Mutação

1. Mutação A matéria prima da Evolução...

2. Conhecimentos a serem adquiridos • O que é uma mutação gênica • Porque as mutações são raras • Porque são importantes para a evolução • Como surgem novos alelos • Quais os mecanismos que provocam as mutações e quais os mecanismos de reparo

3. Tipos de Mutação • Mutação Somática • Ocorre em qualquer célula do corpo, exceto as germinativas • Mutação germinativa: • Em geral não afeta o indivíduo, e sim sua prole e possivelmente as próximas gerações

4. Tipos de Mutação • Mutação de Ponto (substituição de 1 base no DNA) • Transição • Transversão • Podem alterar um aminoácido, se por acaso ocorrerem em uma seqüência codificadora de proteína. Troca de uma purina por outra ou de uma pirimidina por outra Troca de uma purina uma pirimidina ou vice-versa No genoma de um organismo eucarioto nem todas as sequencias codificam proteínas – 99% do nosso genoma não codifica proteínas!

5. Bases Tautoméricas Formas Ceto Forma imino Forma imino Forma enol Forma enol

6. Forma Enol rara (timina) Citosina Forma-se então o par Timina-Guanina Forma Enol rara (timina) Citosina Mutação GC → AT (quadro)

7. Forma enol da guanina (rara) Adenina Forma-se então o par Timina-guanina Adenina Forma enol da guanina (rara)

8. Forma imino de citosina Timina Forma-se então o par Citosina-Adenina Forma imino de citosina Timina

9. Guanina Forma imino de Adenina Forma-se então o par Citosina-Adenina Guanina Forma imino de Adenina

10. Volta ao estado normal Parece guanina Se pareia com a citosina Mutação

11. Formas tautoméricas • Provocam mutações do tipo transição (troca de uma purina por outra ou de uma pirimidina por outra). • As formas tautoméricas existem em pequena quantidade, são raras, enquanto as formas ceto são abundantes.

12. Reparo • A função de edição da DNA polimerase reconhece muitos dos pareamentos errados e os retira, reduzindo muito o número de mutações observado.

13. Transversões • Formas tautoméricas não provocam transversões, mas apenas transições. • Transversões são muito mais raras e exigem, em algum ponto da duplicação do DNA, que haja pareamentos purina-purina ou pirimidina-pirimidina.

14. Agentes oxidantes Pareamento guanina-adenina Duas purinas -transversão

15. Tipos de Mutação • Inserções e deleções • Alteram a matriz de leitura, podem alterar uma proteína inteira.

16. Sequencia original: Met Tyr Thr Ser Gln Stop AUG UAU ACG UCU CAA UGA UCCA Deleção de uma base: AUG UAU CGU CUC AAU GAU Asp Met Tyr Arg Leu Asn Asp Deleção de três bases: AUG UAU UCU CAA UGA UCCA Met Tyr Ser Gln Stop

17. A Sequencia original: Met Tyr Thr Ser Gln Stop AUG UAU ACG UCU CAA UGA UCCA Inserção de uma base: AUG UAU ACG AUC UCA AUG AUC CA Met Ser Met Met Tyr Thr Ile Inserções ou deleções de 3 bases, ou múltimplos de 3 não alteram a matriz de leitura

18. Causas das Mutações • Espontâneas • Pareamentos errados durante a replicação • Entre timina e guanina • Entre citosina e adenina • Escorregões no molde • Problemas com regiões repetitivas. • Modificações químicas espontâneas • Perda de purinas – deleção • Perda do grupo amino Bases tautoméricas Perda da ligação entre a base e a desoxirribose

19. Depurinação • A ligação entre a base (guanina ou adenina) e a desoxirribose • O sítio fica sem a base, e a DNA polimerase não pode fazer a replicação Reparo: sistemas de reparo removem os sítios apurínicos e colocam um nucleotídeo inteiro ou inserem uma base (qualquer) no sítio apurínico = mutação

20. Lesões espontâneas • Se a citosina perder o grupo amino, esta se transforma numa uracila, que se pareia com a adenina, provocando uma transição CG-TA A uracila é posteriormente transformada em timina por mecanismos de reparo C → U T A A G

