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10.1: Principais tipos de mutações - Biologia


objetivos de aprendizado

Identifique os principais tipos de mutações de DNA

Um exemplo bem estudado de mutação é visto em pessoas que sofrem de xeroderma pigmentosa (Figura 1). Os indivíduos afetados têm uma pele altamente sensível aos raios ultravioleta do sol.

Quando os indivíduos são expostos aos raios ultravioleta, formam-se dímeros de pirimidina, especialmente os de timina; pessoas com xeroderma pigmentosa não são capazes de reparar o dano. Estes não são reparados devido a um defeito nas enzimas de reparo por excisão de nucleotídeos, enquanto em indivíduos normais, os dímeros de timina são excisados ​​e o defeito é corrigido. Os dímeros de timina distorcem a estrutura da dupla hélice do DNA, e isso pode causar problemas durante a replicação do DNA. Pessoas com xeroderma pigmentosa podem ter um risco maior de contrair câncer de pele do que aqueles que não têm a doença.

Erros durante a replicação do DNA não são a única razão pela qual surgem mutações no DNA. Mutações, variações na sequência de nucleotídeos de um genoma também podem ocorrer devido a danos ao DNA. Essas mutações podem ser de dois tipos: induzidas ou espontâneas. Mutações induzidas são aqueles que resultam de uma exposição a produtos químicos, raios ultravioleta, raios X ou algum outro agente ambiental. Mutações espontâneas ocorrer sem qualquer exposição a qualquer agente ambiental; são o resultado de reações naturais que ocorrem dentro do corpo.

As mutações podem ter uma ampla gama de efeitos. Algumas mutações não têm impacto sobre um organismo; estes são conhecidos como mutações silenciosas. Mutações pontuais são aquelas mutações que afetam um único par de bases. As mutações de nucleotídeos mais comuns são as substituições, nas quais uma base é substituída por outra. Eles podem ser de dois tipos, transições ou transversões. Substituição de transição refere-se a uma purina ou pirimidina sendo substituída por uma base do mesmo tipo; por exemplo, uma purina como a adenina pode ser substituída pela purina guanina. Substituição por conversão refere-se a uma purina sendo substituída por uma pirimidina, ou vice-versa; por exemplo, citosina, uma pirimidina, é substituída por adenina, uma purina. As mutações também podem ser o resultado da adição de uma base, conhecida como inserção, ou da remoção de uma base, também conhecida como deleção. Às vezes, um pedaço de DNA de um cromossomo pode ser movido para outro cromossomo ou para outra região do mesmo cromossomo; isso também é conhecido como translocação.

Sabe-se que mutações em genes de reparo causam câncer. Muitos genes de reparo mutados foram implicados em certas formas de câncer de pâncreas, câncer de cólon e câncer colorretal. As mutações podem afetar células somáticas ou células germinativas. Se muitas mutações se acumulam em uma célula somática, elas podem levar a problemas como a divisão celular descontrolada observada no câncer. Se ocorrer uma mutação nas células germinativas, a mutação será passada para a próxima geração, como no caso da hemofilia e da xeroderma pigmentosa.

As causas das mutações genéticas

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objetivos de aprendizado

A DNA polimerase pode cometer erros ao adicionar nucleotídeos. A maioria dos erros são corrigidos, mas se não forem, eles podem resultar em uma mutação definida como uma mudança permanente na sequência do DNA. As mutações podem ser de vários tipos, como substituição, eliminação, inserção, e translocação. Mutações em genes de reparo podem levar a consequências graves, como câncer. As mutações podem ser induzidas ou podem ocorrer espontaneamente.


10.1: Principais tipos de mutações - Biologia

Existem muitas maneiras diferentes pelas quais o DNA pode ser alterado, resultando em diferentes tipos de mutação. Aqui está um rápido resumo de alguns deles:

  1. mude um códon para um que codifica um aminoácido diferente e causa uma pequena mudança na proteína produzida. Por exemplo, a anemia falciforme é causada por uma substituição no gene da beta-hemoglobina, que altera um único aminoácido na proteína produzida.
  2. alterar um códon para um que codifica o mesmo aminoácido e não causa nenhuma alteração na proteína produzida. Essas são chamadas de mutações silenciosas.
  3. mudar um códon de codificação de aminoácido para um único códon de "parada" e causar uma proteína incompleta. Isso pode ter efeitos graves, pois a proteína incompleta provavelmente não funcionará.

