Mutações do material genético

Prof. Dra. Adriana Dantas
UERGS, Bento Gonçalves, RS

Mutação: Alteração no material genético
 Mutação: alteração na seqüência de DNA
 Alteração na seqüência altera no produto codificado
por algum gene
 Quando o gene para uma enzima sofre mutação, a
enzima codificada pelo gene pode se tornar inativa
ou menos ativa, pois sua seqüência de aminoácidos
foi alterada.

Mutação de uma região da proteína-codificação de um gene.
(Note que nem todas as mutações levam a proteínas alteradas e que nem todas
as mutações são regiões que codificam proteínas)

Mapa de restrição de DNA
M1 M2

A 13 11
Kb 13 5 6 2 8

9
B
Kb 9 4 5 6 2 8 8
C
Kb 9 4 11 2 8 6
5
4

2

A B C

Duas mutações podem ser deduzidas
 Mutação 1 - novo sítio de restrição aparece no
fragmento 13 Kb, produzindo os fragmentos de 4 e 9
Kb
 Mutação 2 - um sítio de restrição foi perdido na
amostra C, causando o aparecimento de fragmentos 11
Kb e a perda dos fragmentos de 6 e 5 Kb

Estase x Evolução
 A DNA polimerase é extremamente fiel
(1 erro a cada 3 bilhões de bases)
 Os organismos vivos apresentam grande
variabilidade genética
 Qual a fonte da imensa variabilidade da
vida?

O que são mutações?
 São alterações ou modificações súbitas,
espontâneas, em genes ou cromossomas,
podendo acarretar variação hereditária.

 As mutações podem ser gênicas quando
alteram a estrutura do DNA, num
determinado gene, ou cromossômicas
quando alteram a estrutura ou o número de
cromossomos.

O que provocam?
 As mutações são espontâneas e podem ser
silenciosas, ou seja, não alterar a proteína ou
sua acção. Podem ainda ser letais, quando
provocam a morte, ou ainda acarretar
doenças ou anomalias.

 As mutações também promovem a evolução
já que determinam aumento na variabilidade
genética.

Onde e como ocorrem?
 Por erros na replicação de DNA que antecede
uma divisão celular (mitose ou meiose).

Por erros relacionados com a
individualização dos cromossomas, por
exemplo no crossing-over, na separação de
cromossomas ou de cromatídeos, durante
uma divisão celular (meiose ou mitose)

Onde ocorrem?
 Nas células somáticas (durante a mitose)
refletindo-se nas células, desse indivíduo,
descendentes da que sofreu a mutação (ex:
tumores).

 Na formação dos gâmetas (meiose) - células da
linhagem germinativa - e serão transmitidas
hereditariamente.

Classificação das mutações
 1. Quanto a Origem: Espontâneas
Induzidas

 2. Quanto a Localização: Somáticas
Germinativas

 3. Quanto a Expressão Fenotípica:
Substituição silenciosa
Sentido trocado
Sem sentido

Alterações no código genético
 As alterações podem ser desvantajosas ou mesmo
letal, se a célula perder uma característica
fenotípica que ela necessite.
 As mutações podem ser benéficas, se a enzima
alterada codificada pelo gene mutante possuir
uma atividade nova ou intensificada que beneficie
a célula, provoca forma alternativa – alelo.
 Muitas mutações são silenciosas (neutras), pois a
alteração na seqüência do DNA não causa
alterações na atividade do produto codificado pelo
gene.

Mutações gênicas
 As mutações gênicas são responsáveis
por alterações nos genes e
consequentemente nas proteínas,
determinando, muitas vezes, a formação
de novas proteínas ou alterando a ação
de enzimas importantes no
metabolismo.

Mutações gênicas
 Alteram a sequência de nucleotídeos de um
gene (alteram uma ou mais bases do DNA), o
que afetará a leitura durante a replicação ou
durante a transcrição.

