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Mutação e Reparação         do DNA              Aspectos Conceituais  Mutação e    e Rotas Metabólicas  Reparação   do DNA...
Mutação Mutações → modificação súbita e hereditária no conjunto gênico de um organismo    não explicável pela recombinação...
Mutação
Mutação # Geralmente, organismos portadores de uma mutação num determinado gene    apresentam problemas em sua sobrevivênc...
MutaçãoSíntese de Proteína                      Mutação pode alterar a                        síntese protéica
MutaçõesClassificação 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-...
Processo EvolutivoMutação como fonte de variabilidade  1. Recombinação: Rearranjos  Novas combinações  2. Seleção Natural...
Classificação das MutaçõesQuanto à Natureza          1. Mutação espontânea                           2. Mutação induzida  ...
Mutações CromossômicasEuploidia       Conjunto de cromossomo de uma espécie   1.   Monoploidia: n cromossomos   2.   Diplo...
Mutação # Mutação de ponto → modificação num único par de base (substituição, adição ou    deleção)    mau funcionamento ...
Mutação    mutantes sensíveis à temperatura → crescerão numa determinada temperatura → aumento da labilidade ao calor ou ...
Rearranjos Cromossômicos1. Inversões: Paracêntricas ou Pericêntricas
Rearranjos Cromossômicos2
Rearranjos Cromossômicos3. Translocação: Recíproca ou Robertisoniana
Rearranjos Cromossômicos4. Duplicação x Replicação
Mutantes em nível molecular     modificações tautoméricas → flutuações químicas decorrentes de mudanças      nas posições...
Mutação MolecularModificações Tautoméricas
Mutação em Nível Molecular                               A–T                         C–G              –A        Transversã...
Taxas de Mutações    procariotos → 10-5 a 10-6 evento/locus/geração (mutação espontânea)    eucariotos → estimativa seme...
Mutação em Nível Molecular
Mutação em Nível MolecularAlteração do Quadro de Leitura (Frameshift)
Mutação em Nível MolecularDeleção
Mutação em Nível MolecularInserção
Mutação em Nível MolecularSentido Trocado (Missense)
Mutação em Nível MolecularSem Sentido (Nonsense)
Mutação em Nível MolecularExpansão de Repetição
Radiação→ porção do espectro eletromagnético que contém comprimentos de onda menores e de   maior energia que a luz visíve...
Mutação por Radiação  Radiação ionizante → não envolve uma extensão de tempo. # a mesma dosagem de irradiação pode ser ob...
Mutação por Radiação          Radiação ionizante    Efeito direto                         Efeito indireto    Radiação ion...
Acidentes Radioativos
Aberrações Estruturais                     Cariótipo - Metáfase
Mutação por Radiação Radiação não-ionizante (luz ultravioleta) → não possui energia suficiente para induzir  ionizações.#...
Mutação por Radiação
Mecanismos de reparo do DNA• Um mutante sobrevive quando sua troca genética não é prejudicial ou, mais raramente, ébenéfic...
APLICAÇÕES PRÁTICAS DAS MUTAÇÕES• Apesar da maioria das mutações tornarem o organismo menos adaptado e serem, portanto,des...
Reparação do DNATipos de Reparação do DNA 1. Reparação por fotorreatividade enzimática 2. Reparação de bases alteradas 3. ...
Reparação do DNAReparação por Fotorreatividade Enzimática# dímeros de pirimidina → impedem a replicação e a expressão gêni...
Reparação do DNAReparação por Fotorreatividade Enzimática  Fotorreativação  1. Fotoliase reconhece e se liga ao dímero  2...
Reparação do DNAReparação de Bases Alquiladas    Ação de enzimas específicas: O6-Metilguanina-metiltransferase           ...
Reparação do DNAReparo por excisão# A remoção de uma base defeituosa (ou não habitual) pode ocorrer a partir da:• clivagem...
Reparação do DNAReparação por excisão de base# A citosina do DNA é desaminada espontaneamente sendo, portanto, percebida p...