Por exemplo, considere a frase, "O gato gordo sentou." Cada palavra representa um códon. Se excluirmos a primeira letra e analisarmos a frase da mesma maneira, não fará sentido.

Em frameshifts, um erro semelhante ocorre no nível do DNA, fazendo com que os códons sejam analisados ​​incorretamente. Isso geralmente gera proteínas truncadas que são tão inúteis quanto "hef atc ats at" não é informativo.

Existem outros tipos de mutações também, mas esta pequena lista deve dar uma ideia das possibilidades.


São necessárias de uma a dez mutações para conduzir o câncer, descobriram os cientistas

Pela primeira vez, os cientistas forneceram estimativas imparciais do número de mutações necessárias para o desenvolvimento do câncer, em um estudo de mais de 7.500 tumores em 29 tipos de câncer. Pesquisadores do Wellcome Trust Sanger Institute e seus colaboradores adaptaram uma técnica do campo da evolução para confirmar que, em média, uma a dez mutações driver são necessárias para o câncer surgir.

Os resultados, publicados hoje (19 de outubro) em Célula, também mostram que o número de mutações que levam ao câncer varia consideravelmente entre os diferentes tipos de câncer.

No estudo, a equipe desenvolveu uma abordagem para descobrir quais genes estão implicados na evolução do câncer e quantas mutações nesses genes causam o câncer. No futuro, tais abordagens poderiam ser usadas na clínica para identificar quais poucas mutações em um paciente individual estão causando seu câncer, entre as milhares de mutações presentes.

Mais de 150 anos atrás, Charles Darwin descreveu como diferentes espécies evoluem por meio do processo de seleção natural. Os cânceres também se desenvolvem por seleção natural, agindo sobre as mutações que se acumulam nas células de nossos corpos ao longo do tempo. Neste estudo, os cientistas aplicaram uma perspectiva evolutiva para quantificar a seleção natural em 7.664 tumores em 29 tipos de câncer diferentes.

Uma das descobertas surpreendentes do estudo foi que as mutações geralmente são bem toleradas pelas células do corpo. Isso foi surpreendente porque as mutações que os indivíduos herdam de seus pais costumam ser mal toleradas e geralmente são perdidas da espécie humana com o tempo. Nas células do corpo, no entanto, conforme o câncer se desenvolve, quase todas as mutações persistem sem afetar a sobrevivência da célula.

A equipe também catalogou os principais genes do câncer responsáveis ​​por 29 tipos diferentes de câncer. Os pesquisadores descobriram vários novos genes do câncer e determinaram o quão completas são as listas atuais de genes do câncer.

O Dr. Peter Campbell, principal autor do Wellcome Trust Sanger Institute, disse: "Abordamos uma questão de longa data na pesquisa do câncer que tem sido debatida desde 1950: quantas mutações são necessárias para uma célula normal se transformar em uma célula cancerosa "A resposta é - um pequeno punhado. Por exemplo, cerca de 4 mutações por paciente, em média, causam câncer de fígado, enquanto os cânceres colorretais normalmente requerem 10 ou mais mutações condutoras."

O Dr. Inigo Martincorena, primeiro autor do Wellcome Trust Sanger Institute, disse: "No estudo, revelamos que cerca de metade dessas mutações essenciais que levam ao câncer ocorrem em genes que ainda não foram identificados como genes do câncer. Já há muitos insights sobre o genes mais importantes envolvidos no câncer, mas há muitos mais genes ainda a serem descobertos. Precisamos reunir um número ainda maior de cânceres estudados por sequenciamento de DNA, em dezenas de milhares, para encontrar esses genes indescritíveis. "

Os novos métodos deste estudo são um passo em frente no tratamento personalizado do câncer. No futuro, técnicas semelhantes poderão ser utilizadas na clínica para identificar as mutações específicas responsáveis ​​pelo câncer de um determinado paciente, entre as milhares de mutações que normalmente são encontradas em cada tumor.

