Aula 04 Mutações e Reparo do DNA[1]

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Mutações e Reparo do DNA 
Prof. Dr. Helton Colares 
Iguatu-CE, 
Dezembro de 2015 
Faculdade de Educação, Ciências e Letras de Iguatu – FECLI 
Disciplina: Biologia Molecular 
 
Metabolismo do DNA 
1. Replicação do DNA 
 
2. Reparo do DNA 
 
3. Recombinação do DNA 
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Replicação do DNA 
A fidelidade da Replicação do DNA é mantida pro 
três aspectos: 
•Seleção correta das nucleotídeos (bases) pela DNA 
Polimerase III; 
•Atividade exonucleasica revisora 3’  5’; 
•Sistemas de reparo específicos. 
É um processo enzimático através do qual uma nova fita dupla 
de DNA é produzida tendo uma fita preexistente como molde. 
Mutação 
 
Modificação súbita e hereditária no genoma não 
explicável pela recombinação da variabilidade 
genética pré-existente. 
Mutante → organismo possuidor de uma de 
uma mutação. 
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Mutação 
 Geralmente, organismos portadores de uma mutação num 
determinado gene apresentam problemas em sua 
sobrevivência, sendo assim, eliminados por seleção natural). 
 
 Contudo, nem toda mutação resulta em uma consequência 
deletéria para seu portador. 
 
 mutação → fonte básica de toda variabilidade genética 
(matéria-prima para a evolução) 
 
 Sem a mutação, todos genes existiriam apenas em uma 
forma. 
Papel das mutações 
O acúmulo gradual de 
mutações durante longos 
períodos de tempo resulta 
em novas espécies 
biológicas, cada uma com 
uma sequência única de 
DNA. 
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A mutação é a fonte básica de toda variabilidade genética, 
fornecendo a matéria-prima para a evolução 
Mutações não são de todo ruins... 
Exemplo: Anemia Falciforme 
Hemoglobina normal 
Hemoglobina falciforme 
Val 06 
 
 
Glu06 
Heme 
Heme 
Heme 
Heme 
 
 
 
 
O2 
O2 O2 
O2 
Mutações 
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Mutações 
Mutação Silenciosa 
Espontânea 
Induzida 
Na seqüência de DNA 
Em um gene 
No organismo 
Somática 
Germinativa 
Tipos de Mutação 
 Mutação Somática 
– Ocorre em qualquer célula do corpo, exceto as 
germinativas 
Mutação germinativa: 
– Ocorre nas células germinativas; 
– Em geral não afeta o indivíduo, e sim sua prole e 
possivelmente as próximas gerações 
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•Mutações genômicas ou numéricas: Alterações no genoma inteiro. 
 Exemplos: Aneuplodias e Euploidias 
•Mutações cromossômicas: Alterações estruturais em cromossomos; 
•Mutações gênicas: modificação num único par de base (substituição, 
adição ou deleção) 
 mau funcionamento do sistema replicativo; 
 mau funcionamento do sistema de reparo; 
 interferência química direta sobre uma das bases do DNA; 
 Podem ser espontâneas ou induzidas. 
 
CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES 
Mutação Espontânea ou induzida: 
 
Espontâneas: ocorrem sem causa conhecida, resultado de 
erros durante a replicação. São mais frequentes e mais difíceis 
de se detectar. 
Induzidas: resultam da exposição do organismo a agentes 
físicos e químicos que causam mudanças no DNA. Tais agentes 
são chamados de mutágenos. 
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Transformações não -enzimáticas 
 
• desaminação - perda de grupo 
amina 
– alterações espontâneas, baixíssima 
taxa 
– perda de amina por C -> U - 
reconhecido em DNA taxa 10-7 24 h-1 
– DNA - possui T ao invés de U! 
Mutações espontâneas: 
Desaminações 
 
Transformações não –enzimáticas 
 
• hidrólise da ligação N--glicosidil entre base e 
pentose ou Depurinação 
– ocorre mais para purinas 
– acelerado em meio ácido 
Mutações espontâneas: Remoção 
de bases 
 
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Mutações Espontâneas 
 
 Mutações que modificam a estrutura da 
leitura. 
• Envolve a adição ou deleção de um ou alguns 
pares de bases. 
• Alteram a estrutura de leitura de todas as 
trincas de pares de bases no gene depois da 
mutação. 
 
