Manual biomol 3 - Mutação

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MUTAÇÃO 
 
 
DNA: bases freqüentemente expostas a agentes naturais ou artificiais que provocam modificações 
na sua estrutura ou composição química. 
 
Mutação: qualquer modificação súbita e hereditária no conj. gênico de um organismo que não é 
explicável pela recombinação da variabilidade genética preexistente. 
 
*Genômica 
*Cromossômica 
*Gênica 
 
 Células germinativas: transmitida hereditariamente. 
 Células somáticas: formação de tumores. 
 
Mutante: todo organismo que exibe uma forma alterada como resultado da presença de uma 
mutação (problemas na sobrevivência e eliminação por seleção natural). 
 
Mutação Seleção natural (matéria prima da evolução) 
 Fonte básica da variabilidade genética 
 frequência é deletéria. 
 
 
O DNA pode ser lesado por uma variedade de processos: 
 
1. Espontâneos (nível basal 10-6 a10-10 mutações por gene). 
2. Catalisados por agentes ambientais (agentes mutagênicos). 
3. Replicação pode ocasionalmente deixar bases despareadas. 
 
Fenotipicamente Silenciosas 
 Expressas 
 
*Silenciosas: 2 grupos 
 
1. Envolvem troca de bases do DNA mas não causam a troca do aa presente na proteína 
correspondente. Ex: UUU (fenilamina) e UUC (fenilamina). 
 
2. Levam a troca do aa mas a substituição não afeta a ativ. da proteína mutações neutras. 
 
*Qualquer base do DNA pode ser mutada. 
 
 
 Mutação de ponto ou gênica: modificação em um único par de base (substituição, 
adição ou deleção). 
 
 Pode ser resultado de: 
 
- Mau funcionamento do sistema celular que replica ou repara o DNA, inserindo uma base 
errada na cadeia nucleotídica que esta sendo sintetizada. 
 
- Interferência quím. diretamente sobre uma das bases do DNA. 
 
 
*Substituição de bases: 
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-Transição: PU PU – ACG (treonina) GCG (alanina) 
 PI PI – ACA (treonina) AUA (isoleucina) 
 
-Transversão: PU PI – AAG (lisina) ACG (treonina) 
 PI PU – UGC (cisteína) UGG (triptofano) 
 
Situações que as substituições de bases podem levar: 
 
- A subst. da base ocasiona a troca de um aa (mut. c/ sentido trocado ou errado – 
missense). 
- O efeito depende da natureza do aa substituído podendo levar a uma prot. Alterada c/ 
redução ou perda da ativ. biológica ou prot. semelhante à normal. 
 
 
 
 SUBSTITUIÇÃO SINÔNIMA X NÃO SINÔNIMA ??? 
 
 
 
- Subst. faz surgir um dos 3 códons de terminação :UAA, UGA e UAG (mut. sem sentido -
nonsense ). 
 
 
*EFEITO: perda de função 
*Adição/Inserção ou Deleção ou Perda: 
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-Alteram toda a leitura do código genético (mut. de mudança na leitura do código genético – 
frameshift) 
 
*EFEITO proteína praticamente perde sua função. 
 
 
 Exceção: 
 
-deleção ou inserção de 3 bases adjacentes ou múltiplo de 3 bases resulta perda ou adição da 
cadeia polipeptídica, mas a estrut. de leitura das bases da seq. restante não se altera. 
 
 
 
 
*Mecanismos para ocorrência de mutações espontâneas: 
 
 sugerido por Watson & Crick Modificações tautoméricas (envolve a substituição de um par 
de base por outro tipo mais comum). 
 
Hotspots: sítios que ganharam um no de mutações maior que o esperado para uma distribuição 
aleatória. 
 
 Ocorrência pode ser por tratamentos com agentes mutagênicos (mutações induzidas). 
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Agentes mutagênicos 
 
 1- Agentes mutagênicos físicos: 
 
 Radiação ionizante (raios X, e cósmicos) rompe ligações açúcar-fosfato e causa 
quebras cromossômicas. 
 
 Quando a radiação interage diretamente com as moléculas importantes como as de DNA, 
pode causar desde mutação genética até morte celular. 
 
 Radiação não-ionizante (UV) formação de dímeros de PI. Induz mutações somáticas e 
câncer de pele (ex: Xeroderma pigmentoso). 
 
 
*Que tipo de mutação é gerada? Qual a consequência da lesão??? 
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Xeroderma pigmentoso: 
 
 
 
 Desordem genética: a capacidade normal do organismo para remover o dano causado pela 
radiação ultravioleta (UV) é deficiente. Qual enzima está defeituosa?_________________ 
 Múltiplos Carcinomas basocelulares e espino-celulares e mesmo melanomas em idade 
precoce. 
 Em casos severos, é necessário evitar por completo a exposição à luz solar e a outras fontes 
de radiação ultravioleta. 
 
