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Mutação Gênica e Mecanismos de Reparo do DNA - Coggle Diagram
Mutação Gênica e Mecanismos de Reparo do DNA
Conceitos e consequências de mutação
Uma molécula de DNA é estável, mas não é estática, já que seus nucleotídeos estão abertos a agentes naturais e artificiais que podem provocar mudanças
Mutação gênica é uma modificação nos nucleotídeos (mais especificamente nas suas bases nitrogenadas) de um organismo e não pode ser explicada por outros mecanismo como a recombinação
Há uma mudança na forma dos alelos de um gene
Durante todos estágios da expressão gênica, o gene mutante continua nas cadeias de moléculas de ácidos nucleicos até as proteínas, mudando ou não a função da última
Consequências: dependem do espaço e tempo; podem ser benéficas, neutras ou prejudiciais; foi essencial para origem da evolução e a variabilidade dos seres-vivos; diversificou os genes nos seres-vivos
É aleatória, ou seja, não existe para suprir aquilo que o organismo "precisa"
Ocorrem em células somáticas e germinativas
Nas germinativas mutadas todas células formadas desde da fecundação vão possuir essa mutação e será passada para todas as próximas linhagens desse organismo
Nas somáticas mutadas, uma célula depois da divisão do zigoto vai mutar e apenas as células-filhas, originadas da mitose, vão apresentar essa mutação; como é um processo mitótico e não meiótico, essa mutação não será herdada pelas próximas linhagens
No ponto de vista evolutivo, apenas as mutações em células germinativas são importantes, já pela parte medicinal ambas são de interesse
Mecanismos da mutação
Espontâneos
Ocorrem naturalmente
A replicação é bem precisa (1 erro a cada 1 bilhão de nucleotídeos), mas erros podem ocorrer naturalmente
Podem ser por pareamento de bases fora do padrão ou por flexibilidade do DNA
Bases nitrogenadas possuem diferentes formas estruturais (formas padrão: timina ceto ligada a uma adenina amino e citosina amino ligada a guanina ceto), nas suas formas raras (
tautômeros
) as purinas se ligam a outras pirimidinas (timina
enol
se liga a guanina ceto e citosina
imino
se liga a adenina amino)
Na flexibilidade, quando uma cadeia possui repetições de bases, pode ocorrer que, durante a replicação, uma das bases "escorregue" para fora da cadeia e gere na nova molécula uma adição ou remoção da base repetida no final do processo
Induzida
Mutações provocadas por agentes químicos, físicos ou biológicos
Esses agentes são chamados de
mutagênicos
Agentes químicos
Podem alterar o pareamento de bases, como o etilmetanosulfonato que adiciona um grupo etil na guanina e faz ela se ligar a timina ou o ácido nitroso que desamina a citosina e faz ela se ligar a adenina
Podem funcionar como análogo de bases (mimetizam) e acarretam alteração no pareamento delas, como a 5-bromouracil que é semelhante a timina e quando ionizado pareia com a guanina; esses tipo de agentes químicos podem ser usados como remédios para doenças, induzindo a parada da expressão gênica
Agentes intercalantes (como proflavina e acridina laranja) se inserem entre as bases do DNA, fazendo com que a estrutura tridimensional da molécula se distorça e gere adições e deleções de nucleotídeos
Radicais oxidativos podem gerar pareamentos mutantes de bases, por exemplo modificando a guanina, acarretando no seu ligamento com a adenina
Mutagênicos físicos, como a radiação ultravioleta, pode produzir dímeros de pirimidinas (comumente de timina), o que distorce o DNA, causando escorregões e/ou bloqueio da replicação (dímeros se ligam dentro da fita simples entre si)
Elementos transponíveis (agentes biológicos que são sequências de DNA com habilidade única de se mover de uma posição a outra no genoma) vão se locomover e ser inseridos dentro de outro gene, gerando uma descontinuidade do gene e um cancelamento da sua expressão; Ex.: Transposons
Mecanismos de Reparo do DNA
Erros feitos na replicação podem ser corrigidos pela revisão feita pela DNA polimerase (volta na fita para consertar o erro) e/ou pelos mecanismos de reparo (caso DNA polimerase não seja suficiente)