O professor Sir Mike Stratton, autor do estudo e diretor do Wellcome Trust Sanger Institute, disse: "Agora sabemos de centenas de genes que, quando mutados, causam câncer. Esta pesquisa mostra que, entre os tipos de câncer, um número relativamente pequeno de esses genes mutados são necessários para converter uma única célula normal em uma célula cancerosa, mas que os genes específicos escolhidos diferem de acordo com o tipo de câncer. O estudo também mostra que ainda não identificamos muitos desses genes condutores e eles serão o alvo para mais procurando no futuro. Esta compreensão cada vez mais precisa das mudanças subjacentes que resultam no câncer fornece a base para a descoberta e uso de terapias direcionadas que tratam a doença. "


Mutação molecular: características, causas e tipos | Genética

1. É uma mudança no número ou arranjo da sequência de nucleotídeos de um gene.

2. É uma mudança hereditária na sequência do DNA.

3. É uma mudança estrutural permanente no material hereditário [DNA].

4. As mutações podem ser prejudiciais, benéficas ou não ter efeito.

5. Principalmente as mutações são prejudiciais e muito raramente benéficas.

6. As mutações podem ser causadas por erros durante a divisão celular ou podem ser causadas pela exposição a agentes que danificam o DNA no ambiente, como radiação e produtos químicos mutagênicos.

7. É uma alteração em um gene de seu estado natural. Em outras palavras, um alelo de um gene se transforma em um alelo diferente.

8. Pode ser uma mudança espontânea ou induzida no DNA de uma célula.

9. Uma mutação resulta no aparecimento de uma nova característica hereditária em um indivíduo.

10. Às vezes, as mutações são atribuídas a eventos aleatórios.

Causas da mutação molecular:

As mutações em termos moleculares são causadas por dois tipos de mudanças no nível do DNA, a saber:

(ii) Acréscimos ou exclusões de base.

1. Substituição de base:

A substituição de um par de bases por outro é chamada de substituição de bases. Algumas mutações afetam apenas uma parte de um nucleotídeo, resultando na substituição do par de bases. A substituição do par de bases pode ocorrer durante a replicação do DNA sem quebra. Essas substituições de par de bases são de dois tipos, viz. transições e transversões.

A substituição de uma purina por outra purina ou de uma pirimidina por outra pirimidina é conhecida como transição. Em outras palavras, é a substituição de uma base por outra base do mesmo grupo químico [purina substituída por purina: ou A para G ou G para A pirimidina substituída por pirimidina: ou C para T ou T para C].

Isso significa que podem ocorrer mudanças nos dois sentidos entre as purinas [A e G] e as pirimidinas [C e T]. Esse tipo de mudança produz uma base normal.

A substituição de uma purina por uma pirimidina e vice-versa é chamada de transversão. Em outras palavras, é a substituição de uma base de uma categoria química por uma base da outra [pirimidina substituída por purina: C para A, C para G, T para A, T para G purina substituída por pirimidina: A para C , A a T, G a C, G a T].

Na transversão, ou uma base é convertida em uma base anormal ou é substituída por essa base. Essas mudanças ocorrem devido à incorporação ou replicação incorreta. Além disso, as transições são geralmente mais frequentes do que as transversões.

2. Adição ou exclusão de base:

Essas mutações são o resultado da quebra da espinha dorsal do material genético [DNA] em dois ou mais lugares. Essas alterações incluem adição, exclusão, substituição, transposição e inversão. Todas essas mutações, exceto as inversões, são possíveis para DNA ou RNA de fita simples.

A inversão requer ácido nucleico de fita dupla. As formas mais simples de tais mutações são adições de um único par de bases ou deleções de um único par de bases. Existem exemplos em que as mutações surgem através da adição ou deleção simultânea de múltiplos pares de bases.

Como mutações sem sentido, adições ou deleções de base única têm consequências na sequência polipeptídica que se estendem muito além do local da própria mutação.

Porque a sequência de mRNA é & # 8220read & # 8221 pelo aparelho de tradução em grupos de três pares de bases (códons), a adição ou deleção de um único par de bases de DNA mudará o quadro de leitura a partir da localização da adição ou deleção e se estendendo até o terminal carboxi da proteína.

