Mutação e Reparo do DNA

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Profa. Maria Amélia Menck Soares 
Genética Molecular
Mutação e 
reparo do DNA
Casos clínicos – Xeroderma pigmentoso
3 anos de idade 14 anos de idade
Xeroderma pigmentoso
• Distúrbio hereditário, autossômico recessivo;
• Incidência estimada mundial: 1/250.000;
• Luz ultravioleta mudanças químicas no 
DNA (sardas intensas e câncer de pele);
• A consanguinidade dos pais está presente em
uma porcentagem dos casos.
Mutação de ponto
Alterações na molécula de DNA
Substituições
Deleções
Inserções
Mutação: substituição de base
Pirimidina
T
A G
C
Purina
Transição
Transversão
Transições e
transversões
Inserções e deleções
• Mudança na matriz de leitura
eleviuevanuacomana... (normal)
elenviuevanuacomana... (inserção)
elevievanuacomana... (deleção)
Todas estas alterações (substituições, inserções e 
deleções) podem ter causas “naturais”
Mutação
• A duplicação precisa da molécula de DNA 
depende, em parte, da função de revisão da 
DNA polimerase (em média, um erro a cada 
7 milhões de bases);
• Mudanças herdáveis no material genético 
são chamadas de mutação;
• O organismo que exibe fenótipo novo, 
resultante da mutação, é chamado mutante. 
Mutação
• Mutações de ponto: mudanças em sítios 
específicos – substituição de um par de 
bases, inserção ou deleção de um ou alguns 
pares de nucleotídeos em um sítio 
específico de um gene;
• A mutação é a principal fonte de variação 
genética. 
Mutação 
somática x germinativa
• Mutação em células somáticas: apenas em
células descendentes destas células – não será
transmitida para a prole.
• Mutações em células germinativas: seus efeitos 
podem ser expressos na prole. Podem ocorrer 
em qualquer estágio do ciclo reprodutivo (da 
célula germinativa primordial aos gametas).
Mutação espontânea e induzida
• Mutações espontâneas – sem causas conhecidas
ou serem causadas por agentes desconhecidos, 
presentes no ambiente.
• Mutações induzidas - resultam da exposição do 
organismo a agentes físicos ou químicos
(mutágenos), como radiação ionizante, luz
ultravioleta e uma ampla variedade de 
substâncias químicas.
Mutações espontâneas
• Fatores importantes:
1. Precisão da maquinaria de replicação do 
DNA;
2. Eficiência do reparo do DNA;
3. Grau de exposição a agentes mutagênicos 
presentes no ambiente;
Mutação – um processo reversível
• A distinção entre selvagem e mutante é arbitrária 
(dois fenótipos diferentes, mas normais).
• Selvagem mutante (mutação direta)
Restaura a seqüência de nucleotídeos selvagens:
• Mutante selvagem (mutação reversa)
1. Retromutação – mutação no mesmo sítio
2. mutação supressora – uma segunda mutação 
que compensa os efeitos da primeira. 
Efeito fenotípico da mutação
• Mudança fenotípica detectável – sutis até
letais.
• Mutações dominantes e recessivas
Monoplóides (vírus e bactérias) – seu efeito 
pode ser reconhecido no próprio organismo.
Diplóides – alterarão o fenótipo apenas em 
homozigose (a maioria não é reconhecida 
na época de sua ocorrência.
Efeito fenotípico da mutação
• Maioria das mutações - deletéria e recessiva 
Precursor intermediário 1 intermediário 2 produto
enzima A enzima B enzima C
(gene A) (gene B) (gene C)
Mutação Mutação Mutação
Alelo mutante a alelo mutante b alelo mutante c
homozigose homozigose homozigose
aa bb cc
Precursor intermediário 1 intermediário 2 produto
HbA = Hemoglobina de adulto (normal) 
•Quatro cadeias polipeptídicas (duas α e duas β)
Hemoglobina Anemia Falciforme
NormalAlterada
Distúrbio hemolítico intenso resultante da substituição de 1 
dos 146 aminoácidos da cadeia β-globina
ALTERAÇÃO DE UM NUCLEOTÍDEO (A T)
Substituição de ácido glutâmico por valina HbS
Anemia Falciforme Herdada como caráter monogênico
DNA da cadeia β da HbA:
GTG-CAC-CTG-ACT-CCT-GAG-GAG-AAG...
Proteína:
Val-his-leu-ter-pro-glu-glu-lis...
DNA da cadeia β da HbS:
GTG-CAC-CTG-ACT-CCT-GTG-GAG-AAG...
Proteína:
Val-his-leu-ter-pro-val-glu-lis...
Bases moleculares da mutação 
espontânea
• Os átomos de hidrogênio podem se mover 
mudanças tautoméricas.
Comum Rara
Bases moleculares da mutação 
espontânea
• mudanças tautoméricas.
Comum Rara
Mudanças tautoméricas
• Alteram o potencial de pareamento das 
bases.
