease 
Helicase 
DNA polimerase I adiciona o novo nucleotídeo 
e a ligase refaz a ligação fosfodiéster 
DNA polimerase I 
e DNA ligase 
Sistema de reparo de malpareamento 
Reconhece erros de pareamento que ocorrem durante a replicação. 
 
1. Reconhecer os erros de pareamento de bases; 
2. Determinar qual das bases, no pareamento, é a incorreta; 
3. Excisar a base incorreta e fazer a síntese de reparo. 
 
A 
C 
Reconhecer a fita recém-sintetizada! 
Metilação pós-replicação tardia (Adenina metilase) 
Metilação pós-replicação tardia 
Adenina metilase: metila 
sequências GATC alguns 
minutos após a replicação 
Replicação do DNA 
Sistema 
de 
reparo 
atua 
Sistema de reparo de malpareamento 
Endonuclease e helicase removem o 
segmento onde está o malpareamento 
DNA polimerase III sintetiza novo 
filamento e DNA ligase liga as fitas 
Adenina metilase 
Caso as vias de reparo não sejam suficientes para reparar a 
lesão MUTAÇÃO 
As vias de reparo têm um papel crucial na redução dos danos 
genéticos, eliminando erros mutagênicos potenciais. 
Xeroderma pigmentoso 
 
Doença resultante da deficiência da via de reparo por excisão de nucleotídeos (dímeros 
de pirimidina)  são propensas a câncer de pele induzido por UV.