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Mutação e Reparação
         do DNA
              Aspectos Conceituais
  Mutação e    e Rotas Metabólicas

  Reparação
   do DNA
      Aspectos
 Conceituais e Rotas
    Metabólicas
 Prof. Henrique Santana Costa, M.Sc.

Prof. Antonio Márcio Teodoro Cordeiro Silva, M.Sc.
Mutação

 Mutações → modificação súbita e hereditária no conjunto gênico de um organismo
    não explicável pela recombinação da variabilidade genética pré-existente.

 Mutante → organismo possuidor de uma forma alterada como resultado da presença
    de uma mutação.

 # Tipos

    aneuploidias → mudanças no número cromossômico.

      aberrações cromossômicas    →   mudanças   grosseiras   na   estrutura   dos
     cromossomos.

    mudanças dos genes individuais.



 1. Atualmente, o termo mutação tem sido utilizado quando da presença de
    alterações detectadas em nível de genes individuais.
Mutação
Mutação

 # Geralmente, organismos portadores de uma mutação num determinado gene
    apresentam problemas em sua sobrevivência (sendo, assim, eliminados por
    seleção natural).

 # Contudo, nem toda mutação resulta numa conseqüências deletéria para seu
    portador.

 # mutação → fonte básica de toda variabilidade genética (matéria-prima para a
    evolução)

    Sem a mutação, todos genes existiriam apenas em uma forma.

     mutações espontâneas → resultam de funções celulares normais ou interações
     aleatórias com o ambiente.

 → podem ser aumentadas pelo tratamento com determinados compostos (agentes
    mutagênicos – mutações induzidas)

 → atuam diretamente no DNA.
Mutação
Síntese de Proteína




                      Mutação pode alterar a
                        síntese protéica
Mutações
Classificação Geral
   Mutação Cromossômica: Número ou Estrutura
   Mutações Gênicas: Genes individuais
Mutação: Bom ou Ruim?

  A mutação é a fonte básica de toda variabilidade genética, fornecendo
                    a matéria-prima para a evolução
Processo Evolutivo
Mutação como fonte de variabilidade
  1. Recombinação: Rearranjos  Novas combinações
  2. Seleção Natural  Preserva as combinações mais adaptadas
  3. Ausência de Mutação  Genes com apenas uma forma




   1                   2                      3
Classificação das Mutações

Quanto à Natureza          1. Mutação espontânea
                           2. Mutação induzida


      Mutagênese x Clastogênese x Teratogênese x Carcinogênese
Mutações Cromossômicas

Euploidia       Conjunto de cromossomo de uma espécie

   1.   Monoploidia: n cromossomos
   2.   Diploidia: 2n cromossomos
   3.   Triploidia: 3n cromossomos
   4.   Poliploidia: mais de dois conjuntos




Aneuploidia          Número de cromossomos difere da espécie


   1. Monossomia: 2n – 1
   2. Trissomia: 2n + 1
   3. Nulissomia: 2n – 2
Mutação

 # Mutação de ponto → modificação num único par de base (substituição, adição ou
    deleção)

    mau funcionamento do sistema replicativo
    mau funcionamento do sistema de reparo
    interferência química direta sobre uma das bases do DNA

 # Mutação letal condicional → letal num determinado ambiente (condições
    restritivas)


 Classes

    Mutantes auxotróficos → incapazes de sintetizar um metabólito essencial
     (aminoácido, purina, pirimidina, etc.)

 → crescem e se reproduzem quando o metabólito é fornecido pelo meio (condição
    permissiva)
 → não crescem quando o metabólito está ausente (condição restritiva)
Mutação


    mutantes sensíveis à temperatura → crescerão numa determinada temperatura

 → aumento da labilidade ao calor ou ao frio do produto gênico mutado.



    mutantes sensíveis ao supressor → viáveis quando um segundo fator genético
     (supressor) está presente - mas inviáveis na ausência deste.




