Aula_6_-_Mutação_Genética

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Nádia Ap Bérgamo
MutaMutaçção e Reparo do DNA ão e Reparo do DNA 
Mutação: fonte primária de variabilidade genética
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
Quanto ao tipo celular as mutações são classificadas em:
somática mosaicismo, câncer
germinativa afecções genéticas clássicas
Somáticas e germinativas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
Uma mutação bem inicial produz uma proporção maior de células 
mutantes na população crescente do que uma mutação mais tardia
Mutações somáticas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
fases primordiais
fases posteriores
mosaicismo
câncer (ex. melanoma)
Mutações somáticas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
Mutação somática na maça vermelha: setor mutante 
identificado pelo seu fenótipo contrastar visualmente com o 
fenótipo das células tipo selvagem vizinhas
Mutações somáticas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
X
mutação herdável
Mutações germinativas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
Gameta mutante participar da fertilização
mutação será passada para a próxima geração
Indivíduo com fenótipo e ancestral normal pode ter 
gametas mutantes não detectados
Mutação só poderá ser detectada em seus 
descendentes
Mutações germinativas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
Mutação germinativa (a) surgiu na planta azul 
(A/A) tornando o tecido germiantivo A/a que foi 
transmitida por autofecundação para prole, da 
qual parte (a/a) que expressou o fenótipo mutante
Mutação em alelo que determina orelhas 
recurvadas surgiu na linhagem 
germinativa de um gato com orelhas 
normais retas e expressou-se na sua 
prole como mostrado
Mutações germinativas
Tipos de Mutações em relação ao tipo celular
���� Cromossômicas:
� cromossomos inteiros ou gdes trechos
���� Gênicas:
� afetam genes únicos
Tipos de Mutações em relação a origem
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS
1. Mudanças nº cópias de um cromossomo
2. Alteração na estrutura do cromossomo
Tipos de Mutações em relação a origem
���� Eventos mutacionais que ocorrem dentro 
de genes individuais
���� Mudança permanente na seqüência de 
nucleotídeos ou disposição do DNA
���� Um alelo de um gene muda para um alelo 
diferente
MUTAÇÕES GÊNICAS
Tipos de Mutações em relação a origem
MUTAÇÕES GÊNICAS
Mutação gênica = Mutação de ponto
���� alterações de um par de bases no DNA
���� alterações em pequeno número de pares de bases 
adjacentes
alelo diferente
mapeada: locus cromossômico (“ponto”)
dentro do gene
mutação
Mutação de perda de função reduzem ou eliminam 
o funcionamento gênico
+ abundante
Mutação de ganho de função aumentam ou 
alteram o tipo de atividade do gene ou onde ele se 
expressa
mais raras
Consequências moleculares da mutação
MUTAÇÕES GÊNICAS
Mutação nula de 
perda de função
m
Ação das mutações de perda de função
Mutação fraca de 
perda de função
m’
Mutação de ganho de função - M
Ação das mutações de ganho de função
� Dentro do gene 
�alterar produto gênico
�alterar fenótipo 
� Intergênica - silenciosa, sem efeito na célula
MUTAÇÕES GÊNICAS
TIPOS DE MUTAÇÕES DE PONTO
� Mutações diretas
� Mutações reversas
� Mutações intragênicas supressoras
MUTAÇÕES GÊNICAS
• substituições de bases
• Adições ou deleções de par de bases de nucleotídeos
Transições 
Transversões
Tipos de mutações de ponto
Mutações Diretas
Ao nAo níível do DNAvel do DNA
A C
G T
transição
transversão
purina →→→→ pirimidina (A→→→→C, A→→→→T, G→→→→C, G→→→→T)
pirimidina →→→→ purina (C→→→→A, C→→→→G, T→→→→A, T→→→→G)
purina →→→→ purina (A ↔↔↔↔ G)
pirimidina →→→→ pirimidina (T ↔↔↔↔ C)
• Mutação em ponto: Transição
���� Substituição de bases:
Mutações Diretas
• Mutação em ponto: Transversão
Tipos de mutações de ponto
Nomenclatura
G • C A • T transição
G • C T • A transversão
Descrever sempre o par de bases
A • T C • G
A • T T • A transversões
T • A G • C 
Tipos de mutações de ponto
���� Substituição de bases:
Efeitos funcionais das mutações de ponto
• Mutação Silenciosa (sinônima)
- substituição por outro códon para o mesmo aa
AGG→ CGG
