Dna - estrutura, reparo e mutação

Dna - estrutura, reparo e mutação

DNA: MECANISMOS DE REPARO

Apesar de mutações genéticas serem de extrema importância para a evolução de uma espécie, a sobrevivência do indivíduo depende da estabilidade do seu genoma. A estabilidade resulta não só de um acurado mecanismo de replicação, mas também de mecanismos que reparem os danos que ocor­rem continuadamente no DNA.

Entende-se por reparo a capacidade da maquinaria celular de corrigir os erros causados por muta­ções. Muitos danos sofridos pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética é preser­vada em ambas as fitas da dupla-hélice, de tal forma que a informação perdida em uma fita pode ser recuperada a partir da fita complementar.

Os mecanismos existentes e conhecidos de reparação do DNA lesado são provavelmente universais e uma célula pode ter vários sistemas capazes de atuar ao mesmo tempo no DNA lesado. Como os sistemas de reparação são mais bem compreendidos e estuda­dos na E. coli, muitos mecanismos discutidos farão referência a esta bactéria.

REPARO POR FOTORREATIVAÇÃO ENZIMÁTICA

Um dos mecanismos de reparo melhor estudados é a remoção dos dímeros de pirimidina, forma­dos pela exposição do DNA à luz ultravioleta. Este dímero não se encaixa bem na estrutura de dupla-hélice e, assim, a replicação e a expressão gênica são bloqueadas até que a lesão seja removida.

Esse tipo de lesão pode ser reparado de diferentes formas. A forma mais direta envolve enzimas que simples­mente revertem à modificação química que originou o dano. Dímeros de pirimidina são o alvo universal da enzima fotoliase, que se liga ao dímero e catalisa uma segunda reação fotoquímica, desfa­zendo o anel formado pela luz UV e refazendo as bases pirimídicas individuais. Esse processo é cha­mado fotorreativação e envolve as seguintes etapas:

  • Inicialmente, a enzima reconhece e liga-se ao dímero (mesmo na ausência de luz visível);

  • Depois a absorção de luz fornece energia para converter o dímero em monômero de pirimidina;

  • Enzima dissocia-se do DNA.

  • A reação depende do gene que codifica a fotoliase e ocorre especificamente em procariotos.

REPARO DE BASES ALQUILADAS

A base nitrogenada primariamente afetada pelos agentes alquilantes é a guanina. Na E. coli, esta lesão é removida pela enzima O6-metilguaninametiltransferase, que reconhece a alteração no DNA e remove o grupamento metila causador da mutação. A mesma enzima também pode remover grupamentos me­tila dos fosfatos que possivelmente interrompem a cadeia de DNA. Uma característica importante dessa reação é que cada grupamento metila removido consome uma enzima O6-metilguanina-metiltransfe­rase, a qual não pode ser recuperada para nova utilização.

REPARO POR EXCISÃO DE BASES

Ocorre quando a remoção da base defeituosa é feita pela clivagem da ligação base nitrogenada – desoxirri­bose, seguida pelo preenchimento da região com a base correta por ação da DNA-polimerase. Um exemplo comum de reparo por excisão de base é o que acontece na correção da desaminação da citosina à uracila. O sistema de reparação reconhece a uracila como uma base estranha ao DNA. Primeira­mente, a uracila-DNA-glicosilase hidrolisa a ligação entre a uracila e a molécula de desoxirri­bose. Nesse estágio, a cadeia de DNA está intacta, mas a base é perdida. A enzima AP endonuclease reconhece, então, essa fenda e cliva a cadeia em regiões adjacentes à base perdida. A DNA-polime­rase insere novamente uma citosina, de acordo com a orientação fornecida pela fita complementar não-danificada, que contém uma guanina. Finalmente, a integridade da fita corrigida é restaurada pela DNA-ligase. Existem outras glicosilases que reconhecem e removem hipoxantina, 3-metil-adenina e purinas com anel imidazol aberto por radiação ionizante ou pH elevado.

REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS (REN)

Ocorre quando a remoção da base defeituosa é feita pela incisão endonucleolítica nos dois lados da lesão, com liberação dos nucleotídeos, seguida pelo preenchimento da região por ação da DNA-polime­rase. Em todos os organismos onde já foi estudado, o processo de REN consiste em cinco etapas:

  • Reconhecimento da lesão por um complexo multienzimático;

  • Incisão da fita anormal em ambos os lados da lesão a alguma distância desta;

  • Excisão do segmento contendo a lesão;

  • Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde, por ação da DNA-polimerase;

  • Ligação/restauração da molécula de DNA por ação da enzima DNA-ligase.

A extensão média do fragmento de DNA removido é de 12 nucleotídeos, razão pela qual esse modelo é chamado de reparação de regiões curtas (é uma função constitutiva da célula). Em caso de grandes quantidades de lesões, em que a substitui­ção envolve de 1500 a 9000 nucleotídeos, o modelo é conhecido como reparação de regiões longas (induzido por lesões no DNA – pelo menos no que diz respeito à célula bacteriana).

O modelo proposto para o sistema de REN em mamíferos é o seguinte:

  • As proteínas XPB, XPD e XPA estão envolvidas na detecção da lesão, sendo que as duas primei­ras percorrem a hélice e a segunda reconhece a lesão;

  • Após encontrar a lesão, o DNA do local do dano é desnaturado e as endonuclease XPF e XPG fazem a dupla incisão na cadeia;

  • O oligonucleotídeo contendo a lesão é removido pelas DNAs-polimerases de e pelos seus cofato­res PCNA e RF-C, que também são responsáveis pelo passo seguinte;

  • Ocorre uma nova síntese do DNA utilizando a fita não danificada como molde;

  • Ligação da extremidade 5’ da região recém-sintetizada à seqüência original, pela DNA-ligase.

Outro exemplo muito interessante de REN é o sistema de reparação global X genes ativos. Foi demons­trado em E. coli que, embora sítios distintos contenham o mesmo tipo de lesão, o sistema pode diferenciar um gene ativo de uma região não-codificadora; assim, os sítios críticos do genoma são os primeiros a ser reparados. Em mamíferos, onde a quantidade de DNA presente no núcleo é muito maior do que na E. coli, a reparação preferencial de seqüências transcritas também ocorre.

REPARO DE BASES MALPAREADAS

Algumas bases incorretamente pareadas conseguem escapar da revisão realizada pela DNA-polime­rase durante o processo de replicação. Por isso, na E. coli, a etapa final que confere precisão ao processo de replicação é de responsabilidade do sistema de correção de erro, que consiste em várias proteínas codificadas pelos genes mut. Esse sistema percorre o DNA recentemente sintetizado à pro­cura de pares de base mal pareadas e remove os segmentos de fita simples contendo nucleotídeos incorretos. Isso permite que a DNA-polimerase insira a base correta na lacuna formada. A dificuldade que surge, aparentemente, é a de distinguir qual das bases de um par erroneamente formado é a incor­reta, porque ambas são componentes naturais do DNA. Se a remoção de uma das bases fosse ao acaso, haveria a probabilidade de 50% de a base correta ser removida e a mutação poderia ser perpetu­ada, ao invés de ser corrigida. Existe, porém, um sinal específico que direciona o sistema de excisão do erro exclusivamente para a fita recém-sintetizada: o reconhecimento de seqüências GATC próximas ao erro. GATC metiladas indicam a fita parental, enquanto que ausência de metilação nestas seqüências caracteriza a fita recém-sintetizada. O sistema de correção detecta não somente pares úni­cos de bases mal pareadas, mas também adições e deleções, o que reduz a incidência de mutações por modificação no módulo de leitura, além daquelas envolvendo substituição de bases.

