Mutação e Reparo do DNA

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MutaMutaçção e ão e 
Reparo do DNAReparo do DNA
Capítulo 14
Griffiths 8ª edição
Fidelidade da Replicação do DNA
•A replicação do DNA possui alta fidelidade
•DNA pol. III possui atividade exonucleásica 3’Æ 5’
permite remover nucleotídeos incorporados 
erroneamente durante a replicação do DNA
– Essencial para correção de nucleotídeos que foram
incorporados erroneamente
– Sem a correção a taxa de erro (taxa de mutação) é de
1 x 10‐6
– Com a correção a taxa de mutação é de 1 x 10‐9
(diminuição de 1000 vezes) 
Reparo do DNA
• Entretanto, erros ainda podem ocorrer durante a 
replicação
• Além disso, modificações químicas podem 
ocorrer no DNA além da replicação
• Se estas alterações não forem corrigidas antes da 
próxima replicação, ela será fixada no DNA 
genômico do organismo (MUTAÇÃO)
• Classificação:
– Mutação ao nível do DNA
– Mutação ao nível da proteína
Mutações ao nível do DNA
Mutações de ponto
• Substuição de uma base por outra
– Transição: pirÆpir ou purÆ pur
– Transverção: pirÆ pur ou purÆ pir
• Inserções/Deleções – adição ou remoção
de bases
Nobel de Medicina (1968) Khorana, Nirenberg e Holley 
O Código Genético
é reduntante
Tipos de mutações
Ao nível da proteína
• Mutações sinônimas ou silenciosas– ela altera um códon
para um aminoácido em outro códon para o mesmo
aminoácido
• Mutações de sentido trocado – o códon para um 
aminoácido é mudado em um códon para outro  
aminoácido
• Mutações sem sentido – o códon para um aminoácido é
mudado para um códon de término de tradução (fim)
• Mudanças de matriz de leitura – adição ou deleção de um 
único par de bases no DNA muda a matriz de leitura dos 
códons
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Mutações ao nível da proteína
• Mutações sinônimas ou silenciosas – ela
altera um códon para um aminoácido em 
outro códon para o mesmo aminoácido
Mutações ao nível da proteína
• Mutações de sentido trocado – o códon para 
um aminoácido é mudado em um códon para 
outro  aminoácido
Mutações ao nível da proteína
• Mutações sem sentido – o códon para um 
aminoácido é mudado para um códon de 
término de tradução (fim)
DNA:       ATG  ACT CAC CGA GCG CGA AGC TGA 
mRNA:    AUG ACU CAC CGA GCG CGA AGC UGA
Proteína: Met Thr His Arg Ala Arg Ser Para
DNA:       ATG  ACT CAC TGA GCG CGA AGC TGA 
mRNA:    AUG ACU CAC UGA GCG CGA AGC UGA 
Proteína: Met Thr His Para 
Mutações ao nível da proteína
• Mudanças de matriz de leitura – adição ou 
deleção de um único par de bases no DNA 
muda a matriz de leitura dos códons
Mutação Espontânea
Oxidação (setas vemelhas)
Hidrólise (setas azuis)
Metilação (setas verdes)
Origem do dano no DNA
Desaminação
Mutação Espontânea
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Uracila pode parear
com Timina
Hipoxantina pode parear
com Citosina
Desaminação
mais frequente
Falha no reparo de desaminação
Mutação de ponto: transição
Hidrólise
Hidrólise
Mutação Espontânea
Deleção
Falha no reparo de depurinação
Mutação Induzida
Origem do dano no DNA
• Mutágenos atuam por pelo menos 3 
mecanismos diferentes:
– Substituição de base
– Alteração de base
– Danificação de base
Substituição de base
• Alguns compostos químicos são suficientemente 
similares às bases nitrogenadas normais do DNA 
de modo a serem incorporadas no lugar das bases 
normais (ANÁLOGOS DE BASES)
• Os análogos de bases possuem propriedades de 
pareamento diferentes das de bases normais, e 
assim podem produzir mutações pela inserção 
incorreta de nucleotídeos no curso da replicação
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Exemplo: 5‐Bromouracil
• 5‐Bromouracil é um análogo da timina que faz par 
com a guanina causando transições
5‐Bu
Timina
Alteração de base
• Alguns mutágenos alteram a base do DNA, 
causando um mal pareamento específico
– Agentes alquilantes – agentes que adicionam grupos 
alquila (etil ou metil) a muitas posições de todas as 4 
bases
EMS –
Etilmetanosulfonato
Alteração de base
• Alguns mutágenos alteram a base do DNA, 
causando um mal pareamento específico
– Agentes intercalantes – são moléculas planares 
achatadas que mimetizam pares de bases e são 
capazes de se intercalar com as bases nitrogenadas 
empilhadas no centro da dupla hélice
Danificação de base
• Alguns mutágenos danificam uma ou mais 
bases e com isto o pareamento específico 
não é mais possível.