arginina arginina
• Mutação de sentido trocado (missense)
- substituição por códon para outro aa
AAA ⇒ AGA
lisina arginina
CAG ⇒ UAG
glicina códon término
• Mutação “sem sentido” (nonsense)
- substituição por um códon de término
Ao nAo níível de protevel de proteíínana
GCCATAAGGTACTTC
CGGTATTCCATGAAG
DNA normal
GCC AUA AGG UAC UUC
Ala – Ile – Arg – Tir - Fen
mRNA
AT CG
GCCATACGGTACTTC
CGGTATGCCATGAAG
GCC AUA CGG UAC UUC
Ala – Ile – Arg – Tir - Fenpolipeptídeo
mRNA
polipeptídeo
MutaMutaçção silenciosaão silenciosa
Efeitos funcionais das mutações de ponto
Nunca alteram a seqüência de aa da cadeia polipeptídica
GCCATAAGCTACTTC
CGGTATTCGATGAAG
DNA normal
GCC AUA AGC UAC UUC
Ala – Ile – Ser – Tir - Fen
mRNA
GC AT
GCCATAAACTACTTC
CGGTATTTGATGAAG
GCC AUA AAC UAC UUC
Ala – Ile – Asn – Tir - Fenpolipeptídeo
mRNA
polipeptídeo
asparagina
MutaMutaçção de sentido trocadoão de sentido trocado
Efeitos funcionais das mutações de ponto
���� Substituição sinônima:
Aminoácido quimica/e similar
���� Substituição não-sinônima:
� graves mudanças na 
estrutura e funcionamento da 
proteína
Aminoácido quimica/e diferentes
AAA ⇒ AGA
Lis básica Arg básica � não altera a fç proteína em 
muitos casos
UUU ⇒ UCU
Hidrofóbica fenilalanina Polar serina
Efeitos funcionais das mutações de ponto
♠♠♠♠ Sentido trocado
Efeitos das mutações de sentido trocado em várias partes de um gene, as 
posições dos sítios mutantes e suas conseqüências funcionais 
Efeitos funcionais das mutações de ponto
GCC ATA AGC TAC TTC
CGG TAT TCG ATG AAG
GCC AUA AGC UAC UUC
Ala – Ile – Ser – Tir - Fen
CG AT
GCC ATA AGC TAA TTC
CGG TAT TCG ATG AAG
GCC AUA AGC UAA UUC
Ala – Ile – Ser – STOP •
DNA normal
mRNA
MutaMutaçção sem sentidoão sem sentido
mRNA
polipeptídeo
polipeptídeo
sense
não sense
Efeitos funcionais das mutações de ponto
Término prematuro tradução ���� podem produzir proteínas totalmente inativas
Adições ou deleções de um ou vários pares de bases
���� Adições ou deleções:
Mutações Diretas
Tipos de mutações de ponto
� Adições ou deleções de um so par de bases
mais simples
� Adições ou deleção simultânea de 
vários pares de bases de uma só vez
causa de algumas doenças genéticas
Ao nAo níível do DNAvel do DNA
Efeitos funcionais das mutações de ponto
perda completa da estrutura e 
função normal da proteína normal
mudança na matriz de leitura
• Adição ou Deleção
As adições e deleções tem conseqüências na seqüência do 
polipeptídeo que vão além do local da mutação
sequência de aa a partir do sítio mutante em diante 
não tem mais relação com a sequencia de aa original
mudança na seqüência do polipeptídeo
1/4 de todas as mutações 
que causam dçs genéticas
C A T C A C C T G T A C C A 
G T A G T G G A C A T G G Tdeleção
Val Val Asp Met Val
C A T T C A C C T G T A C C A 
G T A A G T G G A C A T G G T
Val Ser Gli His Gli
adição
C A T G T C A C C T G T A C C A 
G T A C A G T G G A C A T G G T
VAL Gln Trp Tre Trp
Ao nAo níível de protevel de proteíínana
Efeitos funcionais das mutações de ponto
Mudança da matriz de leitura
Efeito das mutações que ocorremem 
seqüências não codificantes
� mutações mais difíceis de prever
� conseqüências funcionais das mutações dependem:
� localização mutação
� possibilidade de pertubarem um local funcional:
� muda padrão de expressão do gene (quantidade produto 
protéico), mas não altera estrutura da proteína 
� algumas: inativa funcionamento e são letais
sítios de corte introns nos pré mRNA eucarióticos
sítios de ligação RNA pol. em promotores mRNA procarióticos
Seqüências conservadas relacionadas à recomposição
GU AG
Regra GU - AG
C
exon
Efeito das mutações que ocorrem em 
seqüências não codificantes
Local Conseqüência
• Promotor Descontrole da transcrição
• Íntron Silenciosa ou alterar o “splicing”
• Éxon Silenciosa ou alterar a proteína
Consequências moleculares das mutações gênicas
Consequências moleculares das mutações gênicas
AAA (lis) GAA (glu) AAA (lis)
selvagem mutante selvagem
direta reversa
• Reversão Exata
• Reversão Equivalente
UCC (ser) UGC (cis) AGC (ser)
selvagem mutante selvagem
direta reversa
Processo que leva a uma mudança de volta para o alelo selvagem
Tipos de mutações de ponto
Mutações Reversas