REPARO POR RECOMBINAÇÃO

No processo de reparação por recombinação, a fita complementar não danificada é utilizada como molde na substituição do fragmento lesado. Algumas vezes, porém, esse molde não está disponí­vel, por motivos diversos. A DNA-polimerase, então, é forçada a passar pela lesão sem replicar aquela região. Uma lacuna com um tamanho considerável é deixada na fita recém-sintetizada. Toda a informa­ção do sítio danificado é perdida e somente pode ser recuperada pela utilização de outra molécula idêntica de DNA. Como as células de organismos superiores são geralmente diplóides, elas possuem a mesma seqüência, ou praticamente a mesma, em cada um dos cromossomos homólogos. Uma fonte apropriada de DNA, portanto, pode ser encontrada na célula. Assim, como esquematizado na figura abaixo, após uma mutação, a fita 1 do homólogo A (1A) não está disponível; a fita 2 do homólogo A (2A) possui uma lacuna. As fitas 1 e 2 do homólogo A’ (1A’ e 2A’, respectivamente) estão íntegras. No reparo por recombinação, a fita 1A’ é permutada pela fita 2A, de modo que 1A’ sirva de molde para reconstru­ção de 1A; e 2A’ sirva de molde para 2A. Na E. coli, é de fundamental importância a proteína RecA, pois só ela é capaz de parear duas moléculas de DNA homólogas e catalisar as reações de trocas de fitas, permitindo reparação e recuperação de lesões.

REPARO ATRAVÉS DO SISTEMA SOS

Uma vez que a célula pode regular a expressão gênica de acordo com sua necessidade, muitas enzi­mas envolvidas no reparo do DNA são induzidas pelo próprio defeito da molécula de DNA. As enzimas mais importantes desse processo são derivadas dos genes SOS, cuja expressão é induzida por um defeito severo o bastante a ponto de impedir a síntese de DNA. Estes genes dão origem a proteínas de reparo como, por exemplo, endonucleases de excisão, helicases, entre outras. Os dímeros de pirimidi­nas constituem um exemplo típico desse tipo de dano. Quando a forquilha de replicação encontra um dímero, a síntese pára e só é reiniciada a alguma distância além do dímero, ficando uma lacuna no DNA na qual a enzima de recombinação RecA se liga. Essa ligação ativa em RecA uma atividade enzimá­tica completamente independente da recombinação: ela destrói o repressor dos genes SOS (repres­sor LexA). Dessa maneira, a proteína RecA promove reparação do material genético de duas formas: por recombinação, com troca das fitas, e por indução dos genes SOS.

REPARO SUJEITO A ERRO

Existem ocasiões em que o dano no DNA é tão extremo que não há como os mecanismos celula­res de reparo corrigirem de forma precisa a molécula. Nesses casos, a célula utiliza como último recurso o sistema de reparo sujeito a erro, no qual qualquer uma das quatro bases é inserida no local lesado, a fim de garantir a continuidade do processo de replicação. Devido ao fato de não haver a informa­ção precisa (molde), o próprio mecanismo de reparo acaba sendo o causador de uma mutação, pois a chance de introduzir uma base incorreta na cadeia é grande. De qualquer forma, para a célula é preferível incorporar uma base incorreta e permitir que a replicação continue, do que não replicar mais. Na E. coli, esse sistema de reparação envolve dois genes principais: umuC e umuD. Esses genes são também genes SOS e, portanto, seus produtos estão em abundância somente após a célula ter o sis­tema SOS ativado. Devido a isso, a proteína RecA também é necessária no sistema de reparo sujeito a erro, a fim de comandar a indução dos genes umuC e umuD.

REPARO POR UNIÃO DE EXTREMIDADES NÃO-HOMÓLOGAS

Quebras nas duas fitas de uma mesma molécula de DNA ocorrem nas células em diversas circunstân­cias e constituem uma das principais ameaças à integridade do genoma. Se não forem repara­das, podem causar a morte celular e, em organismos multicelulares, podem causar o câncer. Uma grande variedade de agentes exógenos, incluindo a radiação ionizante e um número considerável de quimioterápicos (como a bleomicina), causam essas quebras, bem como agentes endógenos, a exem­plo dos radicais livres. O principal mecanismo de reparação dessas quebras duplas, que ocorre comumente em mamíferos, é chamado de união de extremidades não-homólogas. Neste mecanismo, as extremidades de uma molécula de DNA, apesar de terem perdido alguns nucleotídeos por degrada­ção espontânea, são justapostas para recombinar. O mesmo complexo enzimático realiza o processo de ligação entre as duas extremidades. Desta forma, a seqüência original de DNA acaba sendo alte­rada.

