MUTAÇÃO GÊNICA E REPARO DO DNA -...
Transcript of MUTAÇÃO GÊNICA E REPARO DO DNA -...
MUTAÇÃO GÊNICA
E
REPARO DO DNA
Mutação:Mudança no material genéticoFonte de variabilidade genética necessária para evoluçãoRecombinação: novas combinações → SELEÇÃO NATURAL: preserva combinações mais bem adaptadas ao ambiente
Ausência de mutações:•Todos os genes em apenas uma forma•Ausência de alelos•Não adaptação à mudanças ambientais →mutação necessária à variabilidade genética
Mutações em alta frequência:•Impede transmissão fiel da informação genética de geração a geração
TIPOS:-mudança no número (aneuploidia) e estrutura dos cromossomos (deleções, inversões, translocações)-mudanças na estrutura do gene → sequência do DNA
MUTAÇÕES GÊNICAS
1- Erros durante duplicação do DNA-nt incorreto a cada 10 milhões de pb
2- Falhas no reparo do DNA após lesão
MUTAÇÃO:
1) SOMÁTICA: células somáticas-fénotipo mutante apenas nos descendentes desta célula-mutação não transmitida pelos gametas para a prole
2) GERMINATIVA: células germinativas (originam gametas) → se separam de outras linhagens celulares no início do desenvolvimento
-efeitos expressos na prole
MUTAÇÃO:
1) ESPONTÂNEA: sem causa conhecida-ocorrem raramente
2) INDUZIDA: resultantes da exposição a agentes físicos/químicos que causam mudanças no DNA
-mutágenos→ irradiação ionizante, luz ultravioleta, algumas substâncias
Exemplo : Resistência a antibióticos
(SELEÇÃO NATURAL)
• infecção bacteriana → introdução de antibiótico →grande mortalidade (organismos sensíveis) e mutantesmultiplicam-se para produção de populaçõesresistentes
•Tratamento inadequado: seleciona as bactériasresistentes ao antibiótico
•Consequências: para o paciente e para a bactéria
MUTAÇÕES de PONTO
2 tipos gerais:
1) Substituição de base: troca um par por outro
-Transições:
purina purina (A→ G ou G→A)
pirimidina pirimidina (T → C ou C→ T)
-Transversões:
purina→ pirimidina
pirimidina→ purina
2) Deleção / Inserção
- Mudança de matriz de leitura → mudanças das trincas de DNA(códons)
Tipos de mutações de substituição de base
Tipos de mutações de substituição de base
Mutação sem sentido e seu efeito na tradução
1- Erros na duplicação do DNA
2- Ineficiência dos mecanismos de reparo
3- Exposição a agentes mutagênicos
desconhecidos no ambiente
Mutações Espontâneas(Causas desconhecidas/acidentais)
RELEMBRANDO.....duplicação DNA
Mecanismo para explicar mutação espontânea:
Mudanças tautoméricas: estrutura do DNA não é estática, átomos de hidrogênio podem mover-se na molécula transitoriamente-bases permanecem em suas formas tautoméricas em curtos períodos de
tempo-formas tautoméricas mudam a estrutura de ligação da molécula, permitindo a formação de pontes de hidrogênio entre bases não complementares-problema: se uma base existe na forma rara no momento da duplicação (ao ser incorporada na nova fita de DNA) →MUTAÇÃO
alteração do pareamento de bases
A – CG – T
Pares de base com pontes de hidrogênio A-C e G-T que se formam quando citosina e guanina estão em suas
formas tautoméricas
Mecanismos pelos quais as mudanças tautoméricas causam mutações:
Exemplo:•Guanina sofre mudança tautomérica para forma rara enol (G*) na replicação•G* pareia com T•Próxima replicação G volta a sua forma estável•T pareia com A•Resultado: G-C → A-T
Mecanismo para explicar mutação espontânea:Depurinação: perda de uma base nitrogenada (purina – adenina e guanina)- Se sítio apurínicos não forem reparados não haverá uma base para servir como molde durante a replicação → DNA polimerase insere nucleotídeo aleatoriamente
Desaminação: perda do grupo amino da citosina ou adenina
Mecanismo para explicar mutação espontânea:
DANOS OXIDATIVOS:
DNA danificado por subprodutos dos processos celulares normais → respiração aeróbica
•Superóxidos (O2-)
•Radicais hidroxila (.OH)
•Peróxido de hidrogênio (H2O2)
Mais de 100 tipos de modificações no DNA incluindo mal pareamento na replicação
Mecanismo para explicar mutação espontânea:
Deslize da replicação (slippage):•Replicação pode levar a introdução de pequenas inserções / deleções•Ocorre em regiões com repetições de sequência•Ex. Doença de Huntington e Síndrome do X Frágil
Slippage
Consequências;Doenças humanas;
