Aula 07 Mutação e Reparo DNA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL
CURSO: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DISCIPLINA: BIOLOGIA MOLECULAR
MUTAÇÃO: Conceitos de toxicologia e MUTAÇÃO: Conceitos de toxicologia e genotoxicidadegenotoxicidade
Prof. Elizangela Leite Vargas
MUTAÇÃO: Conceitos de toxicologia e MUTAÇÃO: Conceitos de toxicologia e genotoxicidadegenotoxicidade
REPARO DNAREPARO DNA
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ESTABILIDADE E INSTABILIDADE GÊNICA E CROMOSSÔMICA
� Células eucarióticas – mecanismos de controle de
qualidade – coletivamente chamados de checkpoints.
� Checkpoints– asseguram a correta execução dos eventos do
ciclo celular, garantindo a estabilidade genética.
�Checkpoints– é um mecanismo de feedback que monitora a
execução do ciclo celular e inibe o início de eventos
subsequentes até que os processos das etapas anteriores
sejam executados com sucesso.
ESTABILIDADE E INSTABILIDADE GÊNICA E CROMOSSÔMICA
ESQUEMA GERAL DA MITOSE
ESTABILIDADE E INSTABILIDADE GÊNICA E CROMOSSÔMICA
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ESTABILIDADE E INSTABILIDADE GÊNICA E CROMOSSÔMICA
� As mutações que comprometem o ponto de checagem do
fuso durante o processo mitótico contribuem para a
instabilidade cromossômica – gerando anomalias.
� Na meiose: erros no ponto de checagem do fuso produzem
variações cariotípicas que podem determinar a formação devariações cariotípicas que podem determinar a formação de
gametas com alterações no número de cromossomos, que
poderão dar origem a síndromes incompatíveis com a vida.
�Resultado: câncer, abortos espontâneos ou nascimentos de
crianças com síndromes.
MUTAÇÃO
� Recombinação: é o resultado de processos que fazem com
que genes diferentes se tornem agrupados em novas
combinações.
� No ambiente celular, as moléculas de DNA não são
absolutamente estáveis.absolutamente estáveis.
� Cada par de bases em uma dupla-hélice de DNA tem a
capacidade de mutar.
MUTAÇÃO
� O material genético pode ser alterado, pela ação de
agentes ambientais, mas também espontaneamente durante
a replicação.
� Alterações do genoma que envolve um ou alguns
nucleotídeos –mutações gênicas.nucleotídeos –mutações gênicas.
� Alterações que afetam o cariótipo – aberrações
cromossômicas:
• Estruturais – sequências perdidas, invertidas, duplicadas,
translocadas.
• Numéricas – nº maior ou menor de cromossomos.
ABERRAÇÕES CROMOSSÔMICAS - NUMÉRICAS
ABERRAÇÕES CROMOSSÔMICAS - NUMÉRICAS
MUTAÇÃO
• Mutação Somática
– Ocorre em qualquer célula do corpo, não é
transmitida para a descendência
• Mutação germinativa:
– Em geral não afeta o indivíduo, e sim sua prole e
herdadas de geração em geração.
MUTAÇÃO: qualquer mudança na 
sequência de nucleotídeos ou arranjo do 
DNA
Células germinativas: 
Mutação herdável
Células somáticas: 
Mutação somática
� Alteração da informação genética em células
somáticas pode levar à formação de tumores benignos
ou malignos.
MUTAÇÃO
� Quando as mutações ocorrem em células
germinativas, podem ser originadas alterações genéticas
transmissíveis, causando desordens genéticas, baixa
fertilidade e síndromes fetais.
MUTAÇÃO
� As mutações gênicas mais comuns consistem na
substituição de um nucleotídeo por outro, na perda (deleção)
de um ou vários nucleotídeos, ou na inserção de um ou vários
nucleotídeos.
� Qualquer que seja o tipo de mutação, gera uma troca na� Qualquer que seja o tipo de mutação, gera uma troca na
informação contida no gene e leva a produção de uma
proteína diferente da esperada ou à falta de produção.
� A troca de um nucleotídeo em um gene resulta em um
códon diferente – presença da proteína de um aminoácido
que não corresponda.
MUTAÇÃO
� A troca de um aminoácido na proteína produz alterações
substanciais em suas funções.
�Modifica estrutura primária, secundária e terciária.
� Produção de proteína aberrante, interrupção de sua síntese� Produção de proteína aberrante, interrupção de sua síntese
(códon de terminação antes do local correspondente).
MUTAÇÃO
• Malformações anatômicas e congênitas
– Ex: hemonoglobinopatias – presença de
aminoácido errado na hemoglobina pode originar
graves disfunções sanguíneas.
Prejudiciais para os indivíduos
graves disfunções sanguíneas.
• Alterações funcionais ou transtornos
metabólicos:
– Ex: alterações de enzimas que participam dos
processos sintéticos e degradativos de diversas
moléculas.
MUTAÇÃO
As mutações também podem afetar genes envolvidos no
controle da multiplicação celular – descontrole na
proliferação – quadros cancerígenos.