REPARO POR UNIÃO DE EXTREMIDADES HOMÓLOGAS

O segundo mecanismo reparador de quebras na dupla-fita é a união de extremidades homólogas. O processo é bem mais comum em bactérias e leveduras, e também mais preciso. Por este mecanismo, o cromossomo homólogo àquele lesado faz uma cópia da seqüência de nucleotídeos perdida com quebra da dupla-fita e transfere esta seqüência para o sítio de quebra no cromossomo lesado; este cromos­somo lesado, então, tem sua seqüência original restaurada.

MUTAÇÃO E REPARO

Entre os seres humanos aproximadamente 99,9% da seqüência do DNA nuclear é igual. Assim, este 0,01% que difere no DNA nuclear é o responsável pela variabilidade genética. Esta variabilidade tanto pode ser normal, quanto pode provocar sérios problemas ao seu portador. Neste último caso, te­mos as mutações.

Define-se por mutação qualquer alteração herdável e permanente na seqüência do DNA genô­mico, que não pode ser explicada por processos de recombinação e que pode resultar em perda ou ganho de funções pela célula. As mutações podem ser classificadas em três categorias, conforme a sua origem: genômicas, cromossômicas e gênicas.

  • MUTAÇÕES GENÔMICAS: Causadas pela má segregação de um par cromossômico durante a meiose, resultando em uma alteração no número de cromossomos na célula. São as mais freqüentes em seres humanos. Como exemplo temos as aneuploidias.

  • MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS: Ocorrem com bem menos freqüência do que as genômicas. Comu­mente são vistas nas células tumorais. Alteram a estrutura de cromossomos individuais. As transloca­ções e as inversões são exemplos deste tipo de mutação. Tanto as mutações genômicas como as cromossô­micas raramente são perpetuadas de uma geração para a seguinte, pois, em geral, são incompatí­veis com a sobrevida ou com a reprodução normal.

  • MUTAÇÕES GÊNICAS: Podem se originar por um de dois mecanismos básicos: erros introduzidos durante o processo normal de replicação do DNA ou mutações que surgiram por falha no reparo de danos ao DNA. Resultam em alterações em genes individuais. Variam de apenas um único nucleotídeo a mudanças que podem afetar milhares de pares de bases. Mutações podem ocorrer em quaisquer células do corpo. Quando ocorrem em células germinativas, poderão ser transmitidas para os descenden­tes. Quando acontecem em células somáticas, não poderão ser transmitidas para as gera­ções futuras e podem gerar alguma forma de mosaicismo somático, visto em vários tipos de câncer.

MUTAÇÕES GÊNICAS

As mutações gênicas podem se originar de dois mecanismos: erros durante o processo de replica­ção do DNA ou por falhas durante o reparo de danos no DNA. Podem ainda ser espontâneas ou induzidas por mutágenos (agentes físicos ou químicos).

  • Existem três tipos clássicos de mutações gênicas. São eles:

    • Mutação de ponto: uma única mudança de par de bases de nucleotídeos no DNA.

    • Deleção de bases: deleção de um ou vários pares de bases do DNA.

    • Inserção de bases: adição de um ou vários pares de bases do DNA.

1) MUTAÇÃO DE PONTO

Uma única mudança de par de bases de nucleotídeos no DNA, sem alterar o número de pares de ba­ses. Podem ocorrer em qualquer parte do genoma, mas conforme a região produz um efeito específico:

  • Regiões codificadoras: Aqui as trocas de bases podem ou não trocar o aminoácido, ou ainda, criar um códon de parada.

  • Silenciosas/sinônimas: Trocam a base, mas não o AA. Em geral, na terceira base do códon.

