genes de reparo

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Aparecida Maria Fontes
Roteiro:
Mutação: Definição e Etiologia
Agentes Mutagênicos Físicos
Agentes Mutagênicos Químicos
Tipos de Mutação de Substituição
1- Radiação Não Ionizante
2- Radiação Ionizante
Outros tipos de Mutação
1- Análogos de Bases
2- Compostos com ação direta
3- Agentes alquilantes
4- Corantes de acridina
Roteiro:
Tipos de Mecanismo de Reparo
1- Reversão Direta
2- Reparo por excisão de bases
3- Reparo por excisão de nucleotídeos
4- Reparo por pareamento errôneo
5- Reparo por recombinação homóloga
6- Reparo por ligação das extremidades não homólogas
Mutação
 Definição: é uma alteração hereditária do material genético de um
organismo, decorrente do erro de replicação antes da divisão celular
ou devido a agentes mutagênicos (físico: por exemplo radiação
ionizante e ultravioleta ou químico: por exemplo análogos de bases,
compostos de ação direta, agentes alquilantes e os corantes de
acridina).
 Espontânea Espontânea
 Induzida Induzida
 Ocorre sem que haja a interferência conhecida
de qualquer agente capaz de provocá-la.
 Ocorre em frequência aumentada pela ação de
agentes físicos e/ou químicos conhecidos
como agentes mutagênicos.
 Etiologia: Etiologia:
Mutação: Tipos
 Substituição de base Substituição de base
 Transição: substituição de uma purina por outra
purina. Ex. ACG por GCG.
 Transversão: substituição de uma purina por uma
pirimidina. Ex. AAG por ACG.
 Missense (sentido trocado): ocasiona a troca de
aminoácido. Ex. AAA (Fen) por AGA (Ser).
 Nonsense (sem sentido): cria um stop códon. Ex.
TCA (Ser) por TGA (Stop).
 Silenciosa: substituição implica em um códon
sinônimo, que não altera o aminoácido. Ex. UUU
(Fen) por UUC (Fen).
 Neutra: substituição implica em uma troca de
aminoácido que não afeta a atividade da enzima.
Doença de Gaucher: Mutação missense
 Tipos I: (N370S) – não neuronopática (95% casos).
 Tipo II: (L444P) – neuronopática (1% casos)
 Tipo III: (L444P e D409H) – neuronopática (4% casos)
Oncogene: Mutação missense
b-talassemia: Mutação nonsense
Mutação: Tipos
 Perda ou deleção de base Perda ou deleção de base
 Adição ou inserção de base Adição ou inserção de base
ATG CAG GTG ACC TCA GTG
Met Gln Val Ter Ser Val
ATG TCA GTG
Met Ser Val
ATG CAG GTG ACC TCA GTG
Met Gln Val Ter Ser Val
ATG CAG GTG
LINE-3.000 
pb
ACC TCA GTG
Met Gln Val ------ ?
 Expansão de trinucleotídeo Expansão de trinucleotídeo
ATG CAG GTG ACC TCA GTG
Met Gln Val Ter Ser Val
ATG (CAG CAG CAG)20 GTG ACC TCA GTG
Met (Gln Gln Gln) 20 Val Ter Ser Val
Normal
MUTANTE
Normal
MUTANTE
Normal
MUTANTE
Agentes Mutagênicos : Físicos
 Radiação não ionizante: Radiação não ionizante:
 Não forma íons carregados, mas pode mover elétrons de órbitas internas
para órbitas externas dentro de um átomo. O átomo se torna quimicamente
instável.
 A radiação ultravioleta (UV), que
ocorre naturalmente na luz solar, é
um exemplo de radiação não
ionizante e provoca, por exemplo, a
formação de dímeros de pirimidina
(ligações covalentes entre bases
pirimidínicas adjacentes (citosina
ou timina).
 Dímeros destorcem a conformação
do DNA e inibem sua replicação
normal.
 Ilustração da dupla-fita de DNA distorcida após a absorção da luz
ultravioleta que induz ligações covalentes entre bases de pirimidina
adjacentes.