• Perda de mecanismos normais que detêm a proliferação
celular.celular.
• Transcrição exagerada ou transcrição origina produtos
aberrantes.
MUTAÇÃO - Câncer
� O termo câncer é utilizado para representar um conjunto
de mais de 100 doenças, incluindo tumores malignos de
diferentes localizações.
� Importante causa da doença e morte no Brasil, as
neoplasias malignas.neoplasias malignas.
MUTAÇÃO - Câncer
� Crescimento desordenado (maligno) de células que
invadem os tecidos e órgãos, podendo espalhar-se
(metástase) para outras regiões do corpo.
� Dividindo-se rapidamente, estas células tendem a ser
muito agressivas e incontroláveis, determinando a formaçãomuito agressivas e incontroláveis, determinando a formação
de tumores ou neoplasias malignas.
MUTAÇÃO - Câncer
�Os diferentes tipos de câncer correspondem aos vários
tipos de células do corpo.
�Existem vários tipos de câncer de pele, porque a pele é
formada por mais de um tipo de célula.
- Carcinoma: o câncer tem início nos tecidos epiteliais como a- Carcinoma: o câncer tem início nos tecidos epiteliais como a
pele e ou mucosa.
- Sarcoma: começa no tecidos conjuntivo, é chamado de
sarcoma.
- Melanoma: se desenvolve nos
melanócitos, células responsáveis
pela pigmentação da pele.
MUTAÇÃO - Câncer
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
� A maioria das mutações gênicas são espontâneas e
ocorrem durante a replicação do DNA.
� Inserção de nucleotídeos incorretos; nucleotídeos a mais
ou a menos.
�Desaminação – bases dos nucleotídeos perdem seus
radicais amino.
• Depurinação – quando base purina (adenina, guanina) se
desliga da desoxirribose do nucleotídeo.
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
Citosina desaminada
Depurinação ( adenina, guanina - “solta da desoxirribose)
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
�Mutação de ponto: refere-se a alteração de um único par
de bases no DNA ou um pequeno número de pares de bases
adjacentes.
Mutações Gênicas
Substituição de bases
Inserções ou deleções
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
Substituição de bases : um par de bases é substituído por
outro.
�Transição: substituição de uma base por outra da mesma
categoria química.
• Purinas: são substituídas por outra purina
• Pirimidinas: são substituídas por outra pirimidina
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
Substituição de bases : um par de bases é substituído por
outro.
�Transversão: substituição de uma bases de uma categoria
química para uma base de outra categoria química.
• Purinas: são substituídas por pirimidinas
• Pirimidinas: são substituídas por purinas
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
�Inserções ou deleções
• São inserções ou deleções de pares de nucleotídeos – pares
de bases.
• A mais simples dessas mutações é a adição ou deleção de• A mais simples dessas mutações é a adição ou deleção de
um único par de bases.
• Adição ou deleção simultâneas de vários pares de bases de
uma só vez – causas de algumas doenças genéticas.
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
MUTAÇÕES GÊNICAS ESPONTÂNEAS
� Substituição de um nucleotídeo, perda (deleção) de um ou
vários nucleotídeos ou na inserção de um ou vários
nucleotídeos em uma molécula de DNA.
� Resultado: causa troca de informação contida no gene e
leva à síntese de uma proteína diferenteda esperada ou àleva à síntese de uma proteína diferente da esperada ou à
ausência de sua síntese.
MUTAÇÕES INDUZIDAS
� As fontes estão presentes no ambiente, encontradas
ocasionalmente ou aplicadas intencionalmente.
1. Os químicos são os mais difundidos;
2. As radiações ionizantes: radiação ultravioleta da luz solar,
os raios y e os raios X;
3. Certos vírus, capazes de introduzir segmentos de DNA
estranhos aos genes.
• No processo de penetração, a radiação ionizante
colide com átomos da matéria causando a
liberação de elétrons (formando radicais livres
positivamente carregados – íons).
• Quimicamente mais reativos quando comparados
MUTAÇÕES INDUZIDAS
• Quimicamente mais reativos quando comparados
à átomos em seu estado estável normal.
# a reatividade aumentada dos átomos presentes nas
moléculas de DNA é a base dos efeitos da radiação
ionizante.
MUTAÇÕES INDUZIDAS
� Alguns destes agentes incrementam o aparecimento de
mutações espontâneas (substituições de bases, deleções,
desaminações, depurinações).
� Outros causam outros ripos de alterações no DNA:
- Os raios y e os raios X produzem rompimentos na dupla
hélice;hélice;
- a luz ultravioleta causa a formação de dímeros de timina – a
ligação entre duas timinas vizinhas distorce o pareamento
com as adeninas da cadeia oposta, o que altera a replicação
normal do DNA.
TERMINOLOGIA
• Agentes genotóxicos: atuam sobre o genoma
• Mutagênicos: causam mutações de ponto
• Clastogênicos: causam alterações na estrutura 
cromossômica
• Carcinogênicos: aumentam o risco de aparecimento de 
tumores
• Citotóxicos: morte celular
MUTAGENICIDADE:
PRODUTOS NATURAIS
• “Se bem não fizer, mal não faz?”