  • Silen­ciosas/neutras: Trocam a base e o AA, mas esse não afeta a função. Exemplo: isoenzimas.

  • Com sentido trocado: Troca a base e o AA. Em geral, na primeira e na segunda base do có­don.

  • Sem sentido: A troca da base gera um códon de parada (UAA, UAG, UGA).

EM SÍTIOS DE SPLICING: Aqui, pode gerar um mRNA com a falta parcial ou total de um éxon em particu­lar, e assim codificar uma proteína mutante.

EM SEQÜÊNCIAS REGULATÓRIAS (PROMOTORES, ENHANCERS) OU GENES DE FATORES DE TRANSCRIÇÃO.

Aqui podem aumentar ou reduzir a expressão gênica.

2 e 3) DELEÇÕES E INSERÇÕES: Quando de bases individuais, provocam o deslocamento do módulo de leitura (frameshift mutation). Se a inserção/deleção for de 3 bases ou de múltiplos de 3, será menos perigosa do que a de bases individuais. Isso porque será a inserção/deleção de um ou mais códons, e poderá não alterar o módulo de leitura antigo. Dessa forma teremos um AA a mais ou um AA a menos. Assim como as mutações de ponto, deleções e inserções em sítio de splicing e em regiões regulatórias podem alterar completamente estes processos. As mutações causadas por expansões repetidas de trinucleotídeos (CAG, CTG, CGG ou GAA) encontradas ao longo do genoma humano são responsáveis por várias doenças genéticas humanas. Como exemplo temos a Síndrome do X Frágil. Certas seqüên­cias de nucleotídeos são especialmente susceptíveis a mutações. Essas são denominadas de “Pontos Quentes” de mutação (hot spots). O exemplo mais bem conhecido é a seqüência de duas bases (dinucleotí­deo) CG. Ao lado de guanina em repetições CG, a citosina é facilmente metilada, sofrendo desaminação espontânea freqüentemente, a qual converte a citosina em uracila. Mais de 30% das substitui­ções de um só nucleotídeo são deste tipo, e sua taxa de ocorrência é 25 vezes maior do que qualquer outra mutação de um único nucleotídeo. Com que freqüência ocorrem mutações espontâ­neas? Ao nível do nucleotídeo, a taxa de mutação é normalmente estimada em cerca de 10-9 por par de bases por divisão celular, considerando que 3 bilhões de pares de base devem ser replicados em cada divisão celular. Essa estimativa representa as mutações que escaparam ao processo de reparo. Ao nível de gene, a taxa de mutação é muito variável, oscilando de 10-4 a 10-7 por locus por divisão celular. Esta variação é devida à variação no tamanho dos genes (genes grandes geralmente têm maior probabilidade de sofrer mutações do que os genes pequenos) e aos pontos quentes de mutação (especial­mente de dinucleotídeos CG metilados). Corrigir os erros no DNA, causados pelas mutações, é a função do que chamamos de Reparo. Para que isso aconteça, algumas dezenas de enzimas estão envolvidas no processo. Elas trabalham coletivamente reconhecendo uma base alterada, removendo-a ao contar o filamento do DNA. Estima-se que esses mecanismos de reparo corrijam 99,9% dos erros iniciais. O reparo do DNA também corrige quebras bifilamentares no DNA e remove nucleotídeos danifica­dos. Alguns exemplos de reparo:

  • Erros na replicação são corrigidos pela própria DNA polimerase.

  • Desaminação da citosina a uracila é corrigida pela uracila-DNA-glicosidase.

  • Alquilinação da guanina, corrigida pela O6-metilguaniana-metiltransferase.

  • Depurinação corrigida por AP endonucleases.

  • Reparo por excisão de bases ou de nucleotídeos.

MUTAÇÃO GÊNICA

  • Mutação é uma alteração súbita e herdável na estrutura do material genético. Esta alteração pode levar a uma mudança correspondente no fenótipo do indivíduo.