 # Mutações transmitidas à descendência → células germinativas

 # Mutações perpetuadas em células que descenderam da célula original na qual a
    mutação ocorreu (podendo não afetar o organismo inteiro) → células somáticas
Rearranjos Cromossômicos
1. Inversões: Paracêntricas ou Pericêntricas
Rearranjos Cromossômicos
2
Rearranjos Cromossômicos
3. Translocação: Recíproca ou Robertisoniana
Rearranjos Cromossômicos
4. Duplicação x Replicação
Mutantes em nível molecular

     modificações tautoméricas → flutuações químicas decorrentes de mudanças
      nas posições dos átomos (purinas, pirimidinas, grupamento amino, anel
      nitrogenado, etc.)

  → alteram o pareamento de bases normal.

  # Envolvem a substituição de um par de bases por outro → tipo mais comum de
     mutação



  # Transição → substituição de uma purina por outra purina, ou de uma pirimidina
      por outra pirimidina.
  # Transversão → substituição de uma purina por uma pirimidina ou vice-versa.



     mutações que modificam a estrutura da leitura → envolve a adição ou deleção
      de um ou alguns pares de bases.

  → alteram a estrutura de leitura de todas as trincas de pares de bases no gene depois
     da mutação.
Mutação Molecular
Modificações Tautoméricas
Mutação em Nível Molecular




                               A–T
                         C–G
              –A        Transversão
             –C
            T
           G




                               T–A
    –T




                         G–C
       –G
   A
       C
Taxas de Mutações

    procariotos → 10-5 a 10-6 evento/locus/geração (mutação espontânea)

    eucariotos → estimativa semelhante à encontrada nos procariotos.



 # mutações silenciosas → sem efeito aparente


 # Hotspots → sítios de pares de bases mais
    susceptíveis à mutação.



 •   Envolvem a troca de bases do DNA mas não
     causam a troca do aminoácido presente na
     proteína correspondente.


 •   Levam à troca do aminoácido, mas a
     substituição não afeta a atividade da proteína
     (mutações neutras).
Mutação em Nível Molecular
Mutação em Nível Molecular
Alteração do Quadro de Leitura (Frameshift)
Mutação em Nível Molecular
Deleção
Mutação em Nível Molecular
Inserção
Mutação em Nível Molecular
Sentido Trocado (Missense)
Mutação em Nível Molecular
Sem Sentido (Nonsense)
Mutação em Nível Molecular
Expansão de Repetição
Radiação
→ porção do espectro eletromagnético que contém comprimentos de onda menores e de
   maior energia que a luz visível (0,1µm).


    Tipos

ionizante → raios X, raios gama e raios cósmicos (úteis no diagnóstico médico pelo fato de
   poderem penetrar nos tecidos vivos).

não-ionizante → luz ultravioleta.


•    No processo de penetração, a radiação ionizante
     colide com átomos da matéria causando a liberação
     de elétrons (formando radicais livres positivamente
     carregados – íons).

•    Quimicamente mais reativos quando comparados à
     átomos em seu estado estável normal.

# a reatividade aumentada dos átomos presentes
   nas moléculas de DNA é a base dos efeitos
   mutagênicos da luz ultravioleta e da radiação
   ionizante.
Mutação por Radiação
  Radiação ionizante → não envolve uma extensão de tempo.


 # a mesma dosagem de irradiação pode ser obtida por um longo período de tempo, ou
   uma alta intensidade num curto período.



 # mutações de ponto → diretamente proporcionais à dose de irradiação.

 # Teoria da cinética de colisão única → toda ionização tem uma probabilidade de
   induzir uma mutação.
Mutação por Radiação
          Radiação ionizante    Efeito direto


                         Efeito indireto
    Radiação ionizante H2O          H• + OH•
Acidentes Radioativos
Aberrações Estruturais

                     Cariótipo - Metáfase
Mutação por Radiação

 Radiação não-ionizante (luz ultravioleta) → não possui energia suficiente para induzir
  ionizações.