Reparação do DNAReparação por excisão de base■ Etapas de reparo1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléc...
Reparação do DNA
Reparação do DNAReparação por Excisão de Base
Reparação do DNAReparo por excisão de nucleotídeos■ Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo (REN)ETAPAS1. Re...
Reparação do DNAReparação por Excisão de Nucleotídeo (REN) 1. Reconhecimento da lesão 2. Incisão da fita lesada em ambos o...
Reparação do DNAREN: Sistema Uvr (E. coli)                        ATP     Helicase 5’  3’                                ...
Enzimas de correção de erro•    Algumas bases incorretamente pareadas escapam da correção realizada pela DNA-    polimeras...
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 pareada...
Reparo sujeito ao erro•    Existem ocasiões em que o dano no DNA é tão extremo que não há maneira de os    mecanismos celu...
Reparação do DNAReparação de Bases Malpareadas  N6-Metiladenina (GATC)      Padrão de metilação           Replicação     ...
Reparação do DNAReparação de Bases Malpareadas: Sistema Mut                          1. MutS  pb malpareado              ...
Reparação do DNASistema de Reparação por Resgate                       1. Dano impede a replicação                       2...
Conclusão Mutação: Alteração do código genético Efeito benéfico x Efeito maléfico Mutações cromossômicas numéricas/estr...
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Aula 06 mutação e reparo

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Aula 06 mutação e reparo

  1. 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. 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.
  3. 3. Mutação
  4. 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. 5. MutaçãoSíntese de Proteína Mutação pode alterar a síntese protéica
  6. 6. MutaçõesClassificação Geral  Mutação Cromossômica: Número ou Estrutura  Mutações Gênicas: Genes individuais
  7. 7. Mutação: Bom ou Ruim? A mutação é a fonte básica de toda variabilidade genética, fornecendo a matéria-prima para a evolução
  8. 8. Processo EvolutivoMutação 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. 9. Classificação das MutaçõesQuanto à Natureza 1. Mutação espontânea 2. Mutação induzida Mutagênese x Clastogênese x Teratogênese x Carcinogênese
  10. 10. Mutações CromossômicasEuploidia Conjunto de cromossomo de uma espécie 1. Monoploidia: n cromossomos 2. Diploidia: 2n cromossomos 3. Triploidia: 3n cromossomos 4. Poliploidia: mais de dois conjuntosAneuploidia Número de cromossomos difere da espécie 1. Monossomia: 2n – 1 2. Trissomia: 2n + 1 3. Nulissomia: 2n – 2
  11. 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. 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. 13. Rearranjos Cromossômicos1. Inversões: Paracêntricas ou Pericêntricas
  14. 14. Rearranjos Cromossômicos2
  15. 15. Rearranjos Cromossômicos3. Translocação: Recíproca ou Robertisoniana
  16. 16. Rearranjos Cromossômicos4. Duplicação x Replicação
  17. 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.
  18. 18. Mutação MolecularModificações Tautoméricas
  19. 19. Mutação em Nível Molecular A–T C–G –A Transversão –C T G T–A –T G–C –G A C
  20. 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. 21. Mutação em Nível Molecular
  22. 22. Mutação em Nível MolecularAlteração do Quadro de Leitura (Frameshift)
  23. 23. Mutação em Nível MolecularDeleção
  24. 24. Mutação em Nível MolecularInserção
  25. 25. Mutação em Nível MolecularSentido Trocado (Missense)
  26. 26. Mutação em Nível MolecularSem Sentido (Nonsense)
  27. 27. Mutação em Nível MolecularExpansão de Repetição
  28. 28. Radiação→ porção do espectro eletromagnético que contém comprimentos de onda menores e de maior energia que a luz visível (0,1µm). Tiposionizante → 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. 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. 30. Mutação por Radiação Radiação ionizante  Efeito direto Efeito indireto Radiação ionizante H2O H• + OH•
  31. 31. Acidentes Radioativos
  32. 32. Aberrações Estruturais Cariótipo - Metáfase
  33. 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.