Tipos de mutação molecular:

1. Mutações sem sentido:

Mutações em que o códon de um aminoácido é substituído por um códon de terminação da tradução (parada) são referidas como mutações sem sentido. Na mutação sem sentido, um códon de parada substitui um códon de aminoácido, resultando na terminação prematura da cadeia de nucleotídeos.

(eu) Codon Envolvido:

Mutações sem sentido têm códons sem sentido que não codificam para nenhum aminoácido.

A frequência de mutações sem sentido é muito menor do que mutações sem sentido.

Mutações sem sentido levam à terminação prematura da cadeia polipeptídica e, portanto, também são chamadas de mutações de terminação de cadeia. Eles têm um efeito considerável na função das proteínas. Geralmente, as mutações sem sentido irão produzir produtos proteicos completamente inativos. Quando eles ocorrem muito perto da extremidade 3 & # 8242 do quadro de leitura aberto, apenas um polipeptídeo truncado parcialmente funcional é produzido.

As mutações sem sentido resultam devido à formação de códons sem sentido após a origem das mutações de deslocamento de quadro.

2. Mutações Missense:

Mutações nas quais o códon de um aminoácido é substituído por um códon de outro aminoácido são chamadas de mutações missense. Mutações missense resultam em uma proteína na qual um aminoácido é substituído por outro.

(eu) Códons envolvidos:

Mutações missense têm códons missense que codificam para diferentes aminoácidos. Mutações missense geralmente resultam na substituição de um único aminoácido na cadeia polipeptídica.

A frequência de mutações sem sentido é mais do que mutações sem sentido.

Os efeitos dessas mutações variam. Por exemplo, se uma mutação missense causar a substituição de um aminoácido quimicamente semelhante, referido como substituição sinônima, então é provável que a alteração tenha um efeito menos severo na estrutura e função da proteína & # 8217s.

Se uma mutação missense causar a substituição de um aminoácido quimicamente diferente, chamado substituições não sinônimas, então é mais provável que produza mudanças graves na estrutura e função da proteína.

As mutações missense resultam da formação de códons missense após a origem das mutações de deslocamento de quadro.

3. Mutações silenciosas:

Mutações que codificam para o mesmo aminoácido ou similar são conhecidas como mutações silenciosas. Essas mutações mudam um códon de um aminoácido para outro códon desse mesmo aminoácido. Portanto, tais mutações nunca alteram a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. Em outras palavras, eles não têm nenhum efeito.

4. Mutações de deslocamento de quadro:

Há outra categoria de mutação pontual na qual o quadro de leitura normal do tripleto de base [códon] é alterado. Essas mutações são conhecidas como mutações de deslocamento de quadro. Nessas mutações, o quadro de leitura normal de tripletos de base [códons] é alterado devido à adição ou deleção de um único par de bases ou nucleotídeos no mRNA. Estes são geralmente seguidos por um códon de parada.

As mutações de deslocamento de quadro surgem devido à adição ou exclusão de um único par de bases.

Eles surgem de duas maneiras, a saber:

(i) Por erro durante o reparo ou replicação do DNA, e

A adição ou deleção de nucleotídeos ocorre em números diferentes de três ou múltiplos de três. O quadro de leitura em tal caso é deslocado do ponto de adição ou exclusão em diante.

A adição ou exclusão de pares de bases ocorre em posição intersticial ou intercalar. Às vezes, a adição e a exclusão ocorrem na mesma posição, são conhecidas como deslocamentos de quadro duplo. Essas mudanças podem restaurar o quadro de leitura normal no mRNA.

Mutações de deslocamento de quadro exibem tipicamente perda completa da estrutura e função normal da proteína.

Após as mutações de deslocamento de quadro, três tipos de códons são produzidos, viz:

Os códons de sentido são códons normais que são lidos da mesma maneira que antes das mutações de deslocamento de quadro. As mutações também afetam a regulação gênica tanto em eucariotos quanto em procariotos.

5. Mutação induzida e espontânea:

Geralmente as mutações são classificadas como induzidas e espontâneas. Mutações induzidas são definidas como aquelas que surgem após tratamento proposital com agentes mutagênicos. Mutações espontâneas são aquelas que surgem na ausência de um tratamento mutagênico conhecido. A frequência de ocorrência de mutações espontâneas é baixa, geralmente na faixa de uma célula em 10 5 a 10 8.