 2- Agentes mutagênicos químicos: 
 
 Análogos de bases: 
 
5-bromouracil: análogo da T e pareia com A (par AT muda p/ GC). 
 
 
 
-É utilizado principalmente como mutágeno experimental, mas o seu derivado desoxirribosido ( 5-
bromo-2-desoxi-uridina) é utilizado para tratar neoplasmas. 
 
 
 
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 2-aminopurina: pareia com a T, tautômero pareia com C. 
 
 
 
 Ác. Nitroso (desaminação): 
- Adenina hipoxantina (pareia com C ao invés da T): 
 
 
- Citosina uracil (Pareia com A ao invés da G): 
 
*Onde encontramos o HNO2??? 
-Precursores: 
 NaNo2 (nitrito de sódio) 
 NaNo3 (nitrato de sódio) 
 Nitrosaminas 
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 Agentes alquilantes (mostardas nitrogenadas, éstes do ác. Metilsulfônico etc): Potentes! 
- agem sobre a guanina enfraquecendo sua ligação com a desoxirribose. 
- A guanina assim é perdida, e em seu lugar, pode entrar qualquer base. 
 
 
 
 Corantes aromáticos nitrogenados: 
 
-Ligam-se ao DNA, inserindo -se entre bases adjacentes. 
Ex: Corantes Acridina (distorção da hélice que resulta em adição ou deleção de nt). 
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*Que tipo de mutação é gerada? Qual a consequência da lesão??? 
 
 
 
 
* Mutações no Homem: 
 Hemoglobinopatias 
 Hiperqueratoses (def. queratolítica) 
 Câncer 
 
-Nos mamíferos há uma forte correlação entre mutagênese e a carcinogênese. 
 
Mutações favoráveis: raras (melhoramento de grãos), a maioria são deletéricas para as células. 
 
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 Após conhecer tantas mutações, é normal perguntar-se: por que o câncer não é mais 
freqüente entre os seres vivos? 
 As mutações são inevitáveis, pois o DNA, como qualquer substância química, não é 
totalmente estável. 
 Então, os seres vivos desenvolveram mecanismos para corrigir esses erros naturais: é o 
chamado sistema de reparo. 
 
 
*Proteção natural contra as mutações: 
 
1- Redundância do código genético 
 
2- A posição em que a substituição de aa ocorre na proteína (mut. em parte da prot. que 
não seja crítica à sua função). 
 
3- Mutações no DNA-não codificador (exceto quando ocorre em seq. relacionadas c/ a 
regulação de genes estruturais ou na junção da emenda entre íntrons e éxons). 
 
4- Mecanismo de reparo. 
 
 
 
Obs: existe aindaa relação entre vírus e câncer 
 
 Estudos indicam que os vírus podem contribuir para a ocorrência de câncer, por causar 
morte excessiva de células normais e promover o crescimento de células sobreviventes 
com traços cancerígenos. 
 
 A infecção com vírus tem sido ligada a diversas formas de câncer em humanos, incluindo 
os linfomas de Hodgkin e não-Hodgkin, sarcomas e câncer de garganta e fígado. 
 
 
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Exercícios de fixação: MUTAÇÃO 
 
1) Definir mutação e mutante. 
2) Toda mutação é deletéria para a célula? Explique. 
3) O DNA pode ser lesado por quais processos? 
4) Como as mutações se manifestam fenotipicamente? 
5) Como ocorrem as mutações do tipo missense, nonsense e frameshift e quais as conseqüências 
de cada uma? 
6) Em que se baseiam as mutações espontâneas? 
7) O que são agentes mutagênicos? Quais são? Dê exemplos. 
8) Qual a relação entre mutagênese e carcinogênese? 
9- A presença da anemia falciforme é determinada por uma quantidade elevada de hemácias 
deformadas. Em indivíduos normais, as células de transporte de gases, hemácias, têm forma 
arredondada côncava e flexível (B). A formação dessa hemoglobina, determinada por um par 
genético no cromossomo 11, muda nos indivíduos falciformes. Neles, há a presença de ao menos 
um gene mutante, que leva o organismo a produzir a hemoglobina S (C). Classifique esta mutação 
(A) e fale de suas possíveis consequência. 
 
10-Indivíduos portadores da doença "xeroderma pigmentosum", condição genética autossômica 
recessiva, apresentam, em células epidérmicas, extrema sensibilidade à luz solar, resultando em 
alta freqüência de câncer de pele, principalmente na face. Alguns desses pacientes também 
desenvolvem anormalidades neurológicas, que parecem resultar da morte prematura de células 
nervosas. Estudos genéticos, em células de organismos afetados, revelam a existência de 
defeitos no sistema enzimático responsável pelo reparo de moléculas de DNA danificadas pela 
exposição a agentes mutagênicos (GARDNER, p. 307-8 - adaptação). Indique: 
a) Agente causador:___________ 
b) Lesão causada:_____________ 
c) Defeito genético associado:___________ 
d) Como evitar o dano:_________________ 
 
11- Diferencie substituição sinônima de não sinônima. 
 
