mutaÇÃo gÊnica e reparo do dna -...
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MUTAÇÃO GÊNICA
E
REPARO DO DNA
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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
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MUTAÇÕES GÊNICAS
1- Erros durante duplicação do DNA-nt incorreto a cada 10 milhões de pb
2- Falhas no reparo do DNA após lesão
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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
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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
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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)
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Tipos de mutações de substituição de base
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Tipos de mutações de substituição de base
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Mutação sem sentido e seu efeito na tradução
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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)
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RELEMBRANDO.....duplicação DNA
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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
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Pares de base com pontes de hidrogênio A-C e G-T que se formam quando citosina e guanina estão em suas
formas tautoméricas
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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
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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
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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
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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
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Slippage
Consequências;Doenças humanas;
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• Mecanismo de mutações:
– Mutações Splicing
• Retenção do Intron
• Eliminação de Exon
• Ativação de sítios crípticos de splice
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Consequências
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Mecanismo para explicar mutação espontânea:
TRANSPOSONS:
•Elementos transponíveis de DNA que podem se movimentar no genoma
•Mudança para região codificadora: interrupção do gene
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Inserção de sequencias (IS) elemento transponível, IS1
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Esquema da integração de um elemento IS no DNA cromossômico
Consequências
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1- substâncias químicas
2- radiações
Mutações Induzidas
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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
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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
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- Agentes intercalares = são capazes de se
intercalar entre as bases de DNA;
- Intercaladas essas bases podem gerar deleções
ou duplicações;
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Mutações geradas por agentes intercalares
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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;
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Aflatoxina B1 se liga aposição N-7 da guaninaresultando na formação deum sítio apurínico;
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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
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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
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Ácido nitroso (HNO2):
•Potente mutágeno que atua no DNA replicantee não replicante•Desaminação de grupos amina em adenina, guanina e citosina
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MUTAÇÕES INDUZIDAS POR RADIAÇÃO
Espectro eletromagnético
Ondas com comprimentos mais curtos que o da luz visível são mais energéticos → potencial para desordenar moléculas orgânicas
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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
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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)
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MECANISMOS DE
REPARO DO DNA
Os organismos possuem enzimas que
percorrem o DNA à procura de erros e iniciam
seu reparo
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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
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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;
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Reversão de Danos
2. Reversão do Dano
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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
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3. Reparo por excisão
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Reparo por excisão de base:
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Reparo por excisão de nucleotídeos:HUMANOS:•~15 proteínas diferentes participam do processo•Mutações em genes que codificam proteínas de reparo levam à doenças
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Reparo por excisão de nucleotídeos:HUMANOS:•~15 proteínas diferentes participam do processo•Mutações em genes que codificam proteínas de reparo levam à doenças
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4. Reparo pós-replicação
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4. Reparo pós-replicação
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Reparo Acoplado à transcrição
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Sistema SOS
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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)
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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
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•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
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As mutações alteram as sequências de nucleotídeos no genes, os quais causam mudanças nas sequências de aminoácidos,
causando mudanças no funcionamento das proteínas
![Page 62: MUTAÇÃO GÊNICA E REPARO DO DNA - cbsflab.comcbsflab.com/wp-content/uploads/2019/06/Mutação-e-reparo.pdfMudanças tautoméricas: estrutura do DNA não é estática, átomos de](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041713/5e498c1019d1c05098032ea3/html5/thumbnails/62.jpg)
NORMAL ANEMIA FALCIFORME
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Algumas substituições de aminoácidos que
foram documentadas nas cadeias de
globinas humana
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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
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Double Strand Breaks (DSBs)Quebras de dupla fita
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Reparos de DSBs
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Non-Homologous End Joining (NHEJ)Junção de extremidades não homólogas
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Homologous RecombinationRecombinação Homóloga
![Page 69: MUTAÇÃO GÊNICA E REPARO DO DNA - cbsflab.comcbsflab.com/wp-content/uploads/2019/06/Mutação-e-reparo.pdfMudanças tautoméricas: estrutura do DNA não é estática, átomos de](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041713/5e498c1019d1c05098032ea3/html5/thumbnails/69.jpg)
Algumas consequências
das DSBs
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Conversão Gênica
![Page 71: MUTAÇÃO GÊNICA E REPARO DO DNA - cbsflab.comcbsflab.com/wp-content/uploads/2019/06/Mutação-e-reparo.pdfMudanças tautoméricas: estrutura do DNA não é estática, átomos de](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041713/5e498c1019d1c05098032ea3/html5/thumbnails/71.jpg)
Envolvimento do telômero
DSB em regiões subterminaisou proximais;
Prófase meiótica
Cromossomos acrocêntricos;Mesma sequência in tandem;DSB;Recombinação não homóloga;Dispersão de sequênciasFusão??
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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
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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