Mutações e Reparos

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Mutacao e Reparo
Conceito - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- Mutações são alterações no DNA que ocorrem espontaneamente nas linhagens terminativas 
ou nas células somáticas; podem também ser induzidas 
A continuidade da vida, geração após geração, é baseada na replicação de DNA, um processo que 
comete raros erros. Entretanto, quando isso ocorre, o material genético é alterado e a replicação 
seguinte do DNA replicará também a alteração. Com fidelidade característica, o DNA modificado 
será passado para a próxima geração e todas as subsequentes. Chama-se uma alteração 
herdável no material genético de mutação. 
Apesar de raras, mutações são evidências da falibilidade da maquinaria de replicação do DNA. Elas 
criam diferenças e variações nos genomas. Sem essa variabilidade, a vida não conseguiria se 
adaptar a novas circunstâncias, e a evolução, o extraordinário processo de alteração nos seres 
vivos, não ocorreria. 
Mutações somáticas e terminativas 
O termo mutação refere-se tanto à modificação do material genético quanto ao processo de 
modificação. UM organismo que apresenta um novo fenótipo resultante da uma mutação é um 
mutante. Em organismos multicelulares, uma mutação pode ocorrer em qualquer célula e em 
qualquer estágio durante o desenvolvimento. Os efeitos imediatos da mutação e sua capacidade 
de produzir uma alteração fenotípica são determinados pela dominância, pelo tipo de célula e pelo 
momento em que ocorre durante o ciclo de vida do organismo. Em animais superiores, as células 
da linhagem germinativa que dão origem aos gametas separam-se de outras linhagens celulares 
no início do desenvolvimento. Nos vegetais superiores, essa separação ocorre mais tarde no 
desenvolvimento. Todas as células não pertencentes à linhagem germinativa são somáticas. As 
mutações germinativas ocorrem nas células da linhagem germinativa e as mutações somáticas, 
nas células somáticas. 
Se uma mutação ocorrer em uma célula somática, somente as células dela descendentes 
apresentam o fenótipo mutante. A mutação não é transmitida por gametas para a prole. 
- Nos seres humanos, mutações somáticas foram implicadas no desenvolvimento de muitos 
tipos de câncer. 
Se uma mutação ocorrer em uma célula germinativa, pode ser transmitida para a geração 
seguinte. Mutações dominantes são expressas imediatamente, enquanto as recessivas são 
expressas apenas quando se tornam homozigotas em uma geração posterior. Mutações 
germinativas podem ocorrer em qualquer estágio no ciclo reprodutivo do organismo. Se a 
mutação surgir em um gameta, provavelmente apenas um membro da prole terá o gene 
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mutante. Se houver uma mutação em uma célula primordial da linhagem germinativa do testículo 
ou ovário, vários gametas poderão receber o gene mutante, aumentando seu potencial de 
perpetuação. Assim, a dominância de um alelo mutante e o estágio no ciclo reprodutivo em que 
ocorre uma mutação são fatores importantes na determinação da probabilidade de manifestação 
do fenótipo mutante em um organismo. 
Mutações espontâneas e induzidas 
Quando uma mutação nova ocorre, nos perguntamos o que a terá causado. Mutações 
espontâneas são aquelas que acontecem sem uma causa conhecida. Podem ser verdadeiramente 
espontâneas, resultantes de erros raros durante a replicação do DNA ou causadas por agentes 
desconhecidos existentes no ambiente. Mutações induzidas são aquelas que resultam de 
exposição a agentes físicos e químicos que provoquem alterações no DNA. Esses agentes, 
chamados mutágenos, incluem irradiações ionizantes, luz UV e uma ampla gama de substâncias 
químicas. 
Do ponto de vista operacional, é impossível comprovar que determinada mutação foi espontânea 
ou induzida por um mutágeno. Os geneticistas têm de restringir essas distinções ao nível 
populacional. Se a taxa de mutação for aumentada em cem vezes pelo tratamento de uma 
população com um mutágeno, uma média de 99 a cada 100 mutações na população terá sido 
induzida pelo mutágeno. Assim, os pesquisadores podem fazer comparações de populações 
expostas a um mutágeno com populações-controle não expostas. 