# são absorvidos por purinas e pirimidinas (tornando-se mais reativas).

○ multicelulares → atingem apenas camadas de células superficiais.
○ unicelulares → potente agente mutagênico

 Formação de hidratos de pirimidina e dímeros de pirimidinas.

# a relação entre a taxa de mutação e a dose de UV é muito variável, dependendo do tipo de
  mutação do organismo e das condições empregadas.
Mutação por Radiação
Mecanismos de reparo do DNA

• Um mutante sobrevive quando sua troca genética não é prejudicial ou, mais raramente, é
benéfica.




• A maioria das mutações, contudo, são desvantajosas – impedindo a sobrevida celular.




• mecanismos de reparo → revertem os efeitos de processos mutagênicos artificiais ou naturais
sob o DNA.




→ muitos dos danos sofridos pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética é
preservada em ambas as fitas da dupla-hélice.




→ a informação perdida em uma fita pode ser recuperada através da fita complementar
APLICAÇÕES PRÁTICAS DAS MUTAÇÕES

• Apesar da maioria das mutações tornarem o organismo menos adaptado e serem, portanto,
desvantajosas, há a possibilidade das mesmas desenvolverem novas características desejáveis.




• Mutantes induzidos de cevada, trigo, aveia, soja, tomate – podem melhorar as linhagens
cultivadas.




• resistência à ferrugem, maior produção, maior quantidade de proteína, sementes sem
casca, ente outro.




→ elucidam as vias pelas quais os processos biológicos ocorrem (isolamento e estudo das
mutações nos genes que codificam enzimas envolvidas nas mais diversas atividades
metabólicas)




→ dissecção de processos biológicos
Reparação do DNA
Tipos de Reparação do DNA


 1. Reparação por fotorreatividade enzimática

 2. Reparação de bases alteradas

 3. Reparação por excisão de base

 4. Reparação por excisão de nucleotídeos

 5. Reparação de bases malpareadas

 6. Sistema de reparação por resgate
Reparação do DNA

Reparação por Fotorreatividade Enzimática


# dímeros de pirimidina → impedem a replicação e a expressão gênica


• Fotoliase → catalisa uma 2ª reação fotoquímica, na presença de luz visível, desfazendo a
mutação e refazendo as bases pirimídicas individuais.




ETAPAS


1ª → reconhecimento da enzima ao dímero na ausência de luz.

2ª → após a absorção de luz, energia é fornecida para a conversão do dímero em monômeros
de pirimidina.

3ª → dissociação da enzima do DNA.
Reparação do DNA
Reparação por Fotorreatividade Enzimática
  Fotorreativação
  1. Fotoliase reconhece e se liga ao dímero
  2. Absorção de luz  Conversão em monômeros
Reparação do DNA
Reparação de Bases Alquiladas
    Ação de enzimas específicas: O6-Metilguanina-metiltransferase




                                                                     CH3-Cys-Enzima




• Não há meios de recuperar a enzima metilada (necessidade de novas enzimas para cada
grupamento metil removido).
Reparação do DNA

Reparo por excisão


# A remoção de uma base defeituosa (ou não habitual) pode ocorrer a partir da:




• clivagem da ligação base-açúcar (excisão de base)


• incisão endonucleolítica nos dois lados da lesão


• liberação de nucleotídeos


• preenchimento da região pela ação da DNA-polimerase I e posterior ligação
Reparação do DNA

Reparação por excisão de base


# A citosina do DNA é desaminada espontaneamente sendo, portanto, percebida pela uracil.


•   evento mutagênico potencial

→ formação de filamento apresentando pares de bases errôneos (AU no lugar de GC)



■ Etapas de reparo

1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléculas de desoxirribose pela enzima
   uracil-DNA-glicosilase

2. Liberação da base nitrogenada errônea (formação do sítio AP)

3. Excisão da cadeia em regiões adjacentes à base perdida pela enzima AP endonuclease
Reparação do DNA

Reparação por excisão de base


■ Etapas de reparo


1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléculas de desoxirribose pela enzima
   uracil-DNA-glicosilase

