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Aula5_Danos+no+DNA+e+reparo

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1
Mutações e Danos no DNA 
Mecanismos de Reparo 
QBQ317N Aula 5
Mutações:
modificações na sequência de 
bases no DNA
2
Danos no DNA podem gerar mutações ou bloqueio 
da replicação e morte celular
Portanto, os danos precisam ser removidos  Reparo
Fontes de mutações no DNA
Espécies reativas 
de oxigênio 
(ROS)
troca/adição/perda de nucleotídeo(s)
Mutação de ponto  Um nucleotídeo alterado
Inserção  Nucleotídeos inseridos a mais no DNA
Deleção  Nucleotídeos retirados do DNA
Mutações: modificações na 
sequência de bases no DNA
3
purina x purina
pirimidina x pirimidina
purina x pirimidina
pirimidina x purina
Mutações: Classificação quanto à 
substituição de bases
Mutações podem resultar ou não 
na alteração da sequência 
proteica codificada
4
Erros de replicação
inserção/deleção de bases por deslizes da 
DNA polimerase
modificações tautoméricas das bases
modificações químicas espontâneas
Danos no DNA
causados por agentes físicos (UV, raio-
X) ou químicos (espécies reativas de 
oxigênio, agentes alquilantes, etc) 
Se os mecanismos de reparo falham, 
surgem mutações
Como as mutações aparecem?
Formas tautoméricas das bases do DNA
5
Pareamento errôneo na replicação implica 
em mutações nas próximas gerações
Forma tautomérica
(imino) de adeninacitosina
6
Pareamento errôneo na replicação implica 
em mutações nas próximas gerações
Forma tautomérica
(imino) de adeninacitosina
Alterações químicas 
espontâneas (por 
hidrólise) nas bases 
também resultam em 
pareamento incorreto 
durante a replicação:
• desaminação
• despurinação
7
Desaminação espontânea de bases resulta em 
pareamento incorreto
Despurinação (espontânea) do DNA
8
Sítio AP
DNA polimerase pode inserir qualquer base na fita 
filha ou pode haver um bloqueio da replicação
Despurinação (espontânea) do DNA
Formas tautoméricas
formas instáveis das bases
Desaminação espontânea
hidrólise e perda de um NH3 de A, C ou G
Despurinação espontânea
hidrólise do nucleotídeo, com perda de A ou G
Resumindo: alterações espontâneas
9
Danos no DNA causados por agentes 
químicos ou físicos exógenos
Agentes químicos: precursores de 
ácido nitroso
Conservantes de alimentos
Desaminação da citosina por ácido nitroso
10
Desaminação da 
citosina por 
ácido nitroso
mutação
CG  TA
Desaminação da adenina por ácido nitroso
mutação
AT  CG
11
Guanina é alvo de diversas modificações 
químicas potencialmente mutagênicas
Agentes alquilantes: Modificação de bases
CnH2n+1
12
Metilação por metil-
nitrosoguanidina
(agente alquilante)
mutação
GC  AT
Mutação induzida pela incorporação de 
análogos das bases
5-bromouracila é 
um análogo da 
Timina, que 
normalmente 
pareia com a 
Adenina
O tautômero enol 
da 5-BrU pareia 
com a guanina, 
causando a 
transição 
TA  CG
5-Bromouracila
Tautômero enólico Guanina
13
Moléculas que intercalam no DNA também 
são agentes mutagênicos:
inserção ou deleção de bases
Laranja de acridina
9-amino-(N-(2-dimetilamino
etil)acridina-4-carboxamida
Aflatoxina é produzida 
por fungo (Aspergillus
flavus) que contamina 
sementes e cereais
Metabolização no fígado 
gera um composto 
altamente reativo que 
alquila bases do DNA 
ou intercala-se no DNA
14
Como testar se um composto é mutagênico?
http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40054/title/Mutagens-and-Multivitamins/
Junho 2014
Teste de Ames
15
Teste de Ames 
para agentes 
mutagênicos 
Teste de Ames para agentes mutagênicos 
Revertentes:
Mutações
espontâneas
Concentrações decrescentes de agente mutagênico
+++
++ +
Meio sem Histidina
Disco de 
papel com 
composto a 
ser testado
16
Dímero de timinas: Luz UV induz a ligação 
covalente entre duas pirimidinas adjacentes
Mutações induzidas por radiações 
ionizantes e não ionizantes (ex: UV)
17
Distorção na estrutura 
da dupla-hélice
UV pode continuar causando dano 
horas após a exposição
18
Front. Physiol., 06 October 2015 | 
https://doi.org/10.3389/fphys.2015.00276
UV pode continuar causando dano 
horas após a exposição
Diferentes agentes mutagênicos alteram o DNA e ocasionam 
diferentes tipos de danos.
Cada dano pode levar a um tipo de mutação.
DNA está sujeito a danos
desaminação, alquilação
e oxidação de bases
ausência
de purinas
dímeros de
timina
bases mal-
pareadas
(mismatch)
ligações covalentes
entre as fitas
quebras das
fitas
19
Cada tipo de dano requer um 
mecanismo de reparo do DNA
Por que é importante reparar 
os danos no DNA?