Mutações Intragênicas Supressoras
CAT XCA TAT CAT CAT CAT
Restaura a matriz de leitura
Adição de base 
altera matriz de 
leitura
Deleção de base 
restaura matriz de 
leitura incorreta
CAT CAT CAT CAT CAT CAT
(+) (-) 
• Mudança de matriz de leitura de sinal oposto em segundo 
sítio dentro do gene
• Mutação de sentido trocado em segundo sítio
Uma segunda distorção que restaura a conformação proteíca mais ou 
menos tipo selvagem após uma distorção primária
Tipos de mutações de ponto
⇒ Induzidas: fatores externos tratamento com mutágenos
raios X, raios UV, substâncias químicas, 
⇒ Espontâneas: mudanças naturais na estrutura do DNA
fonte natural da variação genética
Causas das mutações
ausência de tratamento com mutágeno
conhecido
agentes biológicos
Frequência baixa: (1 cél. em 105 a 108)
Frequência mais alta
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Relação linear entre a dose de raios X e porcentagem de 
mutações em Drosophila melanogaster
Mutágenos induzem mutações por pelo menos três 
mecanismos:
MUTAÇÕES INDUZIDAS
♣ substituir uma base no DNA
♣ alterar uma base mau pareamento com outra base
♣ danificar uma base não se pareia com nenhuma base sob 
condições normais
� compostos parecidos com bases nitrogenadas normais do 
DNA são incorporados ao DNA ⇒ análogos de bases
propriedades de pareamento diferentes das bases normais
causando a inserção de nucleotídeos 
incorretos durante a replicação
produzem mutações
- Substituição de bases
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Mau pareamento pode ocorrer:
Tautômeros (formas alternativas das bases do DNA):
• forma ceto→ normal/e encontrada no DNA
• forma enol → rara 
pareamento complementar de bases diferente
Bases são ionizadas:
• forma enol ou ionizada da 5-Bu (-CH3 -Br)
• forma protonada de 2-AP
- Substituição de bases
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Mau pareamento resultante de mudanças tautoméricas de 
bases pirimidinas e purinas
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Mutações por tautômeros de bases do DNA
transição: G.C → A.T
MUTAÇÕES INDUZIDAS
transição: A.T → G.C ou G.C → A.T
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Possibilidades de pareamento para 5-bromouracila (5-Bu) 
(análogo da timina)
+
5’-A-T-A-T-G-C-3’
3’-T-A-T-A-C-G-5’
5’-A-T-A-T-G-C-3’
3’-T-A-B-A-C-G-5’
Substituição
por 5bU
Mudança tautomérica
e duplicação
5’-A-T-A-T-G-C-3’
3’-T-A-T-A-C-G-5’
5’-A-T-G-T-G-C-3’
3’-T-A-B-A-C-G-5’
Duplicação
5’-A-T-G-T-G-C-3’
3’-T-A-C-A-C-G-5’
5’-A-T-G-T-G-C-3’
3’-T-A-B-A-C-G-5’
+
Transição A.T → G.C devido forma enol da 5-BU (análogo da timina) 
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Possibilidades de pareamento para 2-aminopurina (2-AP) 
(análogo da adenina)
transição: A.T → G.C ou G.C → A.T 
MUTAÇÕES INDUZIDAS
	 não são incorporados ao DNA
	 alteram uma base
	 causam mal pareamento
 etilmetanossulfonato (EMS) adiciona grupo etila CH3-CH2
 Nitrosoguanidina (NG) adiciona grupo metila CH3
Mutagenicidade: 
mais correlacionada à adição de O2 na posição 6 da guanina
O-6-alquilguanina
- Alteração de bases
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Agentes alquilantes:
Adicionam grupos alcil em todas as quatro bases:
Mau pareamento induzido por alquilação
principais: transição G.C → A.T 
MUTAÇÕES INDUZIDAS
transições
Agentes intercalares:
inserção entre as bases nitrogenadas na dupla hélice DNA
causa inserções ou deleções de um par de nucleotídeoscausa inserções ou deleções de um par de nucleotídeos
São moléculas planares e achatadas q mimetizam pares de 
bases com tamanho + ou – igual ao nucleotídeo
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Agentes intercalares: pode se inserir entre as bases DNA unifilamentar
estabilizar bases que formam alças durante a 
formação da mudança de matriz de leitura
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Danifica uma ou mais bases ⇒ torna o pareamento 
específico impossível
- Dano às bases
bloqueio replicação
Procariontes ⇒ bloqueio contornado pela inserção 
de bases inespecíficas
ativação sistema SOS
� resposta emergencial para evitar a morte celular na presença de um 
dano significativo ao DNA. 