 O sistema NER em humanos é o único mecanismo que remove essas lessões. O sistema NER em humanos é o único mecanismo que remove essas lessões.
Pakotiprapha et al, 20125 Nature Struct. Mol. Biol. 19:291
Físicos: Radiação ultravioleta
Físicos: Radiação ultravioleta
 Dois tipos de ligações covalentes entre bases de pirimidinas adjacentes causadas pela luz UV: Dois tipos de ligações covalentes entre bases de pirimidinas adjacentes causadas pela luz UV:
 Um tipo de reação resulta em um
anel ciclobutano que envolve
átomos C-5 e C-6 de bases
pirimidínicas adjacentes.
 Um tipo de reação resulta em um
anel ciclobutano que envolve
átomos C-5 e C-6 de bases
pirimidínicas adjacentes.
 Outro tipo de reação alternativa
resulta em um fotoproduto 6-4
que liga os átomos C-6 e C-4 de
pirimidinas adjacentes.
 Outro tipo de reação alternativa
resulta em um fotoproduto 6-4
que liga os átomos C-6 e C-4 de
pirimidinas adjacentes.
 A formação de um dímero de
pirimidina introduz uma
curvatura ou torção no DNA.
 A formação de um dímero de
pirimidina introduz uma
curvatura ou torção no DNA.
Físicos: Radiação ultravioleta
 Formação de dímero
de pirimidina:
introduz uma
curvatura ou torção
no DNA.
 Formação de dímero
de pirimidina:
introduz uma
curvatura ou torção
no DNA.
Agentes Mutagênicos: Físicos
 Radiação Ionizante Radiação Ionizante
 Pode ejetar elétrons dos átomos, formando íons eletricamente carregados.
Quando esses íons estão situados no interior ou próximos da molécula de
DNA, eles podem promover reações químicas que alteram as bases de DNA.
 São radiações de alta energia e pequeno comprimento de onda, cuja energia é
suficiente para arrancar eletrons de seus orbitais.
 Raios X (penetram tecidos moles e atingem apenas uma fração de
milímetros)
 Raios g (penetram tecidos moles e também atingem apenas uma fração
de milímetros)
 Partículas de alta energia emitidas por elementos radioativos
o Partículas a
o Partículas b (penetram tecidos moles e atingem alguns milímetros)
o Nêutrons
Físicos: Raios X e g
 Formação de tautômeros raros: formas alternativas de purinas e pirimidinas no DNA,
pelo rearranjo de elétrons e prótons na molécula. Como resultado: algumas ligações
simples tornam-se duplas.
 Formação de Peróxidos
 Substituição de uma base por outra (transição ou tranversão)
 Deleção ou adição de uma base
 Quebra da dupla-fita de DNA
 Rompimento de fita simples de DNA (ligação fosfo-diester)
 Formação de radicais livres
 Ligações covalentes: DNA-proteína
Agentes Mutagênicos:
Estrutura química é semelhante com as bases
nitrogenadas do DNA, substituindo-as durante a
replicação de DNA. Ex. 5-bromouracil (5-BU).
 Substâncias Químicas: Substâncias Químicas:
 Análogos de Bases Análogos de Bases
Não são incorporados no DNA, mas modificam
diretamente a estrutura das bases. Ex. ácido nitroso
(HNO3), sais de nitrato e nitrosaminas: responsável pela
desaminação da adenina e da citosina.
NaNO3 é um conservante comum dos alimentos
(convertido no estomago em HNO3).
 Compostos com
ação direta
 Compostos com
ação direta
 Agentes alquilantes Agentes alquilantes
Doam um grupo alquila (CH3, CH3CH2), para os grupos
amino ou cetona dos nucleotídeos. Ex. mostardas
nitrogenadas e ésteres do ácido metilsulfônico.
 Corantes de acridina Corantes de acridina
Ligam-se ao DNA inserindo-se entre bases adjacentes.
Isso ocasiona distorção da hélice de DNA e mudanças
na fase de leitura, resultando em adição ou deleção de
nucleotídeos. Ex. proflavina e laranja de acridina.