2. Liberação da base nitrogenada errônea (formação do sítio AP)

3. Excisão da cadeia em regiões adjacentes à base perdida pela enzima AP endonuclease

4. Inserção de citosina no local mutado pela enzima DNA-polimerase I

5. Ligação da fita corrigida pela enzima DNA-ligase
Reparação do DNA
Reparação do DNA
Reparação por Excisão de Base
Reparação do DNA
Reparo por excisão de nucleotídeos


■ Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo (REN)


ETAPAS

1. Reconhecimento da lesão

2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta

3. Excisão do segmento (oligonucleotídeo) contendo a lesão

4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde

5. Ligação



# reação, a princípio, livre de erro
Reparação do DNA
Reparação por Excisão de Nucleotídeo (REN)
 1. Reconhecimento da lesão
 2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão
 3. Excisão do seguimento contendo a lesão
 4. Síntese do novo seguimento de DNA e Ligação
Reparação do DNA
REN: Sistema Uvr (E. coli)
                        ATP


     Helicase 5’  3’



                                                      3’ (4 a 5nt)
                              5’ (8nt)




                               Excisão de 12 a 13nt


                                                      UvrD
Enzimas de correção de erro
•    Algumas bases incorretamente pareadas escapam da correção realizada pela DNA-
    polimerase

# Remoção de bases mal pareadas → Qual das fitas contém o erro? Qual das bases é a
   errada?

■ Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo (REN) → enzima de correção de
   erro

ETAPAS

1. Reconhecimento da lesão

2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta

3. Excisão do segmento (oligonucleotídeo) contendo a lesão

4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde

5. Ligação

# sinal que direciona o sistema de excisão do erro exclusivamente para a fita recém-sintetizada
    → seqüências GATC próximas ao erro
Reparação do DNA




    Sinalização por metilação
       de sítios específicos
Reparação do DNA
 1. Enzima de correção de erro liga-se à
    seqüência GATC não modificada e ao par de
    bases mal pareadas da mesma fita de DNA.




 2. Enzima de correção de erro remove o
    segmento de DNA que inclui o erro da fita
    que contém a seqüência GATC não metilada.




 3. DNA-polimerase   preenche a    fenda,
    substituindo a base mal pareada pela
    correta.




# Modificações na adenina da seqüência GATC por metilases farão com que a enzima de
correção não mais atue (não ocorrendo a excisão).
Reparo sujeito ao erro
•    Existem ocasiões em que o dano no DNA é tão extremo que não há maneira de os
    mecanismos celulares de reparo corrigirem de forma precisa o erro

→ perda completa de um par de bases



# Qual base deve ser inserida no local lesado?



■ Sistema de Reparo Sujeito ao Erro



→ qualquer uma das bases é inserida no local lesado a fim de garantir a continuidade do
   processo replicativo

# possível indutor mutagênico (3/4 – 75%)


◙ Ainda assim, é mais vantajoso para a célula a incorporação de uma base errada do que não
    replicar mais.
Reparação do DNA
Reparação de Bases Malpareadas
  N6-Metiladenina (GATC)


      Padrão de metilação



           Replicação



         Divisão Celular


       Metiltransferase de
          Manutenção


           Metilação
Reparação do DNA
Reparação de Bases Malpareadas: Sistema Mut
                          1. MutS  pb malpareado

                          2. Reconhece sítio do erro

                          3. MutL se liga a MutS

                          4. Deslizamento até GATC (ATP)

                          5. MutH  Reconhece GATC

                          6. Cliva: GATC até o malpareamento

                          7. Remoção da fita clivada (SSB)

                          8. Síntese e ligação da nova fita
Reparação do DNA
Sistema de Reparação por Resgate


                       1. Dano impede a replicação

                       2. Cópias com lacuna no sítio lesado

                       3. Resgata-se a seqüência da fita normal

                       4. A lacuna da fita lesada é preenchida

                       5. A lacuna da fita normal é repolimerizada
Conclusão

 Mutação: Alteração do código genético


 Efeito benéfico x Efeito maléfico


 Mutações cromossômicas numéricas/estruturais


 Mutações gênicas (Nível molecular)