- As mutações espontâneas são raras, embora as frequências observadas variem de um gene 
para outro e de um organismo para outro. 
Mutações diretas e reversas 
A mutação de um gene de tipo selvagem em uma forma que produz um fenótipo mutante é 
denominada mutação direta. Quando uma segunda mutação restaura o fenótipo original perdido 
em razão de uma mutação anterior, o processo é denominado reversão ou mutação reversa. A 
reversão pode ocorrer de duas maneiras diferentes: 
1. Retromutação: uma segunda mutação, ocorrida no mesmo local gênico que a primeira, 
restaura a sequência de nucleotídeos do tipo selvagem; 
2. Mutação supressora: uma segunda mutação em local diferente do genoma, que anula os 
efeitos da primeira mutação. As mutações supressoras podem ocorrer em locais 
diferentes no mesmo gene da mutação original ou em genes diferentes e até mesmo em 
cromossomos diferentes. 
Algumas mutações são revertidas por retromutação, ao passo que outras são revertidas por 
mutações supressoras. Portanto, em estudos genéticos, os pesquisadores precisam distinguir 
essas duas possibilidades por retrocruzamento do reverteste fenotípico com o organismo de tipo 
selvagem original. 
Mutações deletérias e recessivas 
A maioria das mutações que têm efeitos fenotípicos evidentes são deletérias e recessiva. 
Conseguimos compreender o motivo disso quando consideramos como os genes controlam o 
metabolismo. Se uma mutação desativar aa produção de uma enzima em uma determinada via, o 
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metabolismo por essa via é bloqueado. O bloqueio ocorre porque uma alteração na sequência de 
pares de um gene - uma mutação - alterou a sequência de aminoácidos do polipeptídeo que o 
gene codifica. 
Em virtude da degeneração e da ordem no código genético, nem todas as mutações alterarão a 
sequência de aminoácidos de um polipeptídeo, mas, entre as que alteram, é mais provável que o 
efeito seja prejudicial. Cada gene é o resultado final de um longo processo de evolução. Durante 
esse processo, a seleção natural aprimorou a função do produto polipeptídico do gene. Uma 
mutação aleatória na sequência polipeptídica quase certamente prejudicará sua função. 
- Frequentemente, um organismo que é heterozigoto para uma mutação danosa, seu alelo de 
tipo selvagem não apresenta fenótipo mutante. As células do organismo contêm tanto os 
polipeptídeos mutantes quanto os do tipo selvagem e, habitualmente, o polipeptídeo de tipo 
selvagem é suficientemente abundante e ativo para assegurar que o metabolismo não seja 
bloqueado. Desse modo, a maior parte das mutações prejudiciais é recessiva, ou quase. 
Mecanismos de reparo do DNA - - - - - - 
- Os organismos vivos contêm muitas enzimas que examinam o DNA à procura de lesões e 
iniciam processos de reparo quando detectam algum dano. 
A multiplicidade de mecanismos de reparo surgidos em organismos que variam de bactérias a 
seres humanos é uma prova da importância de se manterem as mutações em nível baixo. 
Reparo por excisão 
O reparo por excisão do DNA lesado ocorre em pelo menos três etapas. Na 1ª etapa, uma 
endonuclease de reparo do DNA ou um complexo enzimático que contém endonuclease 
reconhece a(s) base(s) lesada(s) no DNA, liga-se a ela(s) e faz sua excisão. Na 2ª etapa, uma 
DNA polimerase preenche o espace usando como molde o filamento complementar de DNA não 
lesado. Na 3ª etapa, a enzima DNA ligase solda a quebra deixada pelaDNA polimerase e completa 
o processo de reparo. Existem dois tipos fundamentais de excisões: os sistemas de reparo por 
excisão de base removem bases anormais ou quimicamente modificadas do DNA, enquanto as 
vias de reparo por excisão de nucleotídeos removem defeitos maiores como dímeros de timina. 
As duas vias de excisão atuam no escuro, e ambas ocorrem por mecanismos muito semelhantes 
em E. coli e seres humanos. 