� último recurso ⇒ permite que a célula troque a morte por um certo nível 
de mutagênese
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Modelo para o Sistema SOS – dano: fotodímero T-C
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Mutágenos diferentes dependentes do SOS para sua ação
 luz UV⇒ fotoprodutos de UV 
• fotodímero de pirimidina ciclobutano
• fotoproduto 6-4
 aflatoxina B1⇒ sítios apurínicos - sítios AP
cada mutágeno induz distribuição única de mutações
MUTAÇÕES INDUZIDAS
danificam sítios específicos de pareamento de bases
Fotodímeros de pirimidina
 fotoprodutos de UV ⇒⇒⇒⇒ união de pirimidinas adjacentes
Transição C T mais freq
Ocorrem transversões também
Mudança na matriz de leitura
interferem pareamento normal de bases
Indução sistema SOS
MUTAÇÕES INDUZIDAS
Dímero de 
ciclobutano
Fotoproduto 6-4
 aflatoxina B1⇒ se liga ao N-7 da guanina 
leva a quebra da ligação entre a base e o açúcar
MUTAÇÕES INDUZIDAS
sítio apurínico
tranversão: G.C →→→→ T.A
sistema SOS 
Inserção preferencial de A
Depurinação do DNA ⇒ perda de guanina
Preferencialmente é inserido adenina neste sítio tranversão: G.C → T.A 
MUTAÇÕES INDUZIDAS
G.C 0.C 0.A mais G.C
0.A 0.A mais T.A 
Flexibilidade da estrutura do DNA
� Oscilação em bases normais 
� Pareamento incorreto
Após replicação o erro é incorporado
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
� Raras
� Difícil determinar os mecanismos que as geram
 Erros na duplicação
- substituição espontânea de bases:
transições maior parte
transversões
- mudanças na matriz de leitura
 Lesões espontâneas
- depurinação
- desaminação
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
Distribuição de mutações espontâneas no gene lacI de E.coli
⇒ pontos quentes resultantes de seqüências repetidas
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
 Erros na duplicação
- GT CTGC CTGC CTGC CTGC C
5´- GT CTGC CTGC CTGC C – 3´
GT CTGC CTGC C
FS5, FS25, FS45, FS65
FS2, FS84
- ponto quente gene lacI:
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
 Erros na duplicação
Modelo de Streisinger: formação de mudança de matriz de leitura
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
 Erros na duplicação
Aumento no tamanho Diminuiçãono tamanho 
da repetição da repetição
Início
Dissociação
Hibridação e
erro de pareamento
A nova fita tem
tamanho diferente
da fita molde
1 2 3 4 
5 6 7 8 9 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
3
1 2 4
3
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 4 5 6 7 8 
3
1 2 3 4 5 6 7
1 2 4 5 6 7 8 
3
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
 Erros na duplicação
EX: expansão da trinca CGG - Síndrome X frágil
- - - - - - - - - - - -CGGCGGCGG- - - - - - - - - - - - - Normal
6-54
- - - - - - - - - CGGCGGCGGCGGCGG - - - - - - - - - - NTM
- - - - - - - - - CGGCGGCGGCGGCGG - - - - - - - - - - Filha
- - - CGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGGCGG - - - - Afetado
50-200
50-200
200-1.300
Ocorre em várias doenças hereditárias:
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
 Erros na duplicação
 Lesões espontâneas
Danos de ocorrência natural no DNA
Depurinação
- ocorre espontanea/e
- lesões persistirem � dano genético
duplicação: sítios apurínicos não 
especifica nenhum tipo de base
base pode ser
inserida neste sítiomutação
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
Depurinação do DNA ⇒ perda da guanina: sítios AP
- rompimento da ligação covalente 
no átomo de carbono 1`
-preferencialmente é inserido 
adenina neste sítio 
- tranversão:G.C → T.A 
 Lesões espontâneas
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
C•G→T•A
transição