21. Mutações induzidas • Substituição de uma base (análogos de base) • Malpareamento específico (agentes alcilantes – adicionam grupos alcila, provocando alteração das bases e conseqüente malpareamento. • Agentes intercalantes

22. Mutações Induzidas • Incorporação de Análogos de base • 5 bromouracil – 5BU Mutação AT → GC Se pareia com a adenina Br Br Se pareia com a guanina Forma enol Citosina

24. Mutações Induzidas • Agentes intercalantes • Brometo de Etídeo – laboratório de manipulação de DNA • Modificam a estrutura da dupla hélice provocando inserções e deleções durante a replicação

25. Também podem intercalar-se em DNA unifilamentar (que está sendo replicado, por exemplo, formando alças e provocando deleções – erros na matriz de leitura.

26. Danos a bases • Vários mutágenos modificam as bases de modo que não há mais pareamento específico na replicação O sistema SOS entra em atividade e substitui a base com danos por qualquer outra – mutação!

27. Aflatoxina B1 • Gera sítios apurínicos (sem a purina) O sistema de reparo entra em ação e insere uma adenina no lugar (se o sítio era preenchido por uma guanina – Mutação!

28. Mutações Induzidas • Radiação • Formação de dímeros (em geral duas timinas) • A maquinaria da replicação reconhece o dímero e coloca duas adeninas na fita complementar • Se o dímero se formar entre uma citosina e uma timina, o sistema também coloca duas adeninas...

31. Conseqüências das mutações • Formação de novos alelos • O tipo selvagem é o mais comum, cada mutação de ponto provoca o aparecimento de um novo alelo para cada gene

32. Tipos de Mutação • Mutação silenciosa – sem efeitos no fenótipo (código genético degenerado) UUU → UUC Phe Phe CGU → CGC Arg Arg

33. Tipos de Mutação • Mutação de sentido trocado – troca o aa a ser adicionado (missense) • Substituição sinônima – aa de mesma natureza, sem grandes conseqüências • Substituição não sinônima – aa de outra natureza –pode inviabilizar o indivíduo, fazer com que a função do gene fique prejudicada ou mudar a função do gene. • Mutação sem sentido – produz um códon de parada no meio da seqüência (nonsense)

35. Imagine... • O que pode acontecer se a mutação ocorrer no anti-códon de um t-RNA...

37. Existem muitas ameaças à fidelidade de replicação do DNA • Taxa de erro inerente à replicação • Lesões espontâneas • Mutágenos ambientais • As células desenvolveram sistemas enzimáticos que reparam o DNA • Defeitos nos mecanismos de reparo podem ser associados a diversas doenças.

38. Prevenção de Erros (antes que ocorram) • Neutralização de compostos potencialmente danosos ao DNA • Detoxicação de radicais superóxido (superóxido dismutase) Superóxido dismutase Catalase Radicais superóxido Peróxido de hidrogênio Água

39. Mecanismos de Reparo • Reparo do paremamento errado: • Bases incorretas são encontradas, retiradas e substituídas pela base correta complementar. (DNA polimerase e outras enzimas que avaliam o DNA em busca de pareamentos incorretos) • Depende de metilação da fita mãe Em geral, depois que o DNA é duplicado, as fitas são metiladas. Com isso, o DNA recém replicado não é metilado, permitindo que os sistemas de reparo reconheçam a fita velha e a nova, reparando apenas a nova.

41. Mecanismos de Reparo • Reparo direto: • Se uma base for modificada de alguma maneira – desaminação, por exemplo, este mecanismo reintroduz o grupo faltante para refazer o pareamento correto

42. Mecanismos de Reparo • Reparo pela excisão de base • se uma uracila é encontrada, é retirada e substituída por uma timina • Reparo pela excisão de nucleotídeos • Se há quebra do nucleotídeo, ou a formação de dímeros, um ou vários nucleotídeos podem ser retirados e corrigidos Desaminação da citosina leva à formação de uma uracila que é transformada em timina – mutação!

43. Sistema SOS Não há pareamento específico Dano de uma ou mais bases Bloqueio na replicação Inserção de bases inespecíficas Alguns agentes mutagênicos dependem do sistema SOS para provocar mutações. Sozinhos só conseguem danar uma ou mais bases! Mutação