Portanto, se um grande número de mutantes é necessário para a análise genética, as mutações devem ser induzidas. A indução de mutações é realizada tratando células com mutagênicos. Os mutagênicos mais comumente usados ​​são a radiação de alta energia ou produtos químicos específicos. Mutações induzidas e espontâneas surgem por mecanismos geralmente diferentes.

Mecanismos de mutação de indução :

Mutações induzidas são desenvolvidas através da aplicação de agentes mutagênicos chamados mutagênicos.

Existem três mecanismos diferentes de indução de mutação através do uso de mutagênicos, viz. por:

(iii) Dano de base no DNA.

Eles são brevemente discutidos a seguir:

1. Substituição da Base:

Alguns compostos químicos substituem uma base no DNA porque são muito semelhantes às bases do DNA. Esses compostos químicos são chamados de análogos básicos. Às vezes, eles são incorporados ao DNA no lugar de bases normais.

Assim, eles podem produzir mutações por pareamento incorreto de bases. Um pareamento incorreto de bases resulta em transições ou transversões após a replicação do DNA. Os análogos de base mais comumente usados ​​são 5 bromo uracil [5BU] e 2 aminopurina [2AP].

O 5 bromo uracil é semelhante à timina, mas tem brometo na posição C5, & # 8216 enquanto a timina tem grupo C3 na posição C5 & # 8243. A presença de bromo em 5BU aumenta sua mudança tautomérica da forma ceto para a forma enol. A forma cetônica é a forma usual e mais estável, enquanto a forma enol é rara e menos estável ou de vida curta. A mudança tautomérica ocorre em todas as quatro bases do DNA, mas em uma frequência muito baixa.

A mudança ou deslocamento de átomos de hidrogênio de uma posição para outra em uma purina ou em uma base de piridina é conhecido como deslocamento tautomérico e tal processo é conhecido como tautomerização. A base que é produzida como resultado da tautomerização é conhecida como forma tautomérica ou tautômero.

Como resultado da tautomerização, o grupo amino [-NH2] da citosina é convertido no grupo imno [-NH]. Da mesma forma, o grupo ceto [C = O] da timina é alterado para o grupo enol [-OH].

5BU é semelhante à timina, portanto, emparelha com adenina [no lugar de timina]. Um tautômero de 5BU irá emparelhar com quanina em vez de adenina. Uma vez que a forma tautomérica tem vida curta, ela mudará para a forma cetônica no momento da replicação do DNA, que irá emparelhar com a adenina no lugar da guanina.

Desta forma, resulta em transições de A para G ou G para A e C para T ou T para C. O mutagênico 2AP atua de maneira semelhante e causa transições de A para G ou G para A e T para C ou C para T. Este é um análogo da adenina que pode emparelhar com a timina, mas também pode se emparelhar incorretamente com a citosima e causar transições.

2. Alteração de base:

Alguns compostos químicos alteram uma base de DNA de modo que ela se emparelha incorretamente com outra base. Esses mutagênicos não são incorporados ao DNA, mas, em vez disso, alteram uma base, causando o emparelhamento incorreto específico.

Certos agentes alquilantes, como metanossulfonato de etila (EMS) e a nitrosoguanidina (NG) amplamente utilizada, operam por esta via:

Eles induzem mutações, especialmente transições e transversões, adicionando um grupo alquil [etil ou metil] em várias posições no DNA. A alquilação induz mutação ao alterar as ligações de hidrogênio de várias maneiras.

Os agentes alquilantes podem causar várias deformações grandes e pequenas da estrutura de base, resultando em transições e transversões de pares de bases. As conversões podem ocorrer porque uma purina foi tão reduzida em tamanho que pode aceitar outra purina como seu complemento, ou porque uma piridina foi tão aumentada em tamanho que pode aceitar outra pirimidina como seu emparelhamento.

Em ambos os casos, o diâmetro do par de bases mutante é próximo ao de um par de bases normal.