• O resultado é um bloqueio da replicação do 
DNA, pois a DNA pol. não consegue 
continuar a síntese na ausência de molde
• Ex. luz ultravioleta (UV)
aflotoxina B1
Luz Ultravioleta
•O maior dano causado
pela UV é a formação
de dímeros de timina
• Os dímeros criam uma 
dobra no DNA que 
bloqueia a progressão da 
DNA polimerase
• Se o dímero não for 
corrigido, a DNA pol salta 
estas bases, o que resulta 
em uma pequena deleção
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Aflotoxina B1
• Produto natural isolado de amendoins infectados pelo
fungo Aspergillus
• A aflotoxina se liga a guanosina
• A adição da aflotoxina leva a quebra da ligação entre a 
base e o açúcar, o que provoca um depurinação
Mecanismos de Reparo
•Existem várias fontes e tipos de dano ao DNA
•Portanto, a célula possui vários sistemas para 
verificar e corrigir o DNA
•A natureza da dupla hélice é chave para a 
detecção e reparo do dano
•Ou seja, o dano causa um mal pareamento 
(detecção) das bases
• E as fitas não danificadas servem de molde para a 
correção do dano (reparo)
Bases incorretas são fáceis de serem
identificadas pelo sistema de reparo do DNA Sistemas de Reparo
• Reparo de despareamento
• Reparo por excisão de base
• Reparo por excisão de nucleotídeos
• Reversão Direta
• 1970 ‐ H. Smith e Wilcok isolaram
independentemente as primeiras
enzimas de restrição
– Eles descreveram as enzimas de 
restrição como um mecansimo de 
defesa bacteriana contra a 
invasão de bacteriófagos. 
• 1971 ‐ Ray Tomlinson inventa o 
programa de email 
Os maiores eventos da Biologia Molecular
1970s
Descobrindo as enzimas de restrição
1978
• Enzimas de restrição foram isoladas em bactérias.
• A ação destas enzimas consiste em cortar o DNA em 
sequências específicas.
• A função das enzimas de restrição é de proteger a bactéria 
contra a invasão do DNA viral
• Exemplo: EcoRI – da E. coli
Werner
Arber
Hamilton
Smith
Daniel
Nathans
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Enzima de restrição ‐ EcoRI
Molecular Cell Biology, 4th edition
•EcoRI reconhece uma sequência palindrômica de 6 pares de 
bases GAATTC
•Eco RI produz fragmentos de DNA com extremidades coesivas 
específicas e que podem ser unidas por ação da ligase.
Extremidade coesiva
Como a E. coli protege seu próprio DNA 
da ação EcoRI?
•DNA da E. coli é protegido pois possui uma DNA metilase
correspondente (EcoRI metilase) que adiciona um grupo metil
no par de base central  da sequência GAATTC impedindo que a 
EcoRI reconhecea a sequência e a clive
HindII isolada da Haemophilus influenzae, produz fragmentos de 
DNA com extremidades cegas e que podem ser unidas por 
adição de adaptadores. 