 
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*Esta lista de exercícios é um estudo dirigido para prova de 1ª V.A e será corrigida 
na próxima aula! Responda no caderno. 
 
 
ESTUDO DIRIGIDO BIOMOL 1ª. V.A 
 
 
1. Em 1953, Watson e Crick identificaram a estrutura do DNA, vencendo uma batalha travada 
entre importantes cientistas para descobrir e mapear o código genético. Essa vitória foi ética e 
justa? Esclareça com base no livro: “Watson e Crick e o DNA em 90 minutos”. 
2. Explique a seguinte afirmação: cromatina e cromossomos representam dois aspectos 
morfológicos da mesma estrutura. 
3. Leia o seguinte texto e verifique o que há de errado ou se ele está correto: O núcleo 
interfásico, conhecido como núcleo em repouso, corresponde aquele momento em que a 
célula se prepara para iniciar a mitose, ou seja, a divisão celular. Na fase de interfase (a fase 
mais importante da mitose), a célula duplica seu material cromossômico e suas organelas 
citoplasmáticas. Logo após a duplicação do DNA a célula entra em mitose na qual ocorrem as 
seguintes fases: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Após estas fases a célula de origem 
dá duas novas células não necessariamente geneticamente iguais. 
4. Quando se observa a microscopia de uma célula em intérfase observa-se um núcleo bem 
corado com regiões mais escuras (heterocromatina) e outras mais claras (eucromatina), como 
observado na figura abaixo. Explique o que ocorre nestas regiões em relação ao metabolismo 
celular (dogma central). 
 
 
 
6- A AIDS é causada por um retrovírus, o vírus da imunodeficiência humana (HIV). O tratamento 
da AIDS é complicado pela alta mutabilidade desse vírus. Por que quaisquer duas moléculas do 
RNA de HIV quase nunca são iguais em sua sequência de nucleotídeos? Molecularmente, o que 
contribui para que isso ocorra? 
 
 
7- Correlacione: Ciclo celular X metabolismo celular X ploidia. 
 
8- Ao revelar-se capaz de inibir a reprodução do vírus HIV, o AZT (Zidovudina) tornou-se a 
primeira substância aprovada para tratamento da Aids, ampliando sensivelmente a expectativa de 
vida dos pacientes. Atualmente é usado em conjunto com outras drogas na composição do 
coquetel anti-Aids pois reduz a carga viral, ou seja, a quantidade de vírus HIV no sangue, 
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preserva as células de defesa do organismo e também reduz a transmissão do vírus da aids da 
mãe para o seu bebê, a chamada transmissão vertical. Com base na estrutura da molécula do 
AZT abaixo, descreva o mecanismo molecular de ação dessa droga. 
 
 
 
 
9- As quinolonas são um grupo de substâncias químicas antibacterianas. Devido a grande 
eficiência contra a maioria das Enterobacteriaceae, este grupo tornou-se de escolha no combate 
de infecções urinárias de difícil tratamento. As quinolonas são antimicrobianos bactericidas e sua 
atividade antimicrobiana se relaciona com a inibição das topoisomerases bacterianas do tipo II, 
também conhecida como DNA girase. Baseado no mecanismo de ação descrito, quais as 
conseqüências deste fármaco no metabolismo bacteriano? 
 
 
10- Os agentes mutagênicos são fatores que podem elevar a freqüência das mutações. Em 1920, 
Hermann J. Muller descobriu que submetendo drosófilas ao raio X, a freqüência das mutações 
aumentava cerca de cem vezes em relação à população não exposta. O aumento na taxa de 
mutações pode ser obtido pelo emprego de numerosos agentes físicos e químicos. Todos os 
seres vivos estão submetidos, diariamente, a vários desses agentes. Entretanto, as mutações 
permanecem como eventos não muito freqüentes. A relativa estabilidade do material genético 
deve-se à existência de mecanismos que constituem uma proteção natural do genoma. Quais são 
estes mecanismos? Suponha que uma célula esteja na fase S da interfase ou seja, passando pela 
replicação do material genético, qual principal mutação ocorre e como a fidelidade da replicação 
pode manter a estabilidade do genoma? 
 
11- Considere os seguintes valores de Lk (número de ligação) de moléculas de DNA: 
 
a) W= +1 → W= -1 
 
b) L= n → L= n+1 → L= n+2 
 
Quais são as enzimas que estão atuando nos modelos, seu mecanismo de ação e a 
conseqüência da sua ação.