Alguns mutagênicos danificam uma base de DNA de modo que ela não pode mais emparelhar com nenhuma base em condições normais. Um grande número de mutagênicos danifica uma ou mais bases do DNA, como resultado, nenhum par de bases específico é possível. O resultado é um bloco de replicação, porque a síntese de DNA não irá além de uma base que não pode especificar seu parceiro complementar por ligações de hidrogênio.

Em células bacterianas, esses blocos de replicação podem ser contornados pela inserção de bases não específicas. O processo requer a ativação de um sistema especial, o sistema SOS, o nome SOS vem da ideia de que esse sistema é induzido como uma resposta de emergência para evitar a morte celular na presença de danos significativos ao DNA.

A indução SOS é o último recurso, permitindo que a célula troque a morte por um certo nível de mutagênese. Na natureza, o DNA pode ser danificado por duas fontes principais, viz. Luz ultravioleta e aflatoxina encontradas em amendoins infectados por fungos.

A luz ultravioleta (UV) gera vários fotoprodutos no DNA. Duas lesões diferentes que unem pirimidinas adjacentes na mesma fita foram mais fortemente correlacionadas com mutagênese. Essas lesões são o fotodímero de ciclobutano pirimidina e o fotoproduto 6-4.

Essas lesões interferem com o pareamento normal de bases, portanto, a indução do sistema SOS é necessária para a mutagênese. A inserção de bases incorretas através dos fotoprodutos UV está na posição 3 & # 8242 do dímero e mais frequentemente para os dímeros 5 & # 8242-CC-3 & # 8242 e 5 & # 8242- TC-3 & # 8242.

A transição C - & gt T é ​​a mutação mais frequente, mas outras substituições de bases (transversões) e deslocamentos de quadro também são induzidos pela luz ultravioleta, assim como duplicações e deleções maiores.

Aflatoxina B1 (AFB1) é um carcinógeno poderoso originalmente isolado de amendoins infectados por fungos. A aflatoxina forma um produto de adição na posição N-7 da guanina. Esse produto leva à quebra da ligação entre a base e o açúcar, liberando a base e resultando em um sítio apurínico.

Estudos com sítios apurínicos gerados in vitro demonstraram que o desvio SOS desses sítios leva à inserção preferencial de uma adenina através de um sítio apurínico. Isso prediz que agentes que causam despurinação em resíduos de guanina deveriam induzir preferencialmente transversões G C à TA.

Papel da mutação induzida na melhoria da cultura:

As mutações induzidas são úteis no melhoramento da cultura das cinco maneiras principais a seguir:

1. No desenvolvimento de variedades melhoradas:

Mais de 2.000 variedades melhoradas de lavouras de campo e hortícolas com alto rendimento, qualidade aprimorada, precocidade e resistência a estresses bióticos e abióticos foram desenvolvidas por meio de mutações induzidas.

2. Indução da esterilidade masculina:

A esterilidade masculina foi induzida em muitas culturas, como o milheto, que é usado na produção de sementes híbridas.

3. Produção de haplóides:

Os haplóides induzidos por raios X foram desenvolvidos em muitas safras que são usadas para o desenvolvimento de linhas puras após duplicação cromossômica.

4. Criação de variabilidade genética:

Mutações induzidas levam à criação de vasta variabilidade genética em uma população, que fornece base para a seleção.

5. Em alguns casos, mutações induzidas têm sido usadas para superar o problema de auto-incompatibilidade.

Mecanismos de mutação espontânea:

Sabe-se agora que as mutações espontâneas surgem de várias fontes.

Existem três mecanismos importantes de mutações espontâneas, a saber:

(i) Erros na replicação do DNA,

(ii) Lesões espontâneas, e

(iii) Elementos genéticos transponíveis.

Eles são brevemente discutidos abaixo:

1. Erros na replicação do DNA:

O emparelhamento incorreto durante a replicação é uma fonte de substituição espontânea de bases. (O emparelhamento incorreto foi abordado anteriormente na discussão do 5-BU.) A maioria das mutações de emparelhamento incorreto são transições.

É provável que seja porque um A. C ou G. O pareamento incorreto de T não deforma a dupla hélice do DNA tanto quanto A. G ou C. Pares de bases T sim. No entanto, as transversões também podem ocorrer devido ao pareamento incorreto. Os erros de replicação também podem levar a mutações de deslocamento de quadro.