 Mecanismos de reparação de erros


 Sistemas enzimáticos complexos que removem vários tipos de erros


 Manutenção da integridade do DNA

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Aula 06 mutação e reparo

  • 1. Mutação e Reparação do DNA Aspectos Conceituais Mutação e e Rotas Metabólicas Reparação do DNA Aspectos Conceituais e Rotas Metabólicas Prof. Henrique Santana Costa, M.Sc. Prof. Antonio Márcio Teodoro Cordeiro Silva, M.Sc.
  • 2. Mutação Mutações → modificação súbita e hereditária no conjunto gênico de um organismo não explicável pela recombinação da variabilidade genética pré-existente. Mutante → organismo possuidor de uma forma alterada como resultado da presença de uma mutação. # Tipos  aneuploidias → mudanças no número cromossômico.  aberrações cromossômicas → mudanças grosseiras na estrutura dos cromossomos.  mudanças dos genes individuais. 1. Atualmente, o termo mutação tem sido utilizado quando da presença de alterações detectadas em nível de genes individuais.
  • 4. Mutação # Geralmente, organismos portadores de uma mutação num determinado gene apresentam problemas em sua sobrevivência (sendo, assim, eliminados por seleção natural). # Contudo, nem toda mutação resulta numa conseqüências deletéria para seu portador. # mutação → fonte básica de toda variabilidade genética (matéria-prima para a evolução)  Sem a mutação, todos genes existiriam apenas em uma forma.  mutações espontâneas → resultam de funções celulares normais ou interações aleatórias com o ambiente. → podem ser aumentadas pelo tratamento com determinados compostos (agentes mutagênicos – mutações induzidas) → atuam diretamente no DNA.
  • 5. Mutação Síntese de Proteína Mutação pode alterar a síntese protéica
  • 6. Mutações Classificação Geral  Mutação Cromossômica: Número ou Estrutura  Mutações Gênicas: Genes individuais
  • 7. Mutação: Bom ou Ruim? A mutação é a fonte básica de toda variabilidade genética, fornecendo a matéria-prima para a evolução
  • 8. Processo Evolutivo Mutação como fonte de variabilidade 1. Recombinação: Rearranjos  Novas combinações 2. Seleção Natural  Preserva as combinações mais adaptadas 3. Ausência de Mutação  Genes com apenas uma forma 1 2 3
  • 9. Classificação das Mutações Quanto à Natureza 1. Mutação espontânea 2. Mutação induzida Mutagênese x Clastogênese x Teratogênese x Carcinogênese
  • 10. Mutações Cromossômicas Euploidia Conjunto de cromossomo de uma espécie 1. Monoploidia: n cromossomos 2. Diploidia: 2n cromossomos 3. Triploidia: 3n cromossomos 4. Poliploidia: mais de dois conjuntos Aneuploidia Número de cromossomos difere da espécie 1. Monossomia: 2n – 1 2. Trissomia: 2n + 1 3. Nulissomia: 2n – 2
  • 11. Mutação # Mutação de ponto → modificação num único par de base (substituição, adição ou deleção)  mau funcionamento do sistema replicativo  mau funcionamento do sistema de reparo  interferência química direta sobre uma das bases do DNA # Mutação letal condicional → letal num determinado ambiente (condições restritivas) Classes  Mutantes auxotróficos → incapazes de sintetizar um metabólito essencial (aminoácido, purina, pirimidina, etc.) → crescem e se reproduzem quando o metabólito é fornecido pelo meio (condição permissiva) → não crescem quando o metabólito está ausente (condição restritiva)
  • 12. Mutação  mutantes sensíveis à temperatura → crescerão numa determinada temperatura → aumento da labilidade ao calor ou ao frio do produto gênico mutado.  mutantes sensíveis ao supressor → viáveis quando um segundo fator genético (supressor) está presente - mas inviáveis na ausência deste. # Mutações transmitidas à descendência → células germinativas # Mutações perpetuadas em células que descenderam da célula original na qual a mutação ocorreu (podendo não afetar o organismo inteiro) → células somáticas
