Mutação e reparo do DNA

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Mutação
Modificação na sequência de DNA 
Enquanto a sobrevivência imediata de uma célula depende da 
capacidade de evitar alterações no seu DNA, a longo prazo a 
sobrevivência de uma espécie requer que as sequências do DNA sofram 
alterações ao longo de várias gerações. Estas alterações geram variações 
genéticas, que estão sujeitas a pressão seletiva durante a evolução dos 
organismos.
MUTAÇÃO
Mutação somática: 
Aquela que ocorre em genes de células somáticas. Portanto, permanece restrita ao 
indivíduo que a porta, não sendo transmitida aos descendentes através dos gametas
Mutação germinativa: 
Aquela que ocorre em células que originam gametas. Podem ser devidas a erros na 
replicação do DNA ou a mutagênicos químicos e físicos
Taxa de mutação
Sequência do genoma humano (aproximandamente 3x109 pares de 
bases) é alterada em apenas cerca de 3 nucleotídeos a cada divisão 
celular
A taxa de mutação é de aproximadamente 1 nucleotídeo alterado em 
109 nucleotídeos, cada vez que o DNA é replicado
Fenótipos
Mutantes
• Inserção ou deleção de bases – em que um ou mais pares de nucleotídeos é 
inserido ou deletado
• Substituição de bases – em que ocorre substituição de um par de bases por 
outro;
Duas classes principais de mutações gênicas
a) transição – quando ocorre substituição de bases de mesmo tipo, ou seja, uma 
pirimidina por outra ou uma purina por outra (par A=T pelo par G≡C e vice-versa, 
ou o par T=A pelo par C≡G e vice-versa);
b) transversão – quando ocorre substituição de bases de tipos diferentes, ou 
seja, uma purina por uma pirimidina, ou uma pirimidina por uma purina (par A=T 
pelos pares T=A ou C≡G e vice-versa, ou par G≡C pelos pares T=A ou C≡G e 
vice-versa)
Purinas: A e G
Pirimidinas: C, T, U
Consequências da mutação
•As trincas de nucleotídeos, chamadas códons, determinam a sequência
de aminoácidos em uma proteína.
•Algumas alterações nestas trincas pode resultar na mudança de aminoácidos
que formam uma cadeia polipeptídica
• Mutação silenciosa – não causa mudança de aminoácido,uma vez que mais de 
uma trinca pode codificar um mesmo aminoácido.
Exemplo: substituição do códon UAC (Tyr) → UAU (Tyr). Os
dois códons especificam o aminoácido tirosina.
• Mutação missense (perda de sentido)– resulta em mudança de aminoácido.
Exemplo: substituição do códon UAC (Tyr) → UUC (Phe). 
Substituição do códon UAC (Tyr) → GAC (Asp). 
• Mutação nonsense (mutação sem sentido) – determina uma terminação prematura 
da tradução, resultando em uma proteína menor.
Exemplo: substituição do códon UAC (Tyr) → UAG (Stop). O códon que especifica 
Tyr é substituído por um códon que determina o término da tradução, gerando, 
assim, uma proteína menor, incompleta.
• Mutação frameshift (mutação por mudança de quadro de leitura) – a adição ou 
deleção de pares de bases, não múltiplos de três dentro da região codificadora, 
resulta em mudança de todos os códons a partir do ponto onde ocorreu a 
alteração.
Tipos de Mutação
Inserção G
Deleção T
A-A-C
Asparagina
Como ocorrem as mutações no DNA?
Espontâneas Induzidas
Erros de replicação do DNA
Mutações espontâneas
Lesões espontâneas 
(depurinação, desaminação e danos oxidativos)
Erro na replicação
Depurinação
Na ausência de uma base na fita molde, qualquer base pode ser incorporada durante a
replicação do DNA, podendo gerar uma mutação
Desaminação
Danos Oxidativos
Os danos oxidativos podem ocorrer espontaneamente devido à ação de RADICAIS 
LIVRES, tais como superóxido (O2
–), peróxido de hidrogênio (H2O2) e radical 
hidroxila (OH), que são gerados durante o metabolismo aeróbico normal. 
Estas espécies reativas de oxigênio podem causar danos no DNA, ou até mesmo 
nos precursores do DNA (dGTP), resultando em mutação
Timidina glicol-
Bloqueia a replicação
8-Oxo-7-hidrodesoxiguanosina (8-oxodG), 
Pareia com A promovendo a transversão G→T
Mutações induzidas
Agentes mutagênicos químicos
• Análogos de base
- 5-bromo uracila (5-BU), um análogo de timina e pareia com G.
• Compostos que reagem com o DNA
- Ácido nitroso, causa desaminação. Promove a conversão de C em U, 
que pareia com A, em vez de parear com G. A base A desaminada gera a base 
hipoxantina, que pareia com C
- Hidroxilamina – A ação da hidroxilamina (NH2OH) resulta em adição 
de uma hidroxila à citosina, que, dessa forma, passa a parear com A mudando o 
par C≡G para o par T=A.