pontos quentes mutacionais: 5-metilcitosina
C•G →U•A →T•A
transição
 Lesões espontâneas
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
Desaminação do DNA
Bases danificadas oxidativamente
radicais superóxidos (O2) 
peróxido de hidrogênio (H2O2) 
radicais hidroxila (OH) 
dano oxidativo DNA
mutação
várias doenças humanas
 Lesões espontâneas
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
Dois produtos de danos ao DNA, após o ataque de radicais oxigênio
transversões G →→→→T
8-oxodG mau pareamento com A
Bases danificadas oxidativamente
 Lesões espontâneas
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
Fontes de Mutágenos para o Homem
Fonte Exemplo
Endógeno Radicais livres de oxigênio
Ocupacional Compostos petroquímicos
Dieta Cozimento de alimentos - aminas heterocíclicas
Conservantes, Contaminantes - aflatoxina
Estilo de vida Tabaco, Sol (luz UV)
Medicamento Antineoplásicos
Radiação Raio X, radioterapia, testes nucleares
Poluição Efluentes industriais, gases de veículos, agrotóxicos
Biológico Infecção crônica por vírus, bactérias ou parasitas
MUTAÇÕES
QUADRO CLÍNICO
SISTEMA 
DE REPARO
MECANISMOS DE REPARO
baixa taxa de mutação
⇓⇓⇓⇓
eficiência do sistema de reparo
Falhas no sistema ⇒⇒⇒⇒ aumento taxa de mutação
Vias de Reparo
♣ Prevenção de erros
♣ Reversão de danos
♣ Reparo de excisão
♣ Reparo pós-replicação
Vias de Reparo
♣♣♣♣ Prevenção de Erros
superóxido dismutase
Radicais superóxido peróxido de H2
catalase
H2O
Ex: desintoxicação de radicais superóxidos produzidos durante 
danos oxidativos ao DNA
Sistemas enzimáticos: neutralizam compostos 
danificantes antes que eles reajam com o DNA
♣♣♣♣ Reversão direta do dano
A lesão é revertida diretamente regenerando a base normal
� modo mais direto de reparar uma lesão
� nem sempre é possível alguns danos irreversíveis
Reparo de um fotodímero de pirimidinas
Vias de Reparo
♣♣♣♣ Vias de excisão-reparo
• O sistema quebra uma ligação fosfodiéster em ambos os 
lados de uma lesão excisão de oligonucleotídeo
• O espaço é preenchido por síntese de reparo
• Ligase liga as extremidades
Vias de excisão reparo geral:
Vias de Reparo
Padrões de excisão em E.coli e enzimas humanas
Procariontes: 
12 ou 13 nucleotídeos são removidos
Eucariontes:
27 a 29 nucleotídeos são eliminados
Vias de Reparo
Reparo por excisão de bases
excisados pelas 
endonucleases AP
Vias de excisão específicas:
reconhecem lesões pequenas
DNA glicosilases: quebram 
ligações N-glicosídicas (base-
açucar) liberando bases alteradas 
Gera sítios apurínicos ou 
apirimidínicos (sítios AP)
Vias de Reparo
Reparo de sítios AP
Vias de Reparo
♣♣♣♣ Reparo de pós-replicação
Reconhece erros mesmo após o DNA já ter sofrido replicação
1. Reconhece bases mau pareadas
2. Determina que base no mau pareamento é a incorreta
3. Retira a base incorreta e faz a síntese de reparo
Como reconhecer qual a base incorreta??
- Sistema de reparo de mau pareamento - mismatch:
Vias de Reparo
Modelo de reparo de mau pareamento em E. coli
Vias de Reparo
Esquema de reparos pós-replicação
Vias de Reparo
Ex: Xeroderma pigmentoso
Muitas doenças são causadas por genes defeituosos em sistemas 
de reparo
mutação em um dos oito genes envolvidos no 
reparo por excisão de nucleotídeo
Câncer de pele no 
Xeroderma pigmentoso
Vias de Reparo
DEFEITOS NO SISTEMA DE REPARO
↑↑↑↑ INCIDÊNCIA DE CÂNCER
Agentes físicos e químicos implicados nas causas de Ca
UV pele
Raios X medula óssea
Aflatoxina fígado
Tabaco pulmão, esôfago, CCP 
Álcool fígado, esôfago, CCP 
Conseqüências das lesões
Agressão ao DNA
Lesão
Fixação 
Evento mutagênico 
Agentes Químicos, 
Físicos e Biológicos
Reparo Apoptose
DEFEITOS NO SISTEMA DE REPARO