  • 13. Rearranjos Cromossômicos 1. Inversões: Paracêntricas ou Pericêntricas
  • 15. Rearranjos Cromossômicos 3. Translocação: Recíproca ou Robertisoniana
  • 17. Mutantes em nível molecular  modificações tautoméricas → flutuações químicas decorrentes de mudanças nas posições dos átomos (purinas, pirimidinas, grupamento amino, anel nitrogenado, etc.) → alteram o pareamento de bases normal. # Envolvem a substituição de um par de bases por outro → tipo mais comum de mutação # Transição → substituição de uma purina por outra purina, ou de uma pirimidina por outra pirimidina. # Transversão → substituição de uma purina por uma pirimidina ou vice-versa.  mutações que modificam a estrutura da leitura → envolve a adição ou deleção de um ou alguns pares de bases. → alteram a estrutura de leitura de todas as trincas de pares de bases no gene depois da mutação.
  • 19. Mutação em Nível Molecular A–T C–G –A Transversão –C T G T–A –T G–C –G A C
  • 20. Taxas de Mutações  procariotos → 10-5 a 10-6 evento/locus/geração (mutação espontânea)  eucariotos → estimativa semelhante à encontrada nos procariotos. # mutações silenciosas → sem efeito aparente # Hotspots → sítios de pares de bases mais susceptíveis à mutação. • Envolvem a troca de bases do DNA mas não causam a troca do aminoácido presente na proteína correspondente. • Levam à troca do aminoácido, mas a substituição não afeta a atividade da proteína (mutações neutras).
  • 21. Mutação em Nível Molecular
  • 22. Mutação em Nível Molecular Alteração do Quadro de Leitura (Frameshift)
  • 23. Mutação em Nível Molecular Deleção
  • 24. Mutação em Nível Molecular Inserção
  • 25. Mutação em Nível Molecular Sentido Trocado (Missense)
  • 26. Mutação em Nível Molecular Sem Sentido (Nonsense)
  • 27. Mutação em Nível Molecular Expansão de Repetição
  • 28. Radiação → porção do espectro eletromagnético que contém comprimentos de onda menores e de maior energia que a luz visível (0,1µm).  Tipos ionizante → raios X, raios gama e raios cósmicos (úteis no diagnóstico médico pelo fato de poderem penetrar nos tecidos vivos). não-ionizante → luz ultravioleta. • No processo de penetração, a radiação ionizante colide com átomos da matéria causando a liberação de elétrons (formando radicais livres positivamente carregados – íons). • Quimicamente mais reativos quando comparados à átomos em seu estado estável normal. # a reatividade aumentada dos átomos presentes nas moléculas de DNA é a base dos efeitos mutagênicos da luz ultravioleta e da radiação ionizante.
  • 29. Mutação por Radiação  Radiação ionizante → não envolve uma extensão de tempo. # a mesma dosagem de irradiação pode ser obtida por um longo período de tempo, ou uma alta intensidade num curto período. # mutações de ponto → diretamente proporcionais à dose de irradiação. # Teoria da cinética de colisão única → toda ionização tem uma probabilidade de induzir uma mutação.
  • 30. Mutação por Radiação Radiação ionizante  Efeito direto Efeito indireto Radiação ionizante H2O H• + OH•
  • 32. Aberrações Estruturais Cariótipo - Metáfase
  • 33. Mutação por Radiação  Radiação não-ionizante (luz ultravioleta) → não possui energia suficiente para induzir ionizações. # são absorvidos por purinas e pirimidinas (tornando-se mais reativas). ○ multicelulares → atingem apenas camadas de células superficiais. ○ unicelulares → potente agente mutagênico  Formação de hidratos de pirimidina e dímeros de pirimidinas. # a relação entre a taxa de mutação e a dose de UV é muito variável, dependendo do tipo de mutação do organismo e das condições empregadas.