• Virtualmente, todas as substâncias químicas podem
causar efeitos adversos à saúde � quantidade absorvida
e metabolismo
• Portaria do Ministério da Saúde/2000: todos os• Portaria do Ministério da Saúde/2000: todos os
fitoterápicos devem ser estudados quanto ao seu
potencial mutagênico
• Resultados positivos:
Aloe vera (babosa)
Schinus terebintifolius (aroeira)
Ocotea dukei (louro-de-cheiro) Concentração/Dose
ALIMENTOS PROCESSADOS
• Frituras de alimentos e torrefação: formam HAP
• Rancificação de óleos (aquecimento sucessivo): formam 
HAP (Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos).
• Armazenamento de grãos: contaminação por fungos
- aflatoxina: Aspergillus flavus- aflatoxina: Aspergillus flavus
(amendoim)
-furocumarinas: contidas em cogumelos
• Conservantes: nitratos e nitritos 
Quebra a ligação entre a 
base e o açúcar →→→→ sítio 
apurínico
REPARO DO DNA
� A relativa estabilidade do material genético deve-se a
existência de um grupo de enzimas de reparação que
patrulham permanentemente as moléculas de DNA à caça de
alterações na sequência de seus nucleotídeos.
Na maioria das vezes estas alterações 
são detectadas e corrigidas
REPARO DO DNA
� Para cada tipo de alteração do DNA existe um mecanismo
de reparo especial, dirigido por uma combinação de enzimas
específicas.
� Esses mecanismos utilizados pelas células para corrigir
erros no DNA.erros no DNA.
� Quando uma das cadeias de DNA sofre mutação, pode ser
reparada a partir da informação normal contida na outra.
� No entanto, como em qualquer processo biológico, os
mecanismos de reparo de erros no DNA podem falhar, com o
consequente aparecimento de mutações gênicas.
PREVENÇÃO DE ERROS 
(antes que ocorram)
• Neutralização de compostos potencialmente danosos 
ao DNA – Ocorre nos peroxissomos
– Desintoxicação de radicais superóxido (superóxido
dismutase)dismutase)
Superóxido
dismutaseRadicais 
superóxido
Peróxido de 
hidrogênio
Água
Catalase
A DNA POLIMERASE CORRIGE ERROS QUE ELA MESMO COMETE
� Se a DNA polimerase inserir um nucleotídeo incorreto,
“percebe” o erro e não adiciona novos nucleotídeos – a
cadeia para de ser replicada temporariamente.
NUCLEASE REPARADORA
�Mesma nuclease que remove os primers na síntese
contínua e descontínua do DNA.contínua e descontínua do DNA.
� A nuclease corta a ligação fosfodiéster que liga o
nucleotídeo incorreto ao nucleotídeo.
� O reparo é completado quando a DNA polimerase sintetiza
o segmento faltante e a DNA ligase une esse segmento ao
DNA cortado.
REPARO DAS DESAMINAÇÕES E DEPURINAÇÕES
� Desaminações - aparecimento de uracilas no lugar de
citosinas.
1. Enzima que reconhece e corta a conexão entre a base
incorreta (DNA glicosilase).
2. A desoxirribose sem a base é removida por outra enzima
específica.
2. A desoxirribose sem a base é removida por outra enzima
específica.
3. A DNA polimerase coloca o nucleotídeo correto no lugar
vazio e a DNA ligase termina o reparo
REPARO DAS DESAMINAÇÕES E DEPURINAÇÕES
REPARO DAS MUTAÇÕES INDUZIDAS
� A maioria das mutações induzidas por agentes ambientais
é reparada pelos mesmos mecanismos utilizados na correção
das mutações espontâneas.
� Dímeros de timina – luz ultravioleta: removidos por um
sistema de enzimas especiaissistema de enzimas especiais
1. Enzimas nucleases que hidrolizam duas ligações
fosfodiéster, uma de cada lado da lesão.
2. O segmento é separado da cadeia normal pela helicase.
3. A reparação completa quando o vazio é preenchido com
novo segmento de DNA.
A mutação é a fonte básica de toda variabilidade genética, 
fornecendo a matéria-prima para a evolução
Mutação: Bom ou Ruim?
Processo Evolutivo
1. Recombinação: Rearranjos � Novas combinações
2. Seleção Natural � Preserva as combinações mais adaptadas
3. Ausência de Mutação � Genes com apenas uma forma
Mutação como fonte de variabilidade
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Conclusão
� Mutação: Alteração do código genético
� Efeito benéfico x Efeito maléfico
� Mutações cromossômicas numéricas/estruturais
� Mutações gênicas (Nível molecular)� Mutações gênicas (Nível molecular)
� Mecanismos de reparação de erros
� Sistemas enzimáticos complexos que removem vários
tipos de erros
� Manutenção da integridade do DNA