 Constitui-se assim um alelo, uma nova versão,
do gene alterado:
 Subtituição de bases (transição, transversão)
 Adição ou deleção de bases

Tipos de mutações
1. Substituição de nucleotídio
 a) Transições: substituição de pirimidina por
pirimidina ou purina por purina;
 b) Transversões: substituição de pirimidina por
purina ou vice-versa.
2. Mudança de pauta de leitura
 a) Inserção de base
 b) Deleção de base

Malpareamento devido a mudanças
tautoméricas

2. Base Análogas: DNA
incorpora 5-BU no lugar da Timina

common rare
Changes T-A pair > C-G pair. T > C, and A > G are both Transitions

Formação de TA para CG
Durante a replicação do DNA

Transition is a purine replaced by different purine or pyrimidine
replaced by different pyrimidine.

Erros na Replicação do DNA
 Substituição de bases

ocorre a troca de um ou
mais pares de bases.
Surge uma ou várias
formas, chamadas,
tautômeras, que são
isomeros que diferem
na posiçào de seus
atomos e nas ligações
entre eles.

Mutação expontânea (replicação)

Substituição de Bases
 Pode ocorrer vários tipos de trocas, as quais recebem
denominações especiais:
 Troca entre purinas (A, G) ou entre pirimidinas (C, T)
= TRANSIÇÃO
 Substituição de uma purina por uma pirimidina, ou
vice-versa = TRANSVERSÃO.
 Possibilidade de 4 diferentes transições e 8 diferentes
transversões.

A C

G T

TRANSIÇÃO
TRANSVERSÃO

Formas em equilibrio
 Forma ceto de cada base esta presente no DNA
 Formas imino e enol das bases são raras.
 Gera possiveis pareamentos errados, resulta em
mudanças tautoméricas.
 O mal pareamento também pode ocorrer quando uma
das bases torna-se ionizada.

Mutações gênicas
 Inserção e deleção

 acontece quando uma
ou mais bases são
adicionadas ou
removidas,
respectivamente, ao
DNA, modificando a
sequência de leitura da
molécula durante a
replicação ou a
transcrição.

Substituição de bases
 Base de mutação (ponto de mutação)
 Resulta mudança de aminoácido – mutação missense

Substituição de bases
 Única base em um ponto na seqüência de DNA é
substituída por uma base diferente
 Se a troca de bases ocorre dentro de um gene que
codifica uma proteína, o mRNA transcrito a partir
de um gene transportará uma base incorreta
naquela posição.
 Se ocorre na terceira posição do códon do mRNA,
devido a degeneração do código genético, o novo
códon pode ainda resultar no mesmo aminoácido.

Mutação missense
 Quando o mRNA for traduzido em proteína, a base
incorreta poderá causar a inserção de um aminoácido
incorreto na proteína.
 A substituição de bases resulta em uma substituição
do aminoácido na proteína sintetizada.

Mutação anti-senso
 Cria-se um códon de parada (anti-senso) no meio de
uma molécula de mRNA, as substituições de bases
impedem efetivamente a síntese de uma proteína
funcional completa.
 Resulta num códon anti-senso

Mutação de troca de fase de leitura
 Mutação frameshift
 Um ou alguns pares de nucleotídeos são deletados ou
inseridos no DNA
 Altera a fase de leitura da tradução, no agrupamento de
três nucleotídeos reconhecidos como códons de tRNA
durante a tradução.
 Resulta numa longa seqüência de aminoácidos alterada e
produção de proteínas inativadora do gene que sofreu a
mutação até o encontro com um códon anti-senso.
 Essas substituições de bases de troca de fase de leitura
podem ocorrer espontaneamente durante a replicação do
DNA.

Mutação de troca de fase de leitura
 Inserção ou deleção de um ou mais pares de
nucleotídeos

Mutações: considerações
 Quais são as causas de mutações espontâneas?
 Replicação do DNA, bem como durante a fase G do ciclo celular
 Qual é a taxa de mutação espontânea por gene por geração de eucariontes?
 04/10 a 4 x 10-6 por gene por geração
 Como é que a célula manter essa taxa tão baixa?
 DNA polimerases de reparação e auto-correção
 Quais são os tipos de mutações podem resultar de erros de replicação de DNA
 polimerase e durante qual fase do ciclo celular, isso pode acontecer?
 Quais são as fontes mais comuns de mutações espontâneas, e quais são as
conseqüências diretas de tais mudanças?
 Chemical depurinação, desaminação,
 Descreva um ponto de mutação que ocorre mais freqüentemente em "hot spots
mutacionais" de um genoma.
 Citosina metilada é desaminado para produzir uma timina?
 Esta alteração não é detectada pelos sistemas de reparo?