  • 35. Mecanismos de reparo do DNA • Um mutante sobrevive quando sua troca genética não é prejudicial ou, mais raramente, é benéfica. • A maioria das mutações, contudo, são desvantajosas – impedindo a sobrevida celular. • mecanismos de reparo → revertem os efeitos de processos mutagênicos artificiais ou naturais sob o DNA. → muitos dos danos sofridos pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética é preservada em ambas as fitas da dupla-hélice. → a informação perdida em uma fita pode ser recuperada através da fita complementar
  • 36. APLICAÇÕES PRÁTICAS DAS MUTAÇÕES • Apesar da maioria das mutações tornarem o organismo menos adaptado e serem, portanto, desvantajosas, há a possibilidade das mesmas desenvolverem novas características desejáveis. • Mutantes induzidos de cevada, trigo, aveia, soja, tomate – podem melhorar as linhagens cultivadas. • resistência à ferrugem, maior produção, maior quantidade de proteína, sementes sem casca, ente outro. → elucidam as vias pelas quais os processos biológicos ocorrem (isolamento e estudo das mutações nos genes que codificam enzimas envolvidas nas mais diversas atividades metabólicas) → dissecção de processos biológicos
  • 37. Reparação do DNA Tipos de Reparação do DNA 1. Reparação por fotorreatividade enzimática 2. Reparação de bases alteradas 3. Reparação por excisão de base 4. Reparação por excisão de nucleotídeos 5. Reparação de bases malpareadas 6. Sistema de reparação por resgate
  • 38. Reparação do DNA Reparação por Fotorreatividade Enzimática # dímeros de pirimidina → impedem a replicação e a expressão gênica • Fotoliase → catalisa uma 2ª reação fotoquímica, na presença de luz visível, desfazendo a mutação e refazendo as bases pirimídicas individuais. ETAPAS 1ª → reconhecimento da enzima ao dímero na ausência de luz. 2ª → após a absorção de luz, energia é fornecida para a conversão do dímero em monômeros de pirimidina. 3ª → dissociação da enzima do DNA.
  • 39. Reparação do DNA Reparação por Fotorreatividade Enzimática  Fotorreativação 1. Fotoliase reconhece e se liga ao dímero 2. Absorção de luz  Conversão em monômeros
  • 40. Reparação do DNA Reparação de Bases Alquiladas  Ação de enzimas específicas: O6-Metilguanina-metiltransferase CH3-Cys-Enzima • Não há meios de recuperar a enzima metilada (necessidade de novas enzimas para cada grupamento metil removido).
  • 41. Reparação do DNA Reparo por excisão # A remoção de uma base defeituosa (ou não habitual) pode ocorrer a partir da: • clivagem da ligação base-açúcar (excisão de base) • incisão endonucleolítica nos dois lados da lesão • liberação de nucleotídeos • preenchimento da região pela ação da DNA-polimerase I e posterior ligação
  • 42. Reparação do DNA Reparação por excisão de base # A citosina do DNA é desaminada espontaneamente sendo, portanto, percebida pela uracil. • evento mutagênico potencial → formação de filamento apresentando pares de bases errôneos (AU no lugar de GC) ■ Etapas de reparo 1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléculas de desoxirribose pela enzima uracil-DNA-glicosilase 2. Liberação da base nitrogenada errônea (formação do sítio AP) 3. Excisão da cadeia em regiões adjacentes à base perdida pela enzima AP endonuclease
  • 43. Reparação do DNA Reparação por excisão de base ■ Etapas de reparo 1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléculas de desoxirribose pela enzima uracil-DNA-glicosilase 2. Liberação da base nitrogenada errônea (formação do sítio AP) 3. Excisão da cadeia em regiões adjacentes à base perdida pela enzima AP endonuclease 4. Inserção de citosina no local mutado pela enzima DNA-polimerase I 5. Ligação da fita corrigida pela enzima DNA-ligase