  • As mutações são fontes extremamente importantes de variabilidade genética nas populações, pois fornecem novas informa­ções genéticas. A recombinação – mistura de genes paternos durante a meiose por meio de crossing over , que é outra fonte de variabilidade, apenas rearranja informações genéticas já existentes em novas combinações.

  • Sem a mutação, todos os genes ocorreriam apenas em uma forma, pois não existiriam alelos. Por­tanto, os organismos não seriam capazes de evoluir e adaptar-se às mudanças ambientais.

  • Tradicionalmente, as mutações envolvem alterações na molécula de DNA, podendo ocasionar mudan­ças no fenótipo. No entanto, as alterações cromossômicas numéricas e estruturais também po­dem induzir alterações fenotípicas herdáveis.

Simplificadamente, uma mutação gênica ocorre em decorrência de substituições em pares de ba­ses. Tais substituições originam mutações pontuais. Como conseqüência da substituição de um par de bases, a seqüência de aminoácidos de uma proteína pode ser alterada. Caso essa mudança altere a atividade bioquímica da proteína, poderá interferir no fenótipo. Esse é o caso da hemoglobina na ane­mia falciforme e da insulina na diabete, em que um aminoácido da proteína foi trocado devido à substitui­ção de um par de bases de um gene. Além disso, a substituição do par de bases pode mudar o códon original para um códon finalizador, resultando em término precoce da síntese de uma prote­ína.

Sempre que bases forem adicionadas ou deletadas, ocorre uma mudança de matriz de leitura, alte­rando a composição dos aminoácidos de toda a proteína. Por outro lado, devido à redundância do código genético, nem todas as alterações de pares de bases levam a um aminoácido alterado na prote­ína. Logo, quando as mutações não promovem efei­tos no fenótipo são chamadas de mutações silencio­sas. Elas podem ser identificadas através da compara­ção de seqüências de pares de bases entre ge­nes normais e mutantes.

Exemplo de mutação pontual : Anemia Falciforme ou Siclemia

Causada por uma alteração na cadeia β da hemoglobina, decorrente da substituição de uma ade­nina por uma timina (transversão) no sexto códon do gene. Através dessa mutação pontual, o códon GAA transforma-se em GTA, provocando substituição do ácido glutâmico pela valina na cadeia polipeptí­dica. Essa simples substituição de nucleotídeos e de um único aminoácido na cadeia polipeptí­dica leva a hemoglobina a assumir uma configuração espacial diferente, que causa a deformação das hemácias. A hemoglobina alterada em forma de foice é denominada hemoglobina S (de sickle cell ane­mia).

CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES:

  1. MUTAÇÃO SOMÁTICA: Aquela que ocorre em genes de células somáticas. Portanto, permanece restrita ao indivíduo que a contém, não sendo transmitida aos descendentes através dos gametas.

Exemplo: Heterocromia de íris: Condição na qual as duas íris são de cores distintas ou apenas uma porção da íris é de cor dife­rente do restante. Se ambas as íris apresentarem coloração distinta, a mutação ocorreu na primeira célula que originou as demais. Caso a mutação surja em um estágio mais avançado do desenvolvi­mento da íris, o indivíduo apresenta apenas uma mancha em uma das íris

  1. MUTAÇÃO GERMINATIVA: Aquela que ocorre em células que originam gametas, sendo portanto natu­reza sem uma causa aparente. Podem ser devidas a erros na replicação do DNA ou a mutagênicos químicos e físi­cos.

Exemplo: Carneiros da raça Ancon: O primeiro registro de mutação germinativa dominante em animais domésticos foi feito por Seth Wri­ght em 1791. Wright notou um carneiro com pernas incomumente curtas no rebanho de carneiros de sua fazenda. Ocorreu a ele que seria vantagem ter um rebanho inteiro de carnei­ros com essa caracterís­tica, pois impossibilitaria que os animais pulassem os baixos mu­ros de pedra de sua vizi­nhança em New England. Wright, então, cruzou seu novo carneiro de pernas curtas com 15 ovelhas na estação seguinte. Nasceram 15 carneiros dos quais 2 tinham pernas curtas. Estes foram cruzados, dando origem a uma nova linhagem na qual a caracterís­tica expressava-se em todos os indivíduos.