O reparo por excisão de bases pode ser iniciado por qualquer enzima de um grupo de DNA 
glicosilases, que reconhecem bases anormais no DNA. Cada glicosilase reconhece um tipo 
específico de base alterada, como as bases desafinadas, bases oxidadas, e assim por diante (2ª 
etapa). As glicosilases clivam a ligação glicosídica entre a base anormal e a 2-desoxirribose, 
criando locais apurínicos ou apirimidínicos com bases faltantes (3ª etapa). Os locais AP são 
reconhecidos por enzimas chamadas AP endonucleases que, com as fosfodiesterases, excisam 
os grupos de açúcar-fosfato nesses locais (4ª etapa). A DNA polimerase então substitui o 
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nucleotídeo faltante de acordo com as especificações do filamento complementar (5ª etapa), e a 
DNA ligase fecha o corte (6ª etapa). 
O reparo por excisão de nucleotídeos remove do DNA lesões maiores como dímeros de timina e 
bases com grupos laterais volumosos. No reparo por excisão de nucleotídeo, uma nuclease de 
excisão específica faz cortes nos dois lados do(s) nucleotídeo(s) danificado(s) e excita um 
oligonucleotídeo contendo a(s) base(s) danificada(s). Essa nuclease é denominada excinuclease para 
distingui-la das endonucleases e exonucleases que têm outros papéis no metabolismo do DNA. 
Mecanismo de recombinação do DNA - 
- A recombinação entre moléculas de DNA homólogas requer atividade de várias enzimas que 
cliva, desenrolam e estimulam irrupções unifilamentares de duplas-hélices, reparam e unem 
filamentos de DNA. 
Recombinação / clivagem e reunião 
O crossing over começa quando uma endonuclease cliva filamentos únicos de cada uma das duas 
moléculas de DNA parental (quebra). Segmentos dos filamentos únicos de um lado de cada corte 
são descolados de seus filamentos complementares com a ajuda de DNA helicases e de proteínas 
de ligação unifilamentares. As helicases desenrolam os dois filamentos de DNA na região 
adjacente às incisões unifilamentares. 
Os filamentos único deslocados trocam de par, emparelhando bases com os filamentos 
complementares intactos cromossomos homólogos. Esse processo é estimulado por proteínas 
como a proteína RecA de E. coli. As proteínas RecA foram caracterizadas em muitas espécies, 
tanto procarióticas quanto eucarióticas. As proteínas RecA e seus homólogos estimulam a 
assimilação unifilamentar, um processo no qual um único filamento de DNA desloca seu homólogo 
em uma dupla-hélice de DNA. As proteínas tipo RecA promovem trocas recíprocas de filamento 
únicos de DNA entre duas hélices duplas de DNA em duas etapas. Na primeira etapa, um 
filamento único de uma dupla-hélice é assimilado por uma segunda dupla-hélice homóloga, 
deslocando o filamento idêntico ou homólogo e emparelhando suas bases com o filamento 
complementar. Na segunda etapa, o filamento único deslocado é assimilado do mesmo modo pela 
primeira dupla-hélice. A proteína RecA medeia essas trocas por ligação ao filamento de DNA não 
pareado, auxiliando na busca de uma sequência de DNA homóloga, e, uma vez encontrada uma 
dupla-hélice homóloga, promovendo a substituição de um filamento pelo filamento não pareado. Se 
as sequências complementares já existirem como filamentos único, a presença de proteína RecA 
aumenta em mais de 50 vezes a taxa de renaturação. 
Em seguida, os filamentos clivados são unidos por ligação covalente em novas combinações 
(reunião) pela DNA ligase. Se as quebras originais nos dois filamentos não ocorrerem exatamente 
no mesmo lugar nos dois homólogos, é necessário algum ajuste antes que a DNA ligase possa 
catalisar a etapa de reunião. Esse ajuste requer a excisão de nucleotídeos por uma exonuclease e 
a síntese de reparo por uma DNA polimerase. Essa sequência de eventos produz intermediários 
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de recombinação com o formato da letra X. Esses intermediários são separados por quebra 
catalisada por enzima e reunião dos filamentos de DNA complementares para produzir duas 
moléculas de DNA recombinantes. 
- Cada gene codifica uma endonuclease que catalisa a clivagem de filamentos únicos nas 
junções X. 
- Há muitos dados indicativos de que existe mais de um mecanismo de recombinação homóloga.
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