  • 45. Reparação do DNA Reparação por Excisão de Base
  • 46. Reparação do DNA Reparo por excisão de nucleotídeos ■ Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo (REN) ETAPAS 1. Reconhecimento da lesão 2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta 3. Excisão do segmento (oligonucleotídeo) contendo a lesão 4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde 5. Ligação # reação, a princípio, livre de erro
  • 47. Reparação do DNA Reparação por Excisão de Nucleotídeo (REN) 1. Reconhecimento da lesão 2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão 3. Excisão do seguimento contendo a lesão 4. Síntese do novo seguimento de DNA e Ligação
  • 48. Reparação do DNA REN: Sistema Uvr (E. coli) ATP Helicase 5’  3’ 3’ (4 a 5nt) 5’ (8nt) Excisão de 12 a 13nt UvrD
  • 49. Enzimas de correção de erro • Algumas bases incorretamente pareadas escapam da correção realizada pela DNA- polimerase # Remoção de bases mal pareadas → Qual das fitas contém o erro? Qual das bases é a errada? ■ Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo (REN) → enzima de correção de erro ETAPAS 1. Reconhecimento da lesão 2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta 3. Excisão do segmento (oligonucleotídeo) contendo a lesão 4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde 5. Ligação # sinal que direciona o sistema de excisão do erro exclusivamente para a fita recém-sintetizada → seqüências GATC próximas ao erro
  • 50. Reparação do DNA Sinalização por metilação de sítios específicos
  • 51. Reparação do DNA 1. Enzima de correção de erro liga-se à seqüência GATC não modificada e ao par de bases mal pareadas da mesma fita de DNA. 2. Enzima de correção de erro remove o segmento de DNA que inclui o erro da fita que contém a seqüência GATC não metilada. 3. DNA-polimerase preenche a fenda, substituindo a base mal pareada pela correta. # Modificações na adenina da seqüência GATC por metilases farão com que a enzima de correção não mais atue (não ocorrendo a excisão).
  • 52. Reparo sujeito ao erro • Existem ocasiões em que o dano no DNA é tão extremo que não há maneira de os mecanismos celulares de reparo corrigirem de forma precisa o erro → perda completa de um par de bases # Qual base deve ser inserida no local lesado? ■ Sistema de Reparo Sujeito ao Erro → qualquer uma das bases é inserida no local lesado a fim de garantir a continuidade do processo replicativo # possível indutor mutagênico (3/4 – 75%) ◙ Ainda assim, é mais vantajoso para a célula a incorporação de uma base errada do que não replicar mais.
  • 53. Reparação do DNA Reparação de Bases Malpareadas  N6-Metiladenina (GATC) Padrão de metilação Replicação Divisão Celular Metiltransferase de Manutenção Metilação
  • 54. Reparação do DNA Reparação de Bases Malpareadas: Sistema Mut 1. MutS  pb malpareado 2. Reconhece sítio do erro 3. MutL se liga a MutS 4. Deslizamento até GATC (ATP) 5. MutH  Reconhece GATC 6. Cliva: GATC até o malpareamento 7. Remoção da fita clivada (SSB) 8. Síntese e ligação da nova fita
  • 55. Reparação do DNA Sistema de Reparação por Resgate 1. Dano impede a replicação 2. Cópias com lacuna no sítio lesado 3. Resgata-se a seqüência da fita normal 4. A lacuna da fita lesada é preenchida 5. A lacuna da fita normal é repolimerizada
  • 56. Conclusão  Mutação: Alteração do código genético  Efeito benéfico x Efeito maléfico  Mutações cromossômicas numéricas/estruturais  Mutações gênicas (Nível molecular)  Mecanismos de reparação de erros  Sistemas enzimáticos complexos que removem vários tipos de erros  Manutenção da integridade do DNA