• Mecanismo de mutações:
– Mutações Splicing
• Retenção do Intron
• Eliminação de Exon
• Ativação de sítios crípticos de splice
Consequências
Mecanismo para explicar mutação espontânea:
TRANSPOSONS:
•Elementos transponíveis de DNA que podem se movimentar no genoma
•Mudança para região codificadora: interrupção do gene
Inserção de sequencias (IS) elemento transponível, IS1
Esquema da integração de um elemento IS no DNA cromossômico
Consequências
1- substâncias químicas
2- radiações
Mutações Induzidas
Análogos de base:
•Compostos que podem substituir as purinas ou pirimidinas durante biossíntese de ác. Nucleicos•Substância utilizada como mutágeno em experimentos•Possuem estruturas similares às bases normais•São incorporados à cadeia de DNA no lugar das bases normais durante replicação → levam a pareamentos errados
Corantes acridina:
Ex. acridina-laranja (corante para determinação de ciclo celular) e proflavina (antisséptico)
•Intercalantes de DNA: conferem rigidez à molécula•Alteração da conformação da dupla-hélice: dobras na molécula•Induzem mudanças de matriz de leitura → adições / deleções
- Agentes intercalares = são capazes de se
intercalar entre as bases de DNA;
- Intercaladas essas bases podem gerar deleções
ou duplicações;
Mutações geradas por agentes intercalares
Danos as bases
- Mutágenos que danificam uma ou mais bases
de modo a não realizar pareamento correto;
Luz UV estimula a formação do anel ciclobutil (dímero de pirimidina);
Luz UV: fotoproduto 6-4;
Aflatoxina B1 se liga aposição N-7 da guaninaresultando na formação deum sítio apurínico;
Alteração de bases
- Alguns mutágenos que não são incorporados no
DNA, mas alteram uma base;
Alquilação da Guanina = mau pareamento com Timina
Alquilação da Timina = mau pareamento com Guanina
Agentes alquilantes:
Ex. gás mostarda e metil/etil metano sulfonato
•1ª substância química tida como mutagênica →Uso na 1ª Guerra Mundial (arma química)•Doam grupos alquila (CH3 ou CH3-CH2) aos nucleotídeos•Transferência de grupos etil ou metil para as bases → pareamentos alterados•Irritação nos olhos, feridas na pele, pode levar as asfixia, carcinogênico
Ácido nitroso (HNO2):
•Potente mutágeno que atua no DNA replicantee não replicante•Desaminação de grupos amina em adenina, guanina e citosina
MUTAÇÕES INDUZIDAS POR RADIAÇÃO
Espectro eletromagnético
Ondas com comprimentos mais curtos que o da luz visível são mais energéticos → potencial para desordenar moléculas orgânicas
Radiação ionizante (raios X, gama e cósmicos):
-menores comprimentos de onda-alta energia-Raios X: usados em diagnósticos pois penetram nos tecidos vivos a longas distâncias causando ionização das moléculas encontradas
1) Raios colidem com átomos nas células → liberação de elétrons, íons positivos e radicais livres
2) Íons colidem com outras moléculas → liberação de elétrons adicionais → formação de cone de íons ao longo de cada raio de alta energia à medida que passa pelos tecidos
Consequências: formação de radicais livres (moléculas com elétrons alterados) causam mutações pontuais ou aberrações cromossômicas
Radiação não-ionizante (raios UV):
•menos energia que raios X
•Dissipam energia para átomos → excitação de elétrons →mutagenicidade
•UV: penetram apenas levemente nos tecidos (células da epiderme)
•UV: absorvida pelos nucleotídeos que entram em um estado mais reativo →formação de DÍMEROS DE TIMINA (influencia estrutura e replicação do DNA)
MECANISMOS DE
REPARO DO DNA
Os organismos possuem enzimas que
percorrem o DNA à procura de erros e iniciam
seu reparo
Categorias:
-Prevenção de erros;
-Reversão de danos;
-Reparo de excisão;
-Reparo pós-replicação;
-A maioria dos mecanismos de reparo ocorrem
em procariotos e eucariotos. Somente os
mecanismos dependentes de fotoreativação
ocorrem somente em bactérias;
Mecanismos de Reparo Biológico
1. Prevenção de erros:
Sistemas enzimáticos que neutralizam compostos
danificantes;
Ex. superóxido dismutase
Superóxido dismutase catalisa
radicais superóxido em
peróxido de hidrogênio;
Catalase converte em H e água;
Reversão de Danos
2. Reversão do Dano
2. Reversão do Dano
Alciltransferases:
- Removem alguns grupos
alcil que foram adicionados a
posições O-6 de guanina.