AGENTES MUTAGÊNICOS:

I) AGENTES FÍSICOS:

- TEMPERATURA: O aumento da temperatura promove a quebras das ligações entre os átomos.

- RADIAÇÕES: Incluem radiações ionizantes de alta energia, tais como raios X, raios gama, nêutrons, e partícu­las beta e alfa, bem como radiação não-ionizante de baixa energia, luz ultravioleta, cada uma induzindo muta­ções por sua ação sobre o DNA.

RADIAÇÃO IONIZANTE: O espectro de radiação eletromagnética é muito amplo e estende-se desde longas ondas de rá­dio até os raios cósmicos, que podem ter 10-14 cm. Quanto menor o comprimento de onda, maior a energia dos fótons eletromagnéticos, resultando em penetração nas células e tecidos. Nesse processo, os fótons podem colidir com um dos elétrons do átomo e fazê-lo mudar de órbita. Assim, um átomo previamente neutro torna-se carregado positivamente, pois existe maior carga positiva no núcleo do átomo do que cargas negativas nos elétrons orbitais. Então, esse átomo, agora carregado positiva­mente, e o elétron formam um par de íons. Os raios X de alta energia e os raios gama produzem trilhas de pares de íons em sistemas biológicos.

Átomos ionizados e as moléculas em que eles ocorrem são quimicamente muito mais reativos do que os neutros. Além disso, os elétrons perdidos por um átomo nesse processo se movem em alta velocidade, fazendo com que outros átomos também se tornem ionizados. Cada elé­tron perdido por um átomo é ganho por outro, tornando-o negativamente carregado. O resul­tado desse repetido processo de ionização é uma cadeia de pares de íons ao longo da trilha de fótons de alta energia. Os efeitos mutagêni­cos resultam das reações químicas sofridas pelos íons à medida que suas cargas são neutraliza­das.

Um resultado do processo de ionização é a quebra das ligações açúcar-fosfato do DNA. Caso a que­bra do filamento ocorra em dois ou mais pontos próximos, pares de nucleotídeos podem ser perdi­dos e a matriz de leitura do mRNA transcrito é alterada. O resultado final pode consis­tir em proteínas ou enzimas com capacidade funcional reduzida ou mesmo inoperantes. Este último evento pode ser letal, particularmente em homozigotos.

AS RADIAÇÕES IONIZANTES PODEM CAUSAR:

FORMAÇÃO DE TAUTÔMEROS RAROS: Tautômeros são formas alternativas das purinas e pirimidinas no DNA e no RNA. A tautomeriza­ção ocorre pelo rearranjo de elétrons e prótons na molécula. Os Tautômeros raros de adenina, citosina, gua­nina e timina diferem das formas comuns pelas posições de átomos de hidrogênio e, como resultado, algumas ligações simples tornam-se duplas.

SUBSTITUIÇÃO DE UMA BASE POR OUTRA: Consistem em transição e transversão.

  • TRANSIÇÕES: é a substituição de uma base purina (A e G) por outra purina ou de uma pirimidina (T e C) por outra pirimidina,

  • TRANSVERSÕES – é a troca de uma base purina por uma pirimidina ou vice-versa.

DELEÇÃO OU ADIÇÃO DE UMA BASE EM UMA DAS FITAS DE DNA:

Adições e deleções são referidas coletivamente como frameshift mutations, porque alteram a estrutura de leitura de todas as trincas de pares de bases no gene a partir do ponto em que surgem. Isso ocorre porque o trecho deixa de ser múltiplo de 3, mudando a leitura do seg­mento de DNA, o que resulta em aminoácidos alterados a partir daquele ponto e, freqüente­mente, no aparecimento de um códon de termina­ção.

INVERSÃO DA SEQÜÊNCIA DE PARES DE BASES DE NUCLEOTÍDEOS DENTRO DA MOLÉ­CULA DE DNA.