Enzimas de restrição ‐ HindII Reparo de despareamento
• Apesar da extraordiária fidelidade da DNA 
polimerase, erros ainda podem ocorrer
• Estes tipos de erro podem ser detectados e 
reparados após a replicação pelo sistema de reparo
de despareamento
• Defeitos no sistema de reparo de despareamento
aumenta a taxa de mutação espontânea 10 a 1000x
• Em procariotos este sistema envolve pelo menos 3 
enzimas MutL, MutS e MutH
• Sistema semelhante já foi identificado em vários 
eucariotos
Como distinguir a fita com a base alterada?
•O reparo por
despareamento só pode
ajudar na fidelidade da 
replicação do DNA se 
conseguir distinguir entre 
a fita antiga (não
danificada) e a fita novo 
(danificada) 
•Em E. coli, isto é
alcançado através de 
metilação das adeninas na
sequência GA*TC pela
enzima Dam metilase
• A proteínaMutL forma um 
complexo com MutS no 
despareaemento
• MutH reconhece a fita antiga 
se ligando ao grupo metil
• MutH possui atividade
endonucleásica e cliva
somente sítos GATC não
metilados
• Enzimas exonucleásicas
removem nucleotídeos de um 
trecho ao redor do 
despareamento
• DNA polimeras I preenche a 
lacuna e ligase sela a lacuna
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Reparo por excisão de base
• É a principal via para reparo de bases modificadas, 
incorporação errada de uracil e dano oxidativo
• Este tipo de reparo é feito pela DNA glicosilase que 
cortam a ligação base‐açúcar, liberando assim a 
base alterada
• Existem várias DNA glicosilases. A uracil DNA 
glicose é essencial para remover uracila do DNA 
causada principalmente pela desaminação da 
citosina
Reparo por excisão de base
• A enzima DNA 
glicosilase reconhece
a lesão e remove a 
base na ligação
glicosídica criando um 
sítio abásico ou sítio
AP (apurínico ou
apirimidínico)
Reparo por excisão de base
•Uma enzima AP 
endonuclease remove 
o esqueleto
fosfodiéster adjacente
ao sítio AP
•O nucleotídeo AP é
removido por uma
exonuclease e a lacuna 
é então preenchida
pela DNA pol e selada
pela ligase
Reparo por excisão de nucleotídeos
•Este mecanismo 
reconhece lesões de 
DNA que causam 
grandes distorções na 
estrutura do DNA como 
por exemplo dímeros 
de timina
• É feito um corte nos
dois lados da lesão e 
um pequeno segmento
de DNA é removido
Reparo por excisão de nucleotídeos
•A lacuna é preenchida pela DNA polimerase e selada
pela DNA ligase
•Na E. coli este sistema é mediado pelas proteínas
UvrABCD
Reversão direta
• Também chamado de reparo por luz ou 
fotorreparo
• Alguns tipos de lesões podem ser reparadas por 
reversão direta como por exemplo dímero de 
pirimidina causado por luz UV
• O dímero de pirimidina é reparado pela enzima 
fotoliase
• A enzima liga‐se ao dímero e o quebra na 
presença de alguns comprimentos de onda de luz 
visível para regenerar as bases originais
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Fotoliase
N5,10‐‐THF
Foton
Ação da fotoliase
União terminal 
Não Homóloga
Reparo por 
Recombinação Homóloga
Reparo por Recombinação 
Homóloga 
Rad51 (Rec A)
• Material genético
recuperado
• Note que a 
sequência do 
cromossomo
parental é idêntica
ao cromossomo
maternal na região
reparada
• Heterozigosidade é
perdida
Reparo por Recombinação 
Homóloga
A importância do sistema de reparo
Reparo por 
recombinação 
homóloga
Câncer na mama e 
ovário
BRCA‐2
Reparo de excisão 
de base
Câncer de pela, 
sensitividade pela 
UV
Xeroderma
Pigmentoso
Reparo de 
despareamento
Câncer do cólonMSH2
DefeitoFenótipoDoença