Substâncias intercalantes
- acridina laranja (corante)
- proflavina (anti-séptico de uso veterinário) 
Inserem-se entre dois pares de bases, num processo chamado intercalação, 
causa um estiramento da dupla-hélice, o que faz com que, durante a replicação, 
a DNA polimerase promova a adição ou deleção de pares de bases
• Radiação não-ionizante – raios ultravioleta
- dímeros de timina –promovem distorção da dupla-hélice,
interferindo no pareamento normal das bases. A presença do dímero
ciclobutano-timina bloqueia a transcrição e a replicação, sendo a forma
mais letal quando não é reparada
Agentes mutagênicos físicos
Mutações induzidas
A recomendação de não se tomar sol entre 10h e 
14h é devida à maior quantidade de raios UV neste 
período do dia. O bronzeamento solar excessivo 
pode causar a formação de dímeros de pirimidina 
nas células epiteliais, podendo resultar em câncer 
de pele.
Radiações ionizantes (raios X e raios γ)
- alto poder de penetração, sendo capazes de ionizar água e outras 
moléculas. Os radicais livres formados, por exemplo, o radical hidroxila OH-, 
são muito reativos e reagem com o DNA, promovendo quebra na molécula. 
Estas lesões geram sítios apurínicos ou apirimidínicos, o que pode resultar 
em deleção de nucleotídeos
Mutações induzidas
Agentes mutagênicos físicos
Reparo de mau pareamento
de bases – mismatch repair
• correção tanto de mau pareamento de 
uma única base quanto de pequenas 
inserções e deleções
• desafio deste mecanismo de reparo é 
discriminar entre as fitas de DNA normal e 
mutada
MutH- liga especificamente à seqüência GATC de 
moléculas hemimetiladas
MutS- reconhece o mau pareamento de bases, forma 
um complexo com uma
terceira proteína, MutL
Reparo por excisão de base – BER (base-excision repair)
 Reconhece qualquer lesão que crie uma distorção leve na dupla-hélice 
do DNA, tais como as geradas pela desaminação de citosina e adenina
 base alterada é removida por clivagem da ligação N-glicosídica pelas 
enzimas conhecidas como DNA glicosilases, gerando um sítio AP
 uracil glicosilase, por exemplo, é específica para a remoção de uracila 
que resulta da desaminação de citosina
O fato é que, independentemente dos eventos que antecedem sua
formação, o sítio AP é reparado por um processo enzimático que consiste
em quatro etapas
• incisão – ao reconhecer a distorção da 
dupla-hélice, uma AP endonuclease corta a 
ligação fosfodiéster do suporte de açúcar-
fosfato próxima ao sítio AP;
• excisão – o segmento de DNA é removido 
pela atividade 5’→3’ exonuclease da DNA 
polimerase I;
• síntese – o grupamento 3’-OH é 
reconhecido pela DNA polimerase I, que 
sintetiza um novo segmento de, 
aproximadamente, 20 nucleotídeos, 
substituindo, assim, a seqüência incorreta 
pela correta;
• ligação – após a participação da DNA 
polimerase I, a ligação fosfodiéster é refeita, 
ou seja, a fita corrigida é selada, pela ação 
da DNA ligase.
Reparo por excisão de nucleotídeo – NER (nucleotide-excision repair)
 Reconhece grandes distorções da dupla-hélice do DNA
 Complexo enzimático que participa desse processo é denominado
excinuclease ABC, sendo constituído por três subunidades, UvrA, UvrBe UvrC.
E. coli e em outros procariotos, o sistema enzimático hidrolisa a quinta ligação
fosfodiéster no terminal 3’ e a oitava no terminal 5’, gerando um fragmento de 12
a 13 nucleotídeos (dependendo se a lesão envolve uma ou duas bases).
 Em seres humanos e outros eucariotos, a enzima hidrolisa a sexta ligação
fosfodiéster no terminal 3’ e a vigésima segunda no terminal 5’, produzindo um
fragmento de 27 a 29 nucleotídeos
 Após a dupla incisão e liberação do oligonucleotídeo excisado, o espaço
gerado é preenchido pela DNA polimerase I em E. coli e DNA polimerase ε em
humanos. A fita é, então, selada pela DNA ligase.
Reparo por excisão de nucleotídeo – NER (nucleotide-excision repair)
Reparo direto – papel das fotoliases e das alquiltransferases
Fotoliases - clivagem dos dímeros de timina a monômeros de timina é catalisada 
pela enzima ativada pela luz visível
Reparo direto – papel das fotoliases e das alquiltransferases
Reparo da O-6-metilguanina, que se forma em presença de agentes 
alquilantes
O reparo direto é feito pela O-6-metilguanina-DNA metiltransferase, enzima 
que catalisa a transferência de um grupo metila de O-6-metilguanina para um 
dos seus resíduos de cisteína
Reparo por recombinação homóloga
O reparo de quebra de 
dupla fita por 
recombinação homóloga é 
bastante preciso, uma vez 
que o DNA apresentando 
a lesão é reparado tendo 
como referência o seu 
homólogo