Mutação, Reparo e Recombinação

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Mutação, Reparo e Recombinação I 
Mutação 
 
 
 
 
Xeroderma pigmentosum 
Mutação, Reparo e Recombinação 
o  Qual é a relação entre a mutação, o reparo e a recombinação? 
n  Se pudermos diagramar estes eventos, poderemos observar duas forças 
evolutivas atuando... 
Normal 
Mutação Recombinação 
Gera novas 
combinações entre os 
alelos antigos e os 
novos 
Gera novos 
alelos e/ou genes 
(ou não) 
Reparo 
Evolução 
Mutação 
o  Alteração na seqüência de DNA de um determinado locus em 
um organismo. 
n  Em termos fenotípicos (funcionais), as mutações só podem ser 
visualizadas quando ocorrem em um gene, pois a conseqüência 
disso reflete diretamente na função de uma proteína. 
Mutação 
o  Mutação de ponto: 
 
n  Alteração de um único par de bases no DNA ou de um pequeno 
número de pares de bases adjacentes, isto é, mutações que estão 
mapeadas em um só local, ou “ponto”, dentro de um gene. 
o  Tipos de mutação de ponto: 
 
n  Transição 
n  Transversão 
n  Indel 
 
Mutação 
o  Tipos de mutação de ponto: 
 
n  Transição: troca um par de bases por outro da mesma categoria 
química (pir./pir. ou pur./pur.). 
n  Transversão: troca de um par de bases por outro de categoria 
química diferente (pir./pur ou pur./pir.). 
n  Indel: inserção ou deleção de um ou mais pares de bases. 
 Nota: C e T – pirimidinas (pir.); A e G – purinas (pur.) 
 
 
 
Mutação de ponto 
o  Conseqüências moleculares das mutações de ponto (em uma região 
codificadora) 
Mutação de ponto 
o  Conseqüências moleculares das mutações de ponto (em uma região 
codificadora) 
Mutação de ponto 
o  Conseqüências moleculares das 
mutações de ponto (em uma região 
codificadora) 
 
o  Mutação sinônima – códon alterado 
especifica o mesmo aminoácido (aa). 
o  M u t a ç ã o d e s e n t i d o t r o c a d o 
(conservat iva) – códon a l terado 
especifica um aa similar (com as mesmas 
características) 
o  Mutação de sentido trocado (não 
conservativa) – códon alterado especifica 
um aa não similar (com características 
diferentes) 
o  Mutação sem sentido – códon alterado 
indica término da cadeia. 
 
Mutação de ponto 
o  Conseqüências moleculares das mutações de ponto (em uma região 
codificadora) 
n  Mutação Indel (inserção ou deleção) – mudança na matriz de leitura. 
Mutação de ponto 
o  Conseqüências moleculares das mutações de ponto (em uma região 
não codificadora: Regiões regulatórias / Regiões chave) 
Mutação de ponto 
o  Conseqüências moleculares das mutações de ponto. 
Mutação 
o  Alteração na seqüência de DNA de um determinado locus em 
um organismo. 
n  Em termos fenotípicos (funcionais), as mutações só podem ser 
visualizadas quando ocorrem em um gene, pois a conseqüência 
disso reflete diretamente na função de uma proteína. 
Mutação de ponto 
o  Qual a natureza de uma mutação? 
n  Mutação espontânea (natural; Taxa fixa). 
n  Mutação induzida (mutágeno; Taxa aumentada). 
o  COMO ASSIM?... 
Mutação de ponto espontânea 
o  Em 1943, Salvador Luria e Max Delbrück se perguntavam se as 
mutações espontâneas eram induzidas em resposta a estímulos 
externos ou se as mutações já estavam presentes, em uma baixa 
freqüência, na maioria das populações... 
o  A resposta veio com o “Teste de Flutuação de Luria e Delbrück” e o 
“Plaqueamento Réplica” (de Josua e Esther Lederberg, 1952). 
 