• No momento da duplicação uma 
tautomerização poderia resultar em uma 
incorporação incorreta:
Adenina = Citosina
Guanina ≡ Timina
Mutação causada por tautomeria
ACGTC
TGCAG
Replicação
ACGTC
TGCAG
ACGTC
T GTAG
ACATC
T GTAG
ACGTC
TGCAG
ACGTC
TGCAG
ACGTC
TGCAG
Replicação
Mutante
Mutações induzidas
• Agentes químicos
• Agentes físicos
• Agentes biológicos
Agentes químicos
Gás mostarda: primeira substância 
química demonstrada como mutagênica 
(usado na primeira guerra como agente 
químico incapacitante – sintoma 
imediato, até 12 horas depois, vesículas 
e queimaduras. Seu efeito mutagênico só
foi divulgado depois da segunda guerra.
Soldado vitimado
1918
Transferem grupos alcil (CH3-, CH3-CH2-, etc), para o DNA
Alteram o pareamento de bases
Mutágenos químicos
• 1. Apenas para o DNA replicante: análogos 
de base (ex: 5-bromouracila).
• 2. Mutagênico para o DNA replicante e não 
replicante: (ex: ácido nitroso).
Análogos 
de bases
Timina 5-bromouracila
Forma ceto
5-bromouracila
Forma enol
5-BU (ceto) Adenina
5-BU (enol) Guanina
Pode ser incorporado 
ao filamento nascente:
Ceto : adenina
Enol : guanina
Efeito mutagênico da 5-bromouracila
Ácido nitroso
• Atua no DNA replicante ou não;
• Converte os grupos amino em grupos ceto
(desaminação).
H H
N
Desaminação
H2O NH3
O
Ácido nitroso
• Atua no DNA replicante ou não;
• Converte os grupos amino em grupos ceto
Mutações induzidas
• Agentes químicos
• Agentes físicos
• Agentes biológicos
Espectro eletromagnético
Radiação 
ionizante
Radiação não 
ionizante
Mutações induzidas por 
radiação
Radiação ionizante (de alta energia):
• Diagnóstico médico (penetram nos tecidos);
• Colidem com átomos e causam a liberação de 
elétrons;
• Os íons formados colidem com outras 
moléculas e causam a liberação de elétrons 
adicionais;
Mutações induzidas por 
radiação
Radiação ionizante:
• Forma um cone de íons ao longo do caminho. 
• Também induz a grandes mudanças nos 
cromossomos, como deleções. 
Mutações induzidas por 
radiação
Radiação não ionizante (menor energia):
• Nos organismos multicelulares, apenas as 
células epidérmicas são expostas ao seu efeito;
• Dissipam sua energia para átomos que 
encontram e elevam os elétrons para órbitas 
mais externas (excitação);
quimicamente mais reativas
Radiação ultravioleta (UV):
É absorvida pelas bases nitrogenadas;
• Potente mutágeno para organismos 
unicelulares.
• Formam dímeros de pirimidina
Nem toda mutação é percebida
Mutação silenciosa: alteração no códon não altera o 
aminoácido (diferentes códons para o mesmo 
aminoácido)
Mutação de sentido trocado: mudança de aminoácido
Mutação sem sentido: formação de códon de parada 
(TAA, TAG, ou TGA)
Reparo do DNA
Mecanismo de reparo do DNA
E. coli
1.Reparo dependente da luz 
(fotorreativação);
2.Reparo por excisão;
3.Reparo de mau pareamento;
4.Reparo pós-replicação;
5.Sistema de reparo propenso a erro.
Reparo dependente de luz
(Fotorreativação)
Clivagem de ligações cruzadas de dímero de timina 
(dímeros de citosina e também dímeros de citosina-timina)
Reparo por excisão
1.Reparo por excisão de base:
Remove bases anormais ou 
quimicamente modificadas
2. Reparo por excisão de nucleotídeo:
Remove defeitos maiores, como 
dímeros de timina
Reparo porexcisão 
de nucleotídeo
Uvr – significa reparo de UV
Uma proteína trimérica
reconhece o defeito no DNA
Causa dobras no DNA 
defeituoso com a energia do 
ATP
O dímero UvA é liberado
A proteína UvC liga-se ao 
complexo UvB-DNA
A proteína UvB cliva a 5ª
ligação fosfodiester 3’
A proteína UvC cliva a 8ª
ligação fosfodiester 5’
A UvD helicase libera 
o dodecâmero excisado
*Em humano esta via de 
reparo envolve cerca 17 
polipeptídeos
*A enzima XPA (xeroderma
pigmentoso) reconhece os 
nucleotídeos danificados e 
recruta outras proteínas
*Em humano o 
oligômero tem 29 
nucleotídeos 
Reparo por mau pareamento (proteínas Mut)
Corrige nucleotídeos mau 
incorporados após replicação
Como as proteínas de reparo 
sabem qual foi o nucleotídeo 
adicionado incorretamente?
Adeninas são metiladas após a 
síntese em sítios GATC
Ocorre um intervalo durante o 
qual o filamento molde é
metilado e o recém-sintetizado 
não é metilado
Reparo pós-replicação
A DNA polimerase III não 
adiciona nucleotídeo no local de 
erro
Neste ponto a seqüência original 
é perdida em ambos os 
filamentos
O reparo é feito por um 
mecanismo de recombinação 
(pela proteína RecA)
Sistema de reparo propenso a erro
*DNA fortemente danificado.
*Reparo SOS : bateria de reparos, recombinação e 
proteínas de replicação.
Aumenta a 
freqüência de 
erros
Parece ser tentativa desesperada 
de escapar dos efeitos letais do 
DNA muito danificado