Taxas de mutação
 As taxas de mutações espontâneas são extremamente baixas
em todos os organismos estudados;

 Estas taxas variam consideravelmente dependendo do
organismo;

 Na mesma espécie estas taxas variam de gene para gene;

 A taxa média de mutação espontânea é de cerca de 10-5.

Taxas de mutação espontânea em
alguns organismos
Organismo Taxa de mutação
espontânea
Virus, Bactérias, Neurospora 10-8 (uma em 100 milhões
de divisões)

Milho, Drosophila, Humanos 10-6 a 10-5 (entre uma em 1
milhão a uma em 100 mil
divisões)
Camundongos 10-5 a 10-4 (entre uma em
100 mil a uma em 10 mil
divisões)

Bases moleculares das mutações
 1. Mudanças tautoméricas: alterações na estrutura
química das bases (ceto-enol para Guanina e Timina e
imino-amino para Citosina e Adenina);

 2. Análogos de bases: substâncias químicas que
podem substituir as purinas ou pirimidinas durante a
síntese do DNA, como a 5-bromouracila (5-BrU) e a 2-
aminopurina (2-AP);

3. Agente alquilantes: Ethylmethane
Sulfonate (EMS) Alkylates Guanine

Note: changes a G-C pair into an A-T pair
(G > A is a transition, C > T is a transition)
Another example: mustard gases first used in WWII.

 4. Agentes intercalantes: intercalam-se entre as
bases do DNA, produzindo uma distorção física,
seguida de remoção e erro na reparação (proflavina,
acridina orange).

 Intercalantes: proflavina, acridina e brometo de
etídio inseri-se entre as bases adjacentes em uma ou
ambas as cadeias de dupla hélice do DNA fazendo-a
relaxar
 Durante a replicação, uma base extra deve ser inserida
em frente ao agente (adiantamento)
 Se ele se insere no novo DNA no lugar de uma base,
em seguida, quando o DNA duplica o agente é
perdido, resultando em uma supressão

 Mutagênese sítio-específico, na geração in vitro de
mutações específicas

5. Desaminação causada por ácido nitroso

Cromossomos de levedura visualizados com intercalação de
brometo de etídio sob luz UV, após separação em gel por
eletroforese de campo pulsado.

6. Radiação Ultravioleta causa
dimeros de timina
Disrupts synthesis;
260 nanometer good for sterilization
wavelength of bacteria, bad for
skin cancer.

What type of radiation does a tanning booth produce? Is it safe?
Figure 7.10 Production of thymine dimers by ultraviolet light irradiation. The two
components of the dimer are covalently linked in such a way that the DNA double
helix is distorted at that position.

Mutation
 UV radiation causes
thymine dimers
 Light-repair
separates thymine
dimers

Figure 8.20

Efeitos da radiação ionizante

Causa das mutações pontuais ou quebra nas ligações fosfodiéster da
cadeia do DNA.

As células em divisão são mais sensíveis à terapêutica de raios-X que os
não-divisão de células (terapia de radiação para câncer).

A radiação ionizante transforma átomos estáveis em radicais livres reativos e íons, que
causam mutações no DNA

Mecanismos de reparo de DNA
• Prokaryotic:
– Photoactivation Repair
– Base Excision Repair
– Post-replication Repair and SOS Repair

• Eukaryotic:
– Nucleotide Excision Repair
– Proofreading and Mismatch Repair
– Double-Strand Break Repair

Photoactivation Repair in Prokaryotes

UV

Photoreactivation
Enzyme Cleaves Visible light
bond between T’s

Base Excision Repair in Prokaryotes

DNA glycosylase

Apyrimidinic endonuclease

DNA Pol I, DNA ligase

Nucleotide Excision Repair:
Prokaryotes and Eukaryotes

uvr nuclease

DNA Pol I

DNA ligase

Fenômeno Epigenético

 Qualquer atividade de genes que não envolve
mudanças na seqüência do DNA (código genético) em
que pode persistir por uma ou mais gerações.