Mutação de ponto espontânea 
o  Teste de Flutuação de Luria e Delbrück 
 
n  Baseado no microrganismo modelo Escherichia coli; o qual é suscetível à 
infecção pelo fago T1. Contudo, sabia-se que algumas células (bactérias) 
“se tornavam ou já eram” resistentes à infecção fágica... 
 
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Mutação de ponto espontânea 
o  Teste de Flutuação de Luria e Delbrück 
 
n  Pergunta: A mutação já havia ocorrido e só pode ser vista depois da 
infecção, ou a mutação ocorreu induzida pela infecção fágica??? 
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Mutação de ponto espontânea 
o  Teste da Placa Réplica 
 
n  Resposta (Método): Teste da placa réplica de Josua e Esther Lederberg, 
1952. 
 
Mutação de ponto espontânea 
o  Teste de Flutuação de Luria e Delbrück 
 
n  Resposta: Os resultados obtidos a partir do teste da placa réplica (Josua e 
Esther Lederberg, 1952) indicaram que a mutação não é induzida e sim 
espontânea. 
 
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Mutação de ponto espontânea 
o  Mecanismos de mutação de ponto espontânea 
 
n  Erros espontâneos de replicação 
n  Erros espontâneos físicos 
o  COMO? 
 
Erros espontâneos de replicação 
o  Pareamento correto de nucleotídeos 
Erros espontâneos de replicação 
o  P a r e a m e n t o e r r a d o d e 
nucleotídeos 
n  Causa: 
o  Tautômeros: isômeros que 
diferem nas posições de seus 
átomos e nas ligações entre 
eles. 
o  Formas: 
n  CETO – normal – correta 
n  IMINO – rara – errada 
n  ENOL – rara – errada 
 
n  Conseqüência: 
o  Transições 
o  Transversões 
Erros espontâneos de replicação 
o  Pareamento errado de nucleotídeos 
n  Transições: a base pode se parear com a base tautomérica errada e 
causar uma mutação pir./pir. ou pur./pur. 
Erros espontâneos de replicação 
o  Pareamento errado de nucleotídeos 
n  Transversões: em geral, não são vistas por conta da estabilidade da 
estrutura do DNA. 
Erros espontâneos de replicação 
o  Mudança de matriz de leitura: causada, em geral, por mutações Indel 
n  Modelo do mau pareamento deslizante 
Erros espontâneos em Humanos 
o  Doenças por repetições de trinucleotídeos – mau pareamento 
deslizante. (Ex.: Síndrome X Frágil; FMR1) 
Erros espontâneos em Humanos 
o  Doenças por repetições de trinucleotídeos – mau pareamento 
deslizante. 
Erros espontâneos físicos 
o  Causa 
 
n  Fragilidade do DNA... 
 
o  Tipos 
 
n  Depurinação 
n  Desaminação 
n  Estresse oxidativo 
Erros espontâneos físicos 
o  Depurinação: perda de uma base púrica 
n  Uma célula mamífera perde 10.000 purinas em 20h a 37°C. 
Erros espontâneos físicos 
o  Desaminação: perda do grupo amina (NH2), da citosina (C), gerando 
uracila (U); o que, por conseguinte, resulta em uma transição. 
 
o  Veja: numa fita temos (i) C*-G, (ii) U*-A e, finalmente, (iii) T-A; Já 
na outra fita temos (i) C-G; (ii) C-G, (iii) C-G, etc... 
Erros espontâneos físicos 
o  Estresse oxidativo: danos causados por radicais de oxigênio que são 
amplamente produzidos durante o processo de fosforilação oxidativa. 
Em geral, resulta em transversões. 
o  Veja: 8-oxo dG e a Timidina glicol podem se parear com Adenina (A). Após o dano, e 
durante o processo de replicação do DNA, podemos observar a seguinte seqüência de 
pareamentos: 8-oxo dG-A (na fita danificada); G*-C (na fita reparada); e T-A (na fita que 
teve uma A adicionada por erro). 
Mutação de ponto induzida 
o  Como induzir uma mutação? 
n  R: Utilizando compostos conhecidos como Mutágenos (agentes 
mutagênicos). 
o  Mecanismos de indução de mutações de ponto: 
n  Substituição de base - Substituição de uma base no DNA 
 
n  Alteração de base - Alteração de uma base no DNA de tal forma 
que ela faça um pareamento especificamente errado com outra 
base. 
 