Quando um erro não é reparado, acontece uma mutação
Grande variedade de mecanismos, indo de espécie a espécie ou até de uma determinada célula em uma espécie
Esses mecanismos vão perdendo a eficiência com o passar do tempo
Reparo por fotorregulação enzimática
Existente nas bactérias
Escherichia coli
e alguns eucariontes
Na presença de luz, uma enzima chamada
fotoliase
vai poder fazer sua função de reconhecer o dano, se ligar a região e quebrar a ligação covalente formada pelos dímeros de pirimidinas
Reparo por excisão de bases
Atuam em erros onde bases são pareadas incorretamente, como a desaminação da citosina
Enzimas
DNA glicosilase
reconhece o erro e elimina a base errônea
Enzima
AP endonuclease
corta a ligação fosfodiéster e outra enzima remove a desoxirribose
No fim a DNA polimerase volta para adicionar a base correta e a DNA ligase faz a ligação covalente
Reparo por excisão de nucleotídeos
Erro nos pareamentos de bases, gerando uma deformação entre nucleotídeos
Um conjunto de enzimas que revisa o DNA se liga a região deformada e recruta outro conjunto diferente que vai separar o DNA e remover uma parcela do local danificado; nessa situação há outro grupo de enzimas que mantém a molécula em fita simples
Depois o DNA polimerase e ligase restauram o DNA para a sequência original
Por causa da fita nova não apresentar nucleotídeos metilados (característica exclusiva de eucariontes), as enzimas que revisam o DNA podem focar nessa fita ondem entendem que pode ter erro
Reparo por recombinação
Quando apresentar um erro em uma das fitas antigas, a replicação vai pular essa região e seguir a síntese
Depois, a parte da outra fita antiga que estava pareada com esse erro (região não danificada) se complementa na fita nova onde estava um gap
O novo espaço formado é preenchido pela DNA polimerase e ligase
Reparo por sistema SOS
O nucleotídeo que apresenta erro e seu complementar, vão ser escolhidos aleatoriamente, eliminados e preenchidos novamente
É capaz de continuar a mutação, mas sem ela a replicação poderia cessar e não resolveria o problema
Tipos de mutação
Substituição de nucleotídeos
1 par de nucleotídeos pareados vai ser substituído por outro diferente
Se uma base púrica é trocada por uma pirimidínica ou vice-versa, a mutação é do tipo
transversão
Se uma base púrica é trocada por outra púrica ou uma base pirimidínica é trocada por outra pirimidina, a mutação é do tipo
transição
Esses dois tipos de mutação podem ser classificados como silenciosa, não silenciosa e sem sentido
Mutações silenciosas
são aquelas na qual a base trocada não impacta no fenótipo da proteína codificada; a mutação gera outro códon que codifica o mesmo aminoácido que o códon original; mais comum em transições
Mutações não silenciosas
são aquelas que a base trocada vai gerar um novo códon codificador de um aminoácido diferente, modificando o fenótipo da proteína; além de consequência neutra, nessa pode haver benefícios e malefícios; comum em transversões; seu efeito vai depender da posição que o novo aminoácido ocupará na cadeia e das propriedades químicas do aminoácido mutado
Exemplo de não silenciosa é a anemia falciforme: no 6° códon da hemoglobina (CTC) vai ocorrer uma transversão (CAC) e vai gerar o aminoácido valina em vez da glutamina
Mutação sem sentido
são aquelas que a nova base vai gerar um códon de parada no RNAm, originando uma proteína incompleta; depende da posição do códon gerado e da importância dos próximos aminoácidos para gerar sérias consequências
Inserção ou deleção de nucleotídeos (Indels)
Se o número de bases que foram adicionadas ou subtraídas não forem múltiplo de 3, as mudanças vão afetar na leitura destes códons, modificando todos as combinações que estão logo após essa mutação; também depende da posição e tipo de base mutada
Se o número de bases que foram adicionadas ou subtraídas forem múltiplo de 3, vai gerar uma mudança em no máximo 2 aminoácidos, mas não afeta na leitura dos outros na cadeia; posição e tipo de base também interferem nas consequências