Análogos de bases: Semelhanças - 5-bromouracil e timina
 Depois de um ciclo de
replicação, o par A=T muda
para G-C.
 Depois de um ciclo de
replicação, o par A=T muda
para G-C.
 A presença de 5-BU no DNA
aumenta a sensibilidade dessa
molécula à radiação
ultravioleta, que por si é
mutagênica.
 A presença de 5-BU no DNA
aumenta a sensibilidade dessa
molécula à radiação
ultravioleta, que por si é
mutagênica.
Ação direta: desaminação da adenina e da citosina 
 Desaminação da citosina: é a
mais comum e resulta na
formação de uma uracila.
 Desaminação da citosina:é a
mais comum e resulta na
formação de uma uracila.
 Desaminação: é a remoção de um grupo amino. Desaminação: é a remoção de um grupo amino.
 Desaminação da adenina: é
menos frequente e resulta na
hipoxantina.
 Desaminação da adenina: é
menos frequente e resulta na
hipoxantina.
 Se não reparada U se pareia com
A e resulta em uma mutação de
transição: C-G para T=A.
 Se não reparada U se pareia com
A e resulta em uma mutação de
transição: C-G para T=A.
 Se não reparada a hipoxantina
pareia com a citosina e resulta
em outra mutação de transição.
 Se não reparada a hipoxantina
pareia com a citosina e resulta
em outra mutação de transição.
Agentes alquilantes: Metilmetanosulfanato
 Alquilação: doação do grupo alquila para o grupo amino dos nucleotídeos. Alquilação: doação do grupo alquila para o grupo amino dos nucleotídeos.
Agentes alquilantes: Mostarda de Nitrogênio
 A mostarda de nitrogênio forma
ligações covalentes entre as fitas
envolvendo dois resíduos G.
 A mostarda de nitrogênio forma
ligações covalentes entre as fitas
envolvendo dois resíduos G.
 Alguns agentes formam ligação
covalente na mesma fita e outros
agentes formam ligação
covalente entre as duas fitas.
 Alguns agentes formam ligação
covalente na mesma fita e outros
agentes formam ligação
covalente entre as duas fitas.
Agentes alquilantes: formação sitios apurinicos ou 
apirimidínicos
 A ligação glicosil das bases de DNA
com a desoxiribose é lábil sob
condições fisiológicas.
 A ligação glicosil das bases de DNA
com a desoxiribose é lábil sob
condições fisiológicas.
 Alguns agentes alquilantes podem
romper essas ligações gerando
sítios apurínicos ou apirimidínicos
(AP) site.
 Alguns agentes alquilantes podem
romper essas ligações gerando
sítios apurínicos ou apirimidínicos
(AP) site.
Corantes de acridina: intercalação na dupla-hélice
 Com a intercalação na dupla-hélice: pode ser induzida uma mutação sem
sentido.
 Com a intercalação na dupla-hélice: pode ser induzida uma mutação sem
sentido.
Possíveis Respostas frente ao dano no DNA
Tipos de Reparo
(5) Reparo por Recombinação Homóloga
(6) Reparo de ligação das extremidades não-
homologas (NHEJ)
Bibliografia
 EMERY Genética Médica - Peter Turnpenny e Sian Ellard (2009)
13ª Edição. Editora Elsevier – Churchil Livingstone
 Jorde LB, Carey JC, Bamshad MJ – Genética Médica (2010) 4ª
Edição. Editora Elsevier – Mosby
 Nyhan WL, Barshop BA, Al-Aqeel AI (2012) – Atlas of Inherited
Metabolic Diseases – Third Edition – Ed. Hodder Arnold.
 Cox MM, Doudna JA, O´Donnell M (2012) – Biologia Molecular:
Princípios e Técnicas – Primeira Edição – Ed. Artmed.
 Pinto NS (2013) – Curso: Lesões no DNA: mecanismos de reparo 
e mutagênese – 59ª Renião da Sociedade Brasileira Genetica.