2. Lesões Espontâneas:

Danos naturais ao DNA, chamados de lesões espontâneas, também podem gerar mutações.

As lesões espontâneas são de três tipos, a saber:

(iii) Bases danificadas por oxidação. O primeiro é mais comum.

Como afirmado acima, a aflatoxina induz a despurinação. No entanto, a depurinação também ocorre espontaneamente. Uma célula de mamífero perde espontaneamente cerca de 10.000 purinas de seu DNA durante um período de geração de células de 20 horas a 37 ° C.

Se essas lesões persistirem, elas resultarão em danos significativos ao DNA porque, durante a replicação, os sítios apurínicos não podem especificar nenhum tipo de base. No entanto, sob certas condições, uma base pode ser inserida em um sítio apurínico, frequentemente resultando em uma mutação.

A desaminação da citosina produz uracila. Resíduos de uracila não reparados irão emparelhar com adenina no curso da replicação, resultando na conversão de um par G-C em um par AT (uma transição G-C - & gt A-T). Descobriu-se que a desaminação em certas posições da citosina é um tipo de ponto quente mutacional.

A análise da sequência de DNA dos pontos quentes para as transições G-C A-T no gene lacl mostrou que resíduos de 5-metilcitosina estão presentes na posição de cada ponto quente.

A enzima uracila-DNA glicosilase [uma das enzimas de reparo na célula] reconhece os resíduos de uracila no DNA que surgem da desaminação e os extirpam, deixando uma lacuna que é posteriormente preenchida.

No entanto, a desaminação da 5-metilcitosina gera timina (5-metiluracila), que não é reconhecida pela enzima uracila-DNA glicosilase e, portanto, não é reparada. Portanto, as transições C - & gt T geradas pela desaminação são vistas com mais frequência nos locais de 5-metilcitosina, porque escapam desse sistema de reparo.

(iii) Bases danificadas por oxidação:

Este tipo de lesão por espécies ativas de oxigênio, como radicais superóxidos (02D), peróxido de hidrogênio (H202) e radicais hidroxila (OHD), que são produzidos como subprodutos do metabolismo aeróbio normal.

Essas espécies de oxigênio podem causar danos oxidativos ao DNA, bem como aos precursores do DNA (como o GTP), resultando em mutação. Essas mutações têm sido implicadas em várias doenças humanas. Esse produto freqüentemente é pareado incorretamente com A, resultando em um alto nível de transversões G - & gt T.

3. Elementos genéticos transponíveis:

Elementos transponíveis também são relatados como desempenhando um papel importante na indução de mutações espontâneas em vários organismos.

Mecanismos de reparo biológico de mutação espontânea:

As células vivas desenvolveram uma série de sistemas enzimáticos que reparam os danos ao DNA de várias maneiras. A baixa taxa de mutação espontânea é indicativa da eficiência desses sistemas de reparo. A falha desses sistemas pode levar a uma taxa de mutação mais alta.

Os mecanismos de reparo de DNA podem ser divididos em quatro categorias, a saber:

(iv) Reparo pós-replicação.

Eles são brevemente discutidos a seguir:

1. Prevenção de erros:

Alguns sistemas enzimáticos neutralizam compostos potencialmente prejudiciais antes mesmo de reagirem com o DNA. Um desses sistemas desintoxica os radicais superóxidos produzidos durante o dano oxidativo ao DNA. A enzima superóxido dismutase catalisa a conversão dos radicais superóxido em peróxido de hidrogênio, e a enzima catalase, por sua vez, converte o peróxido de hidrogênio em água.

2. Reversão direta de danos:

A maneira mais direta de reparar uma lesão é revertê-la diretamente para a base normal. A reversão nem sempre é possível, porque alguns tipos de danos são essencialmente irreversíveis. Em alguns casos, entretanto, as lesões podem ser reparadas dessa maneira.

Um caso é um fotodímero mutagênico causado pela luz ultravioleta. O fotodímero de ciclobutano pirimidina pode ser reparado por uma fotoliase que foi encontrada em bactérias e eucariotos inferiores, mas não em humanos.