20
Deficiências no reparo do DNA:
associadas a câncer, imunodeficiência e 
outras síndromes
Replicação
Reparo
Recombinação
Metabolismo do DNA
21
Etapas básicas dos processos de reparo:
1) Reconhecimento
2) Excisão
3) Síntese
4) Ligação
Comuns a quase todos os sistemas!
É a lógica geral destes processos!
Exceção é o reparo direto
• Mismatch repair (“reparo de pareamento 
errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo direto
• Reparo por síntese translesão
• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
22
Logo após replicação
Corrige erros que escaparam da atividade 
revisora da DNA polimerase
Reparo para correção de mal-pareamento
mismatch repair (MMR)
Reparo de Mismatches
23
Reparo de Mismatches
Como ocorre a discriminação entre a 
fita nova (tem o erro) e velha?
24
25
• Mismatch repair (“reparo de pareamento 
errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo direto
• Reparo por síntese translesão
• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
Reparo por excisão 
de bases (BER)
Remoção da base modificada
ex: Uracila no DNA
Proteínas envolvidas:
DNA glicosilases
Retiram a base modificada
específicas para cada 
modificação
AP endonuclease
Quebra ligação fosfodiéster
DNA polimerase I
Adiciona novos nucleotídeos
DNA ligase
Sela a fita
26
• Mismatch repair (“reparo de pareamento 
errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo direto
• Reparo por síntese translesão
• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
27
Reparo por excisão de 
nucleotídeos (NER)
Lesões que causam mudanças estruturais
no DNA 
ex: dímeros de pirimidina 
ABC exinuclease (UvrABC)
Helicase (UvrD)
DNA polimerase I
DNA ligase
helicase
28
NER: bacteriano x humano
Deficiências no NER causam 
Xeroderma pigmentoso e Síndrome de Cockayne
Doenças autossômicas recessivas
Hipersensibilidade a luz solar (luz ultravioleta)
Lesões cutâneas, incluindo câncer de pele
Alterações oftalmológicas
Alterações neurológicas
Aumento do risco de neoplasias malignas
http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/09/14/luta-contra-o-sol/
http://g1.globo.com/goias/noticia/2014/05/povoado-em-goias-tem-maior-
taxa-mundial-de-doenca-rara-de-pele.html
29
Genes mutados em XP e SC
DNA Repair Crème
provides a concentrated amount of Gen IV 
Technology. It uses special enzymes and 
biotechnology to minimize the visible signs of 
aging, promote vibrant, youthful skin, and restore 
and revitalize your appearance.
DNA Repair Crème contains the T4 
Endonuclease V enzyme. This enzyme is derived 
through a bio-fermentation process that delivers 
unique and special reparative enzymes to support 
the skin’s natural defense against UV radiation 
and other harmful environmental agents!
http://www.youtube.com/watch?v=axFJA4-SzYg
30
• Mismatch repair (“reparo de pareamento 
errado”)
• Reparo porexcisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo direto
• Reparo por síntese translesão
• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
Foto-reativação enzimática 
Fotoliases reparam dímeros de pirimidina
Enzimas que removem grupos alquil:
O6 - metilguanina DNA metiltransferase
Sistemas de reparo direto em E. coli
31
Reparo de dímeros de pirimidinas por 
foto-reativação
Fotoliase Enzima ativada por luz visível
Ausente apenas em mamíferos 
placentários
O6 - metilguanina DNA 
metiltransferase:
“enzima” não se 
recupera
Reparo de bases 
alquiladas
32
• Mismatch repair (“reparo de pareamento 
errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo direto
• Reparo por síntese translesão
• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
Resolve bloqueio da 
replicação
DNA polimerase IV
Passível de erro
Incorpora nucleotídeos 
aleatórios
Fonte de variabilidade 
genética?
Reparo por 
síntese translesão
33
• Mismatch repair (“reparo de pareamento 
errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo direto
• Reparo por síntese translesão
• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
Próxima aula
Células têm vários sistemas de reparo de DNA:
- Reparo de pareamento errado (MMR) é dirigido pela não
metilação transitória de sequências GATC na fita recém
sintetizada.
- Sistemas de reparo por excisão de bases (BER) reconhecem
e reparam danos causados por agentes ambientais, como
radiação e agentes alquilantes.
- Reparo por excisão de nucleotídeos (NER) retira um
segmento da fita de DNA que inclui a lesão, deixando um
intervalo que é preenchido pela DNA polimerase e depois
ligado (DNA ligase).
- Alguns danos são reparados por reversão direta da lesão, por
enzimas específicas.
- A síntese translesão (resposta SOS) permite a retomada da
replicação, mas adiciona bases “erradas” e pode ser um
mecanismo de aumento de diversidade em condições de
estresse
34
Mutações podem resultar ou não 
na alteração da sequência 
proteica codificada
35
Mutação Silenciosa
substituição TC
T G C G G A T T T G C Tcodificadora
molde
codificadora
molde
T G C G G G T T T G C T
Mutação Missense
substituição AT 
T G C G G A T T T G C Tcodificadora
molde
codificadora
molde
A G C G G A T T T G C T
36
Mutação Nonsense
substituição GT
T G C G G A T T T G C Tcodificadora
molde
codificadora
molde
A G A G G A T T T G C T
(G) 
Mudança de fase de leitura - frameshift
T G C G G A T T T G C Tcodificadora
molde
codificadora
molde
A G A G G C A T T T G C T

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