Transfere o grupo metila para
uma cisteína da proteína;
Remoção
3. Reparo por excisão
Reparo por excisão de base:
Reparo por excisão de nucleotídeos:HUMANOS:•~15 proteínas diferentes participam do processo•Mutações em genes que codificam proteínas de reparo levam à doenças
Reparo por excisão de nucleotídeos:HUMANOS:•~15 proteínas diferentes participam do processo•Mutações em genes que codificam proteínas de reparo levam à doenças
4. Reparo pós-replicação
4. Reparo pós-replicação
Reparo Acoplado à transcrição
Sistema SOS
Ex. XERODERMA PIGMENTOSO
•Defeito em uma das enzimas que faz reparo por excisão de nucleotídeo
•Extremamente sensíveis à luz do sol (UV)
•Alta frequência de câncer de pele
•Deficientes em enzimas que fazem o reparo de DNA mutado induzido pela UV → DÍMEROS DE TIMINA
•Características:-sintomas 1-2 anos de idade (sensibilidade para queimaduras de
sol, sardas, fotofobia)-envelhecimento precoce da pele, câncer-Algumas anomalias neurológicas: morte prematura de neurônios
(surdez, retardo mental, dano ocular)
Algumas consequências
das mutações
As mutações alteram as sequências de nucleotídeos no genes, os quais causam mudanças nas sequências de aminoácidos,
causando mudanças no funcionamento das proteínas
•Metabolismo ocorre por sequências de reações químicas → cada etapa catalisada por uma enzima específica codificada por vários genes•Mutações nestes genes produzem bloqueios em vias metabólicas
Mutações resultam em formas alteradas da enzima → atividade reduzida ou ausente
As mutações alteram as sequências de nucleotídeos no genes, os quais causam mudanças nas sequências de aminoácidos,
causando mudanças no funcionamento das proteínas
NORMAL ANEMIA FALCIFORME
Algumas substituições de aminoácidos que
foram documentadas nas cadeias de
globinas humana
ANEMIA FALCIFORME:
•Doença hereditária que causa malformações nas hemácias (forma de foice)•Formação da hemoglobina mutada (cromossomo 11) →moléculas da Hb se aglutinam e distorcem as hemácias•Deficiência no transporte de oxigênio•Diminui vida útil da hemácia → anemia•Sintomas: fadiga, palidez, aumento da viscosidade sanguínea (aglomeração de hemácias comprometidas que podem formar coágulos), dor•Heterozigotos possuem vantagem na África: regiões com altos índices de malária•Tratamento: transplante de medula óssea
Double Strand Breaks (DSBs)Quebras de dupla fita
Reparos de DSBs
Non-Homologous End Joining (NHEJ)Junção de extremidades não homólogas
Homologous RecombinationRecombinação Homóloga
Algumas consequências
das DSBs
Conversão Gênica
Envolvimento do telômero
DSB em regiões subterminaisou proximais;
Prófase meiótica
Cromossomos acrocêntricos;Mesma sequência in tandem;DSB;Recombinação não homóloga;Dispersão de sequênciasFusão??
Formação em bouquetPrófase I
RecombinaçãoNão homóloga
(evolução em concerto)e
End-to-end fusion
Par 1 de Ancistrus sp.
5S.2 + ITS
Migraçãopara membrana
rDNA(q) Proximal
(p)Subterminal
LEMBRAR:
•Mutações podem ocorrer em células somáticas e germinativas (passadas para a prole)•Mutações podem ser espontâneas ou induzidas•Mutação como um processo não adaptativo: ambiente seleciona organismos com mutações preexistentes de ocorrência aleatória •Vários sistemas de reparo do DNA desenvolveram-se para garantir a integridade da informação genética•Alguns tipos de cânceres estão ligados a defeitos nas vias de reparo do DNA