n  Danificação de base – Danificação de uma base de modo que ela 
não possa mais se parear com qualquer outra base sob condições 
normais; o que conseqüentemente, bloqueia a síntese do DNA. 
Mutação de ponto induzida 
o  Incorporação de análogos de base 
n  Análogos de base são compostos químicos tão similares às bases 
nitrogenadas que podem, ocasionalmente, serem incorporadas 
pelo DNA. 
o  Exemplo1: 5-bromouracil (5-BU) é um análogo de Timina 
(T); tem Br no C5 ao invés de CH3. Na sua forma CETO se 
pareia com a Adenina (A). Entretanto, na sua forma 
IONIZADA (rara) pode se parear com Guanina (G). 
 
o  TRANSIÇÃO 
Mutação de ponto induzida 
Mutação de ponto induzida 
o  Incorporação de análogos de base 
n  Análogos de base são compostos químicos tão similares às bases 
nitrogenadas que podem, ocasionalmente, serem incorporadas 
pelo DNA. 
o  Exemplo 2: 2-amino-purina (2-AP) é um análogo de Adenina 
(A); tem NH2 no C2 ao invés do C6. Na sua forma NORMAL se 
pareia com a Timina (T). Entretanto, na sua forma 
PROTONADA (rara) pode se parear com Citosina (C). 
o  TRANSIÇÃO 
Mutação de ponto induzida 
o  Mau pareamento específico 
 
n  Alguns mutágenos não são incorporados ao DNA, mas alteram 
uma base de tal modo que se forma um mau pareamento 
específico. Alguns agentes alquilantes atuam por essa via. 
n  Nota: agentes alquilantes adicionam grupos ALQUILA [ETILA 
(CH3-CH2) e METILA (CH3)] em muitas posições em todas as 
quatro bases nitrogenadas. 
n  Exemplo de agentes alquilantes: 
o  EMS: Etilmetanossulfato 
o  NG: Nitrosoguanidina 
Mutação de ponto induzida 
o  Mau pareamento específico 
 
Mutação de ponto induzida 
o  Danos à base 
n  Exemplo de compostos danosos às bases: 
o  Ultravioleta 
o  Radicais de oxigênio 
o  Aflatoxina B1 
o  Agentes intercalantes (proflavina, acridina laranja, ICR-191) 
Mutação de ponto induzida 
o  Danos à base 
n  Ultravioleta 
Mutação de ponto induzida 
o  Danos à base 
n  Aflatoxina B1 
 (Aspergillus flavus) 
Mutação de ponto induzida 
o  Danos à base 
n  Agentes intercalantes 
Mutação de ponto induzida 
o  Teste de Ames: avaliação de mutágenos em nosso ambiente 
n  Base: Em 1970, Bruce Ames reconheceu que existe uma forte 
correlação entre a carcinogênese e a mutagênese dos compostos. 
n  Sistema de correlação: 
o  Bactérias (Salmonella typhimurium); quanto maior a taxa de 
mutação, maior o potencial carcinogênico de um composto. 
o  Células hepáticas; alguns compostos (pré-carcinógeno e/ou pré-
mutagênico) são convertidos em metabólitos ativos por reações 
enzimáticas em células hepáticas. 
 
Mutação de ponto induzida 
o  Teste de Ames: avaliação de mutágenos em nosso ambiente