  34. 34. Mutação por Radiação
  35. 35. Mecanismos de reparo do DNA• Um mutante sobrevive quando sua troca genética não é prejudicial ou, mais raramente, ébenéfica.• A maioria das mutações, contudo, são desvantajosas – impedindo a sobrevida celular.• mecanismos de reparo → revertem os efeitos de processos mutagênicos artificiais ou naturaissob o DNA.→ muitos dos danos sofridos pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética épreservada em ambas as fitas da dupla-hélice.→ a informação perdida em uma fita pode ser recuperada através da fita complementar
  36. 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 linhagenscultivadas.• resistência à ferrugem, maior produção, maior quantidade de proteína, sementes semcasca, ente outro.→ elucidam as vias pelas quais os processos biológicos ocorrem (isolamento e estudo dasmutações nos genes que codificam enzimas envolvidas nas mais diversas atividadesmetabólicas)→ dissecção de processos biológicos
  37. 37. Reparação do DNATipos 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. 38. Reparação do DNAReparação 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 amutação e refazendo as bases pirimídicas individuais.ETAPAS1ª → reconhecimento da enzima ao dímero na ausência de luz.2ª → após a absorção de luz, energia é fornecida para a conversão do dímero em monômerosde pirimidina.3ª → dissociação da enzima do DNA.
  39. 39. Reparação do DNAReparação por Fotorreatividade Enzimática  Fotorreativação 1. Fotoliase reconhece e se liga ao dímero 2. Absorção de luz  Conversão em monômeros
  40. 40. Reparação do DNAReparação 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 cadagrupamento metil removido).
  41. 41. Reparação do DNAReparo 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. 42. Reparação do DNAReparação 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 reparo1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléculas de desoxirribose pela enzima uracil-DNA-glicosilase2. Liberação da base nitrogenada errônea (formação do sítio AP)3. Excisão da cadeia em regiões adjacentes à base perdida pela enzima AP endonuclease
  43. 43. Reparação do DNAReparação por excisão de base■ Etapas de reparo1. Hidrólise da ligação glicosídica entre uracil e as moléculas de desoxirribose pela enzima uracil-DNA-glicosilase2. Liberação da base nitrogenada errônea (formação do sítio AP)3. Excisão da cadeia em regiões adjacentes à base perdida pela enzima AP endonuclease4. Inserção de citosina no local mutado pela enzima DNA-polimerase I5. Ligação da fita corrigida pela enzima DNA-ligase
  44. 44. Reparação do DNA
  45. 45. Reparação do DNAReparação por Excisão de Base
  46. 46. Reparação do DNAReparo por excisão de nucleotídeos■ Um dos mais importantes e gerais mecanismos de reparo (REN)ETAPAS1. Reconhecimento da lesão2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta3. Excisão do segmento (oligonucleotídeo) contendo a lesão4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde5. Ligação# reação, a princípio, livre de erro
  47. 47. Reparação do DNAReparação 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. 48. Reparação do DNAREN: Sistema Uvr (E. coli) ATP Helicase 5’  3’ 3’ (4 a 5nt) 5’ (8nt) Excisão de 12 a 13nt UvrD
  49. 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 erroETAPAS1. Reconhecimento da lesão2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta3. Excisão do segmento (oligonucleotídeo) contendo a lesão4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde5. Ligação# sinal que direciona o sistema de excisão do erro exclusivamente para a fita recém-sintetizada → seqüências GATC próximas ao erro
  50. 50. Reparação do DNA Sinalização por metilação de sítios específicos
  51. 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 decorreção não mais atue (não ocorrendo a excisão).
  52. 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. 53. Reparação do DNAReparação de Bases Malpareadas  N6-Metiladenina (GATC) Padrão de metilação Replicação Divisão Celular Metiltransferase de Manutenção Metilação
  54. 54. Reparação do DNAReparação 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. 55. Reparação do DNASistema 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. 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

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