FORMAÇÃO DE PERÓXIDOS.

RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE:

A radiação UV, embora não possua energia suficiente para ionizar o DNA, é capaz de cau­sar mutações na molécula. O comprimento de onda específico que é absorvido pelo DNA é de 254nm e, embora não seja profundamente penetrante no tecido, é eficiente para matar bactérias, fun­gos e aumentar a incidência de câncer de pele em animais. A mais conhecida ação da UV no DNA é a formação de dímeros de pirimidina, ligações carbono-carbono entre pirimidinas adjacentes, sendo co­mum com a timina. Isto resulta na distorção da molécula ou ligação entre moléculas adjacentes, ces­sando a replicação do DNA temporariamente.

MECANISMOS DE REPARO DO DNA:

1) MECANISMO DE REPARO POR FOTORREATIVAÇÃO: Uma enzima fotorreativadora é ativada na presença de luz. Ela liga-se aos dímeros de pirimi­dina e utiliza a energia da luz para quebrar as ligações que formam o mesmo, restaurando a estrutura origi­nal da molécula.

2) MECANISMO DE REPARO POR EXCISÃO: Consiste em um processo multienzimático dividido em 4 etapas.

  • Etapa de incisão: Inicialmente, uma enzima endonucle­ase reconhece a distorção causada pelo dímero e corta um dos filamentos próximo ao mesmo.

  • Etapa de síntese de reparo: a DNA-polimerase I sintetiza um novo fila­mento, deslocando o filamento velho que contém o dímero.

  • Etapa de excisão: um segundo corte além do dímero é feito pela exonuclease, remo­vendo-o da molécula de DNA.

  • Etapa de síntese: finalmente, o filamento recém sintetizado é unido ao filamento original pela DNA-ligase.

3) MECANISMO DE REPARO POR RECOMBINAÇÃO PÓS-REPLICATIVA:

Quando a replicação chega a um dímero, ela é bloqueada devido à distorção da molécula. Eventual­mente a replicação continua, mas pulando a região do dímero. Isto resulta em falhas no filamento filho correspondentes ao dímero no filamento parental. Essas falhas podem ser fechadas por síntese de reparo. O dímero não é excisado ou quebrado, mas sim retido na molé­cula de DNA parental.

II) AGENTES QUÍMICOS:

  • ANÁLOGOS DE BASES: Consistem em moléculas com estrutura parecida com uma base nitrogenada natural e que às ve­zes são incorporadas ao DNA durante a replicação. Então, análogo pareia-se com a base “errada”, induzindo uma mutação por substituição de bases.

  • REAGENTES PARA PURINAS E PIRIMIDINAS: São substâncias que reagem com o DNA e alteram diretamente a estrutura da base, em vez de se incorporar à molécula. Esses reagentes desaminam adenina, citosina e guanina, resultando em muta­ções por pareamento errado ou substituição de pares de bases. O ácido nitroso (HNO2) é uma dessas substâncias mutagênicas. Ela causa alterações nas bases do DNA por substituir um grupa­mento amina (NH2) por uma hidroxila (OH-).

  • CORANTES ACRIDÍNICOS: Classe de substâncias químicas que se intercalam entre as bases do DNA. Isso aumenta a rigi­dez e altera a conformação da dupla hélice, distorcendo a molécula e rompendo o alinha­mento e o parea­mento das bases. Devido a isso, ocorrem deleções ou adições de pares de base durante a replica­ção.

  • AGENTES ALQUILANTES: Reagem com o DNA adicionando grupamentos etil ou metil às bases. Isto tem como conseqüên­cia o mau pareamento ou total perda da base afetada, criando uma falha. A princi­pal base afetada é a guanina, embora outras também possam ser alquiladas. Exemplos: EMS (etilmetanossulfonato), DES (dietilsulfato), enxofre nitrogenado e gás mostarda. Este último foi um dos primeiros grupos de mutagêni­cos químicos descobertos através de estudos envol­vendo operações militares durante a 2ª Guerra Mundial.

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