AUG UAU ACG UCU CAA UGA UCCA 
 
 
Met Tyr Thr Ser Stop Gln 
Sequencia original: 
Deleção de uma base: 
AUG UAU CGU CUC AAU GAU 
 
 
Met Tyr Arg Leu Asn Asp 
Deleção de três bases: 
AUG UAU UCU CAA UGA UCCA 
 
 
Met Tyr Ser Stop Gln 
Asp 
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AUG UAU ACG UCU CAA UGA UCCA 
 
 
Sequencia original: 
Met Tyr Thr Ser Stop Gln 
Inserção de uma base: 
A 
AUG UAU ACG AUC UCA AUG AUC CA 
 
 
Met Tyr Thr Ile Met Ser Met 
Inserções ou deleções de 3 bases, ou 
múltimplos de 3 não alteram a matriz de 
leitura 
Mutações induzidas 
 
Causadas por agentes físicos ou químicos - Mutágenos 
Ácido Nitroso: promove reações de desaminação das bases. 
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Mutações induzidas: 
 
Agentes Alquilantes: adicionam grupos etil às bases, alterando o 
pareamento das mesmas. 
Mutações induzidas: 
 
Agentes hidroxilantes: adicionam grupos -OH às bases 
alterando o seu pareamento. 
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Mutações induzidas 
 Radiações ionizantes e não-ionizantes: causam distorções na 
hélice de DNA. 
Dímeros de pirimidina 
UV: não-ionizante Raio X: ionizante 
Transformações não -enzimáticas 
 
• radiação UV 
– DNA - condensação de 2 pirimidinas 
(T) adjacentes -> dímeros 
Mutações induzidas: Dimeros de 
Pirimidinas 
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Reparo do DNA 
• Existem muitas ameaças à fidelidade de 
replicação do DNA 
– Taxa de erro inerente à replicação; 
– Lesões espontâneas; 
– Mutágenos ambientais. 
• As células desenvolveram sistemas 
enzimáticos que reparam o DNA 
– Defeitos nos mecanismos de reparo podem ser 
associados a diversas doenças. 
Prevenção de Erros 
(antes que ocorram) 
• Neutralização de compostos potencialmente 
danosos ao DNA 
– Detoxicação de radicais superóxido (superóxido 
dismutase) 
Superóxido 
dismutase Radicais 
superóxido 
Peróxido de 
hidrogênio 
Água 
Catalase 
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Reparo do DNA 
Tipos de Sistemas de Reparo do DNA 
 
1. Reparo de Despareamentos; 
 
2. Reparo por excisão de base 
 
3. Reparação por excisão de nucleotídeos 
 
4. Reparo Direto 
 
5. Reparo sujeito a erros 
Reparo de Despareamentos 
Realiza o reparo dos mal 
pareamentos deixados pela DNA 
polimerase durante a replicação; 
Utiliza a informação da fita molde 
para realizar o reparo; 
A diferenciação entre a fita molde e 
a nova fita de DNA se dá pela 
metilação da fita molde; 
Envolve a remoção de um segmento 
inteiro de DNA e não apenas do 
nucleotídeo mal pareado; 
É muito custos energeticamente. 
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A remoção de uma base defeituosa ou não habitual 
(exemplo: desaminação de citosina em uracila) 
 
O processo envolve: 
 
Reparo por Excisão de Base 
1. Excisão de base: clivagem da ligação 
base-açúcar (DNA glicosidade); 
2. Incisão endonucleolítica nos dois lados 
da lesão e remoção de um seguimento 
de nucleotídeos (AP endonuclease); 
3. Preenchimento da região pela ação da 
DNA-polimerase I; 
4. posterior ligação pela DNA ligase. 
 Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo; 
 Reparam lesões que causam distorções na dupla fita de DNA; 
 Exemplo: Dimeros de pirimidina causado pela radiação UV; 
 Etapas do processo: 
Reparo por Excisão de Nucleotídeos 
1. Reconhecimento da lesão 
2. Incisão da fita lesada em ambos os 
lados da lesão e a alguma distância 
desta 
3. Excisão do segmento 
(oligonucleotídeo) contendo a lesão 
4. Síntese de um novo segmento de 
DNA utilizando a fita não-
danificada como molde 
5. Ligação pela DNA ligase. 
 
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 Não envolve a remoção de nucleotídeos; 
 Exemplo: Reparo ma metilação da gnanina para formar O-6-
metilguanina; Ocorre o “sacrifício” de uma enzima de reparo. 
Reparo Direto 
 Existem ocasiões em que o dano no DNA é tão extremo que 
não há maneira de os mecanismos celulares de reparo 
corrigirem de forma precisa o erro; 
 Perda completa de um par de bases; 
 Qual base deve ser inserida no local lesado? 
 Sistema de Reparo Sujeito ao Erro: 
 Qualquer uma das bases é inserida no local lesado a fim 
de garantir a continuidade do processo replicativo 
 possível indutor mutagênico (3/4 – 75%); 
 Ainda assim, é mais vantajoso para a célula a incorporação 
de uma base errada do que não replicar mais. 
Reparo Sujeito a erros