Bases are
Normally
In the keto
Form—if in
The enol form;
Base pair
incorrectly

Figure 7.6 Normal Watson–Crick and non–Watson–Crick base pairing in DNA. (a) Normal
Watson–Crick base pairing between the normal forms of T and A and of C and G. (b) Non–
Watson–Crick base pairing between normal forms of pyrimidines and rare tautomeric forms of
purines. (c) Non–Watson–Crick base pairing between rare tautomeric forms of pyrimidines and
normal forms of purines.

Figure 7.7 Production of a mutation as a result of a mismatch caused by wobble
base pairing. The details are explained in the text.

Spontaneous
Chemical Changes

Figure 7.9 (a) Deamination of cytosine to uracil. (b) Deamination of 5-
methylcytosine (5mC) to thymine.

Mutações induzidas
 Quais são alguns exemplos de alguns agentes mutagênicos físico?
 Radiação ou produtos químicos
 Porque são os tipos de mutações diferentes, quando causada por luz ultravioleta, em comparação com
radiação ionizante?
 ionizante produz íons quebrar ligações covalentes (por exemplo, açúcar-fosfato espinha dorsal, o efeito
é acumulativo)
 os anéis de absorver a luz UV e são alterados quimicamente formam dímeros TT
 Quais são as conseqüências diretas da formação de um dímero de timina?
 Protuberância no DNA
 Quais são as três classes gerais de mutagênicos químicos?
análogos de base, base de modificar e intercalando
 Em que partes do ciclo celular que essas diferentes classes de mutágenos se manifestam?
 análogos de base e trabalhar intercalando durante a replicação; base modificada a qualquer hora
 Que tipo de mutação do análogos base induzir?
 tomar o lugar da base; transições
 Que outros tipos de perturbações pode um efeito análogo de base?
 Um exemplo disso e como é usada medicinalmente?
 O AZT é um análogo da T (replicação para)
 Quais são os três tipos de agentes modificadores da base de mutações que causam e quais são seus efeitos
diretos?
 Desaminação, Hidroxilação e Alquilação)

Figure 7.16 Nucleotide
excision repair (NER) of
pyrimidine dimer and
other damage induced
distortions of DNA.

Figure 7.17 Mechanism of
mismatch repair. The
mismatch correction
enzyme recognizes which
strand the base mismatch
is on by reading the
methylation state of a
nearby GATC sequence. If
the sequence is
unmethylated, a segment
of that DNA strand
containing the mismatch is
excised and new DNA is
inserted.

Transposons
 Se dividem em duas classes gerais com relação a como eles
se movem.
Uma classe de proteínas que codifica mover o elemento
DNA diretamente para uma nova posição ou replicar o
DNA.
 Encontrados em procariotos e eucarioto
 A outra classe estão relacionados aos retrovírus na medida em
que codifica uma transcriptase reversa para fazer cópias de DNA
de seu RNA transcritos, que depois integrar em novos locais no
genoma.
 Encontrado apenas em eucariotas.

Agentes mutagênicos
 1. Físicos: Radiação UV, Radiação ionizante (raios X,
raios g e raios cósmicos)

 2. Químicos: Análogos de bases, agentes alquilantes

EMA DIZ BOM DIA

Troca de Ganho de
Perda
uma letra uma letra
de uma
letra

EMA DAZ BOM DIA EMA IZB OMD IA EMA ADI ZBO MDI A
EMA DIZ BOA DIA
EMA DIZ BOM DIZ Deleção Inserção

Consequências das mutações

Ames Test (know this test and its controls)

The chemical
Causes a
reversion
Mutation in the
bacteria
So it now can
grow
Without histidine

Replica-plating
technique to screen
for mutant strains of
a colony-forming
microorganism.

How would you
Select for Trp-
Auxotrophic mutant?
(doesn’t make tryptophan
Requires it)

Detecção do potencial mutagênico
1. Teste de Ames
Utiliza linhagens
especiais da bactéria
Salmonella
typhimurium. Uma
linhagem detecta
substituição de bases e
outras detectam
mudança de pauta de
leitura.

Mutações do material genético