A enzima se liga ao fotodímero e o divide, na presença de certos comprimentos de onda da luz visível, para gerar as bases originais. Esta enzima não pode operar no escuro, portanto, outras vias de reparo são necessárias para remover os danos UV. Uma fotoliase que reverte os fotoprodutos 6-4 também foi detectada em plantas e Drosophila.

As alquil transferases são enzimas que revertem diretamente as lesões. Eles removem certos grupos alquil que foram adicionados às posições 0-6 da guanina por agentes mutagênicos como nitrosoguanidina e metanossulfonato de etila.

A metil transferase de E. coli foi bem estudada. Esta enzima transfere o grupo metil de 0-6-metil-guanina para um resíduo de cisteína na proteína. Quando isso acontece, a enzima é inativada, de modo que esse sistema de reparo pode ficar saturado se o nível de alquilação for alto o suficiente.

3. Vias de reparo de excisão:

O sistema geral de excisão-reparo quebra uma ligação fosfodiéster em ambos os lados da lesão, na mesma fita, resultando na excisão de um oligonucleotídeo. Isso deixa uma lacuna que é preenchida pela síntese de reparo e uma ligase sela as quebras. Em procariotos, 12 ou 13 nucleotídeos são removidos, enquanto, em eucariotos, de 27 a 29 nucleotídeos são eliminados.

Certas lesões são muito leves e causam uma pequena distorção que não pode ser reconhecida pelo sistema geral de excisão-reparo e suas contrapartes nas células superiores. Assim, vias de excisão específicas adicionais são necessárias.

O reparo por excisão de base é realizado por glicosilases de DNA que clivam ligações N-glicosídicas (base-açúcar), liberando assim as bases alteradas e gerando sítios apurínicos ou apirimidínicos (sítios AP). O local resultante é então reparado por uma via de reparo de endonuclease específica do local AP.

Existem numerosas glicosilases de DNA. Uma delas, a uracila-DNA glicosilase, remove a uracila do DNA. Resíduos de uracila, que resultam da desaminação espontânea da citosina, podem levar a uma transição C - & gt T se não reparada.

É possível que o parceiro de emparelhamento natural da adenina no DNA seja a timina (5-metiluracila) em vez de uracila, de modo a permitir o reconhecimento e a excisão desses resíduos de uracila. Se o uracil fosse um constituinte normal do DNA, tal reparo não seria possível.

Todas as células possuem endonucleases que atacam os locais deixados após a perda espontânea de um único resíduo de purina ou pirimidina. As endonucleases AP são vitais para a célula, pois a depurinação espontânea é um evento relativamente frequente.

Essas enzimas introduzem quebras de cadeia por meio da clivagem das ligações fosfodiéster nos locais AP. Isso inicia um processo de excisão-reparo mediado por três outras enzimas - uma exonuclease, DNA polimerase I e DNA. ligase.

Devido à eficiência da via de reparo da endonuclease AP, pode ser a etapa final de outras vias de reparo. Assim, se os pares de bases danificados podem ser excisados, deixando um sítio AP, as endonucleases AP podem completar a restauração para o tipo selvagem. Isso é o que acontece na via de reparo da DNA glicosilase.

4. Reparo pós-replicação:

Algumas vias de reparo são capazes de reconhecer erros mesmo após o DNA já ter sofrido replicação. Um exemplo, denominado sistema de reparo de incompatibilidade, pode detectar tais incompatibilidades.

Os sistemas de reparo de incompatibilidade têm que fazer pelo menos três coisas:

1. Reconhecer pares de bases incompatíveis.

2. Determine qual base da incompatibilidade é a incorreta.

3. Extraia a base incorreta e execute a síntese de reparo.

A segunda propriedade é a crucial de tal sistema. Assim que o site incompatível & # 8216 for identificado, o sistema de reparo de incompatibilidade corrigirá o erro.

A menos que seja capaz de discriminar entre as bases corretas e incorretas, o sistema de reparo de incompatibilidade não pode determinar qual base deve ser eliminada para evitar o surgimento de uma mutação. But replication errors produce mismatches on the newly synthesized strand, so it is the base on this strand that must be recognized and excised.